WO2008148226A1 - Rfid schreib-/lesestation und verfahren zum betrieb einer solchen - Google Patents

Rfid schreib-/lesestation und verfahren zum betrieb einer solchen Download PDF

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WO2008148226A1
WO2008148226A1 PCT/CH2007/000623 CH2007000623W WO2008148226A1 WO 2008148226 A1 WO2008148226 A1 WO 2008148226A1 CH 2007000623 W CH2007000623 W CH 2007000623W WO 2008148226 A1 WO2008148226 A1 WO 2008148226A1
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WO
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read
write
label
labels
station
Prior art date
Application number
PCT/CH2007/000623
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English (en)
French (fr)
Inventor
Roland Küng
Original Assignee
Elektrobit Wireless Communications Ltd.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Elektrobit Wireless Communications Ltd. filed Critical Elektrobit Wireless Communications Ltd.
Priority to US12/663,512 priority Critical patent/US8451096B2/en
Publication of WO2008148226A1 publication Critical patent/WO2008148226A1/de

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06K—GRAPHICAL DATA READING; PRESENTATION OF DATA; RECORD CARRIERS; HANDLING RECORD CARRIERS
    • G06K7/00—Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns
    • G06K7/0008—General problems related to the reading of electronic memory record carriers, independent of its reading method, e.g. power transfer
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06K—GRAPHICAL DATA READING; PRESENTATION OF DATA; RECORD CARRIERS; HANDLING RECORD CARRIERS
    • G06K7/00—Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns
    • G06K7/0095—Testing the sensing arrangement, e.g. testing if a magnetic card reader, bar code reader, RFID interrogator or smart card reader functions properly

Definitions

  • the invention falls within the field of communication technology. It relates to an RFID read / write station comprising a read / write device with a transmitter, a receiver, a processor unit and at least one read / write antenna. Furthermore, the invention relates to a method for operating such an RFID read / write station.
  • 6,486,769 proposes the use of programmable check tags, which are arranged in the area of the labels to be read for controlling the transmission power and for diagnostic purposes, with the intention of setting the transmission power of the reading station in such a way that labels are read in a first zone but not in a second, more distant zone. Furthermore, the power value for a diagnosis determined in this procedure is compared with experience. Again, this procedure disadvantageously does not occur in parallel with the reading of the labels to be read in the operation and must be controlled as a special maintenance routine by the processor by putting all the labels in the field except the check tags in the inactive state.
  • Another disadvantage is the attachment of check tags in the field for long-term use. To ensure proper functioning, the check tag and its surroundings must not be modified with respect to propagation characteristics over the operating period, ie they should not be obscured, moved or rotated by materials or persons. It is known to the person skilled in the art that the limits of the range in real environments for radio frequencies in the UHF and microwave range are not completely demarcated geometrically. Depending on the reflections of the transmission signal, a signal strength characteristic that is not constant and comparable to a corrugated metal sheet can rather be expected with the distance. There is no defined coupling between check tags and the readers. The method is therefore more suitable for a manual than an automatically permanent system test (continuous monitoring). Another disadvantage of the external check-tags can be seen in the fact that when installing RFID read / write stations, the location of the attachment of the antennas and the check-tags is often not known exactly and thus a direct functional test of the system as installation assistance not is possible.
  • the problem is that in a more complex RFID read / write station usually several antennas are connected to a read / write device, connected by coaxial feeders, and thus a meaningful self-test periodically or aperiodically before each and a read / write operation, which includes all station components, very complex and time-consuming fails. Additional circuitry and control software is needed to enable the testing of transmitters and receivers.
  • a meaningful automatic test of the antennas and their leads is, apart from a measurement of the reflection factor, not feasible with simple and inexpensive measures, because the influence of the signal quality on a label and its backscattered response signal is complex and not detected. Also, no comparison with previous results is possible because the same label usually appears only one or a few times at a particular reading station.
  • the level of interference signals or their spectral distribution can be determined in the receiver, but not their influence on the quality of the transmission of data to and from a label.
  • no information is obtained on the direct influence of interference originating outside of the RFID application on the radio channel or its adjacent channels on the quality of the transmitted read / write data during operation.
  • the correct assignment of remote antennas to the site after installation can not be automatically checked.
  • the invention is now an RFID read / write station of the type mentioned to be further developed so that a monitoring of all system components of this RFID read / write station in a simple way both during commissioning, as also during continuous operation is enabled; Furthermore, the invention is intended to specify a method for operating such an RFID read / write station.
  • the core of the invention for the RFID read / write station comprising a read / write device with a transmitter, a receiver, a processor unit and at least one read / write antenna is to be seen in that a first passive electronic label by means of a first coupling member is coupled to an output of the transmitter and an input of the receiver with a predetermined coupling factor, and that a second passive electronic tag is coupled to the one read / write antenna via a second coupling member having a predetermined coupling factor, periodically or aperiodically for the purpose of monitoring the RFID Read / write station an identification of the first and second labels is feasible and / or their data contents are readable.
  • the first and / or the second coupling member may comprise a near-field antenna, which is electrically or magnetically coupled to a transmission signal of the read / write device.
  • a further embodiment of the invention provides that the first coupling member and / or the one second coupling member comprises a directional coupler with an attenuator.
  • the electronic label is equipped with functions of a microprocessor and at least one sensor, this second label can be supplied via the second coupling member and thus the identification of the second label is feasible and / or their data content with the read / write device is interchangeable ,
  • first and second labels each have a known, unique identification number.
  • the invention provides that in the presence of a non-volatile storage area of the first and second label, a number of operating data from each read / write station can be stored.
  • the identification numbers of the first and second labels are decoded at each read in the receiver and removed when recognizing these identification numbers in a data filter of the processor unit in the operating case from a data stream of other electronic labels.
  • a further advantageous embodiment of the invention provides that when reading the identification numbers of the first or second label, an associated received signal strength and a noise signal strength are measurable and stored together with the identification numbers in a memory area of the processor unit of the read / write device.
  • the RFID read / write station with independent monitoring function is a structurally identical label, such as the labels used in the operation, both in the read / write device, as installed in each antenna.
  • these built-in labels are also referred to as surveillance tags.
  • the installation is carried out with a well-defined coupling, so that a selected reserve for the received signal strengths in a label and the receiver of the read / write device is present.
  • the coupling of the transmission signal from the read / write device and from the antennas to the surveillance etiquette is carried out with a directional coupler and a tag chip is directly electrically contacted. Furthermore, a passive attenuator between directional coupler and monitoring etiquette is used for exact level adjustment to the desired reserve.
  • the monitoring labels are equipped with one, the read / write station and the ordered controller in a network consisting of several read / write stations, programmed a priori known identification number. Periodically or aperiodically, the monitoring labels in the read / write device and in the activated antenna are also read automatically at the same time with each read operation. The monitoring labels are treated by the read / write device exactly the same as all other labels, so that no additional effort or interruption in the operation is necessary.
  • the received signal strength (the so-called RSSI value) and further values, such as the response frequency, the interference component and the noise component, are recorded in a memory area, which can be used for an in-depth diagnosis and for ongoing quality control.
  • the identification number is known a priori, the monitoring tag can also be provided with extended measured value detection in the signal processor of the receiver.
  • a near-field antenna is used instead of the directional coupler for coupling the monitoring label chip.
  • This antenna capacitively or inductively decouples a defined, imperceptibly small signal component of the transmission signal, and the reflected response signal again.
  • This method of coupling is particularly suitable for use in the antennas.
  • the coupling is not blasted, but through the exchange of reactive energy and can therefore be precisely dimensioned, depending on the location and distance to the reactive source, for example, the back of a so-called patch antenna.
  • monitoring tags may take on the function of a simple microprocessor which derives its operating voltage from the electromagnetic antenna array and exchanges its data with the read / write device via the read / write process.
  • This method allows for the first time a monitoring of all system components of RFID read / write stations, and not only during operation (periodic or aperiodic) but also the quality control during installation and commissioning of such read / write stations.
  • errors may occur which can be attributed, for example, to the wiring itself, to damaged cables or plugs or to incorrect setting parameters.
  • the monitoring labels are used to configure the reading points, based on the parameters programmed in their memory area.
  • the read / write device reads the parameters from these monitoring labels in the antennas, which are each directly at a reading point, and extracts therefrom parameters such as transmission power, frequency, time intervals or antenna beam control. This data is then available to the read / write device even before it can be connected to a network with a controller or a higher-level system and allows local system tests without a controller.
  • the parameter which indicates the directional gain (Cain) of the antenna whereby the transmission power can be set in the read / write device under the boundary condition of the legislatively permitted maximum radiation power.
  • This and other values for the performance data of the antenna can also be programmed by the manufacturer into the surveillance chain in this way. The antenna can transmit this data to each read / write device without the need for a microprocessor and the DC power supply required for its operation in the antenna.
  • the read signal width is used, which is continuously obtained from the known signature of the surveillance label in order to compare it with predetermined limit values. If one of these monitoring labels exceeds the limits over a certain period of time, a defect is suspected and the system put into standby mode, as well as an error message to the controller or deposed the superordinate system.
  • the quality of the components of a read / write station is constantly monitored independently.
  • the read / write station can filter the determined values over a certain period of time and then transmit the mean values to the controller. Using these means, the controller can compile long-term statistics and draw further conclusions about the state of the read / write stations and the quality of the chain data they have read. Thus, abnormalities are detected early and preventative maintenance can be carried out (system monitoring, system monitoring).
  • All parameters for the replacement station can be taken from the memory of its monitoring label.
  • the same methods make it possible to write new parameters on the monitoring tags in a network of read / write stations or to modify existing ones if necessary during commissioning or operation, since the monitoring tags are designed to be writable just like all other tags can be.
  • the parameters of a defective reading station remain stored even after the defect in the monitoring labels and can with a mobile read / write device easily read and transferred to the replacement device.
  • the monitoring tags in the read / write station could also contain data such as network address (MAC).
  • MAC network address
  • FIG. 1 shows a block diagram of a network comprising a number of inventive RFID read / write stations
  • Fig. 2 shows a block diagram of a read / write device with a Riversidetikette and coupling, realized by a directional coupler
  • Fig. 3 shows a block diagram of a variant of a read / write device with monitoring eteneti chain and coupling realized by directional coupler
  • FIG. 4 shows a block diagram of a read / write station with a surveillance etiquette in a remote antenna and coupled by a near field antenna;
  • FIG. 5 shows a sequence of a method for using simultaneously read surveillance labels during the operation of read / write stations, and
  • Fig. 6 shows a sequence of a method for installation and automatic control after the installation process.
  • a complete RFID system consists of a network controller 1 and a plurality of RFID read / write stations 2, 3, 4.
  • Each reader 5, 10, 13 serves a number of read points, typically up to 8 in time-division multiplexing. The distances between the reading points of the readers 5, 10, 13 can be more than 10 m. During installation, correct and damage-free wiring is important.
  • the controller 1 collects the read identification numbers and data of the passive tags (Tag) and manages the reading stations 5, 10, 13 in implementation and operation.
  • monitoring labels should be increased and secured compared to the prior art.
  • passive surveillance tags are to be The lowest costs are available as a chip and have, in addition to the RFID-specific communication part, a storage area for the identification number and for additional data. Examples of such surveillance tags are available worldwide under the standard EPCglobal Classl Cen2.
  • the reading device 5 shows a first exemplary embodiment for the construction of a read / write device 5 equipped with a monitoring label 19.
  • the reading device 5 consists essentially of the transmitter 24, which generates the RF transmission signal necessary for feeding passive labels, typically +33 dBm (FIG. corresponds linearly and in absolute terms 2 watts to 50 ohms).
  • the transmission signal is fed via a circulator 26 and according to the invention additionally via a coupling member 29 to an antenna selector switch 27, from where it reaches the antennas 6, 7, 8, 9.
  • the weak response signals of the labels located in the field at the reading points are returned to the reader 5 over the same distance and fed in the circulator 26 to a receiver 25 for demodulating the identification numbers and data, and to a processor unit 18 for data processing.
  • the processor unit 18 is in contact with the controller 1 via a network connection and can thus deliver the data to an application as an event, or inversely obtain it in the case of writing.
  • the coupling member 29 consists of a directional coupler 23 and an attenuator (also Attenuator) 21 with impedance matching to the input impedance of the monitoring label 19.
  • the directional coupler 23 with a first, a second, a third and a fourth gate 40, 41, 42 and 43 fulfills the Purpose to couple a small fraction of the RF transmit signal power, which runs mainly from the first port 40 to the second gate 41 with low attenuation at the fourth gate 43 with the desired attenuation.
  • the third gate 42 as known to those skilled in the art, must be terminated with a wave impedance 28.
  • the attenuation from the first port 40 to the second port 41 may be 0.2 dB and from the first port 40 to the fourth port 43 is 20 dB.
  • the attenuated transmission signal is now transmitted via an attenuator 21 led to a monitoring label 19.
  • the spatikette 19 generates a backscattered response signal, which runs the same way back via attenuator 21 and fourth gate 43 to the first port 40 with the same attenuations and thus added in the coupling member 29 to the received signal of the actual read antenna signals.
  • the main part of the backscatter response of the monitoring label 19 is destroyed in the characteristic impedance 28.
  • the value of the attenuator 21 is dimensioned such that the monitoring label 19 still operates with a defined margin. Depending on the state of the technology, two big ones should be considered. First, the attenuation value is based on the minimum power required to provide the monitor label 19 with working voltage, typically -17 dBm. Second, the backscattered response signal from the surveillance etiquette should not fall below the sensitivity limit of the receiver 25, typically -72 dBm. In this case, the backscatter loss of the surveillance chain, which describes the proportion of backscattered power to the incidental power, must be included.
  • This loss is, for example, 10 dB and is added to the already on both signal paths through the directional coupler 23 each added attenuation of, for example, 20 dB.
  • the critical direction is that of the response.
  • 20 dB of this may be present in directional coupler 23, calculated without a margin. Therefore, attenuator 21 is dimensioned to 25 dB without margin. For the day in this example thus -12 dBm feed level are available.
  • the determined signal strength of the surveillance chain 19 is a priori known, constant size and is very well suited as a quality sensor for the read / write devices 5, 10, 13.
  • the monitoring etiquette In order to be able to identify them successfully, all function blocks in the read / write device must be used in the exact manner intended for proper operation. Because the query of the surveillance etiquette also At the same time and continuously with each read operation for further labels in the field, the statement about the current functional quality of the reading station 5, 10, 13 is extremely large. Thus, the proposed monitoring is highly meaningful.
  • a structurally identical coupling element could be used, as already described in the read / write device 5, we proposed a second variant of a coupling element, as shown in FIG. To the monitoring label 20, a so-called near-field antenna 22 is connected.
  • Near field antennas 22 are specially dimensioned antennas suitable for operation in the reactive, non-radiated near field region of an antenna. The coupling is done capacitively or inductively between two antennas or RF signal lines. Near field antennas 22 have a small size (about 10 mm in diameter) and have a short reading distance.
  • the inventively provided integrated surveillance label 20 including near-field antenna is available on the market as a single component (near field tag) and is also used for marking consumer goods.
  • the near field antenna is realized, for example, by a small loop with turns number 1 printed on a substrate and serves as an inductive coupling.
  • This variant therefore offers a very cost-effective means to realize the surveillance eteneti chain 20 and to the antenna radiator 31 of the read / write antenna 6, 7, 8, 9, 1 1, 1 2, 14, 15, 16, 17 dock.
  • the coupling loss is determined by the location and the distance to the antenna radiator 31 of the read / write antenna 6, 7, 8, 9, 11, 12, 14, 15, 16, 17.
  • the attenuation is identical for both signal paths and can again be defined with a selectable margin.
  • the near-field antenna 22 can be directly incorporated into the design of the read / write antenna so that a precisely known coupling damping results.
  • the surveillance label 20 with near-field antenna 22 is integrated by the antenna manufacturer according to specification, but it can also be fixed subsequently to a suitable location.
  • the near field antenna 22 solution may also be used in the reader / writer 5, 10, 13 instead of the directional coupling. Although no antenna emitter is available, enough power can be coupled out of the signal path (less than 1 per thousand of the transmission power required). The coupling takes place inductively or capacitively at a suitable location between the transmitter 24 and the antenna switch 27.
  • FIG. 3 shows a further variant for the read / write station 5 in which a directional coupler 23 is inserted instead of a circulator 26. While in operation the transmission signal from the first port 40 to the second port 41 is running and the label response signals from the second port 41 to the third port 42 run with the attenuation of the directional coupler 23, with the same attenuation part of the transmission signal from the first port 40 to the fourth port 43rd guided. From the fourth gate 43, the monitoring label 19 is fed via the attenuator 21, whose response signal is then fed from the fourth port 43 to the third port 42 without damping.
  • this solution has the disadvantage of asymmetry, which must be taken into account in the dimensioning.
  • the tag response signals from the field are attenuated by the coupling loss of the directional coupler 23 and secondly, the attenuation of the two signal paths for the Matterwachungseti chain 19 is different by the coupling loss of the directional coupler.
  • an acceptable solution compromise is found for directional couplers with coupling attenuation of around 10 dB.
  • the skilled person is immediately clear that in a natural way the concept of firmly integrated and provided with defined coupling Kochwachungseti chains is also applicable to other system components in the signal path of a read / write station 5, 10, 13, such as signal switches or coaxial cable.
  • other solutions for the realization of the coupling members can be used, such as an asymmetric power divider on ohmic or transformer basis.
  • the entire reading station can be monitored at the same time and continuously (monitoring) and functional tests can be initiated at any time (health check).
  • monitoring monitoring
  • functional tests can be initiated at any time (health check).
  • a variety of installation, commissioning, and operation procedures can be used, saving time and increasing the reliability of the system.
  • Fig. 5 shows a method according to the invention for detecting and processing the monitoring tags 19, 20 in a read / write station 5, 10, 13.
  • the read points are processed in time division multiplex mode.
  • the protocol 51 of the further labels to be read for example EPCglobal Gen2
  • one of the known so-called collision detection algorithms comes as part of the protocol 51, which ensures that all labels within the read cycle 1 receive a collision-free possibility for data transmission.
  • the monitoring labels 9, 20 are also automatically interrogated and their identification number and / or data is transmitted to the reading station 5, 10, 13.
  • each label is decoded in step 52 and at the same time the signal strength of the response signal is measured (the so-called RSSI value). If, in decision step 53, the identification matches the a priori known ID number of a surveillance etiquette 19, 20 stored in memory 68, the signal strength is next compared with a predetermined threshold value in decision step 54. Is the signal strength at the expected On the one hand, the read / write station 5, 10, 13 is again prepared for a next trigger signal in step 67 and, on the other hand, a failure counter is decoded in step 55 and the values of the monitoring labels are forwarded to the processor unit 18. The failure counter determines the number of unsuccessful acquisitions of each surveillance etiquette. In practice, it often does not make sense to want to trigger an alarm immediately upon each unsuccessful attempt to read a surveillance etiquette 19, 20, which is why a threshold value can be set.
  • the failure counter is incremented by one.
  • the state of this counter is compared with a maximum permissible value. If this value is exceeded, there is an error and in step 72, an alarm is sent to the controller 1.
  • the signal values of the monitoring tags 19, 20 are averaged and stored in step 56, of course separated by identification number. This has the advantage that no large amounts of data must be kept. As a variant, maximum and minimum values can also be determined and stored.
  • the controller 1 or an application software In order not to unnecessarily burden the controller 1 or an application software with the identification numbers of the monitoring tags 19, 20, in step 57, the known identification numbers of the monitoring tags 19, 20 are removed from the data stream (data filtering). The controller 1 receives only the usual data, which he processes in a known manner in the so-called middleware to events.
  • the processor unit 18 checks whether updating of the statistics about the quality of the read / write station 5, 10, 13 has been requested by the controller 1. If this is the case, the processor unit 18 transmits the stored values to the signal strengths in step 59, and the controller 1 processes these values together with the history stored in the database 66 into an updated statistics 65. Finally The identification numbers and data of all other labels read in the field are also transmitted to the controller 1, where they are processed into events (step 60).
  • the read / write station 2, 3, 4 can perform the statistics and alarm processing in the processor unit 18. If an alarm is present, the corresponding component is determined and exchanged based on the identification number. The service personnel can carry out a functional test (also known as health check) of the entire RFID system at any time by the controller 1 or the application by requesting a statistical update from all the read / write stations 5, 10, 13.
  • the monitoring labels 19, 20 are also extremely helpful during installation and during commissioning. As an example of how the monitoring tags 19, 20 firmly integrated in the writing stations 5, 10, 13 can be used, the installation procedure according to FIG. 6 will be described in more detail. However, a large number of other variants are conceivable for the person skilled in the art, depending on the type and size of the RFID system.
  • the installation begins with a preparation phase in which all the surveillance tags 19, 20 are programmed in step 81 with a one-to-one, a priori known identification number (the above-mentioned embodiments corresponding, for example, to EPCglobal 96 bits).
  • This number assignment is regulated by EPCglobal, globally registrable and can already be carried out by the manufacturer of the component of the read / write station 2, 3, 4 with a separate read / write device or by the system integrator with the aid of the read / write device 2, 3, 4 itself.
  • method step 82 it is to be decided whether the monitoring label should also contain parameters in the memory area, and in the affirmative case they are written into the memory area of the monitoring label 19, 20 in step 83 and directly verified by subsequent reading.
  • Such parameters may include settings for the reader, calibration data of the antenna manufacturer or addresses for the network operation, there are only limits in the Number set, since the memory sizes of tags are currently rather small (typically 256 bits). This programming phase ends when all monitoring tags are described.
  • a checklist is created, which relates all identification numbers with the installation location plan.
  • each of these reading points in the room is assigned one of these a priori known ID numbers and noted in the checklist.
  • these ID numbers are also input to the controller 1 and / or the processor unit 18 of the reading stations 2, 3, 4, so that these ID numbers are effectively known to the system a priori.
  • the installation points can be equipped: Number of antennas, readers and wiring according to plan, and correspondingly exactly with the components with the given identification numbers. After installation, which are often carried out by less well trained in RFID matters electricians, the commissioning takes place.
  • step 87 all parameters of the monitoring labels are read by the read / write device 5, 10, 13 and set accordingly in the read / write device (soft values). Now the RFI D system is theoretically ready for operation. Next comes the automatic verification.
  • the controller 1 controls each reading point with step 89 targeted, according to the initially created map.
  • the read / write device 5, 10, 13 asks in a special commissioning routine according to the instruction of the controller 1, in turn via each antenna from its reading range. It certainly finds the monitoring tags 19, 20 in the antenna 6 and in the reader 5.
  • the read identification numbers and reception levels (RSSI value) are transmitted to the controller 1.
  • controller I 1 checks whether the read identification numbers match those on the checklist. If this is not the case, then there is a cabling error, the wrong antennas or readers have been installed in this location. This can compromise system operation at the system level because reading points can have different equipment and parameters.
  • Decision maker step 91 also checks the RSSI value. If the level does not reach a certain limit, there is a material defect or installation damage at the reading point. If both decisions have been positive, the reading point has been correctly installed and ready for operation. As soon as all read points have been tested in this way, the system is ready for operation as a whole. Thanks to the monitoring labels 19, 20, the test can be carried out automatically, ie independently, saves a lot of time and provides a credible quality statement for the customer. There are no helpers needed in the field, which swivel labels.
  • a read / write antenna 6, 7, 8, 9, 1 1, 12, 14, 15, 16, 17 serves as the stored parameter the so-called gain of the antenna, a factor that is regulated by the legislator in the design of the maximum allowable power to be set in the transmitter 24.
  • the reader 5, 10, 13 can by reading the monitoring label 20, read out the parameters and thus determine the connected gain.
  • the principle can easily be applied to more complex antenna systems, which can be switched to so-called beam forming or electronically controlled. Such antenna systems are calibrated in advance, and it is precisely this calibration data that the reader requires in the application.
  • a further example of the use of the memory area on the monitoring labels is the deposition of the expected values for the reception level, which are respectively measured in the receiver 25 and compared in the processor unit 18 with these empirical values. It does not matter to the user whether the empirical values are known from the design or are first learned by the read / write devices 5, 10, 13 during commissioning in a training reading sequence.
  • Another variant of the method, which uses the monitoring labels 19, 20, runs when replacing defective components in an RFI D system. If the controller 1 has detected a defective component, it will be replaced. The new component has a new monitoring label 19, 20, which the controller 1 does not yet know. After the replacement, the affected reading point is requested by the controller 1 to read the other labels in the field (internal trigger). The new identification number is automatically read in and transmitted to the controller 1 like an in-field label. The controller 1 checks this I D number with the input of a service person and instructs the responsible read / write device 5, 10, 13 to include the new ID number as a monitoring label for this component, while the controller 1 a new statistics for this ID Number opened.
  • Another variant of the method relates to the monitoring of the interference situation on the air interface from the read / write antennas to the further labels in the field.
  • Such interference may be caused by other radio services or neighboring read / write stations. They cause an apparent reduction of the sensitivity of the receiver 25, or in other words, a deterioration of the signal to noise ratio for the integrated monitoring tags 19, 20 as a result of an increase in the cereal portion.
  • Each read / write station 2, 3, 4 therefore determines, in addition to the already explained receive signal levels (RSSI), this signal to signal-to-noise ratio (SNR) as well, and supplies this value to the processor unit 18 for averaging and processing (similar to process signals). steps 55, 56, 57 in Fig. 5 for the RSSI values).
  • the controller 1 can try to bring about a better situation.
  • the controller 1 has all the information about when which reading station is broadcasting on which frequency channel. By rescheduling, the controller can provide the weakened read point with a new frequency channel or time slot. If such a new resource is determined, the controller 1 notifies the changed variables to the relevant read / write stations 2, 3, 4. If the data for the frequency channels and time slots of a reading point form part of parameters inscribed in monitoring labels 19, 20, they are rewritten accordingly by the read / write device 5, 10, 13, verified by immediately subsequent reading, and finally confirmed to the controller 1.

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Abstract

RFlD Schreib-/Lesestationen (2, 3, 4) in einem Netzwerk mit einem Kontroller (1) enthalten fest eingebaute erste Überwachungsetiketten (19) in den Schreib/Lesegeräten (5, 10, 13) und zweite Überwachungsetiketten (20) in den Antennen (6, 7, 8, 9, 11, 12, 14, 15, 16, 17), welche zeitgleich mit jeder Abfrage von weiteren Etiketten im Feld erfasst werden. Die mit den in der Anwendung verwendeten Überwachungsetiketten (19, 20) sind wohl definiert an die Sendestufe bzw. die Antennen angekoppelt, beispielsweise mit Hilfe von Nahfeldantennen (22) oder Richtkoppler (23). Durch Ermittlung ihrer a priori bekannten Identifikationsnummern und der zugehörigen Empfangsfeldstärken wird automatisch eine Überwachung der gesamten Schreib-/Lesestation (2, 3, 4) punkto Funktionstüchtigkeit aller Komponenten ermöglicht, wie dies sonst nur mit aufwändiger Testschaltungen festzustellen ist. Die dem System bekannten, integrierten Überwachungsetiketten unterstützen des Weiteren den Installationsvorgang und erlauben einen automatisierte Überprüfung aller Lesepunkte bezüglich fehlerfreier Zuordnung der Komponenten. Mit Hilfe von in den Überwachungsetiketten gespeicherten Parametern kann jede Schreib-/Lesestation (2, 3, 4) für ihren Einsatz auch beim Austausch von Komponenten wieder kalibriert werden. Ein Test der Schreib-/Lesesysteme ist auch ohne Vernetzung mit dem Kontroller (1) vereinfacht möglich. Die bekannten Überwachungsetiketten-Daten werden im Schreib-Lesegerät (5, 10, 13) aus dem Datenstrom zum Kontroller (1) herausgefiltert.

Description

RFID Schreib-/Lesestation und Verfahren zum Betrieb einer solchen
Die Erfindung fällt in das Gebiet der Kommunikationstechnik. Sie betrifft eine RFID Schreib- /Lesestation, umfassend ein Schreib-/Lesegerät mit einem Sender, einem Empfänger, einer Prozessoreinheit und mit mindestens einer Schreib/Leseantenne. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer solchen RFID Schreib/Lesestation.
Stand der Technik
In der US 2006/0006986 wird ein Selbsttestverfahren für eine bekannte RFID Schreib/Lesestation vorgeschlagen, welches Selbsttestverfahren ein so genanntes Check-Tag System (Prüfetikettensystem) einsetzt, um ein aussagekräftiges Testergebnis zu erhalten. Dabei wird in der RFID Schreib-/Lesestation -im Folgenden auch kurz Lesestation genannt- ein zusätzlicher Schaltungsblock aufgebaut, der ein Signal erzeugt, welches der von einer Etikette zurückgestreuten Signalantwort zumindest ähnlich ist und -wie bei einem Modem bekannt- im Loop Back Verfahren dem Empfänger zugeführt wird, und zwar über eine eigene Antenne oder einen Koppler zu einem Empfängereingaπg der Lesestation. Als Nachteil kann in dieser Vorrichtung angesehen werden, dass der Selbsttest jeweils bewusst durch den Anwender oder ein Selbsttestprogramm ausgelöst werden muss und dafür der Schreib/Lesebetrieb unterbrochen werden muss. Des Weiteren ist die eine Etikette emulierende Schaltung ent- sprechend aufwändig und mit zugehörigen Materialkosten verbunden, insbesondere, wenn möglichst genau eine echte Etikette emuliert werden soll. Der genannte Stand der Technik lässt auch die Überwachung von Kabelverbindungen oder Antennen ausser acht, was beim Einsatz mehrerer örtlich von der Lesestation abgesetzten Antennen um so stärker ins Gewicht fällt. Die US 6,486,769 schlägt die Verwendung von programmierbaren Check-Tags (Prüfetiketten) vor, welche im Bereich der zu lesenden Etiketten zwecks Regelung der Sendeleistung und zu Diagnosezwecken angeordnet werden, mit der Absicht die Sendeleistung der Lesestation so einzustellen, dass Etiketten in einer ersten Zone gelesen werden, in einer zweiten, weiter entfernten Zone jedoch nicht. Des Weiteren wird der in dieser Prozedur ermittelte Leistungswert für eine Diagnose verglichen mit Erfahrungsweiten. Diese Prozedur findet nachteilig wiederum nicht zeitgleich mit der Lesung der im Betrieb zu lesenden Etiketten statt und muss als spezielle Unterhaltsroutine durch den Prozessor gesteuert werden, indem alle im Feld befindlichen Etiketten ausser den Check-Tags in den inaktiven Status gebracht werden.
Ein weiterer Nachteil ist die Anbringung der Check-Tags im Feld für eine langfristige Nutzung. Um das Funktionieren sicherzustellen, darf das Check-Tag und seine Umgebung nicht bezüglich Ausbreitungseigenschaften über die Betriebsdauer verändert werden, also weder durch Materialien oder Personen verdeckt noch verschoben oder gedreht werden. Dem Fachmann ist bekannt, dass die Grenzen der Reichweite in realen Umgebungen für Funkfre- quenzen im UHF- und Mikrowellenbereich nicht vollumfänglich geometrisch abgrenzbar sind. Je nach Reflexionen des Sendesignals ist eher mit einer nicht konstanten, einem Wellblech vergleichbaren Signalstärkeverlauf mit der Distanz zu rechnen. Es besteht keine definierte Kopplung zwischen Check-Tags und den Lesegeräten. Das Verfahren eignet sich daher wohl eher für einen manuellen als einen automatisch dauerhaften Systemtest (kontinuierliche Überwachung). Ein weiterer Nachteil der externen Check-Tags kann darin gesehen werden, dass bei der Installation von RFID Schreib-/Lesestationen der Ort der Anbringung der Antennen und der Check-Tags oft noch nicht genau bekannt ist und somit ein unmittelbarer Funktionstest des Systems als Installationshilfe nicht möglich ist.
Grundsätzlich besteht die Problematik darin, dass in einer komplexeren RFID Schreib- /Lesestation zumeist mehrere Antennen an ein Schreib-/Lesegerät angeschlossen sind, verbunden durch koaxiale Zuleitungen, und somit ein aussagekräftiger Selbsttest periodisch oder aperiodisch vor jedem bzw. einem Schreib/Lesevorgang, welcher alle Stationskomponenten beinhaltet, sehr aufwändig und zeitraubend ausfällt. Es werden zusätzliche Schaltungen und Steuersoftware benötigt, welche den Test von Sendern und Empfängern ermöglichen.
Ein aussagekräftiger automatischer Test der Antennen und deren Zuleitungen ist dabei, abgesehen von einer Messung des Reflexionsfaktors, nicht mit einfachen und kostengünstigen Massnahmen realisierbar, weil der Einfluss der Signalqualität auf eine Etikette und auf deren zurückgestreutes Antwortsignal komplex ist und nicht erfasst wird. Es ist auch kein Vergleich mit früheren Ergebnissen möglich, da dieselbe Etikette in der Regel nur ein oder wenige Male an einer bestimmten Lesestation erscheint.
Der Pegel von Interferenzsignalen oder ihre spektrale Verteilung lässt sich zwar im Empfänger ermitteln, nicht jedoch deren Einfluss auf die Qualität der Übertragung von Daten zu und von einer Etikette. Insbesondere erhält man keine Informationen über den direkten Einfluss von ausserhalb der RFID Anwendung herrührenden Interferenzen auf dem benutzen Funkkanal oder dessen Nachbarkanälen auf die Qualität der übertragenen Schreib- /Lesedaten im Betriebsfall. Auch im so genannten Dense Reader Mode mit hoher Dichte von RFID Schreib-/Lesestationen ist eine Qualitätsverschlechterung infolge der vielen gleichzeitig ausgesandten Trägersignale auf das Leseergebnis nicht direkt messbar. Ebenso kann die korrekte Zuordnung von abgesetzten Antennen zum Einsatzort nach erfolgter Installation nicht automatisch überprüft werden.
Darstellung der Erfindung
Durch die Erfindung soll nun eine RFID Schreib/Lesestation der eingangs genannten Art dahingehend weiterentwickelt werden, so dass eine Überwachung aller Systemkomponenten dieser RFID Schreib/Lesestation auf einfache Weise sowohl bei der Inbetriebnahme, als auch während des Dauerbetriebs ermöglicht wird; des Weiteren soll durch die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer solchen RFID Schreib/Lesestation angegeben werden.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe für eine RFID Schreib/Lesestation wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1. Weiterführende Merkmale der Erfin- düng sind jeweils Gegenstand der vom Anspruch 1 abhängigen Ansprüche 2 bis 8.
Der Kern der Erfindung für die RFID Schreib-/Lesestation, umfassend ein Schreib-/Lesegerät mit einem Sender, einem Empfänger, einer Prozessoreinheit und mit mindestens einer Schreib-/Leseantenne ist darin zu sehen, dass eine erste passive elektronische Etikette mittels eines ersten Kopplungsglieds an einen Ausgang des Senders und einen Eingang des Empfängers mit einem vorgegebenen Koppelfaktor gekoppelt ist, und dass eine zweite passive elektronische Etikette mit der einen Schreib/Leseantenne über ein zweites Kopplungsglied mit einem vorgegebenen Koppelfaktor gekoppelt ist, wobei periodisch oder aperiodisch zwecks einer Überwachung der RFID Schreib-/Lesestation eine Identifikation der ersten und zweiten Etikette durchführbar ist und/oder deren Dateninhalte lesbar sind. Dabei können das erste und/oder das zweite Kopplungsglied eine Nahfeldantenne umfassen, welche elektrisch oder magnetisch an ein Sendesignal des Schreib-/Lesegeräts angekoppelt ist. Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das erste Kopplungsglied und/oder das eine zweite Kopplungsglied einen Richtkoppler mit einem Attenuator umfasst.
Mit Vorteil ist die elektronische Etikette mit Funktionen eines Mikroprozessors und mindes- tens eines Sensors ausgestattet, wobei diese zweite Etikette über das zweite Kopplungsglied versorgbar ist und somit die Identifikation der zweiten Etikette durchführbar ist und/oder ihr Dateninhalt mit dem Schreib-/Lesegerät austauschbar ist.
Ein weiterer Vorteil ist darin auszumachen, dass die erste und zweite Etikette jeweils eine bekannte, eindeutige Identifikationsnummer aufweisen. Eine weiterführende Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass bei Vorhandensein eines nichtflüchtigen Speicherbereichs der ersten bzw. zweiten Etikette, eine Anzahl Betriebsdaten von jeder Schreib-/Lesestation ablegbar ist.
Mit Vorteil werden die Identifikationsnummern der ersten bzw. zweiten Etikette bei jedem Lesevorgang im Empfänger dekodiert und bei Erkennung dieser Identifikationsnummern in einem Datenfilter der Prozessoreinheit im Betriebsfall aus einem Datenstrom weiterer elektronischer Etiketten entfernt.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass beim Lesen der Identifikationsnummern der ersten bzw. zweiten Etikette eine zugehörige Empfangssignalstärke und eine Geräuschsignalstärke messbar sind und zusammen mit den Identifikationsnummern in einem Speicherbereich der Prozessoreinheit des Schreib-/Lesegerätes abspeicherbar sind.
In einer erfindungsgemässen Ausführung der RFID Schreib-/Lesestation mit selbstständiger Überwachungsfunktion wird eine baugleiche Etikette, wie die im Betrieb verwendeten Eti- ketten, sowohl in dem Schreib/Lesegerät, wie in jeder Antenne fest eingebaut. Im Folgenden werden diese eingebauten Etiketten auch mit Überwachungsetiketten bezeichnet. Dabei wird der Einbau mit einer genau definierten Kopplung ausgeführt, so dass eine gewählte Reserve für die Empfangssignalstärken bei einer Etikette und beim Empfänger des Schreibe/Lesegeräts vorhanden ist.
Die Kopplung des Sendesignals vom Schreib-/Lesegerät und von den Antennen zu der Ü- berwachungsetikette wird mit einem Richtkoppler ausgeführt und ein Etiketten-Chip wird direkt elektrisch kontaktiert. Für die genaue Pegelanpassung an die gewünschte Reserve dient des Weiteren ein passives Dämpfungsglied zwischen Richtkoppler und Überwachungsetikette. Die Überwachungsetiketten sind mit einer, der Schreib/Lesestation und dem über- geordneten Kontroller in einem Netzwerk, bestehend aus mehreren Schreib/Lesestationen, a priori bekannten Identifikationsnummer programmiert. Periodisch oder aperiodisch wer- dem mit jedem bzw. einem Lesevorgang zeitgleich auch die Überwachungsetiketten im Schreib/Lesegerät und in der aktivierten Antenne automatisch jedes Mal mitgelesen. Die Überwachungsetiketten werden durch das Schreib/Lesegerät genau gleich behandelt wie alle weiteren Etiketten, so dass kein zusätzlicher Aufwand oder Unterbruch im Betrieb notwendig ist.
Insbesondere werden nebst der Identifikationsnummer auch die Empfangssignalstärke (der so genannte RSSI Wert) und weitere Werte, wie beispielsweise die Antwortfrequenz, der In- terferenzanteil und der Geräuschanteil, in einem Speicherbereich festgehalten, welche zu einer vertieften Diagnose und zur laufenden Qualitätskontrolle verwendet werden können. Weil die Identifikationsnummer a priori bekannt ist, kann für die Überwachungsetikette auch eine erweiterte Messwerterfassung im Signalprozessor des Empfängers vorgesehen werden.
In einer vorteilhaften Ausführungvariante der Erfindung wird anstelle des Richtkopplers zur Ankopplung des Überwachungsetiketten-Chips eine Nahfeldantenne verwendet. Diese Antenne koppelt kapazitiv oder induktiv einen definierten, unmerklich kleinen Signalanteil des Sendesignals aus, und das reflektierte Antwortsignal wieder ein. Diese Methode der Kopplung eignet sich insbesondere für den Einsatz in den Antennen. Im Nahfeld erfolgt die Kopp- lung nicht gestrahlt, sondern durch den Austausch reaktiver Energie und lässt sich deshalb genau dimensionieren, abhängig vom Ort und Distanz zur reaktiven Quelle, zum Beispiel der Rückseite einer so genannten Patch-Antenne.
Selbstverständlich sind -ohne den Erfindungsgedanken zu verlassen- auch komplexere Ü- berwachungsetiketten denkbar. So können an solche Überwachungsetiketten auch Sensoren angeschlossen sein, welche weitere Parameter messen und diese Werte bei Abfrage dem Schreib-/Lesegerät mitteilen. Insbesondere in den Schreib-/Leseantenennen können die Überwachungsetiketten die Funktion eines einfachen Mikroprozessors übernehmen, der seine Betriebsspannung aus dem elektromagnetischen Antennenfeld bezieht und seine Daten über den Schreib-/Leseprozess mit der Schreib-/Lesegerät austauscht.
Die dem Verfahren zum Betrieb eines solchen RFID Schreib/Lesegeräts zugrunde liegende Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 9. Die das Verfahren weiterbildenden Merkmale sind jeweils Gegenstand der vom diesem Anspruch 9 abhängigen Ansprüche 10 bis 17.
Dieses Verfahren ermöglicht erstmalig eine Überwachung aller System komponenten von RFID Schreib/Lesestationen, und dies nicht nur während des Betriebs (periodisch oder aperiodisch) sondern darüber hinaus auch die Qualitätskontrolle bei der Installation und bei der Inbetriebnahme solcher Schreib-/Lesestationen. Infolge der Beteiligung verschiedener Personen bei den zu tätigenden Installations- und Inbetriebnahmearbeiten können Fehler auftreten, die beispielsweise auf die Verkabelung selbst, auf beschädigte Kabel oder Stecker oder auf falsche Einstellungsparameter zurückführbar sind.
Die Verifikation, ob ein Lesepunkt mit seinen angeschlossenen Antennen in der korrekten Reihenfolge und qualitativ gut installiert wurden, ist sehr arbeitsintensiv. Konventionelle Massnahmen umfassen Tests mit von Hand vorgestreckten Etiketten und erfordern daher eine Koordination zwischen der Bedienperson am Systemkontrollrechner (kurz: Kontroller) und dem Installationspersonal; solche Massnahmen sind nur beschränkt reproduzierbar. Durch die erfindungsgemäss integrierten Überwachungsetiketten kann deren jeweilige Identifikationsnummer (ID) bereits in der Planungsphase eindeutig einem Lesepunkt zugeordnet werden. Bei einer Testabfrage des gewünschten Lesepunktes durch einen Systemkontrollrechner kann somit aufgrund der gelesenen I D-Nummer die korrekte Verdrahtung und An- tennenauswahl automatisch überprüft werden. Mittels eines zusätzlich gemessenen Feld- stärkeweite (RSSI) und dem Vergleich desselben mit einem erwarteten Referenzwert kann zudem eine allfällige Verschlechterung durch Materialschäden oder eine unsachgemässe Installation erkannt werden.
In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemässen Verfahrens werden die Überwa- chungsetiketten zur Konfiguration der Lesepunkte eingesetzt, basierend auf den in ihrem Speicherbereich einprogrammierten Parameter. Das Schreib-/Lesegerät liest nach der erfolgreichen Installationskontrolle die Parameter aus diesen Überwachungsetiketten in den Antennen, welche sich jeweils direkt an einem Lesepunkt befinden und entnimmt daraus Parameter wie Sendeleistung, Frequenz, Zeitintervalle oder Antennenstrahlsteuerung. Diese Daten stehen dem Schreib/Lesegerät dann bereits vor einem allfälligen Anschluss an ein Netzwerk mit einem Kontroller oder einem übergeordneten System zur Verfügung und erlauben lokale Systemtests ohne Kontroller.
Besonders vorteilhaft ist zum Beispiel der Parameter, welcher die Richtverstärkung (Cain) der Antenne angibt, womit im Schreib/Lesegerät die Sendeleistung unter der Randbedingung der gesetzgeberisch zugelassenen maximalen Abstrahlleistung eingestellt werden kann. Dieser und andere Werte zu den Leistungsdaten der Antenne können auf diese Weise auch vom Hersteller in die Überwachungseti kette einprogrammiert werden. Die Antenne kann jedem Schreib-/Lesegerät diese Daten übermitteln, ohne dass in der Antenne einen Mikroprozessor und die für dessen Betrieb notwendige Cleichspannungsversorgung vorhanden sein muss.
Des Weiteren werden während dem operativen Betrieb die gelesenen Signalweite benutzt, welche aus der bekannten Signatur der Überwachungsetikette laufend erhalten werden, um diese mit vorgegebenen Grenzwerten zu vergleichen. Überschreitet einer dieser Überwachungsetiketten die Limiten über eine bestimmte Zeit, so wird ein Defekt vermutet und das System in den Stand-by Betrieb gebracht, sowie eine Fehlermeldung an den Kontroller oder das übergeordnete System abgesetzt. Durch dieses Verfahren wird die Qualität der Komponenten einer Schreib-/Lesestation laufend selbstständig überwacht.
Die Schreib/Lesestation kann die ermittelten Werte über eine gewisse Zeit filtern und dann den Mittelwerte an den Kontroller übermitteln. Der Kontroller kann mit Hilfe dieser Mittel- werte eine Langzeitstatistik erstellen und daraus weitere Schlüsse über den Zustand der Schreib/Lesestationen und die Qualität der von ihnen gelesenen Eti kette ndaten ziehen. So werden Abnormalitäten frühzeitig erkannt und ein präventiver Unterhalt kann durchgeführt werden (System Überwachung, System Monitoring).
Des Weiteren ist vorgesehen, dass bei einem notwendigen Austausch einer Schreib/Lesestation nach einem Defekt oder Umbau mit den Überwachungsetiketten flexible Arbeitsschritte ermöglicht werden. So kann beispielsweise bei Austausch der Antenne von der Überwachungsetikette der neuen Antenne automatisch das Cain aus dem Speicherbereich gelesen und die Sendeleistung darauf angepasst werden; oder die ausgetauschte Schreib- /Lesestation soll zuerst ohne Anschluss an das Netzwerk und damit ohne Zugang zu den Einstellparametern für dessen Betrieb auf Funktionstüchtigkeit überprüft werden, weil der laufende Betrieb der anderen Schreib-/Lesestationen nicht durch die Servicearbeiten beeinträchtigt werden soll.
Alle Parameter für die Austauschstation sind dem Speicher seiner Überwachungsetikette entnehmbar. Die gleichen Methoden ermöglichen es, in einem Netzwerk von Schreib- /Lesestationen auch neue Parameter auf die Überwachungseti ketten zu schreiben oder bestehende zu verändern, falls dies während der Inbetriebnahme oder dem Betrieb notwendig erscheint, da die Überwachungsetiketten genau gleich wie alle weiteren Etiketten beschreibbar ausgeführt werden können. Die Parameter einer defekten Lesestation bleiben auch nach dem Defekt in den Überwachungsetiketten gespeichert und können mit einem mobilen Schreib/Lesegerät problemlos ausgelesen und auf das Ersatzgerät übertragen werden.
Der Fachmann kann eine Vielzahl von weiteren Verfahren und deren Kombinationen herleiten, um die Qualität in jeder Phase des Lebenszyklus von Schreib/Lesestationen zu erhöhen und deren Integration in ein Netzwerk aus Schreib-/Lesestationen zu vereinfachen. So könnte die Überwachungsetiketten in der Schreib/Lesestation auch Daten wie Netzwerkadresse (MAC) enthalten.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren beispielhaft erläutert. Gleiche Gegenstände sind in den Figuren grundsätzlich mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Es zeigen rein schematisch die
Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines Netzwerks, umfassend eine Anzahl erfindungs- gemässer RFID Schreib/Lesestationen;
Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild eines Schreib/Lesegerätes mit einer Überwachungsetikette und Kopplung, realisiert durch einen Richtkoppler;
Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild einer Variante eines Schreib-/Lesegerätes mit Überwach ungseti kette und Kopplung realisiert durch Richtkoppler;
Fig. 4 zeigt ein Blockschaltbild einer Schreib-/Lesestation mit Überwachungsetikette in einer abgesetzten Antenne und Kopplung realisiert durch eine Nahfeldantenne; Fig. 5 zeigt einen Ablauf eines Verfahrens zur Nutzung von zeitgleich gelesenen Ü- berwachungsetiketten beim Betrieb von Schreib-/Lesestationen, und
Fig. 6 zeigt einen Ablauf eines Verfahrens zur Installation und zur automatischen Kontrolle nach dem Installationsvorgang.
Wege zur Ausführung der Erfindung
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Ein komplettes RFID System besteht aus einem Netzwerk-Kontroller 1 und mehreren RFID Schreib-/Lesestationen 2, 3, 4. Die dargestellten RFID Schreib-/Lesestationen 2, 3, 4 -auch kurz Lesestation genannt- bestehen ihrerseits aus Schreib-/Lesegeräten 5, 10, 13 (kurz Lesegerät) und zumeist an den eigentlichen Lesepunkten abgesetzte, über Übertragungsleitungen angeschlossene Schreib/Leseantennen 6-9, 1 1-12, 14-17 (kurz Leseantennen). Jedes Lesegerät 5, 10, 13 bedient eine Anzahl von Lesepunkten, typischerweise bis zu 8 im Zeit- multiplexverfahren. Die Abstände der Lesepunkte von den Lesegeräten 5, 10, 13 können dabei über 10 m betragen. Bei der Installation ist die korrekte und beschädungsfreie Verkabelung wichtig. Der Kontroller 1 sammelt die gelesenen Identifikationsnummern und Daten der passiven Etiketten (Tag) und managt die Lesestationen 5, 10, 13 bei der Implementierung und im Betrieb.
Erfindungsgemäss soll nun die Qualität bei Installation und im Betrieb und Service durch den Einsatz von fest eingebauten Etiketten mit definierten, a priori bekannten Identifikationsnummern (im folgenden Überwachungsetiketten genannt) gegenüber dem Stand der Technik erhöht und gesichert werden. Solche passiven Überwachungsetiketten sind zu ge- ringsten Kosten als Chip erhältlich und haben neben dem RFID spezifischen Kommunikationsteil einen Speicherbereich für die Identifikationsnummer und für zusätzliche Daten. Beispiele solcher Überwachungsetiketten sind unter dem Standard EPCglobal Classl Cen2 weltweit erhältlich.
Fig. 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel für den Aufbau eines mit einer Überwachungsetikette 19 ausgerüsteten Schreib/Lesegerätes 5. Das Lesegerät 5 besteht im wesentlichen aus dem Sender 24, welcher das zur Speisung von passiven Etiketten nötige RF-Sendesignal erzeugt, typischerweise +33 dBm (entspricht linear und absolut ausgedrückt 2 Watt an 50 Ohm). Das Sendesignal wird über einen Zirkulator 26 und erfindungsgemäss zusätzlich über ein Kopplungsglied 29 zu einem Antennenwahlschalter 27 geführt, von wo es zu den Antennen 6, 7, 8, 9 gelangt. Die schwachen Antwortsignale der im Feld bei den Lesepunkten befindlichen Etiketten wird über dieselbe Strecke an das Lesegerät 5 zurückgeleitet und im Zirkulator 26 an einen Empfänger 25 zur Demodulation der Identifikationsnummern und Daten, und an eine Prozessoreinheit 18 zur Datenverarbeitung geführt. Die Prozessoreinheit 18 steht mit dem Kontroller 1 über eine Netzwerkverbindung in Kontakt und kann so die Daten an eine Anwendung als Event abliefern, bzw. im Schreibfall umgekehrt beziehen.
Das Kopplungsglied 29 besteht aus einem Richtkoppler 23 und einem Dämpfungsglied (auch Attenuator) 21 mit Impedanzanpassung an die Eingangsimpedanz des Überwachungsetiketts 19. Der Richtkoppler 23 mit einem ersten, einem zweiten, einem dritten und einem vierten Tor 40, 41 , 42 und 43 erfüllt den Zweck, einen kleinen Bruchteil der RF- Sendesignalleistung, welche vor allem vom ersten Tor 40 zum zweiten Tor 41 mit geringer Dämpfung läuft, am vierten Tor 43 mit der gewünschten Dämpfung auszukoppeln. Damit der Richtkoppler 23 korrekt funktioniert, muss, wie dem Fachmann bekannt das dritte Tor 42 mit einer Wellenimpedanz 28 abgeschlossen sein. Typischerweise kann die Dämpfung vom ersten Tor 40 zum zweiten Tor 41 mit 0.2 dB und vom ersten Tor 40 zum vierten Tor 43 mit 20 dB bemessen sein. Das gedämpfte Sendesignal wird nun über einen Attenuator 21 zu einer Überwachungsetikette 19 geführt. Die Überwachungsetikette 19 erzeugt ein zurückgestreutes Antwortsignal, welches denselben Weg zurück via Dämpfungslied 21 und vom vierten Tor 43 zum ersten Tor 40 mit denselben Dämpfungen läuft und somit im Kopplungsglied 29 zum Empfangssignal der eigentlichen Leseantennensignale addiert wird. Der Hauptteil der Rückstreuantwort der Überwachungsetikette 19 wird im Wellenwiderstand 28 vernichtet.
Der Wert des Attenuator 21 wird so bemessen, dass die Überwachungsetikette 19 noch mit einer definierten Marge arbeitet. Dazu sind je nach Stand der Technologie zwei Grossen in Betracht zu ziehen. Erstens richtet sich der Dämpfungswert nach der minimal notwendige Leistung die benötigt wird um die Überwachungsetikette 19 mit Arbeitsspannung zu versehen, derzeit typisch -17 dBm. Zweitens soll das zurückgestreute Antwortsignal von der Ü- berwachungsetikette nicht unter die Sensitivitätsgrenze des Empfängers 25 fallen, typischerweise -72 dBm. Dabei ist der Rückstreuverlust der Überwachungseti kette, der den Anteil von zurückgestreuter Leistung zur einfallenden Leistung beschreibt, mit einzubeziehen. Dieser Verlust beträgt beispielsweise 10 dB und addiert sich zu der bereits auf beiden Signalwegen durch den Richtkoppler 23 je zugefügten Dämpfung von beispielsweise 20 dB. Mit dem genannten Zahlenbeispiel und Sendeleistung +33 dBm ist leicht nachzuweisen, dass die kritische Richtung, diejenige der Rückantwort ist. Hier darf, ohne Marge gerechnet, maximal 45 dB Dämpfung im Zweig liegen, 20 dB davon im Richtkoppler 23. Das Dämp- fungsglied 21 wird daher, ohne Marge gerechnet, zu 25 dB dimensioniert. Für das Tag stehen in diesem Beispiel somit -12 dBm Speisepegel zur Verfügung stehen. Weil sowohl Richtkoppler wie Dämpfungslied kostengünstige, passive und langzeitstabile Komponente sind, ist die ermittelte Signalstärke der Überwachungseti kette 19 eine a priori bekannte, konstante Grösse und eignet sich sehr gut als Qualitätssensor für die Schreib-/Lesegeräte 5, 10, 13. Um die Überwachungsetikette 19 erfolgreich identifizieren zu können, müssen zwangsläufig alle Funktionsblöcke im Schreib-/Lesegerät benutzt werden, und zwar exakt in der für den ordentlichen Betrieb vorgesehen Weise. Weil die Abfrage der Überwachungsetikette zudem zeitgleich und kontinuierlich mit jedem Lesevorgang für weitere Etiketten im Feld abläuft, ist die Aussage über die momentane Funktionsqualität der Lesestation 5, 10, 13 extrem gross. Damit hat die vorgeschlagene Überwachung einen hohen Aussagewert.
Wie der Fachmann richtig bemerkt, sind bis hierhin jedoch nicht der Antennenumschalter 27, die Übertragungsleitung zu den Antennen 6, 7, 8, 9, 1 1 , 1 2, 14, 15, 16, 17 und die Antennen 6, 7, 8, 9, 1 1 , 12, 14, 1 5, 16, 17 selber in den kontinuierlichen Funktionstest eingeschlossen. Gerade bei den externen Komponenten ist aber die Gefahr einer Beschädigung oder fehlerhaften Montage gross. Erfindungsgemäss wird deshalb jede Schreib- /Leseantenne 6, 7, 8, 9, 1 1 , 12, 14, 1 5, 16, 1 7 mit einer weiteren Überwachungseti kette 20 fest bestückt und an das Sendesignal angekoppelt. Obwohl ein baugleiches Kopplungsglied verwendet werden könnte, wie bereits im Schreib/Lesegerät 5 beschrieben, wir eine zweite Variante eines Kopplungsgliedes -wie in Fig. 4 dargestellt- vorgeschlagen. An die Überwachungsetikette 20 ist eine so genannte Nahfeldantenne 22 angeschlossen. Bei Nahfeldantennen 22 handelt es sich um speziell dimensionierte Antennen, welche sich für den Betrieb im reaktiven, nicht gestrahlten Nahfeldbereich einer Antenne eignen. Die Kopplung geschieht dabei kapazitiv oder induktiv zwischen zwei Antennen oder RF-Signalleitungen. Nahfeldantennen 22 besitzen eine kleine Baugrösse (ca. 10 mm Durchmesser) und weisen dafür eine geringen Lesedistanz auf.
Die erfindungsgemäss vorgesehene integrierte Überwachungsetikette 20 inklusive Nahfeld- antenne ist am Markt als ein einziges Bauteil (Near Field Tag) erhältlich und wird auch zur Markierung von Konsumgütern eingesetzt. Die Nahfeldantenne ist zum Beispiel durch eine auf ein Substrat gedruckte kleine Schleife mit Windungszahl 1 realisiert und dient als induktive Kopplung. Diese Variante bietet daher ein sehr kostengünstiges Mittel, um die Überwach ungseti kette 20 zu realisieren und an den Antennenstrahler 31 der Schreib-/Leseantenne 6, 7, 8, 9, 1 1 , 1 2, 14, 15, 16, 17 anzukoppeln. Die Koppeldämpfung wird durch den Ort und die Distanz zum Antennenstrahler 31 der Schreib/Leseantenne 6, 7, 8, 9, 1 1 , 12, 14, 15, 16, 17 bestimmt. Die Dämpfung ist für beide Signalwege identisch und kann wiederum mit einer wählbaren Marge festgelegt werden. Mit den entsprechenden Simulationswerkzeugen lässt sich die Nahfeldantenne 22 di- rekt in das Design der Schreib/Leseantenne mit einbeziehen, so dass eine genau bekannte Koppeldämpfung resultiert. Vorzugsweise wird die Überwachungsetikette 20 mit Nahfeldantenne 22 vom Antennenhersteller nach Spezifikation mit integriert, es kann aber auch nachträglich an einen geeigneten Ort fest angebracht werden.
Wie leicht einzusehen ist, kann die Lösung mit der Nahfeldantenne 22 auch im Schreib/Lesegerät 5, 10, 13 anstelle der Richtkopplung verwendet werden. Obwohl kein Antennenstrahler zur Verfügung steht, lässt sich genügend Leistung aus dem Signalpfad auskoppeln (weniger als 1 Promille der Sendeleistung benötigt). Die Kopplung erfolgt induktiv oder kapazitiv an geeigneter Stelle zwischen dem Sender 24 und dem Antennenumschalter 27.
Fig. 3 zeigt eine weitere Variante für die Schreib/Lesestation 5 in der anstelle eines Zirkula- tors 26 ein Richtkoppler 23 eingesetzt ist. Während für den Betrieb das Sendesignal vom ersten Tor 40 zum zweiten Tor 41 läuft und die Etikettenantwortsignale von zweiten Tor 41 zum dritten Tor 42 mit der Dämpfung des Richtkopplers 23 laufen, wird mit derselben Dämpfung ein Teil des Sendesignals von ersten Tor 40 zum vierten Tor 43 geführt. Vom vierten Tor 43 wird die Überwachungsetikette 19 über das Dämpfungsglied 21 gespeist, dessen Antwortsignal dann vom vierten Tor 43 zum dritten Tor 42 ohne Dämpfung geführt wird. Diese Lösung besitzt jedoch den Nachteil einer Asymmetrie, die bei der Dimensionierung zu berücksichtigen ist. Erstens werden die Etikettenantwortsignale vom Feld um die Koppeldämpfung des Richtkopplers 23 gedämpft und zweitens ist die Dämpfung der beiden Signalwege für die Überwachungseti kette 19 um die Koppeldämpfung des Richtkopplers verschieden. In der Praxis findet man aber für Richtkoppler mit Koppeldämpfung um die 10 dB einen akzeptablen Lösungskompromiss. Dem Fachmann ist unmittelbar klar, dass in nahe liegender Weise das Konzept der fest integrierten und mit definierter Kopplung versehenen Überwachungseti ketten auch auf andere System-Komponenten im Signalpfad einer Schreib-/Lesestation 5, 10, 13 anwendbar ist, wie Signalweichen oder Koaxialkabel. Auch sind weitere Lösungen für die Realisation der Kopplungsglieder verwendbar, wie etwa ein asymmetrischer Leistungsteiler auf ohmscher oder transformatorischer Basis.
Mit einer der Vorrichtungen aus Fig. 2, Fig. 3 oder Fig. 4 ist nun zeitgleich und kontinuierlich die ganze Lesestation überwachbar (Monitoring) und es können jederzeit Funktionstests veranlasst werden (Health-Check). Es lassen sich eine Vielzahl von Verfahren zur Unterstüt- zung der Installation, der Inbetriebnahme und des Betriebes zur Anwendung bringen, welche Zeit sparen und die Zuverlässigkeit des Systems erhöhen.
Fig. 5 zeigt ein erfindungsgemässes Verfahren zum Erfassen und Verarbeiten der Überwachungsetiketten 19, 20 in einer Schreib/Lesestation 5, 10, 13. Nach jedem Start eines Lesezyklus 50, ausgelöst durch ein externes Triggersignal der Anwendung oder den Kontroller 1 , werden entsprechend dem Protokoll 51 der zu lesenden, weiteren Etiketten (beispielsweise EPCglobal Gen2), die Lesepunkte im Zeitmultiplexbetrieb abgearbeitet. Dabei kommt einer der bekannten so genannten Kollisions-Detektionsalgorithmen als Teil des Protokolls 51 zum Zug, welcher sicherstellt, dass alle Etiketten innerhalb des Lesezyklus1 eine kollisionsfreie Möglichkeit zur Datenübertragung erhalten. In dieser Phase werden auch die Überwa- chungsetikettenl 9, 20 automatisch abgefragt und ihre Identifikationsnummer und/oder Daten an die Lesestation 5, 10, 1 3 übertragen. Im Empfänger 25 des Lesegerätes 5, 10, 1 3 wird jede Etikette in Schritt 52 dekodiert und gleichzeitig die Signalstärke des Antwortsignals gemessen (der so genannte RSSI Wert). Stimmt im Entscheidungsschritt 53 die Identifikation mit der im Speicher 68 abgespeicherten, a priori bekannten ID-Nummer einer Über- wachungsetikette 19, 20 überein, so wird als nächstes die Signalstärke mit einem vorgegebenen Schwellwert im Entscheiderschritt 54 verglichen. Liegt die Signalstärke beim erwarte- ten Wert, so wird einerseits die Schreib-/Lesestation 5, 10, 1 3 in Schritt 67 wieder für ein nächstes Triggersignal bereit gemacht und andrerseits ein Ausfallzähler in Schritt 55 dekre- mentiert und die Werte der Überwachungsetiketten an die Prozessoreinheit 18 weitergeleitet. Der Ausfallzähler ermittelt die Anzahl nicht erfolgreicher Erfassungen einer jeden Über- wachungsetikette. In der Praxis ist es oft nicht sinnvoll, bei jedem nicht erfolgreichen Leseversuch einer Überwachungsetikette 19, 20 unmittelbar einen Alarm auslösen zu wollen, weshalb ein Schwellwert gesetzt werden kann.
Ist einer der beiden Entscheide 53 oder 54 negativ ausgefallen, so wird der Ausfallzähler um eins inkrementiert. Im Entscheiderschritt 70 wird der Stand dieses Zählers mit einem maxi- mal erlaubten Wert verglichen. Wird dieser Wert überschritten, so liegt ein Fehler vor und in Schritt 72 wird ein Alarm an den Kontroller 1 abgesetzt.
In der Prozessoreinheit 18 werden die Signalwerte der Überwachungsetiketten 19, 20 in Schritt 56 gemittelt und abgespeichert, selbstverständlich getrennt nach Identifikationsnummer. Dies hat den Vorteil, dass keine zu grosse Datenmengen gehalten werden müssen. Als Variante können auch Maximal- und Minimalwerte ermittelt und abgespeichert werden. Um den Kontroller 1 oder eine Applikationssoftware nicht unnötig mit den Identifikationsnummern der Überwachungsetiketten 19, 20 zu belasten, wird im Verfahrenschritt 57 die bekannten Identifikationsnummern der Überwachungsetiketten 19, 20 aus dem Datenstrom entfernt (Datenfilterung). Der Kontroller 1 erhält dadurch nur die üblichen Daten, welche er in bekannter Weise in der so genannten Middleware zu Events verarbeitet.
Im nachfolgenden Schritt 58 prüft die Prozessoreinheit 18, ob vom Kontroller 1 eine Aufdatierung der Statistik über die Qualität der Schreib/Lesestation 5, 10, 1 3 angefordert wurde. Ist dies der Fall, so übermittelt die Prozessoreinheit 18 die gespeicherten Werte zu den Signalstärken in Schritt 59 und der Kontroller 1 verarbeitet diese Werte zusammen mit der in der Datenbank 66 gespeicherten Historie zu einer aufdatierten Statistik 65. Schliesslich werden auch die Identifikationsnummern und Daten aller weiteren, im Feld gelesenen Etiketten an den Kontroller 1 übertragen, wo sie zu Events verarbeitet werden (Schritt 60). In einer Variante kann auch die Schreib-/Lesestation 2, 3, 4 die Statistik und Alarmverarbeitung in der Prozessoreinheit 18 durchführen. Liegt eine Alarm vor, so wird die entsprechende Komponente auf Grund der Identifikationsnummer ermittelt und ausgetauscht. Das Servicepersonal kann jederzeit vom Kontroller 1 oder der Applikation aus einen Funktionstest (auch bekannt als Health-Check) der gesamten RFID-Anlage durchführen, indem von allen Schreib- /Lesestationen 5, 10, 13 ein Statistik-Update verlangt wird.
Die Überwachungsetiketten 19, 20 sind auch bei der Installation und bei der Inbetriebnah- me äusserst hilfreich. Als Beispiel, wie die in den Schreibylesestationen 5, 10, 13 fest integrierten Überwachungsetiketten 19, 20 eingesetzt werden können, wird der Installationsablauf nach Fig. 6 genauer beschrieben. Es sind jedoch eine Vielzahl anderer Varianten für den Fachmann denkbar, abhängig von Art und Grösse der RFID-Anlage.
Die Installation beginnt mit einer Vorbereitungsphase, in der alle Überwachungsetiketten 19, 20 in Schritt 81 mit einer eineindeutigen, a priori bekannten Identifikationsnummer programmiert werden (den oben genannten Ausführungsbeispielen entsprechend z.B. EPCglobal 96 Bit). Diese Nummernvergabe ist durch EPCglobal geregelt, global registrierbar und kann durch den Hersteller der Komponente der Schreib/Lesestation 2, 3, 4 bereits mit einem separaten Schreib/Lesegerät vorgenommen werden oder durch den System- Integrator mit Hilfe des Schreib-Lesegerätes 2, 3, 4 selber. Im Verfahrensschritt 82 ist zu entscheiden, ob die Überwachungsetikette auch Parameter im Speicherbereich enthalten soll, und im bejahenden Fall werden diese in Schritt 83 in den Speicherbereich der Überwachungsetikette 19, 20 eingeschrieben und durch nachfolgendes Lesen unmittelbar verifiziert.
Solche Parameter können Einstellungen für das Lesegerät, Kalibrierdaten des Antennenher- stellers oder Adressen für den Netzwerkbetrieb umfassen, es sind hier einzig Grenzen in der Anzahl gesetzt, da die Speichergrössen von Tags derzeit noch eher klein sind (typisch 256 Bit). Diese Programmierphase endet, wenn alle Überwachungsetiketten beschrieben sind.
Nachfolgend in Prozessschritt 85 wird eine Checkliste erstellt, welche alle Identifikationsnummern mit dem Installations-Ortsplan in Bezug stellt. Es wird also konkret jedem Lese- punkt im Raum eine dieser a priori bekannten ID-Nummern zugeteilt und in der Checkliste vermerkt. Diese ID-Nummern werden auch je nach Detailkonzept dem Kontroller 1 und/oder der Prozessoreinheit 18 der Lesestationen 2, 3, 4 eingegeben, damit dem System diese ID-Nummern effektiv a priori bekannt sind. Darauf folgend können die Installationspunkte ausgerüstet werden: Anzahl Antennen, Lesegeräte und Verkabelung nach Plan, und entsprechend genau mit den Komponenten mit den vorgegeben Identifikationsnummern. Nach der Installation, welche oft durch weniger gut in RFID Belangen ausgebildete Elektriker ausgeführt werden, findet die Inbetriebnahme statt.
Diese kann entweder nach vollständiger Installation aller Schreib/Lesestationen 2, 3, 4 und Kontroller 1 mit Vernetzung durchgeführt werden oder auch mit Zwischenschritten nach Montage jeder Station. Im Verfahrensschritt 87 werden alle Parameter von den Überwachungsetiketten durch das Schreib/Lesegerät 5, 10, 13 gelesen und im Schreib/Lesegerät entsprechend eingestellt (Soft Values). Nun ist die RFI D-Anlage theoretisch funktionsbereit. Als nächstes folgt die automatische Verifikation. Der Kontroller 1 steuert jeden Lesepunkt mit Schritt 89 gezielt an, entsprechend dem eingangs erstellten Ortsplan. Das Schreib- /Lesegerät 5, 10, 13 fragt in einer speziellen Inbetriebnahme-Routine gemäss Anweisung des Kontrollers 1 , der Reihe nach über jede Antenne einzeln seinen Lesebereich ab. Dabei findet es mit Sicherheit die Überwachungsetiketten 19, 20 in der Antenne 6 und im Lesegerät 5. Die gelesenen Identifikationsnummern und Empfangspegel (RSSI Wert) werden dem Kontroller 1 übermittelt. Im Entscheidersch ritt 90 überprüft der Kontroller I 1 ob die gelesenen Identifikationsnummern mit denjenigen auf der Checkliste übereinstimmen. Ist dies nicht der Fall, so liegt ein Verkabelungsfehler vor, es wurden die falschen Antennen oder Lesegeräte an diesem Ort installiert. Dies kann auf Systemebene die Funktion der Anlage in Frage stellen, da Lese- punkte verschiedene Ausrüstungen und Parameter aufweisen können.
Im Entscheiderschritt 91 wird zudem der RSSI Wert überprüft. Erreicht der Pegel ein gewisses Limit nicht, so liegt ein Materialfehler oder ein Installationsschaden am Lesepunkt vor. Sind beide Entscheide jedoch positiv ausgefallen, so ist der Lesepunkt korrekt installiert worden und betriebsbereit. Sobald alle Lesepunkte derart getestet wurden, ist die Anlage insgesamt betriebsbereit. Dank den Überwachungsetiketten 19, 20 kann der Test automatisch, das heisst selbstständig ausgeführt werden, erspart viel Zeit und liefert eine glaubwürdige Qualitätsaussage für den Kunden. Es werden keine Hilfskräfte im Feld benötigt, welche Etiketten schwenken.
Als Beispiel eines Verfahrens, in welchem Parameter in einer Überwachungsetikette einge- speichert sind und verwendet werden, dient eine Schreib/Leseantenne 6, 7, 8, 9, 1 1 , 12, 14, 1 5, 16, 17. Der eingespeicherte Parameter sei das so genannte Gain der Antenne, ein Faktor, der bei der Bemessung der im Sender 24 einzustellenden maximal erlaubten Leistung vom Gesetzgeber geregelt ist. Je nach Lesepunkt werden verschiedene Antennen mit mehr oder weniger Leistungsbündelung und damit Gain eingesetzt. Das Lesegerät 5, 10, 13 kann durch Abfrage der Überwachungsetikette 20, dessen Parameter mit auslesen und somit das angeschlossene Gain ermitteln. Das Prinzip lässt sich leicht auf komplexere Antennensysteme anwenden, welche zum so genannten Beam Forming umschaltbar oder elektronisch steuerbar sind. Solche Antennensysteme werden vorgängig kalibriert und genau diese Ka- librationsdaten benötigt das Lesegerät im Anwendungsfall. Ein weiteres Beispiel für die Nutzung des Speicherbereichs auf den Überwachungsetiketten ist das Ablegen der Erwartungswerte für den Empfangspegel, der im Empfänger 25 jeweils nachgemessen und in der Prozessoreinheit 18 mit diesen Erfahrungswerten verglichen wird. Dabei spielt es für den Nutzer keine Rolle, ob die Erfahrungswerte aus dem Design bekannt sind oder in einer Trainings-Lesesequenz von den Schreib-/Lesegeräten 5, 10, 13 bei der Inbetriebnahme zuerst erlernt werden.
Eine weitere Variante des Verfahren, welches die Überwachungsetiketten 19, 20 nutzt, läuft beim Austausch von defekten Komponenten in einer RFI D-Anlage ab. Hat der Kontroller 1 eine defekte Komponente ermittelt, so wird diese ersetzt. Die neue Komponente besitzt eine neue Überwachungsetikette 19, 20, welche der Kontroller 1 noch nicht kennt. Nach dem Auswechseln wird der betroffene Lesepunkt vom Kontroller 1 aufgefordert die weiteren Etiketten im Feld zu lesen (interner Trigger). Dabei wird die neue Identifikationsnummer automatisch eingelesen und dem Kontroller 1 wie eine im Feld befindliche Etikette übermittelt. Der Kontroller 1 prüft diese I D-Nummer mit der Eingabe einer Service-Person und beauftragt das zuständige Schreib/Lesegerät 5, 10, 13 die neue ID-Nummer als Überwachungsetikette für diese Komponente aufzunehmen, während der Kontroller 1 eine neue Statistik für diese ID-Nummer eröffnet.
Eine weitere Verfahrenvariante betrifft die Überwachung der Interferenzsituation auf der Luftschnittstelle von den Schreib-/Leseantennen zu den weiteren Etiketten im Feld. Solche Interferenzen können durch andere Funkdienste oder benachbarte Schreib-/Lesestationen verursacht sein. Sie bewirken eine scheinbare Reduktion der Sensitivität des Empfängers 25, oder anders ausgedrückt, eine Verschlechterung des Signal zu Geräuschverhältnisses für die integrierten Überwachungsetiketten 19, 20 infolge Zunahme des Ceräuschanteils. Jede Schreib/Lesestation 2, 3, 4 ermittelt deshalb neben den bereits erläuterten Empfangssig- nalpegeln (RSSI) auch dieses Signal zu Ceräuschverhältnis (SNR) und liefert diesen Wert genauso an die Prozessoreinheit 18 zur Mittelung und Aufbereitung (ähnlich Verfahrens- schritte 55, 56, 57 in Fig. 5 für die RSSI Werte). Fällt der SNR Wert zu gering aus, besteht die Gefahr, dass die Reichweite an besagtem Lesepunkt abfällt, der Funkkanal ist nicht mehr genügend. Durch die Übermittlung der Mittelwerte von der Prozessoreinheit 18 an den Kontroller 1 kann der Kontroller versuchen eine bessere Situation herbeiführen. Der Kontroller 1 verfügt über die gesamte Information darüber, wann, welche Lesestation, auf welchem Frequenzkanal auf Sendung geht. Durch Umplanung kann der Kontroller dem geschwächten Lesepunkt einen neuen Frequenzkanal oder einen anderen Zeitschlitz zur Verfügung stellen. Ist eine solcher neue Resource ermittelt, teilt der Kontroller 1 die veränderten Grössen den betroffenen Schreib-/Lesestationen 2, 3, 4 mit. Bilden die Daten zu den Frequenzkanälen und Zeitschlitzen eines Lesepunktes Bestandteil von in Überwachungsetiketten 19, 20 eingeschrieben Parametern, so werden diese durch das Schreib/Lesegerät 5, 10, 13 entsprechend neu eingeschrieben, verifiziert durch unmittelbar nachfolgendes Auslesen, und dem Kontroller 1 schliesslich bestätigt.
Aus den beschrieben Verfahren können durch Kombinieren und Verschieben der Kontroller- funktionalität weitere Verfahren realisiert werden, deren Beschreibung an dieser Stelle nicht weiter ausgeführt werden. So lässt sich zeigen, dass mit Hilfe eines Service Computers ein Netzwerk auch installierbar, in Betrieb zu nehmen und verifizierbar ist, bevor eine Vernetzung mit einem Kontroller aufgebaut werden konnte. Oder es ist ein Funktionstest einer Schreib/Lesestation ohne Störung des laufenden Betriebes der übrigen Stationen möglich. Die Tatsache, eindeutige und im Empfangspegel voraussagbare Überwachungsetiketten zur Verfügung zu haben, welche bei jedem Lesevorgang automatisch zeitgleich mitgelesen werden, eröffnet viele Anwendungen. Bezugszeichen
1 Kontroller
2, 3, 4 Schreib-/Lesestationen
5, 10, 13 Schreib-/Lesegeräte
6, 7, 8, 9 Schreib-/Leseantenne des ersten Schreib-/Lesegerätes
1 1 , 12 Schreib/Leseantenne des zweiten Schreib-/Lesegerätes
14, 15, 16, 17 Schreib-/Leseantenne des dritten Schreib-/Lesegerätes
18 Prozessoreinheit
19 erste Etikette, erste Überwachungsetikette
20 zweite Etikette, zweite Überwachungsetikette
21 Dämpfungsglied
22 Nahfeldantenne
23 Richtkoppler
24 Sender
25 Empfänger
26 Zirkulator
27 Antennenumschalter
28 Abschlusswiderstand
29 erstes Kopplungsglied
30 zweites Kopplungsglied
31 Antennenstrahler
40 erstes Tor des Richtkoppler
41 zweites Tor des Richtkoppler
42 drittes Tor des Richtkoppler
43 viertes Tor des Richtkoppler
50-73 Verfahrensschritte im Betriebsablauf
80-97 Verfahrenschritte im Installationsablauf

Claims

Patentansprüche
1. RFlD Schreib/Lesestation (2, 3, 4) umfassend ein Schreib/Lesegerät (5, 10, 13) mit einem Sender (24), einem Empfänger (25), einer Prozessoreinheit (18) und mit min- destens einer Schreib/Leseantenne (6, 7, 8, 9, 1 1 , 12, 14, 15, 16, 17), dadurch gekennzeichnet, dass eine erste passive elektronische Etikette (19) mittels eines ersten Kopplungsglieds (29) an einen Ausgang des Senders (24) und einen Eingang des Empfängers (25) mit einem vorgegebenen Koppelfaktor gekoppelt ist, und dass eine zweite passive elektronische Etikette (20) mit der einen Schreib-/Leseantenne (6, 7, 8, 9, 1 1 , 12, 14, 15, 16, 17) über ein zweites Kopplungsglied (30) mit einem vorgegebenen Koppelfaktor gekoppelt ist, wobei periodisch oder aperiodisch zwecks einer Cl- berwachung der RFID Schreib/Lesestation (2, 3, 4) eine Identifikation der ersten und zweiten Etikette (19, 20) durchführbar ist und/oder deren Dateninhalte lesbar sind.
2. RFID Schreib/Lesestation (2, 3, 4) gemäss Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das eine erste Kopplungsglied (29) und/oder das eine zweite Kopplungsglied (30) eine Nahfeldantenne (22) umfasst, welche elektrisch oder magnetisch an ein Sendesignal des Schreib/Lesegeräts (5, 10, 13) angekoppelt ist.
3. RFID Schreib/Lesestation (2, 3, 4) gemäss Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das eine erste Koppluπgsglied (29) und/oder das eine zweite Kopplungsglied (30) ei- nen Richtkoppler (23) mit einem Attenuator (21 ) umfasst.
4. RFID Schreib/Lesestation (2, 3, 4) gemäss Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die zweite elektronische Etikette (20) Funktionen eines Mikroprozessors und mindestens eines Sensors umfasst, welche Etikette (20) über das zweite Kopplungsglied (30) versorgbar ist und die Identifikation der zweiten Etikette (20) durchführbar ist und/oder ihr Dateninhalt mit dem Schreib-/Lesegerät (5,10,13) austauschbar ist.
5. RFID Schreib/Lesestation (2, 3, 4) gemäss einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und zweite Etikette (19,20) eine bekannte, eindeutige Identifikationsnummer aufweisen.
6. RFID Schreib/Lesestation (2, 3, 4) gemäss einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei Vorhandensein eines nichtflüchtigen Speicherbereichs der ersten bzw. zweiten Etikette (19, 20) eine Anzahl Betriebsdaten von jeder Schreib- /Lesestation (2, 3, 4) ablegbar ist.
7. RFID Schreib-/Lesestation (2, 3, 4) gemäss einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Schreib/Lesegerät (5, 10, 1 3) die Identifikationsnummern der ersten bzw. zweiten. Etikette (19, 20) bei jedem Lesevorgang im Empfänger (25) dekodierbar sind und bei Erkennung diese Identifikationsnummern in einem Datenfilter der Prozessoreinheit (18) aus einem Datenstrom weiterer elektronischer Etiketten entfernbar sind.
8. RFID Schreib/Lesestation (2, 3, 4) gemäss einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass beim Lesen der Identifikationsnummern der ersten bzw. zweiten Etikette (19, 20) eine zugehörige Empfangssignalstärke und eine Geräuschsignalstärke messbar sind und zusammen mit den Identifikationsnummern in einem Speicherbe- reich der Prozessoreinheit (18) des Schreib/Lesegerätes (5, 10, 13) abspeicherbar sind.
9. Verfahren zum Betrieb einer RFID Schreib/Lesestation (2, 3, 4), umfassend ein Schreib/Lesegerät (5, 10, 13) mit mindestens einer Schreib/Leseantenne (6, 7, 8, 9, 1 1 , 12, 14, 1 5, 16, 17), einem Sender (24), einem Empfänger (25) und mit einer Prozessoreinheit (18), dadurch gekennzeichnet, dass eine erste passive elektronische Etikette (19) mit einem Ausgang des Senders (24) und einem Eingang des Empfängers (25) gekoppelt ist, und dass eine zweite passive elektronische Etikette (20) mit der Schreib/Leseantenne (6, 7, 8, 9, 1 1 , 12, 14, 15, 16, 17) gekoppelt ist, und dass periodisch oder aperiodisch zeitgleich mit einem Abfragevorgang der RFID Schreib- /Lesestation (2, 3, 4) eine eindeutige, bekannte Identifikationsnummer der ersten und der zweiten Etikette (19, 20) gelesen wird und in der Prozessoreinheit (18) ausgewertet wird.
10. Verfahren gemäss Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Identifikationsnummern der ersten bzw. zweiten Eitkette (19, 20) zusammen mit einem zugehörigen, jeweiligen Empfangssignalpegel während eines Lesevorgangs in der Prozessoreinheit (18) des Schreibylesegerätes (5, 10, 13) erfasst werden, mit einer Anzahl erwarteter Referenzpegeln verglichen werden und aus einer Anzahl Vergleichswerte zwischen den Empfangssignalpegeln und den Referenzpegeln in der Prozessoreinheit (18) eine Qualitätsbeurteilung für den Betriebszustand der Schreib/Lesestation (2, 3, 4) durchgeführt wird.
1 1. Verfahren gemäss Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Identifikationsnummern der ersten bzw. zweiten Etikette (19, 20) zusammen mit den Empfangssig- nalpegeln und einem Geräuschpegel in der Prozessoreinheit (18) des Schreibe/Lesegerätes erfasst werden, daraus die Verhältniswerte der Empfangssignalpegel zu Geräuschpegel berechnet werden und aus diesen Verhältnisweiten weitere Qualitätsmerkmale bezüglich eines Interferenzpegels an einer Luftschnittstelle im Vergleich zu auf Grund der gekoppelten Etiketten (19, 20) erwarteten Referenzweite ermittelt und abgespeichert werden.
12. Verfahren gemäss Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass für eine Inbetriebnahme eine einwandfreie Verkabelung der RFID Schreib/Lesestation (2, 3, 4) durch Erkennung der Identifikationsnummern der ersten bzw. zweiten Etikette (19, 20) und der jeweiligen, zugehörigen Empfangssignalpegel in der Schreib-/Leseantenne (6, 7, 8, 9, 1 1 , 12, 14, 15, 16, 17) in der Prozessoreinheit (18) oder in einem Kontroller (1 ) festgestellt wird.
13. Verfahren gemäss Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzahl für den Betrieb der RFID Schreib/Lesestation (2, 3, 4) notwendige Betriebsparameter aus einem jeweiligen nichtflüchtigen Speicherbereich der ersten bzw. zweiten Etikette (19, 20) abgefragt wird und die RFID Schreib-/Lesestation (2, 3, 4) entsprechend diesen
Betriebsparametern selbstständig konfiguriert wird.
14. Verfahren gemäss einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Netzwerk, umfassend einen zentralen Kontroller (1 ) und eine Anzahl RFID Schreib-/Lesestationen (2, 3, 4), die beim Lesen erfasste Identifikationsnummer der ersten Etikette (19) während der Inbetriebnahme dem zentralen Kontroller (1 ) bekannt gegeben oder von den RFID Schreib/Lesestationen (2, 3, 4) übermittelt wird, und dass im Kontroller (1 ) für ein Management der RFID Schreib/Lesestationen (2, 3, 4) zu dieser Identifikationsnummer ein Satz Qualitätsdaten als Langzeitstatistik jeder RFID Schreib/Lesestation (2, 3, 4) in einer Datenbank unterhalten wird.
1 5. Verfahren gemäss Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass auf einen Befehl des Kontrollers (1 ) eine Anzahl Qualitätsmerkmale von den RFID Schreib/Lesestationen (2, 3, 4) an den Kontroller (1 ) übertragen werden und der Kontroller (1 ) eine Langzeitstatistik nachführt.
16. Verfahren gemäss Anspruch 14 oder 1 5, dadurch gekennzeichnet, dass während dem Betrieb der Schreib/Lesestation (2, 3, 4) die beim Lesevorgang zeitgleich erfassten Identifikationsnummern der ersten bzw. zweiten Etikette (19, 20) im Prozessor (18) erkannt werden und aus einem Datenstrom weiterer, abgefragter Etiketten herausge- filtert werden, derart, dass diese Identifikationsnummern von der Schreib-/Lesestation
(2, 3, 4) nicht an den übergeordneten Kontroller (1 ) oder eine Applikation weitergegeben werden.
17. Verfahren gemäss einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass nach einem Austausch einer Schreib-/Leseantenne (6, 7, 8, 9, 1 1 , 1 2, 14, 1 5, 16, 17) oder einer RFID Schreib/Lesestation (2, 3, 4) eine Neu- bzw. Wiederinbetriebnahme mit
Hilfe auf der ersten bzw. zweiten Etikette (19, 20) gespeicherten, neuen Identifikationsnummern und nach einer Eingabe dieser neuen Identifikationsnummern der ersten bzw. zweiten Etikette (19, 20) im Kontroller (1 ) auf einer Managementebene eines Netzwerks von RFID Schreib-/Lesestationen (2, 3, 4) selbstständig durchgeführt wird.
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