JP6458947B2

JP6458947B2 - Ｈｆ帯ｒｆｉｄシステム用の通信方法

Info

Publication number: JP6458947B2
Application number: JP2015138058A
Authority: JP
Inventors: 達之神尾
Original assignee: Phoenix Solution Co Ltd
Current assignee: Phoenix Solution Co Ltd
Priority date: 2015-07-09
Filing date: 2015-07-09
Publication date: 2019-01-30
Anticipated expiration: 2035-07-09
Also published as: JP2017022525A

Description

本発明はHF帯を利用するRFIDシステムにおいて、複数のリーダ・ライタ間の電波干渉を防止して、リーダ・ライタとRFタグとが正確に交信できる通信方法に関する。

近年、物流の効率化を図るべくRFID(Radio Frequency Identification)が利用されている。
RFIDシステムで使用するRFタグにはアンテナ及びICチップが格納されており、リーダ・ライタのアンテナから送信された搬送波をRFタグのアンテナで受信し、ICチップに記録されている搬送物の識別データ等を副搬送波に乗せてリーダ・ライタへ返送することで非接触で交信する仕組みになっている。

RFIDシステムでは複数のリーダ・ライタを近接して設置した場合に相互に電波干渉（衝突）が生じてRFタグの読み取り性能が低下する問題が知られている。
この問題を解消するべく、例えばUHF帯の電波を利用するRFIDシステムでは、LBT ( Listen Before Talk ) と呼ばれるキャリアセンスによって空きチャンネルを確保して電波干渉を防ぐ手段が知られている（特許文献1参照）。

特開2010-35038号公報

HF帯RFIDシステムの場合、パッシブタイプのRFタグを使用することが多く、当該RFタグに対して電力を供給するべくリーダ・ライタから高出力の搬送波を送信する必要があるため、近接設置したリーダ・ライタ間で電波干渉が生じ易い。

具体的には、図5(a)に示すように一つのリーダ・ライタ（リーダ・ライタA）が13.56 MHzの搬送波を送信すると、リーダ・ライタAに対応するRFタグRFA（図示略）はこれを受信し、各種情報を副搬送波Aに乗せてリーダ・ライタAに返送する。リーダ・ライタAが受信した副搬送波Aはコンピュータへ送信されて適宜処理される。
ここで、図5(b)に示すようにリーダ・ライタAから送信された搬送波Aは、リーダ・ライタAに隣接するリーダ・ライタBにも届いて受信される。一方、HF帯RFIDではRFタグからの副搬送波の強度が小さく、その到達距離は数十センチメートルと短いため、ある程度間隔を空けてリーダ・ライタA,Bを配置しておけば、RFタグRFAからの副搬送波Aは隣のリーダ・ライタBにまで届かず、リーダ・ライタBでは検出出来ない。
つまり、一つのリーダ・ライタが搬送波を送信すると、周囲のリーダ・ライタは、「どこかのリーダ・ライタが搬送波を送信中である」ことだけを認識できる（当該搬送波の内容まで認識できるとは限らない）。

したがって、図6(a)に示すようにリーダ・ライタAがRFタグRFAに搬送波Aを送信して、その副搬送波Aを受信している間に、図6(b)に示すようにリーダ・ライタBがRFタグRFB（図示略）に搬送波Bを送信してしまうと、この搬送波Bをリーダ・ライタAでも受信してしまうので、リーダ・ライタAではRFタグRFAの副搬送波Aとリーダ・ライタBの搬送波Bとが衝突して電波干渉が発生してしまうという問題がある。
同様の問題はリーダ・ライタBがRFタグRFBからの副搬送波Bを受信している間にリーダ・ライタAからの搬送波Aを受信した際にも生じる。
このように、HF帯の電波を利用するRFIDシステムでは周波数帯が13.56 MHzの1周波のみであるため、上記LBTを使用できず、リーダ・ライタ相互の電波干渉を防ぐ有効な手段が未だに開発されていないのが現状である。

本発明は、このような問題を考慮して、複数のリーダ・ライタ間の電波干渉を防止して、リーダ・ライタとRFタグとが正確に交信できるHF帯RFIDシステム用の通信方法を提供することを目的とする。

本発明のHF帯RFIDシステム用の通信方法は、一つ又は複数のリーダ・ライタが、他のリーダ・ライタから搬送波が送信されているか否かを判断する第1ステップと、他のリーダ・ライタから搬送波が送信されている場合に、残りのリーダ・ライタは自身に設定された通信自粛時間が経過するまで搬送波の送信を停止する第2ステップと、前記通信自粛時間の経過後、前記残りのリーダ・ライタのうち最も早く前記通信自粛時間が経過したリーダ・ライタのみが搬送波を送信する第3ステップとを備えており、前記通信自粛時間が、リーダ・ライタが搬送波を送信するのに必要な送信時間と、当該搬送波を受信したRFタグから返送される副搬送波をリーダ・ライタが受信し終えるまでに必要な応答時間と、リーダ・ライタ毎に設定される遅延時間とを足し合わせた時間であることを特徴とする。
また、前記遅延時間が乱数に基いてリーダ・ライタ毎に設定されることを特徴とする。

本発明では、各リーダ・ライタに通信自粛時間を設定することで、一つのリーダ・ライタの通信中は残りのリーダ・ライタは通信を自粛する。これにより、搬送波送信中のリーダ・ライタと残りのリーダ・ライタとの間で電波干渉が生じる事態を防止できる。
また、通信自粛時間をリーダ・ライタ毎に異なる値に設定するので、通信自粛中の複数のリーダ・ライタにおいて通信自粛が同時に終了することがなく、必ず複数のリーダ・ライタのうちいずれか一つのリーダ・ライタの通信自粛時間だけが早く終了し、このリーダ・ライタから搬送波が送信される。これにより、通信自粛を行っていた複数のリーダ・ライタ間で電波干渉が生じる事態も防止できる。
また、遅延時間を乱数に基いて設定することにすれば、作業者が手作業で設定する場合と比較して遅延時間の設定を自動化できる。特に、乱数を一定時間経過毎に変化させることにすれば、各リーダ・ライタの遅延時間を平均化でき、通信自粛を行なう回数をリーダ・ライタ間で平均化できる。

HF帯RFIDシステムの全体構成を示す概略図本発明の通信方法による電波干渉防止過程を示したフローチャート本発明の通信方法による電波干渉防止過程を説明するためのタイミングチャート通信自粛時間の構成を示す図一般的なHF帯RFIDシステムにおけるリーダ・ライタの通信状態を示すタイミングチャート一般的なHF帯RFIDシステムにおいてリーダ・ライタ間に電波干渉が生じた状態を示すタイミングチャート

図1は本発明の通信方法を適用するHF帯RFIDシステムの全体構成を示した概略図である。
HF帯のRFIDシステムを構成する各種装置に関しては周知のものを使用すればよいため詳しい説明は省略するが、HF帯RFIDシステム1は管理対象である物品10を乗せるためのテーブル20、各物品10に貼り付けられるRFタグ30、テーブル20に物品10が乗せられたことを検知するセンサ40、複数のリーダ・ライタ50、リーダ・ライタ50やセンサ40の駆動を制御するコンピュータ60から概略構成されている。

RFタグ30は管理対象である物品10に一つずつ貼り付けられており、一つのテーブル20に対して一組のセンサ40及びリーダ・ライタ50が配置されている。RFタグ30のICチップ（図示略）には物品10の識別データ等の各種情報が記録されている。
なお、RFタグ30への電力供給方式として本発明ではパッシブタイプを採用するものとするが、アクティブタイプに適用することも可能である。

物品10の外観は特に限定されるものではなく、露出した状態のものやダンボール等の梱包箱に収容された状態であってもよい。物品10としては例えば料理皿の場合、RFタグ30は料理皿の下面等に貼り付けられ、皿に載せた料理の名称、値段、カロリー、成分表等に関するデータをICチップに格納することになる。
物品10をテーブル20に乗せるのは客や作業者等の人手によってもよく、あるいはベルトコンベアー等で物品10がテーブル20上に自動搬送されることにしてもよい。

一つのテーブル20に物品10が載せられると、それをセンサ40が検知してコンピュータ60に信号を出力する。コンピュータ60は当該センサ40と一対の関係にあるリーダ・ライタ50に対して駆動信号を送信し、これを受信したリーダ・ライタ50はアンテナから13.56 MHzの搬送波をテーブル20上の物品10に向けて送信する。
テーブル20上の物品10に貼り付けられたRFタグ30は搬送波をアンテナで受信し、RFタグ30のICチップに記録されている識別データ等の各種情報を副搬送波に乗せてリーダ・ライタ50へ返送する。リーダ・ライタ50が受信した各種情報はコンピュータ60へ送信されて適宜処理される。
上述のとおり、リーダ・ライタ50が搬送波を送信した際に、当該搬送波は隣接するリーダ・ライタ50に届いて受信されてしまう結果、通常は複数のリーダ・ライタ50間で電波干渉が生じることになるが、次に述べるとおり本発明ではこれを防止することができる。

次に、本発明の通信方法について説明する。
図2は、本発明の通信方法による電波干渉防止過程を示したフローチャートである。
まず、テーブル20に物品10が乗せられると、コンピュータ60の駆動制御により当該テーブル20に取り付けられたリーダ・ライタ50は、他のリーダ・ライタ50が搬送波を送信しているか否かを判断する（ S100 第1ステップ）。
複数のテーブル20それぞれに物品10が乗せられた場合も同様に、当該テーブル20に取り付けられたリーダ・ライタ50は、他のリーダ・ライタ50が搬送波を送信しているか否かを判断する（第1ステップ）

具体的には、各リーダ・ライタ50は自身のアンテナ（図示略）を介して何らかの電波を受信した場合、当該電波が、他のリーダ・ライタ50から送信された搬送波か否かを判断する。この判断を行なう主体は、リーダ・ライタ50に接続したコンピュータ60のCPUや、あるいはリーダ・ライタ50に格納されているCPUでもよい。また、受信した電波が他の搬送波か否かは受信した搬送波の電界強度や長さ（時間）を基準にして判断すればよい。

第1ステップにおいて他のリーダ・ライタ50から搬送波が送信されていないと判断した場合には（ S100において「NO」）、S103において物品10が乗せられたテーブル20のリーダ・ライタ50が搬送波を送信して終了する。

図3(a)に示すように、第1ステップにおいて他のリーダ・ライタ50（例えばリーダ・ライタA）から搬送波Aが送信されていると判断した場合には（ S100において「YES」）、図3(b）に示すように残りのリーダ・ライタ50（例えばリーダ・ライタB）は搬送波Bの送信を停止し（ S101 ）、自身に設定された通信自粛時間が経過するまで待機する（ S102において「NO」第2ステップ）。
これにより、搬送波A送信中のリーダ・ライタ50（リーダ・ライタA）と残りのリーダ・ライタ50（リーダ・ライタB）との間で電波干渉が生じる事態を防止できる。
当然のことながら、リーダ・ライタBから搬送波Bが送信されている場合にはリーダ・ライタAでは通信自粛時間が経過するまで搬送波Aの送信を停止する。
なお、通信自粛時間はリーダ・ライタ50のメモリやコンピュータ60のメモリに記録されている。

図4は通信自粛時間の構成を示している。
通信自粛時間は、一つのリーダ・ライタ50が搬送波を送信するのに必要な送信時間と、当該搬送波を受信したRFタグ30から返送される副搬送波をリーダ・ライタ50が受信し終えるまでに必要な応答時間と、乱数に基いてリーダ・ライタ50毎に設定される遅延時間とを足し合わせた時間である。
当該通信自粛時間は、システムを構成するリーダ・ライタ50及びRFタグ30のスペックや数、コンピュータ60の処理速度、通信規格(例えばISO14443やISO15693)等によって設定される。

遅延時間は乱数に基いてリーダ・ライタ50毎に異なる値が設定される。
遅延時間の設定方法は特に限定されないが、例えば遅延時間をT、乱数をnにして以下の計算式（1）で設定してもよい。
T ＝ n × 応答時間・・・（1）
乱数nはリーダ・ライタ50毎に異なる値を割り振るものとすればよい。これにより遅延時間はリーダ・ライタ50毎に異なる値が算出され、通信自粛時間をリーダ・ライタ50毎に異なる値に設定することができる。
遅延時間をリーダ・ライタ50毎に異なる値に設定することで、複数のリーダ・ライタ50で通信自粛が同時に終了することがなく、必ず通信自粛中の複数のリーダ・ライタ50のうちいずれか一つのリーダ・ライタ50の通信自粛時間だけが早く終了する。
通信自粛中のリーダ・ライタ50は通信自粛時間が終了するまで待機し（ S102 ）、終了した場合( S102において「YES」)、他のリーダ・ライタ50が搬送波を送信中かどうか再び判断する( S100 )。そして、他のリーダ・ライタ50が搬送波を送信していないと判断した場合には（ S100において「NO」）、搬送波を送信して( S103 第3ステップ)終了する。
これにより、通信自粛を行っていた複数のリーダ・ライタ50間で電波干渉が生じる事態を防止できる。

なお、乱数nは一定時間経過毎に変化させてもよい。また、上記式（1）の右辺にパラメータとして通信自粛を行った回数を追加してもよく、一定時間内に通信自粛を行った回数が多いリーダ・ライタ50に関しては優先的に遅延時間Tが短く算出される仕組みにしてもよい。このようにすることで通信自粛を行なう回数を各リーダ・ライタ50間で平均化することができる。
また、乱数nを用いずに、作業者が手作業で各リーダ・ライタの遅延時間を設定することにしてもよい。
万が一複数のリーダ・ライタ50で同一の遅延時間Tが設定された場合には、これら複数のリーダ・ライタ50で同時に通信自粛が終了するだけでなく、搬送波の送信タイミングや副搬送波の受信タイミングも同一になるため、上述したような搬送波と副搬送波とが衝突して電波干渉が発生する事態は生じない。

本発明は、複数のリーダ・ライタ間の電波干渉を防止して、リーダ・ライタとRFタグとが正確に交信できるHF帯RFIDシステム用の通信方法に関するものであり、産業上の利用可能性を有する。

1 HF帯RFIDシステム
10 物品
20 テーブル
30 RFタグ
40 センサ
50 リーダ・ライタ
60 コンピュータ

Claims

一つ又は複数のリーダ・ライタが、他のリーダ・ライタから搬送波が送信されているか否かを判断する第1ステップと、
他のリーダ・ライタから搬送波が送信されている場合に、残りのリーダ・ライタは自身に設定された通信自粛時間が経過するまで搬送波の送信を停止する第2ステップと、
前記通信自粛時間の経過後、前記残りのリーダ・ライタのうち最も早く前記通信自粛時間が経過したリーダ・ライタのみが搬送波を送信する第3ステップとを備えており、
前記通信自粛時間が、リーダ・ライタが搬送波を送信するのに必要な送信時間と、当該搬送波を受信したRFタグから返送される副搬送波をリーダ・ライタが受信し終えるまでに必要な応答時間と、リーダ・ライタ毎に設定される遅延時間とを足し合わせた時間であることを特徴とするHF帯RFIDシステム用の通信方法。
前記遅延時間が乱数に基いてリーダ・ライタ毎に設定されることを特徴とする請求項1に記載のHF帯RFIDシステム用の通信方法。