(57)【要約】【課題】  事前に数の情報が得られていない不特定多数の無線タグとのデータ送受信を行う際、全ての無線タグを漏れなく効率的に検出する無線タグシステム及び方法を提供する。【解決手段】  本発明の無線タグシステムは、読取機がタグＩＤを収集する命令パケットを送信し、タグＩＤ読取り期間（フレーム）を複数のスロットからなるタグＩＤの読取り期間に、スロット毎に各無線タグからのタグＩＤの含む応答パケットを受信し、不特定多数の無線タグを識別する無線タグシステムであり、読取機が、各スロット毎に、タグＩＤの読取りに成功した成功パケットか、複数の応答パケットが混在した混在スロットか、応答パケットが受信されない空パケットかの判定を行うスロット確認部と、少なくとも成功パケットの数及び混在スロットの数から無線タグの推定数を計算するタグ推定部と、推定数から所定の係数を乗じてスロット数を求めるフレーム更新部とを有する。【選択図】    図１
2006238381.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
読取機がタグＩＤを収集する命令パケットを送信し、タグＩＤ読取り期間を複数のスロットからなるタグＩＤの読取り期間に、スロット毎に各無線タグからのタグＩＤの含む応答パケットを受信し、不特定多数の無線タグを識別する無線タグシステムであり、
前記読取機が、
各スロット毎に、タグＩＤの読取りに成功した成功パケットであるか、複数の応答パケットが混在した混在スロットであるか、応答パケットが受信されない空パケットであるかの判定を行うスロット確認部と、
少なくとも成功パケットの数及び混在スロットの数から無線タグの推定数を計算するタグ推定部と、
前記推定数から所定の係数を乗じて前記スロット数を求めるフレーム更新部と
を有することを特徴とする無線タグシステム。
【請求項２】
前記所定の係数を少なくとも以下の式を用いて求めることを特徴とする請求項１記載の無線タグシステム。
【数１】
2006238381.tif 000019
【数２】
2006238381.tif 000020
【請求項３】
前記所定の係数を少なくとも以下の式を用いて求めることを特徴とする請求項１記載の無線タグシステム。
【数３】
2006238381.tif 000021
【数４】
2006238381.tif 000022
【数５】
2006238381.tif 000023
Ｎ(i)；スロット数、タグＩＤを収集する前記読取り期間の数
前記式において、フレームサイズがＮ(i)で、ｎ(i)個のアクティブ型の無線タグ、１つのスロットにｑ個の無線タグが存在する確率はＰｑ(i）であり、すべてのタグを読出す読取り期間の数がＲａ＿ｆで，アクティブ型の無線タグを逃す確率がαであり、ｑ＝１の場合、成功しているＩＤタグ識別の確率はｐ１(i)である。
【請求項４】
前記タグ推定部が無線タグの推定数ｎｅｓｔ(i)を、ｎｅｓｔ(i)＝ｓ（成功スロットの数）＋２．３９ｇ（混合スロットの数）の式により計算して求めることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の無線タグシステム。
【請求項５】
読取機がタグＩＤを収集する命令パケットを送信し、タグＩＤ読取り期間を複数のスロットからなるタグＩＤの読取り期間に、スロット毎に各無線タグからのタグＩＤの含む応答パケットを受信し、不特定多数の無線タグを識別する無線タグ識別方法であり、
前記読取機の識別処理が、
スロット確認部が各スロット毎に、タグＩＤの読取りに成功した成功パケットであるか、複数の応答パケットが混在した混在スロットであるか、応答パケットが受信されない空パケットであるかの判定を行うスロット確認過程と、
タグ推定部が少なくとも成功パケットの数及び混在スロットの数から無線タグの推定数を計算するタグ推定過程と、
フレーム更新部が前記推定数から所定の係数を乗じて前記スロット数を求めるフレーム更新過程と
を有することを特徴とする無線タグ識別方法。
【請求項６】
読取機がタグＩＤを収集する命令パケットを送信し、タグＩＤ読取り期間を複数のスロットからなるタグＩＤの読取り期間に、スロット毎に各無線タグからのタグＩＤの含む応答パケットを受信し、不特定多数の無線タグを識別する無線タグ識別処理をコンピュータに実行させるプログラムであり、
前記読取機の識別処理において、
スロット確認部が各スロット毎に、タグＩＤの読取りに成功した成功パケットであるか、複数の応答パケットが混在した混在スロットであるか、応答パケットが受信されない空パケットであるかの判定を行うスロット確認処理と、
タグ推定部が少なくとも成功パケットの数及び混在スロットの数から無線タグの推定数を計算するタグ推定処理と、
フレーム更新部が前記推定数から所定の係数を乗じて前記スロット数を求めるフレーム更新処理と
を有することを特徴とする無線タグ識別プログラム。
【請求項７】
請求項６記載の無線タグ識別プログラムが記録されたコンピュータが読取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スロットアロハ方式を用いた無線タグシステムであり、特に、所定のデータ読取機が不特定多数の携帯無線機とデータの送受信を行う無線タグシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、所定の識別情報を付与したＲＦＩＤ（Radio Frequency IDentification）タグを用い、無線通信により物品管理を行う無線タグシステムが広く使用されるようになってきている。
上記無線タグシステムは、ＲＦＩＤに付与する固有の識別情報（ＩＤ番号等）の番号がある程度小さいものであり、価格の安い多数のＲＦＩＤタグと受信機（データ読取機）とから構成されている。
これにより、上記無線タグシステムは、ＲＦＩＤタグを管理対象の物品に添付し（例えば、埋め込み）、この物品の位置を追跡し、移動の履歴やその都度おかれる環境状態を監視及び記録し、視界に入らない遠方から、離れて移動する対象物を制御することができる。（例えば、特許文献１）
【特許文献１】特開２００４−３３４６７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１に示す無線タグシステムにあっては、データ読取器が読み出し命令を発信すると、電波の届く範囲に存在する不特定多数のＲＦＩＤタグから、一斉に応答信号（ＩＤパケット）が発信される。
このとき、データ読取機は、複数のＲＦＩＤタグからのＩＤパケットが衝突することにより、正確に各ＲＦＩＤタグからのＩＤパケットを受信することができない。
【０００４】
すなわち、上記データ読取機は、各ＲＦＩＤタグからのデータの送信が、予め設定された同一の無線周波数の帯域を用いているため、一旦検出できなかったＲＦＩＤタグをいつまでも検出できないことになる。
例えば、上記データ読取機は、複数のＲＦＩＤタグからのＩＤパケットを受信した際、複数の衝突しているＩＤパケットの中から、最も強い信号レベルを有するＲＦＩＤタグからのものを検出することができる。
【０００５】
したがって、データ読取機は、検出過程が確率的な多重通信手法において、検出可能な範囲にある全てのＲＦＩＤタグからのＩＤパケットを受信し、受信した中のいくつかのＲＦＩＤタグを検出することができない確率を有している。
このため、データ読取機は、多くのＲＦＩＤタグが検出可能範囲にあるとき、この範囲にある全てのＲＦＩＤタグを検出するため、何度も繰り返して問合せ信号を発信する必要がある。また、全てのＲＦＩＤタグが、ＩＤパケットの発信を同じ周波数帯域により行うため、この周波数帯域においてＲＦＩＤタグが競合する頻度は高くなる。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、事前に数の情報が得られていない不特定多数のＲＦＩＤタグとのデータ送受信を行う際、全てのＲＦＩＤタグを漏れなく効率的に検出する無線タグシステム及び方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の無線タグシステムは、読取機がタグＩＤを収集する命令パケットを送信し、タグＩＤ読取り期間（フレーム）を複数のスロットからなるタグＩＤの読取り期間に、スロット毎に各無線タグからのタグＩＤの含む応答パケットを受信し、不特定多数の無線タグを識別する無線タグシステムであり、前記読取機が、各スロット毎に、タグＩＤの読取りに成功した成功パケットであるか、複数の応答パケットが混在した混在スロットであるか、応答パケットが受信されない空パケットであるかの判定を行うスロット確認部と、少なくとも成功パケットの数及び混在スロットの数から無線タグの推定数を計算するタグ推定部と、前記推定数から所定の係数を乗じて前記スロット数を求めるフレーム更新部とを有することを特徴とする。
【０００７】
本発明の無線タグシステムは、前記所定の係数を少なくとも以下の式を用いたシミュレーションによって求めることを特徴とする（第１の実施形態に対応）。
【数１】
2006238381.tif 000003
【数２】
2006238381.tif 000004
ここで、αは信頼度の確率で、０．９９。
【０００８】
本発明の無線タグシステムは、前記所定の係数を少なくとも以下の式を用いたシミュレーションによって求めることを特徴とする（第２の実施形態に対応）。
【数３】
2006238381.tif 000005
【数４】
2006238381.tif 000006
【数５】
2006238381.tif 000007
Ｎ(i)；スロット数、タグＩＤを収集する前記読取り期間の数
前記式において、フレームサイズがＮ(i)で、ｎ(i)個のアクティブ型の無線タグ、１つのスロットにｑ個の無線タグが存在する確率はＰｑ(i）であり、すべてのタグを読出す読取り期間の数（収集ラウンド数）がＲａ＿ｆで，アクティブ型の無線タグを逃す確率がαであり、ｑ＝１の場合、成功しているＩＤタグ識別の確率はｐ１(i)である。
【０００９】
本発明の無線タグシステムは、前記タグ推定部が無線タグの推定数ｎｅｓｔ(i)を、ｎｅｓｔ(i)＝ｓ（成功スロットの数）＋２．３９ｇ（混合スロットの数）の式により計算して求めることを特徴とする。
【００１０】
本発明の無線タグ識別方法は、読取機がタグＩＤを収集する命令パケットを送信し、タグＩＤ読取り期間を複数のスロットからなるタグＩＤの読取り期間に、スロット毎に各無線タグからのタグＩＤの含む応答パケットを受信し、不特定多数の無線タグを識別する無線タグ識別方法であり、前記読取機の識別処理が、スロット確認部が各スロット毎に、タグＩＤの読取りに成功した成功パケットであるか、複数の応答パケットが混在した混在スロットであるか、応答パケットが受信されない空パケットであるかの判定を行うスロット確認過程と、タグ推定部が少なくとも成功パケットの数及び混在スロットの数から無線タグの推定数を計算するタグ推定過程と、フレーム更新部が前記推定数から所定の係数を乗じて前記スロット数を求めるフレーム更新過程とを有することを特徴とする。
【００１１】
本発明の無線タグ識別プログラムは、読取機がタグＩＤを収集する命令パケットを送信し、タグＩＤ読取り期間を複数のスロットからなるタグＩＤの読取り期間に、スロット毎に各無線タグからのタグＩＤの含む応答パケットを受信し、不特定多数の無線タグを識別する無線タグ識別処理をコンピュータに実行させるプログラムであり、前記読取機の識別処理において、スロット確認部が各スロット毎に、タグＩＤの読取りに成功した成功パケットであるか、複数の応答パケットが混在した混在スロットであるか、応答パケットが受信されない空パケットであるかの判定を行うスロット確認処理と、タグ推定部が少なくとも成功パケットの数及び混在スロットの数から無線タグの推定数を計算するタグ推定処理と、フレーム更新部が前記推定数から所定の係数を乗じて前記スロット数を求めるフレーム更新処理とを有することを特徴とする。
【００１２】
本発明の記録媒体は、上記無線タグ識別プログラムが記録されたコンピュータが読取り可能な記録媒体である。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明したように、本発明によれば、シミュレーション結果から得られた数値を用いた式により、タグ数を推定して、そのタグ数から必要なフレームサイズを計算し、推定したタグ数が所定の閾値を超えた場合にフレームサイズを変更することにより、少ない時間で効率的にタグＩＤの読取り、すなわち識別を行うことができる。
また、本発明によれば、少ない時間で効率的にタグＩＤの識別を行うことが可能であるため、特に、アクティブ型の無線タグにおいては消費電力を低減するため、寿命を延ばすことができる。
【００１４】
すなわち、本発明によれば、パッシブ型もしくはアクティブ型の無線タグを用いる無線タグシステムにおいて、タグの数について事前の情報がないパッシブ型の無線タグを、ＡＬＯＨＡフレームを用い、読出すことにより、最も短い時間でタグＩＤの読出しを終え、読出し結果（識別結果）において信頼度を保証することができ、全体の読出し時間及び消費電力と、読出し結果の信頼度の水準とを相互に調整することができる（後に説明する（２）式及び（３）式を用いる）。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の無線タグシステムは、読取機がタグＩＤを収集する命令パケットを送信し、タグＩＤ読取り期間（フレーム）を複数のスロットからなるタグＩＤの読取り期間に、スロット毎に各無線タグからのタグＩＤの含む応答パケットを受信し、不特定多数の無線タグを識別する無線タグシステムであり、読取機が、各スロット毎に、タグＩＤの読取りに成功した成功パケットであるか、複数の応答パケットが混在した混在スロットであるか、応答パケットが受信されない空パケットであるかの判定を行うスロット確認部と、少なくとも成功パケットの数及び混在スロットの数から無線タグの推定数を計算するタグ推定部と、推定数から所定の係数を乗じてスロット数を求めるフレーム更新部とを有する。
【００１６】
＜第１の実施形態＞
パッシブ型の衝突防止は，決定論的か、または確率的な場合がある。決定論的な方式では、ＲＦＩＤタグ（以下無線タグ）は、回線争奪（タグから受信機への無線通信は同じ周波数を用いるので，この周波数を複数のタグが互いに取り合うこと）を避けるのに固定的な選択判定基準を使用しながら、問合せに予定されたやり方で応じる。
これは無線タグタグからタグ読取り機までかなりの量のデータの送信を必要とする。その上、それ（データの送信）が予め決めたパスを辿る（決められた無線周波数の通信を用いた）問合せであるので、見逃されたタグをいつまでも検出できない．例えば、効果的な取り込みのために、受信機の受信は2つの衝突パケットから最も強い信号を正しく戻すことができる。
【００１７】
したがって、まだ、受信機がいくつかのタグを逃すような確率がある。確率的な多重通信手法で、タグ読取り機の伝送距離の中のどんなRFIDタグも受信機から問合せに無作為に応じる。多くの無線タグがタグ読取機の伝送距離にあるとき，すべての無線タグを読出すために繰り返し問合せを必要とするほど，伝播争奪（タグから受信機への無線通信は同じ周波数を用いるので，この周波数を複数のタグが互いに取り合う頻度）は、高いかもしれない。その結果、長く読出し時間が必要である。さらに、受信機の問合せ範囲内のタグ数があらかじめ通常知られていないので、最終的な読出し結果における信頼度は保証されにくい。本発明の第１の実施形態は、この問題を解決するものである
【００１８】
そのため、本発明の第１の実施形態において、読取機の問合せ範囲の中でＡＬＯＨＡフレームを使用することによりタグの数を予め知らないで多数のパッシブ型の無線タグを認識するためにメカニズムを提案する。
これにより、第１の実施形態によれば、全体的な読出し時間と消費電力の間で読出し手続きを最適化することができる。
読取機は最初に、初期フレームの長さを一斉送信して、タグから任意に応答を受ける。そして空きスロット、混合スロット、および成功しているスロットの数を得ると、受信機は全体のタグ数を推定して、読出しの時間と消費電力に要求する事項を考慮しフレームの長さを更新する。受信機がタグ数の最終的な推定を得るまで、手続きは繰り返される。結果的に、読出しループの最適化されたフレームサイズと数は得られる。ついに、定義された信頼度がある水準に到達するまで、読取機は左記の読出し手続きを行う。
【００１９】
以下、本発明の第１の実施形態によるパッシブ型の無線タグを用いた無線タグシステムを図面を参照して説明する。図１は同実施形態の構成例を示すブロック図である。
この図において、読取機１は、スロット確認部１１，タグ推定部１２，フレーム更新部１３，発信部１４，受信部１５，制御部１６及び電源部１７を有している。
無線タグ２は、データを発信する発信部２１，データを受信する受信部２２及びデータの発信／受信の制御を行う制御部２３を有している。
【００２０】
制御部１６は、図２に示す構成の収集命令の命令パケットを生成し、発信部１４を介して各無線タグ２へ出力する。
この命令パケットは、図２に示すように、例えば、パケットの送信を通知する受信機プリアンブルと、無線タグ２からの応答を受信するスロットの時間幅を示すスロットサイズと、該フレームにおけるスロット数を示すフレームサイズと、通信パケットの信頼性を保証するための付加コードであるＣＲＣ（Cyclic Redundancy Check）コードとから構成されている。ここで、フレームサイズをスロットサイズにより除算した結果がスロットサイズとなる。
【００２１】
無線タグ２において、受信部２２が受信した上記命令パケットを入力し、制御部２３がこの収集命令を検出して、図３に示すタグ応答の応答パケットを生成して、発信部２１を介して所定のタイミング、すなわち上記フレーム内のいずれかのスロットのタイミングにて読取機１に対して発信する。
電源部２４は、第１の実施形態のパッシブ型タグの場合、読取機１からの電磁誘導や電波により電力を生成して、タグ内の各回路に電力を供給する。
この応答パケットは、図３に示すように、例えば、パケットの送信を通知するタグプリアンブルと、自身の識別情報であるタグＩＤのデータと、通信パケットの信頼性を保証するための付加コードであるＣＲＣコードとから構成されている。
【００２２】
スロット確認部１１は、受信部１４が各スロットにおいて入力される受信データにおけるタグＩＤの検出処理を行い、この検出結果によりフレームの各スロットが、応答パケットの存在しない空スロット、また２つ以上の複数の無線タグ２からの応答パケットが存在する混合スロット、さらに１つの無線タグからの応答パケットのみが存在する良好スロットのいずれのスロットであるかの検出を行う。
タグ推定部１２は、スロット確認部１１の検出結果に基づいて、検出可能な範囲にあるタグ数を推定する。
フレーム更新部１３は、上記タグ数に対応したフレームサイズを計算し、制御部１６へ出力する。
発信部１４は制御部１６の制御によりタグ２に対して命令パケットを含むデータの発信を行い、受信部１５はタグ２からの応答パケットを含むデータの受信を行う。
【００２３】
次に、動作の説明を行う前に、読取機１パッシブ型の無線タグ２と読取機１との第１の実施形態におけるタグ推定部１２及びフレーム更新部１３の行う処理について説明する。
読取機１は、収集を行う前に、全ての無線タグ２が休止状態にあるため、これらを起動させるための起動命令を発信し、その後に命令パケット（収集命令）を発信する。
そして、読取機１は、新たな収集ラウンドにおける命令パケットを発信する前に、タグＩＤの識別できた無線タグ２に対して休止命令を発信し、次の収集ラウンドの命令パケットを発信する。無線タグ２は１フレーム毎に一度、すなわちいずれかのスロットにて送信を許可される。
【００２４】
そして、無線タグ２は、応答パケットを、送信するスロットに開始タイミングに合わせて生成し、このスロット内において送信を終了させる。
また、すでに述べたように、読取機１の送信する命令パケットには、フレームサイズ（フレームのスロット数）とスロット間隔とが含まれている。このスロット間隔は、パケットの送受信に用いられる周波数帯域に対応して逐次設定される。また、フレームサイズは、無線タグ２の有しているタグＩＤにおいて、読み出しの識別に使用するビット数に基づいて求められる。例えば、タグＩＤの上位２ビットを用いた場合、フレームサイズは２の２乗の「４」となる。
【００２５】
これにより、無線タグ２各々は、制御部２３により、フレームサイズから識別に用いているビット数（識別ビット数）を計算し（フレームサイズの平方根を求め）、また、命令パケットの終了タイミングで開始されるフレームにおいて、スロット間隔を用いて、何番目のスロットであるか、すなわち各スロットのスロット番号を逐次計算する。
次に、無線タグ２は、制御部２３により、自身のタグＩＤの上位ビットから上記識別ビット数分のビット列を抽出し、このビット列の示す数を応答スロット番号とする。そして、無線タグ２は、この応答スロット番号と、逐次計算されている上記スロット番号とが一致したスロットのタイミングおいて応答パケットを送信する。
【００２６】
次に、図１，図４及び図５を用いて、本発明の第１の実施形態における無線タグシステムの動作を説明する。図４は、ＡＬＯＨＡ方式を用いた不特定多数のパッシブ型ＲＦＩＤのタグＩＤを検出手順を示す概念図である。図５は、第１の実施形態による無線タグシステムの動作例を示すフローチャートである。
図４に示されているように、各無線タグ２は１フレーム内において応答パケットの発信を１度、すなわちフレーム内のいずれかのスロットにおいて応答パケットの発信が行われるように設定されている。すなわち、無線タグ２は、応答パケットの発信を、フレームにおけるいずれかのスロットの開始から終了までの間に終了させる。
【００２７】
次に、図５に示すフローチャートにおいて、読取機１による無線タグ２各々からのタグＩＤの読取り動作の一例を説明する。
ステップＳ１において、制御部１６は不特定多数の無線タグ２のタグＩＤ収集を実行するため、予め利用者等に設定された各条件を読み込み、初期設定値に基づいた命令パケットを生成し、不特定多数の無線タグ２に対してこの命令パケットを発信する。
このとき、無線タグ２は１フレーム毎に一度、すなわちいずれかのスロットにて送信を許可される。
【００２８】
すなわち、無線タグ２は、応答パケットを、送信するスロットに開始タイミングに合わせて生成し、このスロット内において送信を終了させる。
ここで、読取機１の送信する命令パケットには、フレームサイズ（フレームのスロット数）とスロット間隔とが含まれている。このスロット間隔は、パケットの送受信に用いられる周波数帯域に対応して逐次設定される。また、フレームサイズは、無線タグ２の有しているタグＩＤにおいて、読み出しの識別に使用するビット数に基づいて求められる。例えば、タグＩＤの上位２ビットを用いた場合、フレームサイズは２の２乗の「４」となる。
【００２９】
これにより、無線タグ２各々は、制御部２３により、フレームサイズから識別に用いているビット数（識別ビット数）を計算し（フレームサイズの平方根を求め）、また、命令パケットの終了タイミングで開始されるフレームにおいて、スロット間隔を用いて、何番目のスロットであるか、すなわち各スロットのスロット番号を逐次計算する。
次に、無線タグ２は、制御部２３により、自身のタグＩＤの上位ビットから上記識別ビット数分のビット列を抽出し、このビット列の示す数を応答スロット番号とする。そして、無線タグ２は、この応答スロット番号と、逐次計算されている上記スロット番号とが一致したスロットのタイミングおいて応答パケットを送信する。
このとき、制御部１６は、例えば、不特定多数ある無線タグ２の推定した数を示すタグセット推定値Ｉｎｓｅｔ（ｉ）＝０、フレームサイズ（スロット数）Ｎ＝１６，全体的な収集ラウンドＲｐ＿ｆ＝４，収集ラウンドカウンタｉ＝１，フレーム収集ラウンドカウンタｊ＝１とする。
【００３０】
次に、ステップＳ２において、読取機１は各無線タグ２からの応答パケットを受信する。
そして、スロット確認部１１は、自身が送信した命令パケットの終了タイミングから開始されるフレームの各スロットから、スロット番号に対応して、応答パケットの受信に成功したスロットか、複数の無線タグ２からの応答パケットが衝突しているスロットか、またはいずれのスロットからの応答パケットも存在しないスロットであるかの検出処理を行う。パッシブ型タグは命令パケットに対して、上述したように自身のタグＩＤに基づくスロット番号において応答パケットを発信するだけであり、固定的なフレームサイズでは衝突を起こすスロットをなくすことができない。このため、本発明の第１の実施形態においてはタグ数に対応した適切なフレームサイズを求め、新たに無線タグ２に命令パケットにより送信することを行う。
【００３１】
次に、ステップＳ３において、タグ推定部１２は、以下の処理を行い、不特定多数で数が明確でない無線タグ２の数の推定を行う。ここで用いている収集ラウンドとは、繰り返されるフレームの回数、すなわちタグＩＤの読み出しの繰り返しの数を示している。
まず、タグ推定部１２が行うタグ数の推定に用いる式を求めるために、事前に行うシミュレーションに付いて説明する。このシミュレーション結果を読取機１に実装して、タグ推定部１２及びフレーム更新部１３各々の処理を実行させる。
ｉ番目ラウンドにおいて、Ｎ(i)スロットのフレームサイズにおいて、読み出されるタグがｎ(i)であり、１つのスロットにおいてｑ個のスロットが衝突するとした場合の確率は、以下に示す（１）式のように二項式分布する。
【００３２】
【数６】
2006238381.tif 000008
【００３３】
（１）式において、ｑ＝１の場合、ｐ１（ｉ）が成功しタグＩＤ読み取りの確率である。
したがって、Ｎ(i)個のスロットを有するフレームにおける成功しているタグＩＤ読取りの数はＮ(i)＊ｐ１（ｉ）となる。
また、Ｒｐ＿ｆ個（予め設定された収集ラウンド数）のフレームの後に、無線タグ２のタグＩＤを読みとれない確率は以下に示す(２)で求められる。
【００３４】
【数７】
2006238381.tif 000009
【００３５】
したがって、収集ラウンドの数Ｒｐ＿ｆは、少なくとも、タグＩＤ読み取りの信頼度がある水準α以上であるために、パッシブ型の無線タグ２のタグセット（タグ数）ｎ、固定フレームサイズＮの関係は以下に示す（３）式で求められる。
【００３６】
【数８】
2006238381.tif 000010
【００３７】
また、不特定多数の無線タグ２全てを読み出す、最も少ない収集ラウンドの繰り返し回数Ｒｐ＿ｔ＿ｍｉｎは、以下に示す（４）式により求められる。
【００３８】
【数９】
2006238381.tif 000011
【００３９】
上記（４）式により、最も少ない収集ラウンドの繰り返し回数Ｒｐ＿ｔ＿ｍｉｎとともに最適なフレームサイズＮｍｉｎ＿ｐを求めることができる。
そして、上記（４）式は、タグセットｎと、フレームサイズＮと、全体の読出し時間と、タグ応答の数（全ての無線タグ２からタグＩＤの読み出しが終了する収集ラウンドの回数）と、タグＩＤの読み出しの信頼度がある水準αとの関係を示している。
また、この（４）式は、フレームサイズや読出し時間、信頼度などの数値を変更することにより、適時変更される。
【００４０】
例えば、上記（４）式により、最適のフレームサイズを得ることができ，読出しの最も短い時間を達成するフレームサイズは、Ｎｍｉｎ＿ｐ＝１．４＊ｎ（スロット）であり、必要な収集回数Ｒｐ＿ｔ＿ｍｉｎは７未満で，このとき信頼度がある水準α＝０．９９を満足する。
連続した収集ラウンドにおけるタグＩＤの読取り処理は、次のラウンドにおける、タグセット、初期フレームサイズによる更新フレームサイズの粗い推定から始める。
例えば、ｉ番目ラウンドにおいては、スロット確認部１１が混合スロットをｇスロット、成功しているスロットをｓスロット、および空きスロットをｅスロットとして観測する。
ここで、観測されたスロットに関しては、同一のスロットを選ぶｋ個のタグの事後的確率分布は以下の（５）式により求められる。
【００４１】
【数１０】
2006238381.tif 000012
【００４２】
スロットとタグとの数が等しい場合に観測結果が来ると仮定して、同じスロットを争奪しあうタグの数は、以下の（６）式によって計算される。
【００４３】
【数１１】
2006238381.tif 000013
【００４４】
上述した（１）式から（６）式までを用いてシミュレーション（数値計算）を行うと、図６（ａ），（ｂ），（ｃ）が求められる。信頼度の確率αは「０．９９」である。
図６（ａ）は、（３）式に基づいて生成したグラフであり、縦軸がそれぞれの曲線に示された数の無線タグ２全てからのタグＩＤの応答を衝突なしに得られる収集ラウンドの数Ｒｐ＿ｆを示し、横軸がフレームサイズＮ（スロット数）を示している。ここで、（３）式においてα＝０．９９とし、Ｐ１は（１）式より、ｑ＝１においてタグセットｎとフレームサイズＮとを与えることにより計算される。この図６（ａ）の縦軸の全体的な読み出し時間の単位をスロットとしており、この１スロットはタグ応答のの送信時間となる。後述するように、図７及び図８における第１の実施形態でのシミュレーションパラメータに用いタ１スロットの時間幅は「５ｍ秒」である。
図６（ｂ）は、（４）式の一部を用いて生成したグラフであり、縦軸が全体的な読み出し時間（単位ｍ秒）を示し、横軸はフレームサイズ（スロット数）を示している。すなわち、「Ｒｐ＿ｔ＝Ｎ＊Ｒｐ＿ｆ」であり、Ｒｐ＿ｆは上記図６（ａ）において求められているので、単に図６（ａ）の縦軸Ｒｐ＿ｆを横軸のフレームサイズＮに併せてＮ倍に伸張させて図６（ｂ）の縦軸Ｒｐ＿ｆとすることにより求められる。ここで、（４）式のＲｐ＿ｔ＿ｍｉｎは図６（ｂ）での各曲線の最小値となり、これを菱形◇によりプロットして示している。
図６（ａ）及び（ｂ）の双方において、各曲線のタグセットは、パラメータの無線タグ数を、２０を単位としたステップにて、２９０、２７０、２５０、２３０、２１０、１９０、１７０、１５０、１３０、１１０、９０、７０，５０，３０、１０（個）としている。
図６（ｃ）は、左の縦軸が最適な収集ラウンド（最も少なくタグＩＤの収集を成功させる）数を示しており実線のグラフに対応し、右の縦軸が最適なフレームサイズを示しており破線のグラフに対応し、横軸がタグセット（無線タグ２の数）を示している。
【００４５】
図６（ｂ）を参照すると分かるように、フレームサイズが増加するに連れて、全体的な読み出し時間が急激に減少し、その最小値である「◇菱形」印を付けた箇所まで減少し、この箇所から徐々に増加する。
また、図６（ｂ）においては、いずれかの無線タグ２の個数のグラフに注目すると、縦軸の読出し時間が同じ値に対し、横軸のフレームサイズは対応する値が２つ存在する。すなわち、２つのフレームサイズが同様に全体的なタグＩＤの収集を遅延させる要件を有していることを示していると考えられる。
【００４６】
ここで、２つのフレームサイズにおいて、最小値に対して左側に位置する点（フレームサイズの小さい方）は、ＡＬＯＨＡスロットの変動する領域に位置しており、一方、最小値の右側に位置する点（フレームサイズの大きい方）は安定した領域にあり、期待される応答がほとんどえられないと考えられる。
また、図６（ｃ）は、破線のグラフが無線タグの数に対して最適のフレームサイズ（右縦軸）を示しており、実線はその無線タグの数に対応して、全体的なパッシブ型のタグ読出し時間の最小値に到達するために繰り返される最小の収集ラウンドの回数（左縦軸）が示されている。上記図６（ｃ）の実線は図６（ａ）の「◇菱形」印の点をプロットした曲線であり、図６（ｃ）の破線は図６（ｂ）の「◇菱形」印の点をプロットした曲線である。
【００４７】
したがって、ｉ番目の収集ラウンドにおける、無線タグ２の推定されるタグセットは、以下の（７）式により計算される。
【００４８】
【数１２】
2006238381.tif 000014
【００４９】
そして、タグ推定部１２には、上記（７）式が記憶されており、スロット確認部１１の検出したタグＩＤの検出が成功したスロット数ｓと混合スロットｇとを入力して、現在（ｉ番目の収集ラウンド）のタグセットを推定する。
また、フレーム更新部１３は、タグ推定部１２の求めた現在のタグセットから、図６（ｃ）の破線を一次近似して生成された、以下に示す（８）式により次の収集ラウンドのフレームサイズを計算する。この（８）式を用いることにより、（ｉ＋１）番目の収集ラウンドにおいて、α＝０．９９のタグＩＤの収集を最も短い読み出し時間にて行うように設定できる。
【００５０】
【数１３】
2006238381.tif 000015
【００５１】
次に、ステップＳ４において、フレーム更新部１３は、タグＩＤ収集の間の乱数的なふらつきを抑制するため、内部に設定されている閾値γ＝１．１５により、フレームサイズの変更を行うか否かの判定を行う。タグセットの推定ｎｓｅｔ（i）から（８）式により、次に次に用いるフレームサイズＮ（i+1）を算出するとき、この（８）式の係数「１．４」を図６（ｃ）の破線グラフを一次近似として用いたが、この一次近似で派生する誤差が「１．１５」であり、これを閾値γとした。この閾値γ、すなわち、上記一次近似の誤差を超えれば、一次近似の図６（ｃ）の破線グラフからはずれることになる。閾値γを超えた場合には、フレームサイズＮ（i+1）を更新して、図６（ｃ）の破線グラフに一次近似させる。
このとき、フレーム更新部１３は、タグ数の推定のふらつきが閾値γ倍以上の場合、すなわち、ｎｅｓｔ(i)≧γ＊ｎｅｓｔ(i-1)の場合のみフレームサイズの更新を行う。ここで、ｎｅｓｔ(i-1)は直前の収集ラウンドのタグ推定値である。
【００５２】
そして、フレーム更新部１３は、直前の収集ラウンドのタグセット推定値ｎｅｓｔ(i-1)にγを乗算した値が、タグ推定部１２の求めた現在の収集ラウンドのタグセット推定値ｎｅｓｔ(i)より小さいかまたは等しい場合、処理をステップＳ５へ進め、ｎｅｓｔ(i-1)にγを乗算した値が、ｎｅｓｔ(i)を超える場合、処理をステップＳ７へ進める。
すなわち、最終的なタグセットの推定を得た場合、信頼度の所定の水準α＝０．９９を達成するため、収集ラウンドＲｐ＿ｆ期間内においては同じフレームサイズのままでなければならない。
このため、新しいフレームサイズに変えるときは、常に、タグＩＤの収集ラウンドのカウンタをリセット（初期化）する必要がある。
【００５３】
次に、ステップＳ５において、フレーム更新部１２は、ｊ＝１とし、ｎ(i)をｎ(i+1)の数値とし、ｉをインクリメント（１つ増加）させて、処理をステップＳ６へ進める。
そして、ステップＳ６において、フレーム制御部１２は、フレームサイズを、（８）式により求めたＮ(i)とし、全体的な収集ラウンドの数Ｒｐ＿ｆを、（３）式により求めた数に変更する。
これにより、制御部１６は、新たなフレームサイズにより命令パケットを生成し、命令パケットを発信部１４を介して発信させた後、処理をステップＳ２へ戻す。
【００５４】
また、ステップＳ７において、フレーム更新部１２は、収集ラウンドカウンタｊをインクリメント（１つ増加）させ、処理をステップＳ８へ進める。
次に、ステップＳ８において、フレーム更新部１２は、収集ラウンドカウンタｊの値が、Ｒｐ＿ｆ＋２を超えたか否かの検出を行う。
このとき、フレーム更新部１２は、収集ラウンドカウンタｊの値がＲｐ＿ｆ＋２未満であることを検出した場合、処理をステップＳ２へ戻し、一方、収集ラウンドカウンタｊの値がＲｐ＿ｆ＋２を超えたことを検出した場合、処理を終了する。
【００５５】
ステップＳ８において、「Ｒｐ＿ｆ＋２」の「２」の意味は、以下に示す処理上の都合による。初期値ｊ＝１とし、ステップＳ７において「ｊ＝ｊ＋１」の処理を行うため、ｊ＝２となっている。一方、フレーム更新部１２は、全体的な収集ラウンドは初期設定においてＲｐ＿ｆ＝４と定義したため、ステップＳ８において、Ｒｐ＿ｆが２未満であることを検出し、処理をステップＳ２へ戻す。この後、無線タグ２が存在しない場合、同様にステップＳ２へ３回戻ることとなり、収集ラウンドを合計４回行い、ループを抜け出して正常に終了することとなる。この収集ラウンドの回数は後で述べるタグセットの推定が４回の収集ラウンドの後に得られる点に合わせている。
【００５６】
上述した図５のフローチャートの処理は、以下のアルゴリズムで実行される。
N= 16; //
i= 0; //counter of collection round given a frame size
do {
i++;
[g, s]= perform_read_cycle(N);
nｅｓｔ(i)= estimate_tag_set(N,g,s); // as per （７）式
if nｅｓｔ(i)> γ*nｅｓｔ(i-1) { // start a new frame size and reset
N= dynamic_frame_size(nｅｓｔ(i)); // as per （８）式
i= 0;}
}while (i<Rｐ＿ｆ ); // read all tags with confidence level
}
【００５７】
図７と図８は本発明による第１の実施形態による動的なフレームサイズ更新アルゴリズムでのタグＩＤの読取りのシミュレーション結果を示す。シミュレーションパラメータは、命令パケットの送信時間（読取機→無線タグ）が５２ｍ（ミリ）秒であり、タグ応答の送信時間（無線タグ→読取機）が５ｍ秒である。
図７は横軸が無線タグのタグセット（単位：個数）であり、縦軸が全体的な読み出し時間（単位：秒）である。また、図８は横軸が無線タグのタグセット（単位：個数）であり、縦軸が読出し信頼度を得るために必要な最終的に求められたフレームサイズ（スロット数）である。ここで、フレームサイズは、無線タグ２の数が多いと、その読取りを行う過程において更新される。この最終的に求められたフレームサイズは、最終的に全体の無線タグ２のタグＩＤの読取りが完了した際のフレームサイズを示している。
【００５８】
図７は、タグセットの数に対応して、パッシブ型の無線タグ２の全体的な読出し時間について示している。すなわち、無線タグの数が事前に分かっている場合、”opt_ana”は理論的に最適な数値を示す。”PTD_rnd”は本発明の第１の実施形態によるフレームサイズアルゴリズムを用いてタグセットの動的な推定を行いてフレームサイズの更新を行った結果である。また、”PTD_bin”は”PTD_rnd”と同様に、フレームサイズが(16、32、64、128、256)に設定されている状態で期待される（推定）を指示する。
ここで、”PTD_rnd”は、タグセットの推定値ｎｓｅｔ（i）から（８）式に従い計算されるフレームサイズＮ（i+1）を更新する際に用いられる。”PTD_bin”においては、フレームサイズＮ（i+1）を更新する（増加させる）ときに、16,32,54,128,256の順に割り付けてしまう。ただし、無線タグ２からの応答においては、割り付けたフレームサイズのスロットを全て用いる前に、ある回の収集ラウンドが終了する。この状況が図８の最終的なフレームサイズのグラフとなる。この図８を詳細に見ると、”PTD_bin”のグラフはフレームサイズが32,64,128を値を取る辺りにおいて、”PTD_rnd”のグラフに接近していることが分かる。
【００５９】
結果として、本発明のフレームサイズ変更アルゴリズムを用いることにより、無線タグが不特定多数の場合のタグＩＤの識別処理を、すでに無線タグの数が判明している場合の識別処理と同等の時間（例えば、数倍以内）に抑え、かつ識別処理する不特定多数の無線タグの数については信頼性のある読取りを保証することができる。
不特定多数の無線タグの実際の数に近い、すなわち良いタグセットの推定は、４つめの収集ラウンド後に得られる。すなわち、初期値として、全体的な収集ラウンドＲｐ＿ｆを「４」としてしシミュレーションを行い、図８の結果が得られる。つまり、無線タグ数が既知である理論値に近い結果が、本発明の無線タグの識別処理では収集ラウンドの４回目から得ることができる。一方、収集ラウンドＲｐ＿ｆが「４」未満の回数においては、（３）式より得られる無線タグの数の保証はできない。
そして、図８に示すように、我々が16, 32, 64, 128,か256,のどれかになるようにフレームサイズを制限するとき、全体的な読出し時間はあまり増加していない。すなわち、図８の”PTD_rnd”がフレームサイズを（８）式に従い変更した時の全体的な読み出し時間である。これに対して、”PTD_bin”がフレームサイズを16,32,…,256に制限して変更したときの全体的な読み出し時間である。”PTD_rnd”と”PTD_bin”との比較においては、”PTD_bin”が”PTD_rnd”よりも全体的な読み出し時間を上回っている。しかしながら、この”PTD_rnd”から”PTD_bin”の読み出し時間の増加は大きい場合でも２〜３割程度に留まっている。
【００６０】
＜第２の実施形態＞
RFIDの衝突防止は，決定論的か、または確率的な場合がある。決定論的な方式はパッシブ型のRFIDシステムで主に使用され，それはRFIDタグからタグ読取り機までかなりの量のデータの送信を必要とする。その上、それ（データの送信）が予め決めたパスを辿る（決められた無線周波数の通信を用いた）問合せであるので，見逃されたタグをいつまでも検出できない．例えば、効果的な取り込みのために、受信機の受信は2つの衝突パケットから最も強い信号を正しく戻すことができる。したがって、まだ、受信機がいくつかのタグを逃すような確率がある。確率的な多重通信手法で、タグ読取り機の伝送距離の中のどんなRFIDタグも受信機から問合せに無作為に応じる。
【００６１】
多くのRFIDタグがタグ読取り機の伝送距離にあるとき，すべてのRFIDタグを読出すために繰り返し問合せを必要とするほど，伝播争奪（タグから受信機への無線通信は同じ周波数を用いるので，この周波数を複数のタグが互いに取り合う頻度）は、高いかもしれない。その結果、長い読出し時間と、より多量の電池消費が必要である。これらはアクティブ型のタグの寿命を短縮するであろう。さらに、受信機の問合せ範囲内のタグ数が通常あらかじめ分からないので、それはシステムの最少の読出し時間と最も少ない電池エネルギー使用量の間の相互調整も困難である。本発明の第２の実施形態は上述した問題を解決するものである。
【００６２】
そして、本発明の第２の実施形態は、読取機の問合せ範囲の中でＡＬＯＨＡフレームを使用することにより，タグの数を予め知らないで多数のアクティブ型の無線タグを認識するためのメカニズムを提案する。
この提案によれば、全体的な読出し時間と消費電力の間で読出し手続きを最適化することができる。読出し手続きは固定の初期フレームの長さから始める。空きスロット、混合スロット、および成功しているスロットの数を得ると、読取機は全体のタグ数を推定し、読出しの時間、消費電力の要求事項を考慮して、フレームの長さを更新する。手続きはすべてのタグが読出し終わるまで繰り返される。
【００６３】
以下、本発明の第２の実施形態によるアクティブ型の無線タグを用いた無線タグシステムを図面を参照して説明する。図１は同実施形態の構成例を示すブロック図である。
この図において、読取機１は、スロット確認部１１，タグ推定部１２，フレーム更新部１３，発信部１４，受信部１５，制御部１６及び電源部１７を有している。
無線タグ２は、データを発信する発信部２１，データを受信する受信部２２，データの発信／受信の制御を行う制御部２３及び内部の各回路に電源を供給する電源部２４を有している。
【００６４】
制御部１６は、図２に示す構成の収集命令の命令パケットを生成し、発信部１４を介して各無線タグ２へ出力する。
この命令パケットは、図２に示すように、例えば、パケットの送信を通知する受信機プリアンブルと、無線タグ２からの応答を受信するスロットの時間幅を示すスロットサイズと、該フレームにおけるスロット数を示すフレームサイズと、通信パケットの信頼性を保証するための付加コードであるＣＲＣ（Cyclic Redundancy Check）コードとから構成されている。ここで、フレームサイズをスロットサイズにより除算した結果がスロットサイズとなる。
【００６５】
無線タグ２において、受信部２２が受信した上記命令パケットを入力し、制御部２３がこの収集命令を検出して、図３に示すタグ応答の応答パケットを生成して、発信部２１を介して所定のタイミング、すなわち上記フレーム内のいずれかのスロットのタイミングにて読取機１に対して発信する。
電源部２４は、第２の実施形態のアクティブ型タグの場合、バッテリであり、タグ内の各回路に電力を供給する。
この応答パケットは、図３に示すように、例えば、パケットの送信を通知するタグプリアンブルと、自身の識別情報であるタグＩＤのデータと、通信パケットの信頼性を保証するための付加コードであるＣＲＣコードとから構成されている。
【００６６】
スロット確認部１１は、受信部１４が各スロットにおいて入力される受信データにおけるタグＩＤの検出処理を行い、この検出結果によりフレームの各スロットが、応答パケットの存在しない空スロット、また２つ以上の複数の無線タグ２からの応答パケットが存在する混合スロット、さらに１つの無線タグからの応答パケットのみが存在する良好スロットのいずれのスロットであるかの検出を行う。
タグ推定部１２は、スロット確認部１１の検出結果に基づいて、検出可能な範囲にあるタグ数を推定する。
フレーム更新部１３は、上記タグ数に対応したフレームサイズを計算し、制御部１６へ出力する。
発信部１４は制御部１６の制御によりタグ２に対して命令パケットを含むデータの発信を行い、受信部１５はタグ２からの応答パケットを含むデータの受信を行う。
【００６７】
次に、動作の説明を行う前に、読取機１パッシブ型の無線タグ２と読取機１との第１の実施形態におけるタグ推定部１２及びフレーム更新部１３の行う処理について説明する。
無線タグ２は１フレーム毎に一度、すなわちいずれかのスロットにて送信を許可される。そして、無線タグ２は、応答パケットを、送信するスロットに開始タイミングに合わせて生成し、このスロット内において送信を終了させる。
また、すでに述べたように、読取機１の送信する命令パケットには、フレームサイズ（フレームのスロット数）とスロット間隔とが含まれている。このスロット間隔は、パケットの送受信に用いられる周波数帯域に対応して逐次設定される。また、読取気１は各無線タグ２に対して、タグＩＤのビット列のいずれか２ビットを指定して、その２ビットの指定するスロットにて応答するように指示する。例えば、タグＩＤの上位２ビットなどとして指定する。このビット数はフレームサイズにより決定される。
【００６８】
これにより、無線タグ２各々は、制御部２３により、タグＩＤのビット列において指示された２ビットの示す番号を計算する。例えば、２ビットが「１１」であれば３スロット目となる。また、無線タグ２は、命令パケットの終了タイミングで開始されるフレームにおいて、スロット間隔を用いて、何番目のスロットであるか、すなわち各スロットのスロット番号を逐次計算する。
次に、無線タグ２は、制御部２３により、自身のタグＩＤのビット列において指示された２ビットから計算した番号を応答スロット番号とする。そして、無線タグ２は、この応答スロット番号と、逐次計算されている上記スロット番号とが一致したスロットのタイミングおいて応答パケットを送信する。そして、読取機１は応答パケットを受信し、タグＩＤが識別できた無線タグ２に対して休止命令を送信する。アクティブ型タグはバッテリで動作するため、寿命を延ばすために余分な動作をさせないため、識別できた段階で休止させる。
【００６９】
次に、図１，図９及び図１０を用いて、本発明の第１の実施形態における無線タグシステムの動作を説明する。図９は、ＡＬＯＨＡ方式を用いた不特定多数のパッシブ型ＲＦＩＤのタグＩＤを検出手順を示す概念図である。図１０は、第１の実施形態による無線タグシステムの動作例を示すフローチャートである。
図９に示されているように、各無線タグ２は１フレーム内において応答パケットの発信を１度、すなわちフレーム内のいずれかのスロットにおいて応答パケットの発信が行われるように設定されている。すなわち、無線タグ２は、応答パケットの発信を、フレームにおけるいずれかのスロットの開始から終了までの間に終了させ、タグＩＤの識別できた無線タグ２に対して休止命令を発信して、識別完了した無線タグを起動状態から、電力消費を低下させるため休止状態に移行させる。
【００７０】
次に、図１０に示すフローチャートにおいて、読取機１による無線タグ２各々からのタグＩＤの読取り動作の一例を説明する。
ステップＳ１１において、制御部１６は不特定多数の無線タグ２のタグＩＤ収集を実行するため、予め利用者等に設定された各条件を読み込み、初期設定を行う。
このとき、制御部１６は、例えば、不特定多数ある無線タグ２の推定した数を示すタグセット推定値Ｉｎｓｅｔ（ｉ）＝０、フレームサイズ（スロット数）Ｎ＝２０，収集ラウンドカウンタｉ＝１とする。
【００７１】
次に、ステップＳ１２において、制御部１６は不特定多数の無線タグ２に対して起動命令を発信する。
これにより、読取機１の発信する起動命令を受信した無線タグ２全てが、休止状態から起動状態に移行する。
そして、ステップＳ１３において、制御部１６は、初期設定値に基づいた命令パケットを生成し、不特定多数の無線タグ２に対してこの命令パケットを発信する。
このとき、無線タグ２は１フレーム毎に一度、すなわちいずれかのスロットにて送信を許可される。
【００７２】
すなわち、無線タグ２は、応答パケットを、送信するスロットに開始タイミングに合わせて生成し、このスロット内において送信を終了させる。
ここで、読取機１の送信する命令パケットには、フレームサイズ（フレームのスロット数）とスロット間隔とが含まれている。このスロット間隔は、パケットの送受信に用いられる周波数帯域に対応して逐次設定される。
そして、無線タグ２各々は、制御部２３により、自身のタグＩＤにおいて、命令スロットの示すビット列の指定された複数ビットの示す数を求めて、自身の応答パケットを発信するスロットの番号を計算する。
【００７３】
これにより、無線タグ２各々は、制御部２３により、命令パケットの終了タイミングで開始されるフレームにおいて、スロット間隔を用いて、何番目のスロットであるか、すなわち各スロットのスロット番号を逐次計算する。
次に、無線タグ２は、制御部２３により、自身のタグＩＤのビット列から指定された位置の複数ビットをとり、この複数ビットの示す値を求めて応答スロット番号とする。そして、無線タグ２は、この応答スロット番号と、逐次計算されている上記スロット番号とが一致したスロットのタイミングおいて応答パケットを送信する。
【００７４】
次に、ステップＳ１４において、読取機１１のスロット確認部１１は、フレーム内の各スロットに、無線タグ２からの応答パケットが受信されるか否かの判定を行う。
すなわち、スロット確認部１１は、自身が送信した命令パケットの終了タイミングから開始されるフレームの各スロットから、スロット番号に対応して、応答パケットの受信に成功した成功スロットか、複数の無線タグ２からの応答パケットが衝突している混合スロットか、またはいずれのスロットからの応答パケットも存在しない空スロットであるかの検出処理を行う。
【００７５】
次に、ステップＳ１５において、スロット確認部１１は、フレームの全スロットが空スロットであることを検出した（無線タグからの応答が無い）場合、処理をステップＳ２１へ進め、フレーム内のスロットのいずれかが成功スロットまたは混合スロットであることを検出した（いずれかの無線タグからの応答を受信した）場合、処理をステップＳ１６へ進める。
そして、ステップＳ１６において、制御部１６は、スロット確認部１１が成功スロットにおいて取得したタグＩＤを記憶し、このタグＩＤの無線タグ２に対して休止命令を発信する。
これにより、読取機１により識別された無線タグ２は、起動状態から電力消費の少ない休止状態に移行する。
【００７６】
次に、ステップＳ１７において、タグ推定部１２は、以下の処理を行い、不特定多数で数が明確でない無線タグ２の数の推定を行う。
まず、タグ推定部１２が行うタグ数の推定に用いる式を求めるために、事前に行うシミュレーションに付いて説明する。このシミュレーション結果を読取機１に実装して、タグ推定部１２及びフレーム更新部１３各々の処理を実行させる。
ｉ番目ラウンドにおいて、Ｎ(i)スロットのフレームサイズにおいて、読み出されるタグがｎ(i)であり、１つのスロットにおいてｑ個のスロットが衝突するとした場合の確率は、すでに述べた（１）式のように二項式分布する。
【００７７】
（１）式において、ｑ＝１の場合、ｐ１（ｉ）が成功しタグＩＤ読み取りの確率である。
識別が成功している無線タグは休止状態となっているため、ｉ番目の収集ラウンドに対して、次の（ｉ＋１）番目の収集ラウンドにおけるタグセットは、以下の（９）式に示すように、ｉ番目のタグセットに対して等しいかまたは少ない。
【００７８】
【数１４】
2006238381.tif 000016
【００７９】
また、全ての無線タグ２のタグＩＤを識別する収集ラウンドの数Ｒａ＿ｆは、上記（２）式において行う。ここで、確率αは無線タグを見失う確率であり、このαの値を基にＲａ＿ｆを算出する。ここで、Ｎ(i)個のスロットを有するフレームにおける成功しているタグＩＤ読取りの数はＮ(i)＊ｐ１（ｉ）となる。
そして、最も短く全体の無線タグ２のタグＩＤを識別する平均時間は、以下に示す（１０）式により計算される。
【００８０】
【数１５】
2006238381.tif 000017
【００８１】
また、上記（１０）式は、タグセットｎと、フレームサイズＮと、全体の読出し時間と、タグ応答の数（全ての無線タグ２からタグＩＤの読み出しが終了する収集ラウンドの回数）と、タグＩＤの読み出しの信頼度がある水準αとの関係を示している。
また、この（１０）式は、フレームサイズや読出し時間、信頼度などの数値を変更することにより、適時変更される。
【００８２】
例えば、最も短いアクティブ型のタグ読出し時間を達成するフレームサイズは、Ｎｍｉｎ＿ａ＝０．６５＊ｎ（ここで、Ｎはスロットサイズ、ｎはタグセット）であり、そして、対応する平均したアクティブ型のタグ応答、すなわちタグＩＤの識別が完了するラウンド数Ｒａ＿ｔ＿ｍｉｎはおよそ「３」（後に説明する図１１（ｃ）により求まる数値）である（ここで用いている０．６５は図１１（ｃ）の破線を一次近似したものである）。
しかしながら、最も短い読出し時間が達成されるとき、パケット応答（図１１（ａ）の菱形”◇”を付けた箇所）の降下する割合は全体的な平均読み出し時間（図１１（ｂ）の菱形”◇”を付けた箇所）の上昇する割合に比較して非常に大幅に変化している。すなわち、最も短い読み出し時間となるフレームサイズを選択するより、僅かに読み出し時間が長くなるフレームサイズ（上記より長いフレームサイズ）を選択する。このフレームサイズの選択処理により、パケット応答を大幅に削減することができ、無線タグの電力の消費を削減できるので、アクティブ型の無線タグにとっては有効である。
【００８３】
これは、全体的な読出し時間において、短い発信時間による少しの電力消費により、より多量の電池電力を節約することができることを意味する。Ｎはスロット単位で、ｎはタグの個数として、Ｎ＝ｎのフレームサイズを使用すると図１１（ａ）及び図１１（ｂ）に示すように、タグセットとして２９０個のアクティブ型の無線タグ２が与えられる場合、全体的なタグ読出し時間は１２．４％ほど増加し、そして、タグ応答は最大３３．３％ほど削減することができる。すなわち、図１１（ｂ）のグラフから、２９０個の無線タグの全体的な読み出し時間は、横軸フレームサイズが約１８８スロット（＝０．６５×２９０）の位置で５３０スロット単位時間である。この図１１（ｂ）において、Ｎ＝ｎのフレームサイズ、すなわち横軸のフレームサイズ「２９０」において、全体的な読み出し時間は５９５スロット単位時間となる。すなわち、５３０スロット単位時間を基準の１００％とすると、１２．４％増加していることになる。次に、図１１（ａ）のグラフから横軸フレームサイズが約１８８スロット（上記図１１（ｂ）と同様）の位置においては、タグ応答は３収集ラウンドである。上記図１１（ｂ）と同様に、横軸横軸のフレームサイズ「２９０」において、タグ応答が２収集ラウンドに減少するため、全体的な収集時間は３分の１（３３．３％）の削減となる。
連続した収集ラウンドにおけるタグＩＤの読取り処理は、次のラウンドにおける、タグセット、初期フレームサイズによる更新フレームサイズの粗い推定から始める。
【００８４】
例えば、ｉ番目ラウンドにおいては、スロット確認部１１が混合スロットをｇスロット、成功している成功スロットをｓスロット、および空きスロットをｅスロットとして観測する。
ここで、観測されたスロットに関しては、同一のスロットを選ぶｋ個のタグの事後確率分布は上記（５）式により求められる。
スロットとタグとの数が等しい場合に観測結果が来ると仮定して、同じスロットを争奪しあうタグの数は、上記（６）式によって計算される。
【００８５】
上述した（１），（２），（５），（９），（１０）式を用いてシミュレーション（数値計算）を行うと、図１１（ａ），（ｂ），（ｃ）が求められる。信頼度の確率αは「０．９９」である。すなわち、図１１（ａ）は、（２）式及び（９）式に基づいて計算した結果をグラフとしたものである。フレームサイズＮを横軸に設定して、（２）式にあるＲｆをタグの応答Ｒａ＿ｆとして横軸を設定したものである。パラメータには、無線タグ数ｎを10,30,50,…,290とした。なお、α＝０．９９とし、Ｐ1は（１）式よりｑ＝１でｎ（i）及びＮ（i）が与えられると求められる。ここで、ｎ（i）は（９）式により数学的帰納法（i＝1,2,…と順に数値を代入して）により求まる。Ｎ（i）は、図１１（ａ）の横軸Ｎとする。さらに、菱形”◇”は、（４）式を満たすフレームサイズＮとタグの応答Ｒａ＿ｆの位置にプロットされている。また、図１１（ｂ）は、（１０）式の一部を用いて生成したグラフである。つまり、Ｒａ＿ｔは（１０）式の右辺の括弧”min（  ）”内の式「数３（請求項）及び数３（課題を解決するための手段の式）」に示す式に相当する。ここで、Ｒａ＿ｆは、上記図６（ａ）で既に求められているので、図６（ａ）の横軸Ｒａ＿ｆの値を上記「数３」に代入してＲａ＿ｔを求めて図６（ｂ）の縦軸とすれば良い。ここで、（１０）式のＲａ＿ｔ＿ｍｉｎは、図６（ｂ）での各曲線グラフの最小値となり、この最小値を菱形”◇”によりプロットしている。
また、図１１（ａ）の縦軸の全体的な読み出し時間の単位をスロットとしていてこの１スロットはタグ応答の送信時間となる。後述するように、図１２及び図１３における第２の実施形態でのシミュレーションのパラメータに用いている１スロットは５．３６４秒である。
図１１（ｂ）は、縦軸が全体的な読み出し時間（単位ｍ秒）を示し、横軸はフレームサイズ（スロット数）を示している。
【００８６】
図１１（ａ）及び（ｂ）の双方において、各曲線のタグセットは、２０を単位としたステップにて、２９０、２７０、２５０、２３０、２１０、１９０、１７０、１５０、１３０、１１０、９０、７０，５０，３０、１０（個）となり、１０〜３００までのフレームサイズがありうる。
図１１（ｃ）は、左の縦軸が最適な収集ラウンド（最も少なくタグＩＤの収集を成功させる）数を示しており実線のグラフに対応し、右の縦軸が最適なフレームサイズを示しており破線のグラフに対応し、横軸がタグセット（無線タグ２の数）を示している。
【００８７】
図１１（ｂ）を参照すると分かるように、フレームサイズが増加するに連れて、全体的な読み出し時間が急激に減少し、その最小値である「◇菱形」印を付けた箇所まで減少し、この箇所から徐々に増加する。
また、図１１（ｂ）においては、いずれかの無線タグ２の個数のグラフに注目すると、縦軸の読出し時間が同じ値に対し、横軸のフレームサイズは対応する値が２つ存在する。すなわち、２つのフレームサイズが同様に全体的なタグＩＤの収集を遅延させる要件を有していることを示していると考えられる。
【００８８】
ここで、２つのフレームサイズにおいて、最小値の右側に位置する点（フレームサイズの大きい方）は安定した領域にあり、期待される応答がほとんどえられないと考えられる。
最も短いタグＩＤの識別する時間を達成するフレームサイズは、すでに述べたように、Ｎｍｉｎ＿ａ＝０．６５＊ｎであり、図１１（ｂ）の最小値に対応している。
そして、対応する平均した無線タグ２の最適な応答が行われるラウンド数は、およそ「３」であり、図１１（ｃ）の実線の値の平均値に対応している。
【００８９】
また、図１１（ｃ）は、破線のグラフが無線タグの数に対して最適のフレームサイズ（右縦軸）を示しており、実線はその無線タグの数に対応して、全体的なパッシブ型のタグ読出し時間の最小値に到達するために繰り返される最小の収集ラウンドの回数（左縦軸）が示されている。上記図１１（ｃ）の実線は図１１（ａ）の「◇菱形」印の点をプロットした曲線であり、図１１（ｃ）の破線は図１１（ｂ）の「◇菱形」印の点をプロットした曲線である。
【００９０】
したがって、ｉ番目の収集ラウンドにおける、無線タグ２の推定されるタグセットは、上記（７）式により計算される。
そして、タグ推定部１２には、上記（７）式が記憶されており、スロット確認部１１の検出したタグＩＤの検出が成功したスロット数ｓと混合スロットｇとを入力して、現在（ｉ番目の収集ラウンド）のタグセットを推定する。
また、フレーム更新部１３は、タグ推定部１２の求めた現在のタグセットから、以下に示す（１１）式により次の収集ラウンドのフレームサイズを計算する。
上述したように、図１１（ｃ）の破線を１次近似すると、（１１）式におけるβ＝０．６５となる。このβ＝０．６５は、無線タグの全体的の読み出し時間を短くする。これよりも大きな値（０．６５≦β）、ただし、β＜２の範囲で、より大きなフレームサイズを選択すれば、そのサイズの大きさに従い無線タグからの応答パケットの不必要な衝突が回避され、再応答を行うことがなくなるため、エネルギー消費を抑制できる。
【００９１】
【数１６】
2006238381.tif 000018
【００９２】
一定のβはタグセットに（論理的に）対応付けし、そして、アプリケーションから要求事項により、フレームサイズは [０．６５、２]の範囲中で選択することが適切かもしれない。すなわち、無線タグを用いたアプリケーションにおいて、その要求事項はアプリケーション毎に異なり、例えば、無線タグや読取機が移動する事例においては、より短時間で全ての無線タグからの応答パケットを読取り終える必要がある。このため、β＝０．６５を選択する。一方、逆にあまり移動は伴わないが、長時間にわたり無線タグの存在の有無を確認するような事例の場合、無線タグの電池の消耗を抑制したい、すなわちエネルギーを節約するために、βは「２」に近い値を選択する。
０．６５より小さなβは、より短い読出し時間で、より多くのエネルギー消費を意味するタグ応答につながり、一方、２より大きなβの場合、も同様に、より多くのエネルギー消費を意味するタグ応答につながる。
また、収集の間の乱数的なふらつきを抑制するために、閾値γ＝１．１５は第１の実施形態と同様に定義される。
【００９３】
次に、ステップＳ１８において、フレーム更新部１３は、タグＩＤ収集の間の乱数的なふらつきを抑制するため、内部に設定されている上記閾値γ＝１．１５により、フレームサイズの変更を行うか否かの判定を行う。
このとき、フレーム更新部１３は、タグ数の推定のふらつきが閾値γ倍以上の場合、すなわち、ｎｅｓｔ(i)≧γ＊ｎｅｓｔ(i-1)の場合のみフレームサイズの更新を行う。ここで、ｎｅｓｔ(i-1)は直前の収集ラウンドのタグ推定値である。
【００９４】
そして、フレーム更新部１３は、直前の収集ラウンドのタグセット推定値ｎｅｓｔ(i-1)にγを乗算した値が、タグ推定部１２の求めた現在の収集ラウンドのタグセット推定値ｎｅｓｔ(i)より小さいかまたは等しい場合、処理をステップＳ１９へ進め、ｎｅｓｔ(i-1)にγを乗算した値が、ｎｅｓｔ(i)を超える場合、処理をステップＳ１３へ戻す。
すなわち、最終的なタグセットの推定を得た場合、信頼度の所定の水準を達成するため、収集ラウンドＲｐ＿ｆ期間内においては同じフレームサイズのままでなければならない。
このため、タグＩＤの上記収集ラウンドのカウンタの更新はステップＳ１９において行われる。
【００９５】
次に、ステップＳ１９において、フレーム更新部１３は、現在の（ｎ−１）番目の収集ラウンドにおいて求めたタグセットｎｅｓｔ(i-1)を、新たに求めたｎ番目（現在）の収集ラウンドのタグセットｎｅｓｔ(i)に置き換え、収集ラウンドカウンタｉをインクリメントして、処理をステップＳ２０へ進める。
そして、ステップＳ２０において、フレーム更新部１３は、現在使用しているフレームサイズを、ｎ番目の指定タグセットｎｅｓｔ(i)により、新たに求めたフレームサイズＮ(i)に置き換え、処理をステップＳ１３へ戻す。
【００９６】
上述した図１０のフローチャートの処理は、以下のフレームサイズ更新アルゴリズムで実行される。
Dynamic_identification {
N= 20; //
i= 0; //counter of collection round given a frame size
do {
i++;
[g, s]= perform_read_cycle(N);
nｅｓｔ(i)= estimate_tag_set(N,g,s); // as per （７）式
if nｅｓｔ(i)> γ*nｅｓｔ(i-1) { // start a new frame size and reset
N= dynamic_frame_size(nｅｓｔ(i)); // as per （１１）式
}
} no tag response
}
【００９７】
上述した第２の実施形態におけるアクティブ型の無線タグのタグＩＤ読み出し処理で用いる読み出しのスロット数を、推定された無線タグ数により動的に変更するフレームサイズ更新アルゴリズムを用いたシミュレーション結果を図１２及び図１３に示す。
図１２及び図１３各々は、β＝１である場合における、第２の実施形態による更新アルゴリズムでの、タグセット及び全体的な読出し時間の対応と、タグセット及び最短でタグＩＤの識別が行える収集ラウンドの回数の対応とが示されている。
図１２は横軸が無線タグのタグセット（単位：個数）であり、縦軸が全体的な読み出し時間（単位：秒）である。また、図１３は横軸が無線タグのタグセット（単位：個数）であり、縦軸が最短でタグＩＤの識別が行える収集ラウンドの回数である。
【００９８】
図１２及び図１３ともに、無線タグの数（タグセット）が事前に分かると、”opt_ana”の曲線は理論的最適を指す。また、”ATD_12”及び”ATD_20”の曲線は、不特定多数である無線タグのタグＩＤを識別する場合であり、各々アクティブ型の無線タグのタグセット（一式；無線タグの数）の動的な推定（上述した本発明の第２の実施形態によるフレームサイズ更新アルゴリズによる）を行ったものである。この”ATD_12”及び”ATD_20”の曲線各々は、それぞれ初期フレームサイズとして、「１２」，「２０」を使用したシミュレーション結果である。
【００９９】
このシミュレーションにおいて、読取機１と無線タグ２とのデータ送信時間を次のように設定した。タグＩＤ収集において、読取機１から無線タグ２への命令パケット発信「４．２２４ｍ（ミリ）秒」、無線タグ２から読取機１へのタグ応答（応答パケット発信）「５．３６４ｍ秒」、読取機１から無線タグ２への休止パケット発信「４．５１２ｍ秒」とした。
これらのシミュレーションパラメータは、ISO/IEC 18000-7原案から採用している。ISO/IEC 18000-7の原案には、フレームサイズとして１２個のスロット数を固定とした初期フレームサイズを推奨している。
【０１００】
図１２を見てみると、全体的なタグ読出し時間にはほとんど、理論的な値と、本発明によるアルゴリズムとに違いがない。
すなわち、本発明のフレームサイズ変更アルゴリズムを用いることにより、無線タグが不特定多数の場合のタグＩＤの識別処理を、すでに無線タグの数が判明している場合の識別処理と同等の時間、すなわち理論的な推定値に近い時間で行うことができ、識別処理を高速化することができる。
【０１０１】
さらに、図１３を参照すると、初期フレームサイズとして２０を用いることにより、１０％以上のタグ応答を節減することができる。
本発明の第２の実施形態によるフレーム更新アルゴリズムによると、タグ応答としてほぼ「４．２５」と平均した数値が得られており、不特定多数の無線タグの数が増加すればするほど第２の実施形態の効果がより出ると考えられる。
また、本発明の第２の実施形態によれば、図１２から、「２．６４秒」以内に１２０個の無線タグのタグＩＤの識別が、開始時点で無線タグが不特定多数であったとしても可能である。
【０１０２】
なお、図１における読取機１のスロット確認部１１，タグ推定部１２，フレーム更新部１３及び制御部１６の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより、不特定多数の無線タグのタグ数の推定及びタグフレームサイズ更新処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータシステム」は、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）を備えたＷＷＷシステムも含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（ＲＡＭ）のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。
【０１０３】
また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。
【図面の簡単な説明】
【０１０４】
【図１】本発明の第１及び第２の実施形態による無線タグシステムの構成例を示すブロック図である。
【図２】図１の読取機１が無線タグ２に対して送信する命令パケットの構成例を示す概念図である。
【図３】図１の無線タグ２が読取機１に対して送信する応答パケットの構成例を示す概念図である。
【図４】第１の実施形態におけるＡＬＯＨＡフレームを用いたパッシブ型の無線タグの無線タグからのタグＩＤ収集手順を説明する概念図である。
【図５】第１の実施形態におけるＡＬＯＨＡフレームを用いたパッシブ型の無線タグの無線タグからのタグＩＤ収集手順を説明するフローチャートである。
【図６】読取機によるパッシブ型の無線タグからのタグＩＤの収集において、フレームサイズ及びタグセットに対応した応答パケットの読み出し時間を求めたシミュレーション結果である。
【図７】タグセットと無線タグからの全体的な読み出し時間との対応を、理論的に求めた最適値と、本発明の第１の実施形態によるフレームサイズ変更アルゴリズムによる算出結果との比較を示すグラフである。
【図８】タグセットと最終的なフレームサイズとの対応を、理論的に求めた最適値と、本発明の第１の実施形態によるフレームサイズ変更アルゴリズムによる算出結果との比較を示すグラフである。本発明の一実施形態の構成を示す      である。
【図９】第２の実施形態におけるＡＬＯＨＡフレームを用いたアクティブ型の無線タグの無線タグからのタグＩＤ収集手順を説明する概念図である。
【図１０】第２の実施形態におけるＡＬＯＨＡフレームを用いたアクティブ型の無線タグの無線タグからのタグＩＤ収集手順を説明するフローチャートである。
【図１１】読取機によるアクティブ型の無線タグからのタグＩＤの収集において、フレームサイズ及びタグセットに対応した応答パケットの読み出し時間を求めたシミュレーション結果である。
【図１２】タグセットと無線タグからの全体的な読み出し時間との対応を、理論的に求めた最適値と、本発明の第２の実施形態によるフレームサイズ変更アルゴリズムによる算出結果との比較を示すグラフである。
【図１３】タグセットと最適化された収集ラウンドの回数との対応を、理論的に求めた最適値と、本発明の第２の実施形態によるフレームサイズ変更アルゴリズムによる算出結果との比較を示すグラフである。
【符号の説明】
【０１０５】
１…読取機
２…無線タグ
１１…スロット確認部
１２…タグ推定部
１３…フレーム更新部
１４…発信部
１５…受信部
１６…制御部
２１…発信部
２２…受信部
２３…制御部
２４…電源部
【図１】
2006238381.tif 000024
【図２】
2006238381.tif 000025
【図３】
2006238381.tif 000026
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2006238381.tif 000030
【図８】
2006238381.tif 000031
【図９】
2006238381.tif 000032
【図１０】
2006238381.tif 000033
【図１１】
2006238381.tif 000034
【図１２】
2006238381.tif 000035
【図１３】
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