JP4588958B2 - 複数の無線周波数識別タグを読むための衝突調停方法および装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
発明の背景
本発明は一般に、同時に受信されたデータ伝送に起因する衝突を調停する方法および装置に関し、より具体的には複数のセンサーから同時に受信されたデータ伝送に起因する衝突を調停する方法および装置に関する。
【０００２】
ＲＦ識別タグは人物の識別、ユーティリティ（電気ガス水道等の公益事業）・ラインマーカー、物品追跡等に限らずさまざまな用途で利用されている。無線手段（または共通バス）において通信する場合、同時に複数のユニットを読むことに起因して生じる恐れのある衝突や競合を調停する必要がある。これらのシステムの各々は、複数存在し得るタグを区別するために一次送信／受信ユニットを必要とする。同時に複数の送信を受信するためには、一次送信／受信ユニットが複数の再呼び掛け（すなわち送信）を用いて送信衝突をソートして、さらに受信した信号を処理することが必要である。
【０００３】
ユーティリティ・ラインは、位置の識別に役立つ埋め込みマーカーによりマーク付けされることが多い。これらの埋め込みマーカーは、マーカーに呼び掛ける無線周波数（ＲＦ）送信器を用いて検出でき、マーカーは次いで応答信号を送信する。マーカーは互いに比較的近接して埋められるため、呼び掛け送信器は同時に複数の信号を受信する場合が多い。２個の信号が同時に受信される現象“衝突”として知られている。受信信号を処理してこれらの衝突を避ける技術が開発されてきた。
【０００４】
衝突回避送信／受信システムの基本概念は、１度に１個の送信器（例えばマーカー）しか応答しないようにシステムを設計することにより、呼び掛け受話器は同時に送信された他の信号からの干渉を受けることなく、応答中の送信器のシリアル番号を読めるようになる。同じ時間周波数空間を占める信号は、信号を受信しようとする受信器に対してノイズを生成する。さらに、変調およびデータ速度が近い類似の信号はコヒーレンスノイズを生成し、その存在により他の信号を受信することが特に困難になる。
【０００５】
これらの問題を克服すべくいくつかの技術が実装されてきた。ある技術は各帰還信号に対して一意の時間区間を割り当てる。これは時分割多重接続方式（ＴＤＭＡ）として知られている。この技術は、多くの信号が存在し得るシステムの場合大きなタイムスロットを必要とする。ユーティリティマーカー送信／受信システムにおいて衝突を避ける技術を採用する場合、事前にどのマーカーに呼び掛けているかを送信器が認識していない恐れがあるため、タイムスロットの割り当てを多く必要とする。従って、この技術は多くの候補送信器が存在するシステムでは現実的でない。
【０００６】
別の技術は周波数分割を採用している。周波数分割多重接続方式（ＦＤＭＡ）と呼ばれるこのプロトコルにおいて、各信号には一意の周波数が割り当てられる。ＴＤＭＡと同様にＦＤＭＡは多くの割り当てられた周波数を必要とし、それにより多数の候補マーカーが呼び掛けられている状況ではユーティリティマーカーへの呼び掛けに利用するのは実用的でない。
【０００７】
別の技術は符号分割を採用している。符合分割多重接続方式（ＣＤＭＡ）と呼ばれるこのプロトコルにおいて、各信号は異なる符号キーを用いる。この技術をユーティリティ・マーキングシステムで使用する際に、ＴＤＭＡおよびＦＤＭＡと同じ問題に直面する。
【０００８】
別の技術は符号分割と時分割の態様を組み合わせる。そのような技術の一例が、英国特許第ＧＢ２，２５９，２２７号に記載されており、複数の信号を処理するための結合化ＴＤＭＡ／ＣＤＭＡ技術を開示している。別の例が米国特許第５，６０６，３２２号（Ａｌｌｅｎ他）に記載されており、ＲＦ衝突を回避すべく使用される疑似乱数符号を生成する方法と装置を開示している。しかし、これは単に起こり得る衝突の数を減らすだけであり、候補送信器が多数ある場合の問題を解決しない。
【０００９】
別の技術はランダムな遅延および符号／周波数分割を用いる。これらの技術はランダムな遅延を生成するために複雑なプロセッサを必要とする。さらに、このようなシステムでも依然として衝突の可能性がある。
【００１０】
米国特許第４，４７１，３４５号（Ｂａｒｒｅｔ，Ｊｒ．）はポータル・通信システムへのランダム化されたタグを開示している。このシステムにおいて、ポータルユニットと識別タグ間の通信は、各ポータルユニットからの符号パターンおよび後続する聴取間隔で構成される呼び掛け信号を連続的に発信することにより実現される。そのような呼び掛け信号の範囲内にあるタグは周波数、ビット持続時間、ビットレート、プリアンブル・符号およびファシリティ識別符号についての入力信号をテストする。タグは、自身が予めプログラムされた正当な信号を受信したならば、そのような信号は所定の全体応答間隔内で複数のタグ応答を同期させて起動し、各応答はランダムに選択されたタイムスロットの中で送信される。
【００１１】
別の技術は特定マーカーだけに向けた信号を発信する。正しいアドレスを含むものだけが応答する。このシステムは候補送信器についての予備知識を必要とするが、ユーティリティ・マーキングシステムでは必ずしも入手できる訳ではない。
【００１２】
米国特許第５，５２１，６０１号（Ｋａｎｄｌｕｒ他）は複数のタグ識別用の省電力技術を開示している。この特許は、タグがより小さいグループに分けられていて１度に１個のグループを識別し、現在識別中のグループには含まれないタグの電源を落とすことにより電力を節約するリーダーステーションの範囲内でタグを識別するタグ識別システムおよび方法を提供する。各タグは、自身に保存されているパラメータおよびリーダーステーションから受信したパラメータから計算することにより自身をグループに入れる。この技術は多くの送信量と複雑なロケータ（位置指定）・ユニットを必要とする。
【００１３】
別の技術は供給された電力によりソートするが、電力は受信器への距離により変化する。この技術は甚だしく複雑である。
【００１４】
米国特許第５，２６６，９２５号（Ｖｅｒｃｅｌｌｏｔｔｉ他）は電子識別タグ呼び掛け方法を開示している。この方法において、呼び掛け信号はアドレスを含み、信号のアドレスに等しいか大きいアドレスを有するすべてのタグからの応答を要求する。複数のアドレスを受信したならば、呼び掛けアドレスは二分され、呼び掛け信号は再送される。単独応答が分離されるまで呼び掛け信号は逐次二分される。
【００１５】
米国特許第５，５５０，５４７号（Ｃｈａｎ他）は複数品目の無線周波数タグ識別プロトコルを開示している。このプロトコルはＲＦタグ付けに適用された木分割アルゴリズムを用いる。本質的に、これ以上ＲＦ衝突が起こらなくなるまでこのプロトコルを用いてタグのグループの選択／選択解除を行なう。同様の装置が米国特許第５，５２１，６０１号に開示されていて、ＲＦ衝突が起こらなくなるまでグループの電源をオン／オフする。米国特許第５，６７３，０３７号もまたグループの選択／選択解除技術を開示している。
【００１６】
米国特許第５，５１５，０５３号（Ｈｅｃｈｔ他）は呼び掛け機器が符号内にワイルドカード項目を含んでいる符号化された信号を送信するトランスポンダおよびデータ通信システムを開示している。複数の信号が受信された場合、呼び掛け機器は別の符号信号を送信するが、符号内のワイルドカードはより少ない。このプロセスは単一信号のみが受信されるまで繰り返される。
【００１７】
米国特許第３，８６０，９２２号（Ｗａｇｎｅｒ）はＲＦ衝突を避けるべく呼び掛けに応答する時間依存する符号語（電子用暗語）を用いた機器を開示している。
【００１８】
ＰＣＴ特許出願ＷＯ９８／３５３２７は複数のＲＦタグからのＲＦ衝突を避ける、ランダムな発生に基づく非呼び掛け技術を開示している。
【００１９】
上述の技術の各々は実装が複雑であり、そのためマーカーの信頼性を下げているが、５０年を超えて持つことが期待される機器にとって極めて重要である。さらに、埋め込みマーカーで採用されているデータ転送速度は、正常に受信されていることを保証するのが比較的（約１２５Ｈｚ）遅い。従って、全マーカーに一意なタイムスロットを割り当てようすれば相当の時間遅延を必要とする。
【００２０】
本発明は従って、ユーティリティ・ルートに沿って埋め込まれた複数のＲＦ識別タグから送信された信号同士を調停する方法および装置を開発する課題を指向するものである。
【００２１】
発明の要約
本発明は、二次通信チャネルの各々が一次通信チャネルに相対的に一意であるように一次通信チャネルと複数の二次通信チャネルを提供し、かつ無線周波数マーカーの各々に対して無線周波数マーカーの各々が利用できる番号の部分に基づいて二次通信チャネルのうち１個において応答するよう命令することにより、この課題を解決する。
【００２２】
詳細な説明
本発明は、多くの衝突している無線周波数（ＲＦ）電子マーカーまたは識別タグ（ここではＲＦＩＤと称する）から、シリアル番号および／またはその他の情報を同時に読む方法および装置を提供する。本発明は特にユーティリティ・ライン・マーキングシステムに応用されたＲＦＩＤタグに応用可能な厳しい環境制約に適しているものの、本発明はまた、複数のソースからの送信を同時に受信しようとする人工衛星、地上およびコンピュータ通信を含むその他のデータ送受信システムにも応用できる。
【００２３】
５０年以上も埋設されているユーティリティ・ラインマーカーに課せられた厳しい環境制約を満足するために、本発明はＲＦＩＤチップに最小限の追加ロジックを必要とするものの、ＲＦ衝突をすばやく識別・ソートする強力かつ高速なソートおよび識別スキームを提供する。
【００２４】
本発明は一次通信チャネルと複数の二次チャネルの組み合わせを採用している。二次チャネルの各々には、一次チャネルから遅延している自身の一意なタイムスロットが割り当てられる。一意なチャネル割り当てに基づく時分割以外に他の多重送信スキームも可能である。例えば、周波数、符号語および時間、周波数、符号語の各種の組み合わせを用いて二次チャネルの１個を一意に指定することができる。
【００２５】
チャネル割り当てスキームの例証的実施形態において、Ｃ０を一次通信チャネルを表わすものとする。このスキームにおいて、Ｃ１は二次チャネルの一番目、Ｃ２は二次チャネルの二番目、Ｃｎは二次チャネルのｎ番目のものを表わす。この表記法を用いて、下付き添字は一次通信チャネルに対する時間遅延（またはチャネル割り当て）を表わす。従って、Ｃ１は一次チャネルから１単位時間遅延されていて、Ｃｎは一次チャネルからｎ単位時間遅延されている。単位時間の長さは、各ＲＦ信号が隣接するタイムスロットの信号から干渉されることなく正常に受信されるように選ばれ、変調および符号化スキームの仕様に合わせられるが、これは本発明とは無関係である。
【００２６】
本発明の一態様によれば、複数のＲＦＩＤタグの位置を特定する方法の例証的実施形態は以下のように動作する。最初に、ロケータまたはリーダーユニットがＲＦＩＤタグに呼び掛け、タグは次いでＲＦ信号を以って応答する。図２に、複数の信号（（１）〜（４）で示す）が一次通信チャネル２１において受信されている様子を示す。
【００２７】
信号が干渉なしに識別できるＲＦＩＤタグの場合、ロケータユニットはこれらのＲＦＩＤタグに対し、以後の通信に用いるべく特別に割り当てられたチャネルの専用グループ（へ移動するよう）命令する。一次チャネルとソートに用いられる二次チャネルとを区別するためにこれらを三次チャネルと呼ぶ。図３に、信号（１）と（２）は正常に読まれていて、それらに関連付けられたＲＦＩＤタグが三次チャネルＧ１スロット“０”２７、およびＧ１スロット“１”２８に割り当てられる。
【００２８】
ロケータまたはリーダーユニットは、図３の（３）、（４）のように干渉する複数の信号を受信したならば、引き続いてソートするために二次チャネルの特定のスロットにそれらの信号を送ることにより、それらの信号に関連付けられたＲＦＩＤタグに命令する。図に、信号（３）と（４）がグループＧ０スロット“０”２２に割り当てられている様子を示す。
【００２９】
次に、各ＲＦＩＤタグは別の応答を送信するよう命令され、その応答の各々は、各ＲＦＩＤタグに保存されているかまたは各ＲＦＩＤタグが利用できる一意な番号の部分に基づいて、一次通信チャネル２１から遅れている。一意な番号の可能な一実施形態には次の内の一つ以上の組み合わせが含まれる。すなわち一意なシリアル番号、日時、ユーティリティ・マーキングシステム、送信されるセンサーデータ等である。図５に、信号（３）と（４）が二次チャネルＧ０スロット“３”２３およびＧ０スロット“４”２４でそれぞれ応答する様子を示す。応答しているＲＦＩＤタグに対し、他の二次通信チャネル（へ移動するよう）命令することにより、ＲＦＩＤタグが二次通信チャネルにおいてソートすることを強いる。
【００３０】
二次通信チャネルの例証的実施形態は、一意な番号の任意の部分（例えば４ビット部分）の値に基づくある個数のタイムスロット（例えば１６）で構成される。各タグの各シリアル識別番号は基本的に一意であるため、他のマーカーと異なるシリアル識別番号の部分が常に存在する。さらに、シリアル番号を他の利用可能なデータ／番号と組み合わせることにより、選択された二次チャネルの一意性がさらに保証されよう。
【００３１】
リーダーは次いで占有された二次チャネルにおいて肯定応答（ＡＣＫ）ワードを検出する。図６に、信号（３）と（４）に関連付けられたＲＦＩＤタグが呼び掛けに対し二次チャネルＧ０スロット“３”２３とＧ０スロット“４”２４においてＡＣＫ応答を以って応答する様子を示す。
【００３２】
次に、位置特定ユニットはタグに対し特定のスロットまたはチャネル内のタグに対して、遅延が存在しない一次チャネルに移るよう命令する。図７に、信号（３）に関連付けられたＲＦＩＤタグが一次通信チャネル２１に割り当てられている様子を示す。信号が一次チャネル２１において送信されたならば、リーダーは識別番号を読む。さらに衝突があるならば、衝突したタグは二次チャネルへ返されて、それらのＩＤ番号の異なる部分を用いて再びソートされる。すなわち、図４〜６に示すステップが繰り返される。このプロセスはすべてのタグがソートされて識別されるまで続く。
【００３３】
ＲＦＩＤタグがすべてソートされたならば、ＲＦＩＤタグには三次チャネル等、ソート用に使われる二次チャネルの外側でさらに別のタイムスロットを割り当てられる。図８に、信号（３）に関連付けられたＲＦＩＤタグに三次チャネルＧ１スロット“２”が割り当てられている様子を示す。信号（４）に関連付けられたＲＦＩＤタグは次いで一次通信チャネル２１へ移動するように命令され、正常に受信さらたならば、次にＧ１スロット“３”等の三次チャネルへ移動させられる。
【００３４】
本発明の別の態様は、ＲＦＩＤタグが自身のシリアルポート経由で到着する情報を読むためにポーリングされるアプリケーションに関し、その情報はセンサーから来る場合がある。この場合、検出されたタグがすべて識別された後で、それらはすべて“ポーリング”モードに切り変わるように命令され、それにより各々に別々のタイムスロットが割り当てられて、すべてのタグ（またはセンサー）を順次読むために１個の“読み取り”命令だけが必要とされる。この一例として、識別されたタグの各々に三次チャネルを割り当てておいて、三次チャネルに割り当てられている間にポーリングされた場合にリーダーに対してポーリングされた情報を返す応答を生起させる。
【００３５】
例証的実施形態
本発明は、ユニット間で衝突が起きる可能性があり、衝突を調停する必要がある任意のＲＦＩＤタグまたは電子マーカー製品用途で利用可能である。本発明の一つの用途に、埋め込みケーブル接合部分、ループ、パイプ弁、ティーその他のユーティリティー特徴等、地下特徴をマークするために用いられる電子マーキングシステム（ＥＭＳ）がある。ユーザーはこの完全に受動的な機器を用いて地下の重要なスポットにマーク付けして、５０年以上にわたり存続することが期待できる。
【００３６】
受動的マーカーに識別子を加えることにより、ユーザーは識別番号を用いて特定のマーカーを肯定的に識別し、電子その他のデータベースに結び付けることができる。設備所有者や設備の種類（例えば銅、光ファイバー等）の識別に役立つ、より多くの情報をマーカー集積回路に保存することができる。本発明のこの態様は、複数のユーティリティ・ラインが共同溝に沿って埋設されている場合が多いため、特に有用である。その結果、異なるユーティリティ・ライン用に類似のマーカーを用いると、特定のマーカーを見つけようとした際に混乱が生じる恐れがある。さらに、異なるユーティリティ提供者に対して共同溝に沿ってマーカーの種別や位置を調整することを求めるのは極めて難しい。
【００３７】
マーカーの全寿命（例えば５０年）にわたってマーカーが互いに近接して埋設されている確率が常に存在するため、“衝突している”マーカーを扱う方法が必要である。さらに、利用する方法はマーカーの掘り起しを伴うため及ぼす影響が大きいことから、信頼できるものでなければならない。
【００３８】
図１に、地下ユーティリティ・ラインの識別に利用する、本発明によるシステム１０の例証的実施形態を示す。図に示すように、ＲＦＩＤタグ１、２、および３は地下通信ライン７にマークを付ける。ＲＦＩＤタグ４および５は地下石油パイプライン８にマークを付ける。
【００３９】
ＲＦＩＤタグの各々はトランシーバ（図示せず）、アンテナ（図示せず）、プロセッサ（図示せず）、および電源（電力／ユーティリティ・ライン上の電源、またはバッテリーのいずれかに接続しているもの。両方とも図示せず。）を含む。いくつかの用途において、ＲＦＩＤは送信された信号の電力を利用してプロセッサとトランシーバーにエネルギーを供給する受動的機器である。このような機器は当分野で公知であり、これ以上の説明は不要である。
【００４０】
ロケータユニット６もまた、トランシーバ（図示せず）、アンテナ（図示せず）、プロセッサ（図示せず）、および電源（図示せず）を含む。ＲＦＩＤタグが５０年以上にわたり存続する可能性のある地下用途で採用されるよう信頼性を増すために、ＲＦＩＤタグはできるだけ単純な構造でなければならない。本発明のメッセージ処理技術は非常に単純なプロセッサを利用可能にする。
【００４１】
ロケータユニット６は自身に近接するすべてのＲＦＩＤタグへ呼び掛け信号を送信する。ＲＦＩＤタグ１〜５は応答し、それにより一次通信チャネルＰ２１においてＲＦ衝突を引き起こす。ＲＦＩＤタグ１〜５は次いでロケータユニット６から命令されて二次チャネルＧ０〜Ｇ１５のうちの１個を用いて再び応答し、そのチャネルは各ＲＦＩＤタグの一意なシリアル識別番号の第一の部分を用いて割り当てられる。
【００４２】
例えば、ＲＦＩＤタグ１はシリアル番号１１０１−００１０−００１１−１１０１−０００１−１１１１−１０１１−１０１０（１３−０２−０３−１３−０１−１５−１１−１０）を有する。ＲＦＩＤタグ２はシリアル番号１０１０−００００−１１１１−１１０１−００１０−１１０１−００１０−００１１（１０−００−１５−１３−０２−１３−０２−０３）を有する。ＲＦＩＤタグ３はシリアル番号００１１−１１１１−００００−０１０１−１１０１−０００１−１１１１−１０１１（０３−１５−００−０５−１３−０１−１５−１１）を有する。ＲＦＩＤタグ４はシリアル番号００００−００００−１１１０−０００１−１１０１−００１０−００１１−１１０１（００−００−１４−０１−１３−０２−０３−１３）を有する。ＲＦＩＤタグ５はシリアル番号１１０１−００００−１１１１−００１０−０００１−１１１１−１０１０−０１１１（１３−００−１５−０２−０１−１５−１０−０７）を有する。ここでわかるように、これらＲＦＩＤの任意の２個は一意な４ビット部分を１個含んでいる。
【００４３】
この場合、ＲＦＩＤタグ１は二次通信チャネルＧ１３において応答するよう命令され、ＲＦＩＤタグ２は二次通信チャネルＧ１０において応答するよう命令され、ＲＦＩＤタグ３は二次通信チャネルＧ０３において応答するよう命令され、ＲＦＩＤタグ４は二次通信チャネルＧ００において応答するよう命令され、ＲＦＩＤタグ５は二次通信チャネルＧ１３において応答するよう命令される。
【００４４】
‘００’が一次通信チャネルを指示するため、ＲＦＩＤタグ４は実際には二次通信チャネルＣ１６において応答するが、それはこのチャネルが他のいかなる４ビット部分からも指示されていないためである。あるいは、各チャネルが４ビットの指示に１を加えることができ、それにより００００はチャネルＣ０１を指示し、１１１１はチャネルＣ１６を指示する。
【００４５】
引き続き同じ例を参照するに、チャネルＣ００はＲＦＩＤタグ４からの１個の信号を含み、チャネルＣ０３はＲＦＩＤタグ３からの１個の信号を含み、チャネルＣ１０はＲＦＩＤタグ２からの１個の信号を含み、チャネルＣ１３はＲＦＩＤタグ１および５からの２個の信号を含む。
【００４６】
ＲＦＩＤタグ２、３および４の二次通信チャネルにＲＦ衝突がないためそれらの識別番号を読むことができるので、ロケータユニット６は次いでＲＦＩＤタグ２、３および４から識別番号を読む。あるいは、ロケータユニット６はＲＦＩＤタグ２、３および４に対し、一次、二次チャネルとは異なる第三のチャネルグループの１個を割り当てる。この第三のチャネルのグループは応答しているすべてのＲＦＩＤタグを連続的に読むために使われる。
【００４７】
ロケータユニット６は次いでチャネルＣ１３にあるＲＦＩＤタグに命令を送信して、それらのシリアル番号の異なる部分を用いて別の二次通信チャネルにおいて送信させる。それらのシリアル番号の次の部分、または前の部分、またはランダムに選択した部分、またはそれらのシリアル番号のビットのある組み合わせのいずれを用いてもよい。
【００４８】
ＲＦＩＤタグ１は次いで二次通信チャネルＣ０２において応答を送信し、ＲＦＩＤタグ５は二次通信チャネルＣ１６（またはＣ００、チャネル付番プロトコルに依存）において応答を送信する。
【００４９】
これらの応答が受信されたならば、ロケータユニットは近接するすべてのＲＦＩＤタグのシリアル番号を認識している。ロケータユニット６は次いで近接するＲＦＩＤタグの各々に通信チャネルの第三のグループにおいて一意の通信チャネルを割り当てる命令を送るが、それらは二次通信チャネルとは異なる。近接するＲＦＩＤタグは次いで自身に割り当てられた一意な通信チャネルにおいて所望の情報を送信し、ＲＦ衝突によるエラーなしにロケータユニットにより受信される。
【００５０】
このプロセスは所望の情報を得るために４回の送信と４回の応答を必要とするが、各送信および応答はほとんど情報を必要とせず、またＲＦＩＤタグにおいて比較的単純な処理しか必要としない。従って本発明は製造に使用する部品が少なく、極めて高い信頼性を有し、そのため故障の恐れが小さい。
【００５１】
別の実施形態
本発明による方法の別の実施形態を図２〜８に示す。この例において、ロケータまたはリーダーからさまざまな距離にある４個のマーカーまたはＲＦＩＤタグをソートおよび識別するために以下のステップが実行される。マーカー（１）が強いＲＦ信号を返し、エラーなしで識別された。同様に、マーカー（２）はマーカー（１）が無い場合に正常に識別された。マーカー（３）と（４）はほぼ等しい大きさのＲＦ信号を返して、それにより衝突した。従って、ソートマーカー（３）と（４）が必要になる。
【００５２】
ソートモードの間、チャネルグループＧ０とＧ１内のすべてのマーカーは読み取り専用に対し肯定応答（ＡＣＫ）信号で１ビット相当の時間だけ応答する。その他の時間は常に、その時間に受信されている別のマーカーと干渉を起こすのを防ぐためのマーカーから応答はない。
【００５３】
ポーリングモードにおいて、チャネルグループＧ０およびＧ１内にあるマーカーは自身に割り当てられたタイムスロットの間に全バイト読み込みで応答する。
【００５４】
一次チャネルにおいての通信の長さは約８ビット、すなわちチャネルグループＧ０は８ビット相当の時間経過後に開始する。新しい命令が受信されると読み取り命令は中止される。すなわち、タイマーがリセットされて送信が停止される。
【００５５】
衝突防止アルゴリズムは以下のステップによりソートを行なう。
Ａ．図２を参照するに、すべてのマーカーが一次チャネル（Ｐ）２１で同時に読まれる。この例において、ロケータはマーカー（１）、（２）、（３）および（４）を同時に読もうとする。遅延が無い一次通信チャネル（Ｐ）２１において通信が生じる。リセットされたならば、すべてのマーカーは一次チャネル（Ｐ）２１から応答すべく設定され、それにより最初に呼び掛けられたならば一次チャネルにおいて応答可能となる。
【００５６】
Ｂ．図３を参照するに、このステップではマーカー（１）および（２）は、一次チャネル（Ｐ）２１から遅延した第三のチャネルグループ２７〜３１に割り当てられる。この例において、マーカー（１）には第三のチャネルグループのスロット“０”においてチャネルＧ１２７が割り当てられていて、マーカー（２）には第三のチャネルグループのスロット“１”においてチャネルＧ１２８が割り当てられる。マーカー（１）が最も強い信号を有し、正常に読まれて、チャネルグループＧ１、スロット“０”２７へ送られた。マーカー（２）は次いで正常に読まれて、チャネルグループＧ１、スロット“１”２８へ送られた。マーカー（３）と（４）は互いに干渉したために読むことができなかった。
【００５７】
チャネルグループＧ１は一次チャネルＰ２１から１６〜３２遅延スロット分遅延している。マーカー（１）〜（４）が呼び掛けられた場合、この構成において、それらは自身に割り当てられたタイムスロットの間に単一ビット肯定応答を以って応答する。
【００５８】
Ｃ．次に、図４を参照するに、衝突したマーカーはソート用に二次チャネルＧ０の第一のグループ内の特定のチャネル、例えばチャネルグループＧ０２２のスロット“０”に割り当てられる。
【００５９】
Ｄ．図５を参照するに、チャネルグループＧ０、スロット“０”２２内のマーカーは、第一の二次チャネルグループＧ０２２〜２６のスロット０−１５にわたって選択された４ビットのニブルに基づいてソートされる。従って、マーカー（３）にはスロット“３”２３が割り当てられ、マーカー（４）にはグループＧ０においてスロット“４”２４が割り当てられる。
【００６０】
Ｅ．図６を参照するに、マーカーは呼び掛けられて肯定応答を読み、チャネルグループＧ０において占有されているスロットを決定する。
【００６１】
Ｆ．図７を参照するに、マーカー（３）はチャネルグループＧ０スロット“３”２３から一次チャネルへ移動させられてマーカーを識別する。
【００６２】
Ｇ．図８を参照するに、マーカー（３）は識別されてチャネルグループＧ１、スロット“３”２９へ移動させられる。ステップＦは次いで、マーカー（４）が識別されて、占有されていないチャネルグループＧ１内のチャネルスロットへ移動させられる。
【００６３】
マーカーをソートするために用いた番号の実施形態の例において、番号は８バイトメモリページの４ビットのニブルである。この６４ビットのメモリは、マーカータイプ、サブタイプ、ユーティリティ、周波数、所有者等、一意なシリアル番号にその他の識別情報を加えたものを含んでいてよい。
【００６４】
ソート用に選択されたニブルにおいて等しい値を有するマーカーは、衝突している各マーカーごとに異なるニブルが選択されるまで衝突し続けるであろう。各マーカーは一意な番号コードを有するため、マーカーは最終的には異なるビンにソートされて識別される。マーカーのグループにアドレスを付与してそれらのタイムスロットを変えて、一意な番号に基づいてソートする機能により、大量のマーカーやタグのソートおよび識別が可能になる。
【００６５】
ＩＤマーカーの例証的実施形態
図９を参照するに、上述の方法の例で使用するＩＤマーカーのブロック図が示されている。ＩＤマーカー９０はロケータとリーダー９１から信号を受信し、これらは次いでパーソナル・コンピュータまたはグローバル・ポジショニング・システム９２に接続可能である。ロケータとリーダーユニット９１から受信された信号はインダクタ−コンデンサネットワーク９３を励起する無線周波数信号であり、リーダーユニットが送信した信号をマーカー９０の処理部９４が提供する情報で変調する。
【００６６】
処理部分９４はアプリケーション固有の集積回路９４ｄ、識別データ記憶装置９４ａ、ユーザーデータ記憶装置９４ｂおよびシステムプログラミング・インタフェース９４ｃおよび電源９４ｅを含む。システムプログラミング・インタフェース９４ｃは外部機器９５に接続可能であり、テストおよび制御セグメント９５ａとセンサー９５ｂを含む。
【００６７】
識別データ記憶装置はソートプロセスの間にどのチャネルへ移動すべきかを決定するために用いる、ＩＤマーカー９０が利用できる番号を保存する。これは製造プロセスの間にＩＤマーカー９０に割り当てられた一意なシリアル番号を含んでいてよい。ＩＤマーカー９０に保存されたユーザーデータはＩＤデータと組み合わされて、上述のように、ソートプロセスの間に部分が選択される全体的な番号を形成することができる。
【００６８】
上述の例証的実施形態は、時分割スキームに基づいて互いが識別可能な一次および二次通信チャネルに関して記述されている。その他のチャネル分割が可能であり、周波数、符号語、あるいは時間、周波数と符号語のさまざまな組み合わせを用いて互いに区別できるチャネルを生成することができ、各マーカーに割り当てられた一意な番号に基づいて選択することができる。
【００６９】
本発明は例証的実施形態に関して記載されているが、本発明の範囲は以下の請求項により定義される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一態様によるシステムの例証的実施形態のブロック図を示す。
【図２】 本発明の方法の例証的実施形態の第一ステップにおけるチャネル割り当てを示す。
【図３】 本発明の方法の例証的実施形態の第二ステップにおけるチャネル割り当てを示す。
【図４】 本発明の方法の例証的実施形態の第三ステップにおけるチャネル割り当てを示す。
【図５】 本発明の方法の例証的実施形態の第四ステップにおけるチャネル割り当てを示す。
【図６】 本発明の方法の例証的実施形態の第五ステップにおけるチャネル割り当てを示す。
【図７】 本発明の方法の例証的実施形態の第六ステップにおけるチャネル割り当てを示す。
【図８】 本発明の方法の例証的実施形態の第七ステップにおけるチャネル割り当てを示す。
【図９】 本発明による装置の例証的実施形態を示す。
発明の背景
本発明は一般に、同時に受信されたデータ伝送に起因する衝突を調停する方法および装置に関し、より具体的には複数のセンサーから同時に受信されたデータ伝送に起因する衝突を調停する方法および装置に関する。
【０００２】
ＲＦ識別タグは人物の識別、ユーティリティ（電気ガス水道等の公益事業）・ラインマーカー、物品追跡等に限らずさまざまな用途で利用されている。無線手段（または共通バス）において通信する場合、同時に複数のユニットを読むことに起因して生じる恐れのある衝突や競合を調停する必要がある。これらのシステムの各々は、複数存在し得るタグを区別するために一次送信／受信ユニットを必要とする。同時に複数の送信を受信するためには、一次送信／受信ユニットが複数の再呼び掛け（すなわち送信）を用いて送信衝突をソートして、さらに受信した信号を処理することが必要である。
【０００３】
ユーティリティ・ラインは、位置の識別に役立つ埋め込みマーカーによりマーク付けされることが多い。これらの埋め込みマーカーは、マーカーに呼び掛ける無線周波数（ＲＦ）送信器を用いて検出でき、マーカーは次いで応答信号を送信する。マーカーは互いに比較的近接して埋められるため、呼び掛け送信器は同時に複数の信号を受信する場合が多い。２個の信号が同時に受信される現象“衝突”として知られている。受信信号を処理してこれらの衝突を避ける技術が開発されてきた。
【０００４】
衝突回避送信／受信システムの基本概念は、１度に１個の送信器（例えばマーカー）しか応答しないようにシステムを設計することにより、呼び掛け受話器は同時に送信された他の信号からの干渉を受けることなく、応答中の送信器のシリアル番号を読めるようになる。同じ時間周波数空間を占める信号は、信号を受信しようとする受信器に対してノイズを生成する。さらに、変調およびデータ速度が近い類似の信号はコヒーレンスノイズを生成し、その存在により他の信号を受信することが特に困難になる。
【０００５】
これらの問題を克服すべくいくつかの技術が実装されてきた。ある技術は各帰還信号に対して一意の時間区間を割り当てる。これは時分割多重接続方式（ＴＤＭＡ）として知られている。この技術は、多くの信号が存在し得るシステムの場合大きなタイムスロットを必要とする。ユーティリティマーカー送信／受信システムにおいて衝突を避ける技術を採用する場合、事前にどのマーカーに呼び掛けているかを送信器が認識していない恐れがあるため、タイムスロットの割り当てを多く必要とする。従って、この技術は多くの候補送信器が存在するシステムでは現実的でない。
【０００６】
別の技術は周波数分割を採用している。周波数分割多重接続方式（ＦＤＭＡ）と呼ばれるこのプロトコルにおいて、各信号には一意の周波数が割り当てられる。ＴＤＭＡと同様にＦＤＭＡは多くの割り当てられた周波数を必要とし、それにより多数の候補マーカーが呼び掛けられている状況ではユーティリティマーカーへの呼び掛けに利用するのは実用的でない。
【０００７】
別の技術は符号分割を採用している。符合分割多重接続方式（ＣＤＭＡ）と呼ばれるこのプロトコルにおいて、各信号は異なる符号キーを用いる。この技術をユーティリティ・マーキングシステムで使用する際に、ＴＤＭＡおよびＦＤＭＡと同じ問題に直面する。
【０００８】
別の技術は符号分割と時分割の態様を組み合わせる。そのような技術の一例が、英国特許第ＧＢ２，２５９，２２７号に記載されており、複数の信号を処理するための結合化ＴＤＭＡ／ＣＤＭＡ技術を開示している。別の例が米国特許第５，６０６，３２２号（Ａｌｌｅｎ他）に記載されており、ＲＦ衝突を回避すべく使用される疑似乱数符号を生成する方法と装置を開示している。しかし、これは単に起こり得る衝突の数を減らすだけであり、候補送信器が多数ある場合の問題を解決しない。
【０００９】
別の技術はランダムな遅延および符号／周波数分割を用いる。これらの技術はランダムな遅延を生成するために複雑なプロセッサを必要とする。さらに、このようなシステムでも依然として衝突の可能性がある。
【００１０】
米国特許第４，４７１，３４５号（Ｂａｒｒｅｔ，Ｊｒ．）はポータル・通信システムへのランダム化されたタグを開示している。このシステムにおいて、ポータルユニットと識別タグ間の通信は、各ポータルユニットからの符号パターンおよび後続する聴取間隔で構成される呼び掛け信号を連続的に発信することにより実現される。そのような呼び掛け信号の範囲内にあるタグは周波数、ビット持続時間、ビットレート、プリアンブル・符号およびファシリティ識別符号についての入力信号をテストする。タグは、自身が予めプログラムされた正当な信号を受信したならば、そのような信号は所定の全体応答間隔内で複数のタグ応答を同期させて起動し、各応答はランダムに選択されたタイムスロットの中で送信される。
【００１１】
別の技術は特定マーカーだけに向けた信号を発信する。正しいアドレスを含むものだけが応答する。このシステムは候補送信器についての予備知識を必要とするが、ユーティリティ・マーキングシステムでは必ずしも入手できる訳ではない。
【００１２】
米国特許第５，５２１，６０１号（Ｋａｎｄｌｕｒ他）は複数のタグ識別用の省電力技術を開示している。この特許は、タグがより小さいグループに分けられていて１度に１個のグループを識別し、現在識別中のグループには含まれないタグの電源を落とすことにより電力を節約するリーダーステーションの範囲内でタグを識別するタグ識別システムおよび方法を提供する。各タグは、自身に保存されているパラメータおよびリーダーステーションから受信したパラメータから計算することにより自身をグループに入れる。この技術は多くの送信量と複雑なロケータ（位置指定）・ユニットを必要とする。
【００１３】
別の技術は供給された電力によりソートするが、電力は受信器への距離により変化する。この技術は甚だしく複雑である。
【００１４】
米国特許第５，２６６，９２５号（Ｖｅｒｃｅｌｌｏｔｔｉ他）は電子識別タグ呼び掛け方法を開示している。この方法において、呼び掛け信号はアドレスを含み、信号のアドレスに等しいか大きいアドレスを有するすべてのタグからの応答を要求する。複数のアドレスを受信したならば、呼び掛けアドレスは二分され、呼び掛け信号は再送される。単独応答が分離されるまで呼び掛け信号は逐次二分される。
【００１５】
米国特許第５，５５０，５４７号（Ｃｈａｎ他）は複数品目の無線周波数タグ識別プロトコルを開示している。このプロトコルはＲＦタグ付けに適用された木分割アルゴリズムを用いる。本質的に、これ以上ＲＦ衝突が起こらなくなるまでこのプロトコルを用いてタグのグループの選択／選択解除を行なう。同様の装置が米国特許第５，５２１，６０１号に開示されていて、ＲＦ衝突が起こらなくなるまでグループの電源をオン／オフする。米国特許第５，６７３，０３７号もまたグループの選択／選択解除技術を開示している。
【００１６】
米国特許第５，５１５，０５３号（Ｈｅｃｈｔ他）は呼び掛け機器が符号内にワイルドカード項目を含んでいる符号化された信号を送信するトランスポンダおよびデータ通信システムを開示している。複数の信号が受信された場合、呼び掛け機器は別の符号信号を送信するが、符号内のワイルドカードはより少ない。このプロセスは単一信号のみが受信されるまで繰り返される。
【００１７】
米国特許第３，８６０，９２２号（Ｗａｇｎｅｒ）はＲＦ衝突を避けるべく呼び掛けに応答する時間依存する符号語（電子用暗語）を用いた機器を開示している。
【００１８】
ＰＣＴ特許出願ＷＯ９８／３５３２７は複数のＲＦタグからのＲＦ衝突を避ける、ランダムな発生に基づく非呼び掛け技術を開示している。
【００１９】
上述の技術の各々は実装が複雑であり、そのためマーカーの信頼性を下げているが、５０年を超えて持つことが期待される機器にとって極めて重要である。さらに、埋め込みマーカーで採用されているデータ転送速度は、正常に受信されていることを保証するのが比較的（約１２５Ｈｚ）遅い。従って、全マーカーに一意なタイムスロットを割り当てようすれば相当の時間遅延を必要とする。
【００２０】
本発明は従って、ユーティリティ・ルートに沿って埋め込まれた複数のＲＦ識別タグから送信された信号同士を調停する方法および装置を開発する課題を指向するものである。
【００２１】
発明の要約
本発明は、二次通信チャネルの各々が一次通信チャネルに相対的に一意であるように一次通信チャネルと複数の二次通信チャネルを提供し、かつ無線周波数マーカーの各々に対して無線周波数マーカーの各々が利用できる番号の部分に基づいて二次通信チャネルのうち１個において応答するよう命令することにより、この課題を解決する。
【００２２】
詳細な説明
本発明は、多くの衝突している無線周波数（ＲＦ）電子マーカーまたは識別タグ（ここではＲＦＩＤと称する）から、シリアル番号および／またはその他の情報を同時に読む方法および装置を提供する。本発明は特にユーティリティ・ライン・マーキングシステムに応用されたＲＦＩＤタグに応用可能な厳しい環境制約に適しているものの、本発明はまた、複数のソースからの送信を同時に受信しようとする人工衛星、地上およびコンピュータ通信を含むその他のデータ送受信システムにも応用できる。
【００２３】
５０年以上も埋設されているユーティリティ・ラインマーカーに課せられた厳しい環境制約を満足するために、本発明はＲＦＩＤチップに最小限の追加ロジックを必要とするものの、ＲＦ衝突をすばやく識別・ソートする強力かつ高速なソートおよび識別スキームを提供する。
【００２４】
本発明は一次通信チャネルと複数の二次チャネルの組み合わせを採用している。二次チャネルの各々には、一次チャネルから遅延している自身の一意なタイムスロットが割り当てられる。一意なチャネル割り当てに基づく時分割以外に他の多重送信スキームも可能である。例えば、周波数、符号語および時間、周波数、符号語の各種の組み合わせを用いて二次チャネルの１個を一意に指定することができる。
【００２５】
チャネル割り当てスキームの例証的実施形態において、Ｃ０を一次通信チャネルを表わすものとする。このスキームにおいて、Ｃ１は二次チャネルの一番目、Ｃ２は二次チャネルの二番目、Ｃｎは二次チャネルのｎ番目のものを表わす。この表記法を用いて、下付き添字は一次通信チャネルに対する時間遅延（またはチャネル割り当て）を表わす。従って、Ｃ１は一次チャネルから１単位時間遅延されていて、Ｃｎは一次チャネルからｎ単位時間遅延されている。単位時間の長さは、各ＲＦ信号が隣接するタイムスロットの信号から干渉されることなく正常に受信されるように選ばれ、変調および符号化スキームの仕様に合わせられるが、これは本発明とは無関係である。
【００２６】
本発明の一態様によれば、複数のＲＦＩＤタグの位置を特定する方法の例証的実施形態は以下のように動作する。最初に、ロケータまたはリーダーユニットがＲＦＩＤタグに呼び掛け、タグは次いでＲＦ信号を以って応答する。図２に、複数の信号（（１）〜（４）で示す）が一次通信チャネル２１において受信されている様子を示す。
【００２７】
信号が干渉なしに識別できるＲＦＩＤタグの場合、ロケータユニットはこれらのＲＦＩＤタグに対し、以後の通信に用いるべく特別に割り当てられたチャネルの専用グループ（へ移動するよう）命令する。一次チャネルとソートに用いられる二次チャネルとを区別するためにこれらを三次チャネルと呼ぶ。図３に、信号（１）と（２）は正常に読まれていて、それらに関連付けられたＲＦＩＤタグが三次チャネルＧ１スロット“０”２７、およびＧ１スロット“１”２８に割り当てられる。
【００２８】
ロケータまたはリーダーユニットは、図３の（３）、（４）のように干渉する複数の信号を受信したならば、引き続いてソートするために二次チャネルの特定のスロットにそれらの信号を送ることにより、それらの信号に関連付けられたＲＦＩＤタグに命令する。図に、信号（３）と（４）がグループＧ０スロット“０”２２に割り当てられている様子を示す。
【００２９】
次に、各ＲＦＩＤタグは別の応答を送信するよう命令され、その応答の各々は、各ＲＦＩＤタグに保存されているかまたは各ＲＦＩＤタグが利用できる一意な番号の部分に基づいて、一次通信チャネル２１から遅れている。一意な番号の可能な一実施形態には次の内の一つ以上の組み合わせが含まれる。すなわち一意なシリアル番号、日時、ユーティリティ・マーキングシステム、送信されるセンサーデータ等である。図５に、信号（３）と（４）が二次チャネルＧ０スロット“３”２３およびＧ０スロット“４”２４でそれぞれ応答する様子を示す。応答しているＲＦＩＤタグに対し、他の二次通信チャネル（へ移動するよう）命令することにより、ＲＦＩＤタグが二次通信チャネルにおいてソートすることを強いる。
【００３０】
二次通信チャネルの例証的実施形態は、一意な番号の任意の部分（例えば４ビット部分）の値に基づくある個数のタイムスロット（例えば１６）で構成される。各タグの各シリアル識別番号は基本的に一意であるため、他のマーカーと異なるシリアル識別番号の部分が常に存在する。さらに、シリアル番号を他の利用可能なデータ／番号と組み合わせることにより、選択された二次チャネルの一意性がさらに保証されよう。
【００３１】
リーダーは次いで占有された二次チャネルにおいて肯定応答（ＡＣＫ）ワードを検出する。図６に、信号（３）と（４）に関連付けられたＲＦＩＤタグが呼び掛けに対し二次チャネルＧ０スロット“３”２３とＧ０スロット“４”２４においてＡＣＫ応答を以って応答する様子を示す。
【００３２】
次に、位置特定ユニットはタグに対し特定のスロットまたはチャネル内のタグに対して、遅延が存在しない一次チャネルに移るよう命令する。図７に、信号（３）に関連付けられたＲＦＩＤタグが一次通信チャネル２１に割り当てられている様子を示す。信号が一次チャネル２１において送信されたならば、リーダーは識別番号を読む。さらに衝突があるならば、衝突したタグは二次チャネルへ返されて、それらのＩＤ番号の異なる部分を用いて再びソートされる。すなわち、図４〜６に示すステップが繰り返される。このプロセスはすべてのタグがソートされて識別されるまで続く。
【００３３】
ＲＦＩＤタグがすべてソートされたならば、ＲＦＩＤタグには三次チャネル等、ソート用に使われる二次チャネルの外側でさらに別のタイムスロットを割り当てられる。図８に、信号（３）に関連付けられたＲＦＩＤタグに三次チャネルＧ１スロット“２”が割り当てられている様子を示す。信号（４）に関連付けられたＲＦＩＤタグは次いで一次通信チャネル２１へ移動するように命令され、正常に受信さらたならば、次にＧ１スロット“３”等の三次チャネルへ移動させられる。
【００３４】
本発明の別の態様は、ＲＦＩＤタグが自身のシリアルポート経由で到着する情報を読むためにポーリングされるアプリケーションに関し、その情報はセンサーから来る場合がある。この場合、検出されたタグがすべて識別された後で、それらはすべて“ポーリング”モードに切り変わるように命令され、それにより各々に別々のタイムスロットが割り当てられて、すべてのタグ（またはセンサー）を順次読むために１個の“読み取り”命令だけが必要とされる。この一例として、識別されたタグの各々に三次チャネルを割り当てておいて、三次チャネルに割り当てられている間にポーリングされた場合にリーダーに対してポーリングされた情報を返す応答を生起させる。
【００３５】
例証的実施形態
本発明は、ユニット間で衝突が起きる可能性があり、衝突を調停する必要がある任意のＲＦＩＤタグまたは電子マーカー製品用途で利用可能である。本発明の一つの用途に、埋め込みケーブル接合部分、ループ、パイプ弁、ティーその他のユーティリティー特徴等、地下特徴をマークするために用いられる電子マーキングシステム（ＥＭＳ）がある。ユーザーはこの完全に受動的な機器を用いて地下の重要なスポットにマーク付けして、５０年以上にわたり存続することが期待できる。
【００３６】
受動的マーカーに識別子を加えることにより、ユーザーは識別番号を用いて特定のマーカーを肯定的に識別し、電子その他のデータベースに結び付けることができる。設備所有者や設備の種類（例えば銅、光ファイバー等）の識別に役立つ、より多くの情報をマーカー集積回路に保存することができる。本発明のこの態様は、複数のユーティリティ・ラインが共同溝に沿って埋設されている場合が多いため、特に有用である。その結果、異なるユーティリティ・ライン用に類似のマーカーを用いると、特定のマーカーを見つけようとした際に混乱が生じる恐れがある。さらに、異なるユーティリティ提供者に対して共同溝に沿ってマーカーの種別や位置を調整することを求めるのは極めて難しい。
【００３７】
マーカーの全寿命（例えば５０年）にわたってマーカーが互いに近接して埋設されている確率が常に存在するため、“衝突している”マーカーを扱う方法が必要である。さらに、利用する方法はマーカーの掘り起しを伴うため及ぼす影響が大きいことから、信頼できるものでなければならない。
【００３８】
図１に、地下ユーティリティ・ラインの識別に利用する、本発明によるシステム１０の例証的実施形態を示す。図に示すように、ＲＦＩＤタグ１、２、および３は地下通信ライン７にマークを付ける。ＲＦＩＤタグ４および５は地下石油パイプライン８にマークを付ける。
【００３９】
ＲＦＩＤタグの各々はトランシーバ（図示せず）、アンテナ（図示せず）、プロセッサ（図示せず）、および電源（電力／ユーティリティ・ライン上の電源、またはバッテリーのいずれかに接続しているもの。両方とも図示せず。）を含む。いくつかの用途において、ＲＦＩＤは送信された信号の電力を利用してプロセッサとトランシーバーにエネルギーを供給する受動的機器である。このような機器は当分野で公知であり、これ以上の説明は不要である。
【００４０】
ロケータユニット６もまた、トランシーバ（図示せず）、アンテナ（図示せず）、プロセッサ（図示せず）、および電源（図示せず）を含む。ＲＦＩＤタグが５０年以上にわたり存続する可能性のある地下用途で採用されるよう信頼性を増すために、ＲＦＩＤタグはできるだけ単純な構造でなければならない。本発明のメッセージ処理技術は非常に単純なプロセッサを利用可能にする。
【００４１】
ロケータユニット６は自身に近接するすべてのＲＦＩＤタグへ呼び掛け信号を送信する。ＲＦＩＤタグ１〜５は応答し、それにより一次通信チャネルＰ２１においてＲＦ衝突を引き起こす。ＲＦＩＤタグ１〜５は次いでロケータユニット６から命令されて二次チャネルＧ０〜Ｇ１５のうちの１個を用いて再び応答し、そのチャネルは各ＲＦＩＤタグの一意なシリアル識別番号の第一の部分を用いて割り当てられる。
【００４２】
例えば、ＲＦＩＤタグ１はシリアル番号１１０１−００１０−００１１−１１０１−０００１−１１１１−１０１１−１０１０（１３−０２−０３−１３−０１−１５−１１−１０）を有する。ＲＦＩＤタグ２はシリアル番号１０１０−００００−１１１１−１１０１−００１０−１１０１−００１０−００１１（１０−００−１５−１３−０２−１３−０２−０３）を有する。ＲＦＩＤタグ３はシリアル番号００１１−１１１１−００００−０１０１−１１０１−０００１−１１１１−１０１１（０３−１５−００−０５−１３−０１−１５−１１）を有する。ＲＦＩＤタグ４はシリアル番号００００−００００−１１１０−０００１−１１０１−００１０−００１１−１１０１（００−００−１４−０１−１３−０２−０３−１３）を有する。ＲＦＩＤタグ５はシリアル番号１１０１−００００−１１１１−００１０−０００１−１１１１−１０１０−０１１１（１３−００−１５−０２−０１−１５−１０−０７）を有する。ここでわかるように、これらＲＦＩＤの任意の２個は一意な４ビット部分を１個含んでいる。
【００４３】
この場合、ＲＦＩＤタグ１は二次通信チャネルＧ１３において応答するよう命令され、ＲＦＩＤタグ２は二次通信チャネルＧ１０において応答するよう命令され、ＲＦＩＤタグ３は二次通信チャネルＧ０３において応答するよう命令され、ＲＦＩＤタグ４は二次通信チャネルＧ００において応答するよう命令され、ＲＦＩＤタグ５は二次通信チャネルＧ１３において応答するよう命令される。
【００４４】
‘００’が一次通信チャネルを指示するため、ＲＦＩＤタグ４は実際には二次通信チャネルＣ１６において応答するが、それはこのチャネルが他のいかなる４ビット部分からも指示されていないためである。あるいは、各チャネルが４ビットの指示に１を加えることができ、それにより００００はチャネルＣ０１を指示し、１１１１はチャネルＣ１６を指示する。
【００４５】
引き続き同じ例を参照するに、チャネルＣ００はＲＦＩＤタグ４からの１個の信号を含み、チャネルＣ０３はＲＦＩＤタグ３からの１個の信号を含み、チャネルＣ１０はＲＦＩＤタグ２からの１個の信号を含み、チャネルＣ１３はＲＦＩＤタグ１および５からの２個の信号を含む。
【００４６】
ＲＦＩＤタグ２、３および４の二次通信チャネルにＲＦ衝突がないためそれらの識別番号を読むことができるので、ロケータユニット６は次いでＲＦＩＤタグ２、３および４から識別番号を読む。あるいは、ロケータユニット６はＲＦＩＤタグ２、３および４に対し、一次、二次チャネルとは異なる第三のチャネルグループの１個を割り当てる。この第三のチャネルのグループは応答しているすべてのＲＦＩＤタグを連続的に読むために使われる。
【００４７】
ロケータユニット６は次いでチャネルＣ１３にあるＲＦＩＤタグに命令を送信して、それらのシリアル番号の異なる部分を用いて別の二次通信チャネルにおいて送信させる。それらのシリアル番号の次の部分、または前の部分、またはランダムに選択した部分、またはそれらのシリアル番号のビットのある組み合わせのいずれを用いてもよい。
【００４８】
ＲＦＩＤタグ１は次いで二次通信チャネルＣ０２において応答を送信し、ＲＦＩＤタグ５は二次通信チャネルＣ１６（またはＣ００、チャネル付番プロトコルに依存）において応答を送信する。
【００４９】
これらの応答が受信されたならば、ロケータユニットは近接するすべてのＲＦＩＤタグのシリアル番号を認識している。ロケータユニット６は次いで近接するＲＦＩＤタグの各々に通信チャネルの第三のグループにおいて一意の通信チャネルを割り当てる命令を送るが、それらは二次通信チャネルとは異なる。近接するＲＦＩＤタグは次いで自身に割り当てられた一意な通信チャネルにおいて所望の情報を送信し、ＲＦ衝突によるエラーなしにロケータユニットにより受信される。
【００５０】
このプロセスは所望の情報を得るために４回の送信と４回の応答を必要とするが、各送信および応答はほとんど情報を必要とせず、またＲＦＩＤタグにおいて比較的単純な処理しか必要としない。従って本発明は製造に使用する部品が少なく、極めて高い信頼性を有し、そのため故障の恐れが小さい。
【００５１】
別の実施形態
本発明による方法の別の実施形態を図２〜８に示す。この例において、ロケータまたはリーダーからさまざまな距離にある４個のマーカーまたはＲＦＩＤタグをソートおよび識別するために以下のステップが実行される。マーカー（１）が強いＲＦ信号を返し、エラーなしで識別された。同様に、マーカー（２）はマーカー（１）が無い場合に正常に識別された。マーカー（３）と（４）はほぼ等しい大きさのＲＦ信号を返して、それにより衝突した。従って、ソートマーカー（３）と（４）が必要になる。
【００５２】
ソートモードの間、チャネルグループＧ０とＧ１内のすべてのマーカーは読み取り専用に対し肯定応答（ＡＣＫ）信号で１ビット相当の時間だけ応答する。その他の時間は常に、その時間に受信されている別のマーカーと干渉を起こすのを防ぐためのマーカーから応答はない。
【００５３】
ポーリングモードにおいて、チャネルグループＧ０およびＧ１内にあるマーカーは自身に割り当てられたタイムスロットの間に全バイト読み込みで応答する。
【００５４】
一次チャネルにおいての通信の長さは約８ビット、すなわちチャネルグループＧ０は８ビット相当の時間経過後に開始する。新しい命令が受信されると読み取り命令は中止される。すなわち、タイマーがリセットされて送信が停止される。
【００５５】
衝突防止アルゴリズムは以下のステップによりソートを行なう。
Ａ．図２を参照するに、すべてのマーカーが一次チャネル（Ｐ）２１で同時に読まれる。この例において、ロケータはマーカー（１）、（２）、（３）および（４）を同時に読もうとする。遅延が無い一次通信チャネル（Ｐ）２１において通信が生じる。リセットされたならば、すべてのマーカーは一次チャネル（Ｐ）２１から応答すべく設定され、それにより最初に呼び掛けられたならば一次チャネルにおいて応答可能となる。
【００５６】
Ｂ．図３を参照するに、このステップではマーカー（１）および（２）は、一次チャネル（Ｐ）２１から遅延した第三のチャネルグループ２７〜３１に割り当てられる。この例において、マーカー（１）には第三のチャネルグループのスロット“０”においてチャネルＧ１２７が割り当てられていて、マーカー（２）には第三のチャネルグループのスロット“１”においてチャネルＧ１２８が割り当てられる。マーカー（１）が最も強い信号を有し、正常に読まれて、チャネルグループＧ１、スロット“０”２７へ送られた。マーカー（２）は次いで正常に読まれて、チャネルグループＧ１、スロット“１”２８へ送られた。マーカー（３）と（４）は互いに干渉したために読むことができなかった。
【００５７】
チャネルグループＧ１は一次チャネルＰ２１から１６〜３２遅延スロット分遅延している。マーカー（１）〜（４）が呼び掛けられた場合、この構成において、それらは自身に割り当てられたタイムスロットの間に単一ビット肯定応答を以って応答する。
【００５８】
Ｃ．次に、図４を参照するに、衝突したマーカーはソート用に二次チャネルＧ０の第一のグループ内の特定のチャネル、例えばチャネルグループＧ０２２のスロット“０”に割り当てられる。
【００５９】
Ｄ．図５を参照するに、チャネルグループＧ０、スロット“０”２２内のマーカーは、第一の二次チャネルグループＧ０２２〜２６のスロット０−１５にわたって選択された４ビットのニブルに基づいてソートされる。従って、マーカー（３）にはスロット“３”２３が割り当てられ、マーカー（４）にはグループＧ０においてスロット“４”２４が割り当てられる。
【００６０】
Ｅ．図６を参照するに、マーカーは呼び掛けられて肯定応答を読み、チャネルグループＧ０において占有されているスロットを決定する。
【００６１】
Ｆ．図７を参照するに、マーカー（３）はチャネルグループＧ０スロット“３”２３から一次チャネルへ移動させられてマーカーを識別する。
【００６２】
Ｇ．図８を参照するに、マーカー（３）は識別されてチャネルグループＧ１、スロット“３”２９へ移動させられる。ステップＦは次いで、マーカー（４）が識別されて、占有されていないチャネルグループＧ１内のチャネルスロットへ移動させられる。
【００６３】
マーカーをソートするために用いた番号の実施形態の例において、番号は８バイトメモリページの４ビットのニブルである。この６４ビットのメモリは、マーカータイプ、サブタイプ、ユーティリティ、周波数、所有者等、一意なシリアル番号にその他の識別情報を加えたものを含んでいてよい。
【００６４】
ソート用に選択されたニブルにおいて等しい値を有するマーカーは、衝突している各マーカーごとに異なるニブルが選択されるまで衝突し続けるであろう。各マーカーは一意な番号コードを有するため、マーカーは最終的には異なるビンにソートされて識別される。マーカーのグループにアドレスを付与してそれらのタイムスロットを変えて、一意な番号に基づいてソートする機能により、大量のマーカーやタグのソートおよび識別が可能になる。
【００６５】
ＩＤマーカーの例証的実施形態
図９を参照するに、上述の方法の例で使用するＩＤマーカーのブロック図が示されている。ＩＤマーカー９０はロケータとリーダー９１から信号を受信し、これらは次いでパーソナル・コンピュータまたはグローバル・ポジショニング・システム９２に接続可能である。ロケータとリーダーユニット９１から受信された信号はインダクタ−コンデンサネットワーク９３を励起する無線周波数信号であり、リーダーユニットが送信した信号をマーカー９０の処理部９４が提供する情報で変調する。
【００６６】
処理部分９４はアプリケーション固有の集積回路９４ｄ、識別データ記憶装置９４ａ、ユーザーデータ記憶装置９４ｂおよびシステムプログラミング・インタフェース９４ｃおよび電源９４ｅを含む。システムプログラミング・インタフェース９４ｃは外部機器９５に接続可能であり、テストおよび制御セグメント９５ａとセンサー９５ｂを含む。
【００６７】
識別データ記憶装置はソートプロセスの間にどのチャネルへ移動すべきかを決定するために用いる、ＩＤマーカー９０が利用できる番号を保存する。これは製造プロセスの間にＩＤマーカー９０に割り当てられた一意なシリアル番号を含んでいてよい。ＩＤマーカー９０に保存されたユーザーデータはＩＤデータと組み合わされて、上述のように、ソートプロセスの間に部分が選択される全体的な番号を形成することができる。
【００６８】
上述の例証的実施形態は、時分割スキームに基づいて互いが識別可能な一次および二次通信チャネルに関して記述されている。その他のチャネル分割が可能であり、周波数、符号語、あるいは時間、周波数と符号語のさまざまな組み合わせを用いて互いに区別できるチャネルを生成することができ、各マーカーに割り当てられた一意な番号に基づいて選択することができる。
【００６９】
本発明は例証的実施形態に関して記載されているが、本発明の範囲は以下の請求項により定義される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一態様によるシステムの例証的実施形態のブロック図を示す。
【図２】 本発明の方法の例証的実施形態の第一ステップにおけるチャネル割り当てを示す。
【図３】 本発明の方法の例証的実施形態の第二ステップにおけるチャネル割り当てを示す。
【図４】 本発明の方法の例証的実施形態の第三ステップにおけるチャネル割り当てを示す。
【図５】 本発明の方法の例証的実施形態の第四ステップにおけるチャネル割り当てを示す。
【図６】 本発明の方法の例証的実施形態の第五ステップにおけるチャネル割り当てを示す。
【図７】 本発明の方法の例証的実施形態の第六ステップにおけるチャネル割り当てを示す。
【図８】 本発明の方法の例証的実施形態の第七ステップにおけるチャネル割り当てを示す。
【図９】 本発明による装置の例証的実施形態を示す。
Claims (3)
- 複数の無線周波数マーカーから同時に情報を読む方法であって、
一次通信チャネルおよび複数の二次通信チャネルを提供するステップと、
前記複数の無線周波数マーカーの各々に対し、前記複数の無線周波数マーカーの各々が利用できる番号の部分に基づいて前記複数の二次通信チャネルの１個において応答するよう命令するステップとを含み、
前記複数の二次通信チャネルの各々は前記一次通信チャネルに関して一意である方法。 - 複数の埋設された送信器と通信する方法であって、
ａ）呼び掛け信号を送信し、前記呼び掛け信号を受信している前記埋設送信器のすべてに対し一次チャネルにおいて応答するよう要求するステップと、
ｂ）応答信号が正常に受信された前記埋設送信器の各々に、第一のチャネルグループ内の一意な専用チャネルを割り当てるステップと、
ｃ）応答信号が正常に受信されなかった前記埋設送信器のすべてを、第二のチャネルグループ内の第一のチャネルへ割り当てるステップと、
ｄ）現在前記第二のチャネルグループ内の前記第一のチャネルに割り当てられている前記埋設送信器のすべてに対し、前記埋設送信器の各々が利用できる番号の部分に基づいて前記第二のチャネルグループ内のチャネルの１個へ移動するよう命令するステップと、
ｅ）前記埋設送信器の各々から、前記第一および第二のグループ内のどのチャネルが占有されているかを示す肯定応答を検出するステップと、
ｆ）ステップｄ）において前記第二のチャネルグループ内のチャネルの各々に割り当てられた前記埋設送信器の１個づつに対し、前記一次チャネルにおいて信号を送信するよう命令するステップと、
ｇ）ステップｆ）において信号が正常に受信された前記埋設送信器に対し、前記第一のチャネルグループ内の一意な専用チャネルへ移動するよう命令するステップと、
ｈ）前記埋設送信器のすべてに前記第一のチャネルグループ内の一意な専用チャネルが割り当てられるまでステップｃ）〜ｇ）を繰り返すステップとを含む方法。 - ユーティリティ・ラインにマーキングし、かつ複数の他の同様な装置と通信しようとしているリーダーユニットと通信する装置であって、
前記リーダーユニットから受信された呼び掛け信号を変調し、変調された応答信号を反射するインダクタ−コンデンサネットワークと、
前記装置に割り当てられた番号を識別番号として保存するメモリと、
前記インダクタ−コンデンサネットワークおよびメモリに接続されたプロセッサとを含み、
前記プロセッサは、
ａ）前記応答信号が正常に受信されたことを示す前記リーダーからの第二の信号に応答して、第一のチャネルグループ内の一意な専用チャネルへ移動し、
ｂ）前記応答信号が正常に受信されたことを示す前記リーダーからの第二の信号が受信されなかったならば、第二のチャネルグループ内の第一のチャネルへ移動し、
ｃ）現在前記第二のチャネルグループ内の前記第一のチャネルに割り当てられているすべての装置に対する命令を受信したならば、前記メモリに保存されている番号の部分に基づいて前記第二のチャネルグループ内のチャネルの１個へ移動し、
ｄ）前記第二のチャネルグループ内の前記１個のチャネルに割り当てられている任意の送信器への前記リーダーからの命令を受信したならば、一次チャネル内の信号を送信し、
ｅ）ステップｄ）において前記一次チャネルにおいて送信された信号が正常に受信された旨のリーダーからの信号を受信したならば、前記第一のチャネルグループ内の一意な専用チャネルへ移動し、
ｆ）ステップｄ）で送信された前記信号が正常に受信された旨を示す前記リーダーからの信号を受信するまで、ステップｃ）でメモリに保存された番号の異なる部分を用いてステップｂ）〜ｅ）を繰り返すようプログラムされている装置。
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