(57)【要約】  低電力ＲＦＩＤセンサタグ（１００）が、プロセッサ（１０２）と、電源（１０６）と、ＲＦトランシーバ（１１２，１１４，１１６）と、センサインタフェースを介してプロセッサにアクセス可能な１つまたは複数のセンサ（１０８）と、少なくとも１つのメモリ装置（１０４）とを備えている。一態様では、タグ（１００）は、低消費電力状態、センサ測定が実行される中程度の消費電力状態、およびＲＦ通信が実行される際の高消費電力状態の、３つの消費電力状態で動作するように構成されている。別の態様では、消費電力とメモリ使用量は、所定の条件が成立した際にセンサデータを記録するためのタグ（１００）を構成することによって低減される。さらなる態様では、タグ（１００）は、信号が所定の通信プロトコルに従った命令を含む場合にのみ、ＲＦ問い合わせ信号に応答するように構成されている。別の態様では、新たなデータが利用可能でない場合の送信を最小限にするために、タグは、問い合わせの際に新たに記録されたセンサデータが予備段階として利用可能であるかどうかを確認するように構成されている。
2016513315.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＲＦトランシーバ、電源、および１つまたは複数のセンサを備えるＲＦＩＤセンサタグを動作させる方法であって、前記方法が、
低消費電力状態で前記ＲＦＩＤセンサタグを配置するステップと、
所定の条件が成立した際に、前記１つまたは複数のセンサを介してセンサ測定を実行するための中程度の消費電力状態で前記ＲＦＩＤセンサタグを配置するステップと、
前記ＲＦトランシーバを介してＲＦ信号を検出する際に、ＲＦ信号源とのＲＦ通信を実行するための高消費電力状態で前記ＲＦＩＤセンサタグを配置するステップと、
ＲＦ通信またはセンサ測定が完了する際に、低消費電力状態に前記ＲＦＩＤセンサタグを戻すステップと
を含む方法。
【請求項２】
前記ＲＦＩＤセンサタグが、
少なくとも２つの異なる速度を有するクロックを生成するように構成されたクロック生成回路と、
中程度の消費電力状態で前記ＲＦＩＤセンサタグを配置するステップが、第１のクロック速度で前記ＲＦＩＤセンサタグを動作させるステップと、
高消費電力状態で前記ＲＦＩＤセンサタグを配置するステップが、第２のクロック速度で前記ＲＦＩＤセンサタグを動作させるステップとを含み、
前記第２のクロック速度が前記第１のクロック速度よりも速い、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記中程度の消費電力状態でセンサ測定を実行するステップが、
前記１つまたは複数のセンサから少なくとも１つのセンサ値を読み取るステップと、
前記所定の条件に関連する情報と共に、前記ＲＦＩＤセンサタグのメモリに前記センサ値を格納するステップと
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記所定の条件が所定時間の経過であり、前記所定の条件に関連する前記情報が、対応するタイムスタンプである、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記中程度の消費電力状態でセンサ測定を実行するステップが、
前記１つまたは複数のセンサから少なくとも１つのセンサ値を読み取るステップと、
前記センサ値を所定の記録基準と比較するステップと、
前記所定の記録基準が成立した場合に、前記ＲＦＩＤセンサタグのメモリに前記センサ値を格納するステップと
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記所定の記録基準は、前記センサ値が少なくとも１つの所定の値の範囲に収まることとすることができる、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記高消費電力状態でＲＦ通信を実行するステップが、
前記ＲＦ信号を受信するステップと、
前記受信ＲＦ信号が所定の通信プロトコルに従った命令を含むかどうかを決定するステップと、
前記受信ＲＦ信号が前記所定の通信プロトコルに従った命令を含む場合に、対応する応答を提供するステップと、
前記受信ＲＦ信号が前記所定の通信プロトコルに従った命令を含まない場合に、前記ＲＦＩＤセンサタグを低消費電力状態に戻すステップと
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記応答が、１つまたは複数の、前記ＲＦＩＤセンサタグのメモリに記録されたセンサデータの利用可能性の表示、および／または前記ＲＦＩＤセンサタグの状態表示を含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記応答が、前記電源からの電力の前記利用可能性の表示を含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記応答が、前記ＲＦＩＤセンサタグのメモリに記録された１つまたは複数のセンサデータの記録をさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記受信ＲＦ信号が所定の通信プロトコルに従った命令を含まない場合に、前記方法が、前記ＲＦトランシーバを無効にするステップと、再有効化条件を満たした際に前記ＲＦトランシーバを再度有効にするステップとをさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１２】
前記再有効化条件は、指定された期間の経過である、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記指定された期間は、前記受信ＲＦ信号が前記所定の通信プロトコルに従った命令を含まない連続的な各機会で、所定の最長期間まで増える、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
ＲＦトランシーバ、電源、および１つまたは複数のセンサを備えるＲＦＩＤセンサタグのメモリに記録されたセンサデータを読み取る方法であって、前記方法が、
前記ＲＦＩＤセンサタグによって、所定の通信プロトコルに従った命令を含むＲＦ信号を受信するステップと、
前記ＲＦＩＤセンサタグによって、記録されたセンサデータの利用可能性を示す応答を含むＲＦ信号を送信するステップと、
前記ＲＦＩＤセンサタグによって、前記所定の通信プロトコルに従って記録されたセンサデータを送信するための命令を含むＲＦ信号を受信するステップと、
前記ＲＦＩＤセンサタグによって、前記メモリに記録されたセンサデータを含むＲＦ信号を送信するステップと
を含む方法。
【請求項１５】
前記方法が、ＲＦ信号の受信時により低い消費電力状態からより高い消費電力状態に切り替える前記ＲＦＩＤセンサタグと、前記受信ＲＦ信号の処理の完了時に前記より高い消費電力状態から前記より低い消費電力状態に切り替える前記ＲＦＩＤセンサタグとをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記記録されたセンサデータの利用可能性を示す前記応答が、前記電源からの電力の前記利用可能性の表示をさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
所定の領域内の１つまたは複数のＲＦＩＤセンサタグと通信する方法が、
送信ＲＦ電力レベルの制御を可能にするように構成されたＲＦトランシーバを含むＲＦＩＤセンサタグ問い合わせ装置を設けるステップと、
前記所定の領域の対応する領域内に配置されたＲＦＩＤセンサタグによって検出されたＲＦ信号を提供するために、前記送信ＲＦ電力レベルを設定するステップと、
前記ＲＦＩＤセンサタグ問い合わせ装置によってＲＦＩＤセンサタグ問い合わせ信号を送信するステップと、
前記ＲＦＩＤセンサタグ問い合わせ装置によって、前記所定の領域内に配置された前記ＲＦＩＤセンサタグにより送信された１つまたは複数の応答を受信するステップと
を含む方法。
【請求項１８】
前記方法が、前記領域内に配置されたＲＦＩＤセンサタグから受信した応答に基づいて、前記所定の領域の前記対応する領域の大きさを増加または減少させるために、前記送信ＲＦ電力レベルを調整するステップをさらに含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記所定の領域内に配置された前記ＲＦＩＤセンサタグは、前記応答が前記ＲＦＩＤセンサタグ問い合わせ装置に送信された後、少なくとも所定の期間、他のセンサタグ問い合わせ信号を無視するように構成されている、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
プロセッサと、
電源と、
前記プロセッサに動作可能に関連付けられたＲＦトランシーバと、
センサインタフェースを介して前記プロセッサにアクセス可能な１つまたは複数のセンサと、
前記プロセッサに動作可能に関連付けられた少なくとも１つのメモリ装置と
を備えるＲＦＩＤセンサタグであって、
前記メモリ装置が、前記プロセッサにアクセス可能かつ前記プロセッサによって実行可能なプログラム命令を含み、
前記プロセッサが、
低消費電力状態に入るステップと、
所定の条件が成立した際に、前記１つまたは複数のセンサを介してセンサ測定を実行するための中程度の消費電力状態に入るステップと、
前記ＲＦトランシーバを介してＲＦ信号を検出する際に、ＲＦ信号源とのＲＦ通信を実行するための高消費電力状態に入るステップと、
ＲＦ通信またはセンサ測定が完了する際に、前記低消費電力状態に再度入るステップと
を含む方法を前記ＲＦＩＤセンサタグに実施させる、ＲＦＩＤセンサタグ。
【請求項２１】
前記ＲＦＩＤセンサタグが、前記中程度の消費電力状態および前記高い消費電力状態に対応する少なくとも２つの異なる速度を有するクロックを生成するように構成された、クロック生成回路をさらに備える、請求項２０に記載のＲＦＩＤセンサタグ。
【請求項２２】
プロセッサと、
電源と、
前記プロセッサに動作可能に関連付けられたＲＦトランシーバと、
センサインタフェースを介して前記プロセッサにアクセス可能な１つまたは複数のセンサと、
前記プロセッサに動作可能に関連付けられた少なくとも１つのメモリ装置と
を備えるＲＦＩＤセンサタグであって、
前記メモリ装置が、前記プロセッサにアクセス可能かつ前記プロセッサによって実行可能なプログラム命令を含み、
前記プロセッサが、
所定の条件が成立した際に、前記１つまたは複数のセンサからの少なくとも１つのセンサ値を読み取るステップ、および
前記所定の条件に関連する情報とともに、前記ＲＦＩＤセンサタグのメモリに前記センサ値を格納するステップ
を含む方法を前記ＲＦＩＤセンサタグに実施させる、ＲＦＩＤセンサタグ。
【請求項２３】
プロセッサと、
電源と、
前記プロセッサに動作可能に関連付けられたＲＦトランシーバと、
センサインタフェースを介して前記プロセッサにアクセス可能な１つまたは複数のセンサと、
前記プロセッサに動作可能に関連付けられた少なくとも１つのメモリ装置と
を備えるＲＦＩＤセンサタグであって、
前記メモリ装置が、前記プロセッサにアクセス可能かつ前記プロセッサによって実行可能なプログラム命令を含み、
前記プロセッサが、
前記ＲＦトランシーバのＲＦ信号を検出するステップと、
前記検出されたＲＦ信号が所定の通信プロトコルに従った命令を含むかどうかを決定するステップと、
前記検出されたＲＦ信号が前記所定の通信プロトコルに従った命令を含む場合にのみ、対応する応答を提供するステップと
を含む方法を前記ＲＦＩＤセンサタグに実施させる、ＲＦＩＤセンサタグ。
【請求項２４】
プロセッサと、
電源と、
前記プロセッサに動作可能に関連付けられたＲＦトランシーバと、
センサインタフェースを介して前記プロセッサにアクセス可能な１つまたは複数のセンサと、
前記プロセッサに動作可能に関連付けられた少なくとも１つのメモリ装置と
を備えるＲＦＩＤセンサタグであって、
前記メモリ装置が、前記プロセッサにアクセス可能かつ前記プロセッサによって実行可能なプログラム命令を含み、
前記プロセッサが、
所定の通信プロトコルに従った命令を含むＲＦ信号を受信するステップと、
記録されたセンサデータの利用可能性を示す応答を含むＲＦ信号を送信するステップと、
前記所定の通信プロトコルに従って記録されたセンサデータを送信するための命令を含むＲＦ信号を受信するステップと、
前記メモリに記録されたセンサデータを含むＲＦ信号を送信するステップと
を含む方法を前記ＲＦＩＤセンサタグに実施させる、ＲＦＩＤセンサタグ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物品や機器の追跡および検知のためのＲＦＩＤタグの使用に関し、特に、基本的な識別機能を提供することに加えて、環境情報などを検出、記録、および中継するように構成されたＲＦＩＤセンサタグにおける改善に関するものである。本発明の実施形態は、セキュリティ、食品の安全性、監視、物流、輸送、農業、在庫管理、資産追跡などを含む多くの分野に適用され得る。
【発明の背景】
【０００２】
無線周波数識別（ＲＦＩＤ）は、物流、輸送、在庫管理、資産追跡などにおいてさまざまなアプリケーションを有する広く展開されている技術である。
【０００３】
既存のＲＦＩＤ配備は、一般に３０ＭＨｚから３００ＭＨｚの超短波（ＶＨＦ）帯、および／または３００ＭＨｚから３ＧＨｚの極超短波（ＵＨＦ）帯で動作する。一般的な動作周波数は、例えば２．４ＧＨｚの免許不要帯内である。
【０００４】
ＲＦＩＤ配備の大部分は、基本的な識別のために、単独で、または主として使用される。このような配備で使用されるＲＦＩＤタグは、典型的には受動的であり、すなわち、独自の電源を有しておらず、起動されて、タグの問い合わせのために使用されるＲＦフィールドのエネルギーから完全に動力が供給される。典型的には、固定または携帯用とすることができるＲＦＩＤタグリーダが、問い合わせ信号を生成しながら、タグ付けされた物品や機器等の近傍で操作され、この問い合わせ信号は、識別情報および／または他の格納された固定データを提供するために、ＲＦＩＤタグを起動して照会する。ＲＦＩＤリーダ／ライタデバイスを、ＲＦＩＤタグ内に格納された情報を追加または更新するために使用することができる。
【０００５】
このようなＲＦＩＤ追跡システムを、施設内の物品または機器の進捗を監視するために、または公知のプロセスを経て使用することができる。監視は、ＲＦＩＤリーダ／ライタデバイスの近くに入ってくるタグに依存し、この時点で、アイデンティティおよびその他の情報をタグから取得する、および／またはタグに格納することができる。ただし、タグが適切なＲＦＩＤリーダの近くにない場合には、それ以上の情報は利用できないかまたは取得できない。
【０００６】
位置条件および／または環境条件の連続的な監視が望まれ得る、いくつかのアプリケーションが存在する。例えば、食料品などの生鮮食品は、既知の安全な温度範囲内で保存および輸送が必要とされるかもしれない。周囲の温度がこの範囲外にある場合、いつでも、保存された食品の品質や安全性が損なわれる可能性がある。特に輸送中に、これはいつでも発生する可能性があり、タグ付けされた製品が、適切なＲＦＩＤリーダや追加の環境監視および制御機器に近接して配置されている場合のみではない。
【０００７】
他のシナリオでは、タグ付けされた物品、製品、または機器の他の態様、例えば、位置、露光、水分／湿潤曝露、および他の環境要因の連続的な監視を提供することが望ましいかもしれない。したがって、環境条件やその他の要因のこのような連続的な監視を提供することができる改善されたＲＦＩＤタグおよびシステムが必要とされている。実用的な検討として、コストを最小化しかつ動作寿命を最大化するために、ＲＦＩＤタグは、好ましくは、非常に低消費電力と記録された環境情報に対する最小の記憶要件を有するべきであり、この両方が、実行可能な商業上の配備における重要なパラメータである。
【０００８】
さらに、さまざまな通信アプリケーションによってＶＨＦ帯およびＵＨＦ帯がますます混雑することにより、代替の周波数帯域、例えば３ＧＨｚから３０ＧＨｚのセンチメートル波（ＳＨＦ）で動作するＲＦＩＤタグ付けおよび検知システムを提供することが望ましいかもしれない。特に、５．７２５ＧＨｚから５．８５０ＧＨｚの周波数帯は、オーストラリアやその他の多くの国で、免許不要帯である。
【０００９】
さまざまな態様および実施形態において、本発明は、これらの望ましい特徴に対処することを目的としている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
一態様において、本発明は、ＲＦトランシーバ、電源、および１つまたは複数のセンサを備えるＲＦＩＤセンサタグを動作させる方法を提供し、この方法は、低消費電力状態でＲＦＩＤセンサタグを配置するステップと、所定の条件が成立した際に、１つまたは複数のセンサを介してセンサ測定を実行するための中程度の消費電力状態でＲＦＩＤセンサタグを配置するステップと、ＲＦトランシーバを介してＲＦ信号を検出する際に、ＲＦ信号源とのＲＦ通信を実行するための高消費電力状態でＲＦＩＤセンサタグを配置するステップと、ＲＦ通信またはセンサ測定が完了する際に、低消費電力状態にＲＦＩＤセンサタグを戻すステップとを含む。
【００１１】
本発明の方法の実施形態は、ＲＦＩＤセンサタグの動作によって全体の消費電力を低減する結果となることが有利であり、これにより、例えばオンボードバッテリである電源の有効寿命を延長することができる。
【００１２】
さらに、本発明の実施形態は、電源の消耗をさらに低減するために、受信ＲＦ信号からＲＦエネルギーを回収するように構成されたＲＦＩＤセンサタグを使用する。
【００１３】
本発明の実施形態によれば、ＲＦトランシーバは、少なくとも１つのアンテナを含む、受信／送信回路を備え、この回路を、完全に受動的（すなわち、回収したＲＦエネルギーによって完全に電力を供給）、半受動的（例えば、バッテリ補助の後方散乱を用いて回収したＲＦエネルギーによって部分的に電力を供給）、半能動的（例えば、受動的な受信機およびバッテリ補助の送信機）、または完全に能動的（すなわち、バッテリ補助の送信機および受信機）とすることができる。
【００１４】
本発明の実施形態によれば、ＲＦＩＤセンサタグは、少なくとも２つの異なる速度を有するクロックを生成するように構成されたクロック生成回路を含み、中程度の消費電力状態でＲＦＩＤセンサタグを配置するステップは、第１のクロック速度でＲＦＩＤセンサタグを動作させるステップを含み、高消費電力状態でＲＦＩＤセンサタグを配置するステップは、第２のクロック速度でＲＦＩＤセンサタグを動作させるステップを含み、ここで、第２のクロック速度は第１のクロック速度よりも速い。
【００１５】
また、迅速な操作または処理を行わないＲＦＩＤセンサタグの構成要素の動作に対して、このような構成要素の消費電力を最小化するために、非常に遅いクロック速度を有するクロック信号が生成されてもよい。非常に遅いクロック速度は、１Ｈｚ未満から最大１ｋＨｚまで、またはより具体的には１００ヘルツ未満、さらに具体的には１０Ｈｚ未満の周波数を含むことができる。一実施形態では、３．８Ｈｚのクロック速度が使用されている。
【００１６】
第１のクロック速度は、例えば、１ｋＨｚから１０ＭＨｚの間、またはより具体的には２ＭＨｚ未満で動作する低速クロックであってもよく、例示的な実施形態では、１ＭＨｚのクロック速度となっている。
【００１７】
第２のクロック速度は、例えば、１ＭＨｚより高い、またはより具体的には１０ＭＨｚより高い速度で動作する高速クロックであってもよく、一実施形態では２２ＭＨｚとなっている。
【００１８】
本発明の実施形態によれば、中程度の消費電力状態でセンサ測定を実行するステップが、１つまたは複数のセンサから少なくとも１つのセンサ値を読み取るステップと、所定の条件に関連する情報と共に、ＲＦＩＤセンサタグのメモリにセンサ値を格納するステップを含む。
【００１９】
いくつかの実施形態では、所定の条件が所定時間の経過であり、所定の条件に関連する情報は、対応するタイムスタンプである。タイムスタンプは、例えば、時間のオフセットパラメータであってもよい。
【００２０】
例示的な実施形態によれば、中程度の消費電力状態でセンサ測定を実行するステップが、１つまたは複数のセンサから少なくとも１つのセンサ値を読み取るステップと、このセンサ値を所定の記録基準と比較するステップと、所定の記録基準が満たされた場合に、ＲＦＩＤセンサタグのメモリにこのセンサ値を格納するステップとを含む。
【００２１】
例えば、所定の記録基準は、センサ値が少なくとも１つの所定の値の範囲に収まることとすることができる。
【００２２】
例示的な実施形態では、センサは、温度センサを含むことができ、所定の範囲の値を、最小の安全な／所望の値より小さい値、および／または最大の安全な／所望の値よりも大きい値とすることができる。この手法により、ＲＦＩＤセンサタグが「重要な」センサ情報のみを記録することを可能にすることが有利であり、これにより、実際的関心のないセンサデータを記録するための限られたメモリリソースの消費を回避することができる。
【００２３】
例示的な実施形態によれば、高消費電力状態でＲＦ通信を実行するステップは、ＲＦ信号を受信するステップと、受信ＲＦ信号が所定の通信プロトコルに従った命令を含むかどうかを決定するステップと、受信ＲＦ信号が所定の通信プロトコルに従った命令を含む場合に、対応する応答を提供するステップと、受信ＲＦ信号が所定の通信プロトコルに従った命令を含まない場合に、ＲＦＩＤセンサタグを低消費電力状態に戻すステップとを含む。
【００２４】
この手法により、受信ＲＦ信号が認識可能な命令を含まない場合に、高消費電力状態で費やされる時間を減少させることが有利である。例えば、ＲＦＩＤセンサタグの動作周波数での疑似ＲＦ干渉、および／または他の互換性のないこの周波数の範囲内のＲＦ送信の存在に起因して、このような状態が発生する可能性がある。
【００２５】
例示的な実施形態において、応答は、１つまたは複数の、ＲＦＩＤセンサタグのメモリに記録されたセンサデータの利用可能性の表示、および／またはＲＦＩＤセンサタグの状態表示を含む。例えば、センサデータが利用可能であるかどうかのみを最初に示す応答により、新しいまたは有益な情報が入手できない場合のデータの拡張送信の必要性を回避することが有利である。
【００２６】
また、例示的な実施形態において、応答は、電源からの電力の利用可能性の表示を含む。すなわち、本発明の実施形態は、残りのバッテリ寿命の監視とともに、ＲＦＩＤセンサタグの内容を同時に問い合わせることを可能にする。
【００２７】
応答は、ＲＦＩＤセンサタグのメモリに記録された１つまたは複数のセンサデータの記録をさらに含むことができる。例示的な実施形態では、センサデータの記録を送信することによって応答する命令を、このデータの利用可能性の表示の送信後にのみ、ＲＦＩＤセンサタグに提供することができる。
【００２８】
例示的な実施形態によれば、受信ＲＦ信号が所定の通信プロトコルに従った命令を含まない場合に、この方法は、ＲＦトランシーバを少なくとも部分的に無効にするステップ、および再有効化条件が成立した際にＲＦトランシーバを再度無効にするステップをさらに含む。
【００２９】
このような実施形態が、ＲＦ干渉および／または認識されていない信号源の存在下でのＲＦＩＤセンサタグの疑似起動を妨げることが有利である。このような干渉は、ある期間にわたって一般に存在するため、ＲＦＩＤセンサタグが、継続的なＲＦイベントによって高消費電力状態に繰り返し再起動されるという危険性がある。その後の再有効化条件が成立するまで、ＲＦトランシーバを無効にすることにより、さらなる疑似起動を回避することができる。
【００３０】
いくつかの実施形態では、再有効化条件は、指定された期間の経過である。指定された期間は、受信ＲＦ信号が所定の通信プロトコルに従った命令を含まない連続的な各機会で、例えば所定の最長期間まで増えることができる。
【００３１】
電力を節約するためにＲＦトランシーバを少なくとも部分的に無効にし、続いて再度有効にすることができる代替のおよび／または追加の条件が実装され得ることは理解されよう。
【００３２】
別の態様では、本発明は、ＲＦトランシーバ、電源、および１つまたは複数のセンサを備えるＲＦＩＤセンサタグのメモリに記録されたセンサデータを読み取る方法を提供し、この方法は、ＲＦＩＤセンサタグによって、所定の通信プロトコルに従った命令を含むＲＦ信号を受信するステップと、ＲＦＩＤセンサタグによって、記録されたセンサデータの利用可能性を示す応答を含むＲＦ信号を送信するステップと、ＲＦＩＤセンサタグによって、所定の通信プロトコルに従って記録されたセンサデータを送信するための命令を含むＲＦ信号を受信するステップと、ＲＦＩＤセンサタグによって、メモリに記録されたセンサデータを含むＲＦ信号を送信するステップとを含む。
【００３３】
例示的な実施形態では、この方法は、ＲＦ信号の受信時により低い消費電力状態からより高い消費電力状態に切り替えるＲＦＩＤセンサタグ、および受信ＲＦ信号の処理の完了時により高い消費電力状態からより低い消費電力状態に切り替えるＲＦＩＤセンサタグをさらに含む。
【００３４】
高消費電力状態で受信ＲＦ信号を処理するステップは、受信ＲＦ信号内のメッセージを復号化するステップ、応答メッセージを生成するステップ、および／または応答メッセージを送信するステップを含むことができる。
【００３５】
さらに、例示的な実施形態において、記録されたセンサデータの利用可能性を示す応答が、電源からの電力の利用可能性の表示をさらに含む。
【００３６】
さらなる態様において、本発明は、所定の領域内の１つまたは複数のＲＦＩＤセンサタグと通信する方法を提供し、この方法は、送信ＲＦ電力レベルの制御を可能にするように構成されたＲＦトランシーバを含むＲＦＩＤセンサタグ問い合わせ装置を設けるステップと、所定の領域の対応する領域内に配置されたＲＦＩＤセンサタグによって検出されたＲＦ信号を提供するために、送信ＲＦ電力レベルを設定するステップと、ＲＦＩＤセンサタグ問い合わせ装置によってＲＦＩＤセンサタグ問い合わせ信号を送信するステップと、ＲＦＩＤセンサタグ問い合わせ装置によって、所定の領域内に配置されたＲＦＩＤセンサタグにより送信された１つまたは複数の応答を受信するステップとを含む。
【００３７】
設定可能な送信ＲＦ電力レベルを有するＲＦトランシーバの使用により、ＲＦＩＤセンサタグが問い合わされる領域が、適切な送信ＲＦ電力レベルの選択によって制御されることが有利である。問い合わせ装置からの距離の増加に伴う送信された問い合わせ信号の減衰により、選択されたＲＦ電力レベルが問い合わせの有効範囲を決定する。
【００３８】
いくつかの実施形態では、この方法は、領域内に配置されたＲＦＩＤセンサタグから受信した応答に基づいて、所定の領域の対応する領域の大きさを増加または減少させるために、送信ＲＦ電力レベルを調整するステップをさらに含む。例えば、応答が受信されない場合、または少数の応答が受信される場合、追加のＲＦＩＤセンサタグを含むことができるより広い範囲を包含するために、ＲＦ電力レベルを増加させることが望ましいかもしれない。反対に、送信ＲＦ電力を減少させることによって、タグをより小さな領域にわたって問い合わせることができ、これにより、少数のＲＦＩＤセンサタグを包含する。
【００３９】
例示的な実施形態によれば、所定の領域内に配置されたＲＦＩＤセンサタグは、応答がＲＦＩＤセンサタグ問い合わせ装置に送信された後、少なくとも所定の期間、他のセンサタグ問い合わせ信号を無視するように構成され得る。
【００４０】
例えば、これは、特定の領域内のＲＦＩＤタグが複数の「ゾーン」で問い合わせすることを可能にし、一方では、個々のＲＦＩＤセンサタグが問い合わせ工程中に一度だけ応答する保証を提供することが有利である。これにより、タグを減少させ／コリジョンに応答することになるのが有益である。
【００４１】
さらに別の態様において、本発明は、プロセッサと、電源と、プロセッサに動作可能に関連付けられたＲＦトランシーバと、センサインタフェースを介してプロセッサにアクセス可能な１つまたは複数のセンサと、プロセッサに動作可能に関連付けられた少なくとも１つのメモリ装置とを備える、ＲＦＩＤセンサタグを提供し、このメモリ装置は、ＲＦＩＤセンサタグに本発明の態様による方法を実施させるために、プロセッサにアクセス可能かつプロセッサによって実行可能なプログラム命令を含んでいる。
【００４２】
ＲＦＩＤセンサタグは、ウォッチドッグタイマ、タイムスタンプタイマ、クロック制御回路などのさらなる構成要素を含むことができることが、本発明を実施する方法の前述の概要から理解されよう。
【００４３】
例えば、一態様において、プログラム命令は、ＲＦＩＤセンサタグに方法を実施させ、この方法は、低消費電力状態に入るステップと、所定の条件が成立した際に、１つまたは複数のセンサを介してセンサ測定を実行するための中程度の消費電力状態に入るステップと、ＲＦトランシーバを介してＲＦ信号を検出する際に、ＲＦ信号源とのＲＦ通信を実行するための高消費電力状態に入るステップと、ＲＦ通信またはセンサ測定が完了する際に、低消費電力状態に再度入るステップとを含む。
【００４４】
ＲＦＩＤセンサタグは、中程度のおよび高い消費電力状態に対応する少なくとも２つの異なる速度を有するクロックを生成するように構成された、クロック生成回路をさらに備えることができる。
【００４５】
さらなる態様によれば、プログラム命令は、所定の条件が成立した際に、１つまたは複数のセンサからの少なくとも１つのセンサ値を読み取るステップ、および所定の条件に関連する情報とともに、ＲＦＩＤセンサタグのメモリにセンサ値を格納するステップを含む方法を、ＲＦＩＤセンサタグに実施させる。
【００４６】
さらなる態様において、プログラム命令は、ＲＦトランシーバのＲＦ信号を検出するステップと、検出されたＲＦ信号が所定の通信プロトコルに従った命令を含むかどうかを決定するステップと、検出されたＲＦ信号が所定の通信プロトコルに従った命令を含む場合にのみ、対応する応答を提供するステップとを含む方法を、ＲＦＩＤセンサタグに実施させる。
【００４７】
さらに別の態様では、プログラム命令は、所定の通信プロトコルに従った命令を含むＲＦ信号を受信するステップと、記録されたセンサデータの利用可能性を示す応答を含むＲＦ信号を送信するステップと、所定の通信プロトコルに従って記録されたセンサデータを送信するための命令を含むＲＦ信号を受信するステップと、メモリに記録されたセンサデータを含むＲＦ信号を送信するステップとを含む方法を、ＲＦＩＤセンサタグに実施させる。
【００４８】
これを明示的に指定しなくてもよいが、上述した本発明の態様のいずれかのさまざまな特徴は、他の態様に関連して適用されてもよいことが理解されよう。本発明の実施形態のこの特徴および他の特徴、利益および利点は、例としてのみ提供される以下の詳細な説明から明らかにされ、前文に記載されたような、そして添付の特許請求の範囲に定義されるような本発明の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。
【００４９】
次に、本発明の実施形態は、同じ参照符号が同じ特徴を示す添付の図面を参照して説明される。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明を実施するセンサタグのブロック図である。
【００５１】
【図２】図１のセンサタグのより詳細なブロック図である。
【００５２】
【図３】本発明を実施するクロック制御部の状態遷移図である。
【００５３】
【図４】本発明の実施形態に係る疑似起動の処理を示すフローチャートである。
【００５４】
【図５】本発明を実施する起動／問い合わせプロトコルを示すコマンド／応答のフローチャートである。
【００５５】
【図６】発明を実施するセンサタグのグループ起動／問い合わせを示すフローチャートである。
【００５６】
【図７】本発明を実施する例示的なタイムスタンプと温度のデータフォーマットである。
【００５７】
【図８】本発明の実施形態に係る別のデータ削減方法を示す温度−時間グラフである。
【００５８】
【図９】本発明を実施するリーダ／ライタシステムのブロック図である。
【００５９】
【図１０】図９のリーダ／ライタシステムのマイクロコントローラのファームウェア構成要素を示すブロック図である。
【００６０】
【図１１】受信機のファームウェアの動作を示すフローチャートである。
【００６１】
【図１２】本発明の実施形態に係る問い合わせ範囲を調整する方法を示すフローチャートである。
【００６２】
【図１３】図９のリーダ／ライタシステムの主要なソフトウェア構成要素を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００６３】
図１は、本発明の実施形態に係るセンサタグ１００のハイレベルブロック図である。
【００６４】
センサタグ１００は、メモリ１０４を有する制御モジュール１０２を備えている。メモリ１０４は、動作プログラムやデータのための不揮発性記憶装置、ならびにスクラッチスペースとして、および／または一時変数のために使用する揮発性記憶装置を含むことができる。
【００６５】
センサタグ１００は、制御モジュール１０２およびタグ１００の他の構成要素のための基本的な電源として、バッテリ１０６をさらに備えている。
【００６６】
図１に示されるＲＦＩＤセンサタグの具体的な実施形態１００は、温度センサ１０８をさらに備えている。本明細書中では、温度センサ１０８は、ＲＦＩＤセンサタグによって実行され得る環境検知の例として使用されているが、これが本発明の範囲を限定するものではないことは理解されよう。例えば、環境光あるいは湿度センサのような環境センサの他の形態、および／または、全地球測位システム（ＧＰＳ）受信機のような他の種類の検知装置あるいは監視装置を、追加的または代替的に、本発明を実施するＲＦＩＤセンサタグに組み込むことができる。
【００６７】
センサタグ１００は、アンテナ素子１１０をさらに備えている。アンテナ素子１１０は、動作周波数帯域の信号を受信および送信するために使用される。本明細書に記載の例示的な実施形態では、動作周波数帯域は、５．７２５ＧＨｚから５．８５０ＧＨｚのＳＨＦ帯である。ただし、ＶＨＦ帯またはＵＨＦ帯の周波数のような代替のＲＦ帯を使用してもよい。
【００６８】
現状では、ＳＨＦ帯の５．８ＧＨｚ前後で動作するＲＦＩＤタグの動作に関する、確立されまたは広く採用されている業界標準はない。ただし、開発努力を最適化するだけでなく、一般的な相互運用性、業界の受け入れなどを支援する利益のために、本発明の実施形態は、実用的な程度に他の動作帯域における既存のＲＦＩＤ規格の特徴を採用することが有利である。
【００６９】
ＲＦ−ＤＣ変換モジュール１１２が、受信ＲＦ信号からのエネルギーを抽出または「回収」するために使用され、制御モジュール１０２および／またはセンサタグ１００の他の構成要素のための電源としてこのエネルギーを使用することができる。受信ＲＦ信号から回収したエネルギーを使用することにより、バッテリ１０６への負荷が低減されて、バッテリ寿命を延ばすことが有利である。センサタグ１００は、ＲＦ復調器１１４およびＲＦ変調器１１６を備えるトランシーバをさらに含んでいる。ＲＦ復調器構成要素１１４は、有効な受信ＲＦ信号からクロックおよびデータを抽出し、これを制御モジュール１０２に提供する。データは、ＲＦ変調器構成要素１１６を介して制御モジュール１０２によって送信される。
【００７０】
図２は、センサタグ１００のより詳細なブロック図を示している。開示されている実施形態では、図２に示す構成要素のすべてが単一のチップに集積されており、システムオンチップ（ＳｏＣ）設計に組み込まれている予め設計された回路素子（一般にＩＰとして知られている）を用いてこのチップを構成することができる。ただし、代替の実施形態では、ＲＦＩＤセンサタグ１００は、個別の物理的な構成要素を複数使用して実装されてもよいことが理解されよう。
【００７１】
タグ１００の制御モジュール１０２は、マイクロコントローラ２０２を含んでいる。マイクロコントローラ２０２は、シリアルポート２０２ａのような複数の入力／出力（Ｉ／Ｏ）ポートとインタフェースされる。Ｉ／Ｏポート２０２ａは、マイクロコントローラ２０２とタグ１００の複数の他の構成要素との間に、センサおよびＲＦ通信用フロントエンドを含むインタフェースを設ける。
【００７２】
特に、Ｉ／Ｏポート２０２ａは、復調器１１４から入ってくる復号信号を受信し、変調器１１６を介して送信用の信号を出力する。いくつかの実施形態では、変調器１１６に提供される送信信号が、受信信号と後方散乱されたＲＦ信号との間でオフセットされた周波数を導入するように、設定可能な周波数のクロック（図示せず）を用いてクロックされる。この場合、（図９を参照して以下に説明されるような）リーダ／ライタ装置は、オフセットを考慮したうえで後方散乱信号の周波数に対応する受信機を同調することができ、これにより、強い送信信号の存在下で、センサタグ１００から送信された弱い信号の検出を改善することができる。例示的な実施形態では、１０ＭＨｚのオフセットが、感度に適切な改善をもたらすことがわかっている。
【００７３】
メモリ１０４は、複数の異なるメモリ構成要素を含んでいる。図示のように、変数や他のスクラッチデータの記憶のために使用される小さな（２５６バイト）内部ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）２０４Ａが存在している。より大きい（４キロバイト）外部ＲＡＭ２０４ｂは、マイクロコントローラ２０２の通常動作に必要とされるより大きな量のデータの一時的な記憶のために使用される。不揮発性メモリは、４キロバイトのＥＥＰＲＯＭ２０４ｃの形態で、センサデータのような記録された情報を記憶するために設けられている。不揮発性読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）２０４ｄは、マイクロコントローラ２０２の動作に必要とされる固定プログラムや固定データを記憶するために設けられており、これはセンサタグ１００の機能を実装するために使用されて実行される。また、完結前のマイクロコントローラ２０２用のプロトタイプソフトウェアのプログラム作成に使用される外部ＥＥＰＲＯＭ、および不揮発性（ＮＶ）ＲＯＭ２０４ｄ内の永久記憶装置へのインタフェースを可能にする、任意の外部データ接続２０４ｅを設けてもよい。最終的な製品の実施形態では、外部ＥＥＰＲＯＭインタフェース２０４ｅは不要であり、省略されてもよい。
【００７４】
また、タグ１００は、センサ２０８を含んでいる。これらは、（図１を参照した上述のような）温度センサだけでなく、ＲＦＩＤタグ１００が使用されるべきアプリケーションに必要とされる任意の他のセンサも含むことができる。さらに、図２に示すセンサタグ１００の実施形態はバッテリセンサを備え、このバッテリセンサは、バッテリ１０６の端子電圧の低下を検出するように構成され、これによりローバッテリ表示の実装を可能にする。
【００７５】
センサ選択論理２０８ａにより、マイクロコントローラ２０２が所望の利用可能なセンサ２０８の１つを選択することが可能になる。アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）２０８ｂ、およびＡＤＣ復号器２０８ｃは、センサ信号をマイクロコントローラ２０２によって読み取り可能なデジタル表現に変換するために設けられている。本開示の実施形態では、ＡＤＣの出力は、２つの８ビット読み取りを介してマイクロコントローラ２０２によって読み取られる１０ビットワードとして提供される。
【００７６】
ＲＦ−ＤＣ変換器１１２は、整流器のチャージポンプ２１２ａ、制限器２１２ｂ、および電圧調整器２１２ｃを含んでいる。同時に、安定化電源の出力２１２ｄが提供され、この出力２１２ｄは、タグ１００の動作帯域内のＲＦ信号の存在の表示としても機能する。受信ＲＦ信号から得られる電源２１２ｄは、それ自体では、センサタグ１００のすべての機能に電力を供給するために不十分かもしれないが、それにもかかわらず、バッテリ１０６の電源要件が低減して、バッテリ寿命を延ばすこと可能にする。
【００７７】
ＲＦ復調器１１４は、包絡線検出器１１４ａ、制限器１１４ｂ、差動アンプ１１４ｃ、平均化フィルタ１１４ｄ、比較器１１４ｅを含んでいる。同時に、これらの構成要素は、マンチェスタ復号器およびエッジトリガモジュール１１４ｇに入力される受信データ出力信号１１４ｆを提供する。マンチェスタ復号器は、同期されたクロックおよびデータ出力ビットを提供し、これは、Ｉ／Ｏポートモジュール２０２ａを介してマイクロコントローラによって読み取られる。
【００７８】
専用ハードウェアベースのマンチェスタデータの復号化は、あまりにひどく歪められていない受信信号（例えば、波形のデューティサイクル）に有効である。より高い感度または堅牢性が要求される場合、本発明の実施形態は、追加または代替のクロックおよびデータリカバリ技術を実装することができる。例えば、一実施形態（図示せず）では、比較器１１４ｅの出力１１４ｆは、データ速度を実質的に超える速度でサンプリングされ、波形の遷移間の回数（すなわち、サンプルの数）が先入れ先出し（ＦＩＦＯ）方式のバッファメモリに記憶された後に、このバッファメモリからマイクロコントローラ２０２によって取得される。この追加の技術は、加法性雑音および／または他のソースの信号歪みに起因する実質的なタイミングジッタの存在下での受信機の堅牢性を向上させることができる。
【００７９】
図１および図２に示したセンサタグ１００の実施形態では、ＲＦ−ＤＣ変換器１１２および復調器１１４は、構成要素の別々のブロックとして示されている。これは、これらのブロックの機能を説明する目的のための便宜的な構成であり、センサタグの実用的な一実施形態を表している。代替の実施形態では、これら２つのブロックは、どちらもアンテナ１１０を介して受信した信号に応じて動作し、単一の復調ブロックおよび動力リカバリブロックに組み合わされる。組み合わせた実装の１つの特徴は、アンテナ１１０上への電気負荷が低減されることである。
【００８０】
センサタグ１００の基本的な電源は、バッテリ１０６に接続されたパワーオンリセット生成器２１８を含んでいる。出力は、固定デジタル電圧供給源を生成するために、電圧調整器２２０を介して調整される。クロック生成器２２２は、出力２１２ｄによって示されるように、ＲＦフィールドが存在するか否かに応じて、「低速クロック」または「高速クロック」のいずれかを生成する。また、センサタグ１００は、「超低速クロック」を使用し、３つの利用可能なクロックからのシステムクロックの選択は、マイクロコントローラ２０２からの信号の制御下で、クロック選択論理２２４によって実行される。図３を参照して、３つのクロックの使用を以下でより詳細に説明する。
【００８１】
センサタグ１００は、カウンタと設定可能なタイムスタンプ生成器２２６をさらに備え、これらは、以下の図の番号を参照して以下でより詳細に記載されるように、さまざまなタイミングおよび記録機能のために使用される。
【００８２】
最後に、センサタグ１００は、エラーリカバリ用のウォッチドッグタイマ（ＷＤＴ）２２８を含んでいる。このタイマは、超低速クロックで動作され、不揮発性メモリ２０４ｄ内に格納されたプログラムコードの制御下での通常動作中のさまざまな時点で、マイクロコントローラ２０２によってリセットされる。タイムアウト期間内にＷＤＴ２２８をリセットするためのマイクロコントローラ２０２による失敗により、ＷＤＴがマイクロコントローラ２０２をリセットさせる。これにより、任意の小さなまたは断続的な、ソフトウェアまたはハードウェアの不具合により永久にセンサタグ１００が無効になることを防ぐ。
【００８３】
図３は、本発明の実施形態に係る例示的なクロック制御を示す状態遷移図３００である。上述したように、開示されたＲＦＩＤセンサタグ１００は、３つのクロックを使用する。例えば１ＭＨｚで動作する「低速クロック」は、ＲＦ信号伝達を含まないマイクロコントローラ２０２の通常の処理機能のために使用される。例えば３．８Ｈｚの「超低速クロック」は、タグ１００が実質的な処理をしない、低電力の「アイドル」または「スリープ」状態を提供する。高速のＲＦ信号を処理する際に、例えば２２ＭＨｚでの「高速クロック」が必要とされる。
【００８４】
状態遷移図３００は、「低速」および「高速」クロックを切り替えるために使用される論理を示している。コントローラは、状態３０２で最初に電源がオンになっているか、またはリセットされている。状態３０４で、最初のセットアップおよび設定手順が、遅いクロック速度で実行される。これらの手順が完了すると、センサタグ１００は、低速クロックがマイクロコントローラに提供されたままアイドル状態３０６に入ることができる。ただし、マイクロコントローラは低消費電力の「スリープ」モードに入り、ここでは、割込み信号によって復帰されるまで処理は実行されない。
【００８５】
一般に、２つの事象のうちの１つは、アイドル状態３０６からセンサタグ１００を起こすことになる。このような一事象は、センサの読み取りを収集して記録するための必要条件である。センサの読み取りをトリガする信号は、ブロック２２６内のカウンタの１つによって生成され得る。この信号を受信すると、例えばマイクロコントローラ２０２への割込み入力を介して、システムは、遅いクロック速度で動作しながらセンサアクティブ状態３０８に移行する。この状態では、マイクロコントローラ２０２は、センサ測定値を受信し、不揮発性メモリ２０４ｃ内で任意の適切な記録を行う。センサの記録が完了すると、タグ１００は、典型的には、アイドル状態３０６に戻ることになる。
【００８６】
タグ１００をアイドル状態３０６に出すことができる第２の事象は、ＲＦ信号の検出である。適切なＲＦ信号の存在により、電源電圧が出力２１２ｄで存在する。また、これにより高速クロックが起動され、センサタグ１００はＲＦアクティブ状態３１０に入る。この状態では、マイクロコントローラは、ＲＦタグリーダとの通信用に画成されたプロトコルに従って、ＲＦデータ信号を受信および／または送信する。これらの機能のいくつかは、例えば図５を参照して、以下でより詳細に説明される。
【００８７】
ＲＦ信号が存在しなくなると、センサタグ１００は、一般に、アイドル状態３０６に戻ることになる。
【００８８】
また、いくつかの状況では、タグ１００は、センサアクティブ状態３０８およびＲＦアクティブ状態３１０との間で遷移することができる。例えば、記録の開始時に存在しなかったセンサデータ記録の完了時にＲＦ信号が存在している場合、これが起こることになる。センサの記録信号が、ＲＦ処理完了後に存在している場合、同様に、タグ１００は、ＲＦアクティブ状態３１０からセンサアクティブ状態３０８に遷移することができる。
【００８９】
「超低速クロック」は、ウォッチドッグタイマを実行しながら、タイムスタンプ生成のために使用され、タグ１００の他の非タイムクリティカルな機能のために使用されてもよい。したがって、超低速クロックが実際にコントローラ２０２に提供されることはないが、マイクロコントローラ２０２をアイドル状態３０６の「スリープ」モードから復帰することを確実にする手段となっている。
【００９０】
次に、図４を見ると、本発明の実施形態に係る疑似起動の処理を示すフローチャート４００が示されている。図４に示した手順の目的は、動作周波数帯域内の疑似ＲＦ信号によって起動された場合に、タグがＲＦアクティブ状態３１０のままではないことを確実にすることである。例えば、同じ帯域内で動作する他のデバイスから受信した干渉に起因して、これが起こり得る。高速クロックモードでの動作は、低速クロックまたは超低速クロックモードでの動作よりもかなり多くの電力を消費することが理解されよう。したがって、高速クロックモードでの不要な動作は、回避されることが好ましい。
【００９１】
フローチャート４００に示すように、ＲＦ信号は、第１のステップ４０２で初期のアイドル状態から検出される。タグ１００はＲＦアクティブ状態３１０に移行する。この状態では、４０４で、検出されたＲＦキャリアに送信されたデータを受信および復号することを試みる。有効なデータが４０６で検出された場合は、次に、タグ１００は、この受信情報の通常の処理を続行することになる。
【００９２】
ただし、有効なデータが検出されない場合、マイクロコントローラ２０２は、その代わりに、ＲＦトランシーバ（受信機および／または送信機）を少なくとも部分的に無効にすることができる。図２に示された実施形態１００では、これは、制限器２１２ｂに無効信号を適用することによって行われる。これは、ＲＦ信号の出力２１２ｄを終了させる電圧調整器２１２ｃに、十分な信号が入力されることを妨げる。本実施形態１００では、変調器１１６および復調器１１４を含むＲＦフロントエンドの構成要素は、これらの回路ブロックに行く電圧調整器の出力を無効にすることによって無効にされる。この実装によれば、十分なＲＦアクティビティが検出された場合に、ＲＦ−ＤＣ変換回路１１２のみが、ＲＦ信号を検出して、無効にされた構成要素を再度有効にするためのトリガ信号を生成するように機能し続ける。
【００９３】
タイマは、ＲＦ検出が無効になっている時間を制御するために使用される。したがって、ステップ４０８でこのタイマは設定または調整され、これにより、タグ１００を再びアイドル状態から復帰させることができる前に、４１０で対応する最小の時間遅延が起こる。
【００９４】
上述したように、ステップ４０８でタイマを設定または調整することができる。例えば、繰り返される疑似覚醒を防ぐための「バックオフ」戦略を実現するためには、調整が望ましい。例えば、タグ１００は、連続的な干渉の領域内に配置されてもよく、環境条件が変更されるまで、これらの覚醒は再び疑似的になるため、これらの状況で頻繁に再度覚醒されることは好ましくない。ただし、疑似起動が短期のＲＦスパイクに起因した場合に、長いタイムアウト遅延を使用することも好ましくない。したがって、妥協的戦略は、繰り返される疑似起動の際に、この遅延を増加させないために、最初に比較的短い遅延を使用することである。したがって、各疑似起動の際に、バックオフタイマの値を、少なくともある最大値に達するまでは、ステップ４０８で増加させることができる。
【００９５】
タイマは、上述したように、ある実用的なバックオフ機構を提供するが、当業者には明らかなように、代替的な技術を用いることができる。例えば、連続した疑似起動のカウントを維持することができ、所定のカウンタ値が達成された後に、タグ１００は選択されたコマンドの実行を「ロック」することができる。
【００９６】
起動が疑似的でない場合、すなわち、有効なデータが検出された場合、バックオフタイマがステップ４１２でリセットされるため、それに続く任意の疑似起動の後に、再び比較的短い遅延が続くことになる。
【００９７】
ステップ４１４では、マイクロコントローラ２０２は、アイドル状態に再び戻る前に、受信した問い合わせ信号に従って、必要なＲＦ受信応答処理を実行する。
【００９８】
ＲＦ処理を実行する際には、ＲＦアクティブ状態３１０で費やされる時間を最小化し、バッテリ１０６の消耗を抑えるために、送信されるデータの量を最小限にすることも望ましい。図５は、問い合わせ中の消費電力を低減するように設計された、本発明を実施する起動／問い合わせプロトコルを示す模式図５００である。
【００９９】
模式図５００に示すように、リーダ５０２はタグ５０４と通信する。最初に、リーダは、タグを覚醒する問い合わせ用ＲＦ信号５０６を送信する。問い合わせ信号の有効性を検証するために、すなわち疑似起動と区別するために、信号５０６は、タグによって復号されることができる明瞭なデータを搬送する。また、最初の問い合わせ信号５０６は、センサデータに一致するタグのみが応答する必要があることを示す、１つまたは複数のＲＦＩＤセンサタグの識別データを搬送することができる。例示的な実施形態では、リーダ５０２とタグ５０４との間のこの通信は、ＩＳＯ／ＩＥＣ１８０００−４規格の２．４５ＧＨｚにおけるエアインタフェースプロトコル標準による、タグとリーダ／ライタとの間の通信用のエアインタフェースプロトコルに従って行われる。システムプロトコルは、モード１のプロトコルパラメータおよびモード１のアンチコリジョンパラメータに実装され、これにより、リーダ／ライタが１回のリードサイクルにおいて複数のタグ（最大１２０個のタグまで）を識別および通信することが可能になる。また、例示的なシステムは、ＩＳＯ／ＩＥＣ１８０００−４規格のモード１の、２．４５ＧＨｚの周波数帯から５．８ＧＨｚのＳＨＦ帯に変換する必要がある修正を対象とした、フォワードリンクおよび後方錯乱用のリターンリンクのための物理的なメディアアクセス制御（ＭＡＣ）のパラメータを適応している。
【０１００】
また、データ整合性の保護メカニズムは、ＩＳＯ／ＩＥＣ１８０００−４のモード１のプロトコルから適応される。これらの技術のさらなる詳細は関連する規格で利用可能であり、したがって、さらなる議論は本明細書では必要とされない。重要な点は、図５の模式図５００に示される通信が、確立されたプロトコルのセットに従ってすべて適切にサポートされ、検証されていることである。さらに、ＩＳＯ／ＩＥＣ１８０００−４のプロトコルが使用されることは必須ではなく、他のプロトコルを本発明の範囲内で利用できることは理解されよう。
【０１０１】
有効な問い合わせ信号の検証の際に、タグは、１つまたは複数の状態表示を含む確認応答５０８を返信する。最初の状態表示は、「新たなデータ」または「データ状態」の表示を含む。タグが、以前に検索されていない関心のある任意の記録されたデータを有する場合のみ、この表示が設定されることになる。これにより、さらなる通信をすぐに結論付けることができるようになり、任意のさらなる不要なＲＦ通信が行われずに、タグがアイドル状態３０６に戻ることができる。
【０１０２】
さらに、確認応答送信５０８での状態表示は、バッテリ表示を含むことができ、このバッテリ表示は、バッテリセンサがローバッテリ状態を検出した場合にアクティブである。これにより、リーダが操作者に、この表示を返す特定のセンサタグが耐用期限に近づいていること、および／またはバッテリの交換が必要であることを知らせることができる。
【０１０３】
新たなデータが利用可能である場合に、リーダ５０２は、タグ５０４にデータの要求５１０を送信する。これに応答して、タグ５０４は、５１２でリーダ５０２に未読のデータを送信する。
【０１０４】
図５に示す例５００は、リーダ５０２とタグ５０４との間の拡張通信の相互作用を表している。ただし、本発明を実現するＲＦＩＤセンサタグは、リーダによって送信されるさまざまな異なる命令を実装するようにおよび／またはこれに応答するように構成され得ることが理解されよう。いくつかの例では、単一の「コマンド／応答」（例えば５０６、５０８）シーケンスが、操作を完了するのに十分とされる。他の例では、さらなるトランザクションがデータの操作および／または転送を完了するために必要とされ得る。二段階のトランザクション５００は、したがって、単に例示的であると理解されるべきである。
【０１０５】
上記のように、ＩＳＯ／ＩＥＣエアインタフェースプロトコル規格は、リーダの範囲内の複数のタグの識別および通信を可能にする。ただし、同時に、センサタグの電力要件を最小限に抑えながら、このようなグループ通信が行われることが望ましい。
【０１０６】
図６は、この所望の結果を達成するように設計されたセンサタグのグループ起動／問い合わせを示すフローチャートである。フローチャートに示した処理６００によれば、ステップ６０２で、リーダは範囲内のセンサタグを識別し、ステップ６０４で、返された状態表示から、どのタグが取得される新たなデータを有するかを決定する。この時点で、新たな取得データを有していないすべてのタグが、バッテリ残量を節約するために、アイドル状態３０６に戻ることができる。
【０１０７】
次に、ステップ６０６で、リーダ／ライタは、新たなデータの存在を示すこれらのタグを問い合わせる。新たなデータがすべての応答タグから取得されるまで、この問い合わせは６０８を続行する。
【０１０８】
図３〜図６を参照すると、本発明の実施形態のさらなる特徴は、上述の省電力機能に加えて、データ記録および記憶の量を低減するための対策を実施することであり、これにより、センサデータのために必要なＥＥＰＲＯＭ２０４ｃのサイズを小さくすること、ならびにＲＦ問い合わせに応答して送信されるのに必要なデータ量を低減させることができる。
【０１０９】
この点に関し、図７は、本発明の実施形態による例示的なタイムスタンプと温度のデータフォーマット７００を示している。フォーマット７００によれば、各センサの読み取りは、第１ワード７０２が２バイトのタイムスタンプ値であり、第２ワード７０４が２バイトの温度値である、１６ビットワードの対として格納されている。フォーマット７００は適切なデータ構造の１つの可能な例を提供しているが、一般的なデータフォーマットでは、サイズおよびコンテンツが、タグの対象アプリケーションの要件および／または設定に依存することは理解されよう。
【０１１０】
２バイトのタイムスタンプ値７０２を使用して、合理的な記録時間を可能にするために、センサタグは、基準タイムスタンプ、すなわち、タイムスタンプ７０２がこの後のオフセットを表す絶対起動時間を表す値を用いて最初にプログラムされ得る。タイムスタンプ値は、それ自体は単に、センサタグ１００のカウンタおよび設定可能なタイムスタンプ生成器２２６内に維持されるカウンタの値であってもよい。タイムスタンプカウンタの増分が、センサタグ１００の所望の最大動作周期に依存し得る。例えば、カウンタの増分が１０分ごとに１回の場合、カウンタのオーバーフロー前の最大動作期間は約７．６日である。温度データがこれと同じ速度で記録される場合、すなわち、１時間当たり６回、または１日当たり１４４回記録される場合、記録されるタイムスタンプと温度のデータ対の最大数は１０９２個となる。これは、ＥＥＰＲＯＭ２０４ｃに設けられた４キロバイトをわずかに超えている４３６８バイトの記憶装置を必要とするかもしれない。したがって、例示的なセンサタグ１００は、この例では、７．１日間と少しの操作に相当する最大１０２４個の温度測定値に記憶制限され得る。
【０１１１】
長期的なデータ記録、および／またはより高い時間分解能での記録を可能にするために、いくつかの実施形態において、本発明は、より効率的なデータ記録論理を使用することができる。一例が、図８に示す温度／時間グラフ８００によって示されている。グラフ８００は、縦軸に記録された温度８０２、横軸に時間経過８０４を示している。それぞれの縦線８０６は、１つのデータ記録の間隔、すなわち、温度が測定された時刻を表している。生鮮食品の貯蔵や輸送などの一部のアプリケーションでは、実際の温度は、所定の安全な範囲内に収まる限り重要ではない。グラフ８００では、安全な範囲を、最低温度８０８および最高温度８１０を示す水平線で表している。例えば、牛乳などの製品は、一般に、常に摂氏４度以下に保存されている限り、少なくともその特定消費期限の日付まで保つことが保証されている。加えて、品質上の理由から牛乳は凍結されないことが望ましく、すなわち、温度は摂氏零度を下回ることはない。したがって、温度が零度の最低温度８０８を超え、４度の最高温度８１０を下回る限り、この場合の温度は重要ではない。
【０１１２】
グラフ８００の曲線８１２は、マークされた各時間間隔で取得されている温度測定値を用いて、時間の関数としての温度の例示的なトレースを表している。温度は、期間８１４と期間８１６を除き、示されたすべての時間で最小値８０８と最大値８１０との間に留まり、ここでは、期間８１４で温度が最大値８１０を超え、期間８１６で温度が最小値８０８を下回る。これらの２つの期間中に取得される測定値のみが記録される場合、記憶データの大幅な削減が達成され、さらに、すべての顕著な情報、すなわちセンサタグが安全な範囲の限界を超えた周囲温度を検出した最中の時間および温度の測定値が保持される。
【０１１３】
さらに、温度が所定の安全な範囲の間であっても、一定の間隔で温度測定値を記録するようにマイクロコントローラ２０２をプログラムすることができる。例えば、温度測定値に関係なく、１時間に１回、検証目的のために、記録を行うことができる。この場合、例えば、記録は、その時点の温度が、最小値８０８レベルと最大値８１０レベルとの間にあるにもかかわらず、時間間隔８１８で行われ得る。
【０１１４】
関心のあるおよび／または重要である情報のみを記録することにより記憶要件を最小化するために、他のデータ記憶戦略を特定のアプリケーションに用いてもよいことが理解されよう。
【０１１５】
次に図９を参照すると、本発明を具現化するセンサタグ１００と通信するのに適した例示的なリーダ／ライタ装置のブロック図が示されている。リーダ／ライタ装置９００は、ＳＨＦのＲＦフロントエンド９０２、マイクロプロセッサモジュール９０４、およびバックホール通信モジュール９０６の３つのモジュールを含んでいる。
【０１１６】
ＳＨＦのＲＦフロントエンド９０２は、無線モジュールを備えるアナログ部９０８を含んでいる。送信アンテナ９１０が電力増幅器９１２によって駆動され、次に、その送信モードで動作する市販のＳＨＦのフロントエンドチップ９１４により駆動される。受信側では、受信アンテナ９１６が市販の低雑音増幅器９１８を駆動し、次に、その受信モードで動作する市販のＳＨＦのフロントエンドチップ９２０に信号を渡す。いくつかの実施形態では、送信および受信周波数が同じであってもよい。センサタグ１００が、その受信信号と後方散乱信号との間のオフセットを導入するように構成されている他の実施形態では、受信側のＲＦフロントエンド９０２は、設定された周波数オフセットによって送信機から離調される。上述したように、例示的な実施形態では１０ＭＨｚのオフセット周波数が有効であることが判明しているが、さまざまなオフセット周波数が適切であり得ることは当業者には理解されよう。
【０１１７】
ＳＨＦのＲＦフロントエンド９０２は、ベースバンドコントローラ９２２をさらに備え、このベースバンドコントローラ９２２は、送信用フロントエンドチップ９１４および受信用フロントエンドチップ９２０にインタフェースされる市販のベースバンドマイクロコントローラを基本的に備え、マイクロプロセッサモジュール９０４にインタフェースする標準のユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）を設けている。
【０１１８】
例示的な実施形態のマイクロプロセッサモジュール９０４は、シングルボードの、Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標）互換性のある、内蔵マイクロプロセッサシステム９２６である。シングルボードコンピュータ９２６は、ＵＳＢポート、イーサネット（登録商標）ポート、およびＲＳ２３２シリアルポートを含む複数の標準的なＩ／Ｏポートを備えている。また、シングルボードコンピュータ９２６は、人間の操作者とインタフェースするためのＬＣＤタッチスクリーンを備えている。バックホールネットワークモジュール９０６は、例えば、ＵＳＢポートを介して、またはイーサネットポートにより、標準のインタフェースポートの１つを介してシングルボードコンピュータ９２６に接続されている。
【０１１９】
例示的な実施形態９００では、ネットワーク通信モジュール９０６は、バックホール無線モジュール９２８であり、例えば、ＧＳＭ（登録商標）、３Ｇ、ＬＴＥ／４Ｇ、ＷｉＭＡＸ、Ｗｉ−Ｆｉ、または他の適切なプロトコルに従って動作するネットワークインタフェースである。他の実施形態では、バックホール通信モジュール９０６は、インターネットなどの広域ネットワーク（ＷＡＮ）への有線接続を介して動作することができる。いずれの場合も、リーダ／ライタ装置９００によってセンサタグから収集したデータを、バックホール通信接続を介して、中央データ収集ポイントに返送することができ、および／またはリモートアクセスすることができる。図１０および図１１は、ベースバンドマイクロコントローラ９２４のプログラム作成および動作のいくつかの態様を示している。具体的には、図１０は、マイクロコントローラのファームウェア構成要素を示すブロック図１０００であり、図１１は、受信機のファームウェア動作の一般的な工程を示すフローチャート１１００である。
【０１２０】
まず、図１０を参照すると、マイクロコントローラのファームウェア１０００は、複数の主要な構成要素を含んでいる。第１の構成要素１００２は、Ｉ／Ｏピン、ＳＨＦのフロントエンドチップ９１４，９２０を有する拡張シリアルペリフェラルインタフェース（ＳＰＩ）の通信チャネル、割込み設定などのセットアップを含む、マイクロコントローラの一般的な初期化に関与している。第２のモジュール１００４は、起動時に必要とされ得るフロントエンド設定に関与し、シングルボードコンピュータ９２６の制御下での再設定が必要となる場合もある。第３および第４のファームウェアモジュールは、ＳＨＦのフロントエンドチップ９１４，９２０の動作要件に応じた、送信機制御１００６と受信機制御１００８のためのものである。
【０１２１】
図１１のフローチャート１１００は、初期化、設定、および受信機のファームウェア動作を示している。最初のステップ１１０２では、ベースバンドマイクロコントローラ９２４が初期化され、初期化構成要素１００２内のコードを実行する。ステップ１１０４で、フロントエンド設定が実行され、すなわち、構成要素１００４が実行される。
【０１２２】
ステップ１１０６で、フロントエンドの受信機チップが待機モードに置かれている。判断ステップ１１０８に従って、適切なコマンドがシングルボードコンピュータから受信されるまでは、この状態のままである。コマンドは、受信を可能にする命令を含むことができ、この場合、決定１１１０はスッテプ１１１２に分かれ、ここで、ＳＨＦフロントエンド９０２は、１つまたは複数のＲＦＩＤセンサタグからデータを受信し、シングルボードコンピュータ９２６にこのデータを転送するように動作する。
【０１２３】
また、シングルボードコンピュータ９２６から受信したコマンドは、再設定の命令を含むことができ、この場合、決定ステップ１１１４は、新たな設定情報がシングルボードコンピュータ９２６から受信されるステップ１１１６に制御を指示する。この情報は、ステップ１１１８で、ＳＨＦフロントエンドを再設定するために、フロントエンド設定用の構成要素１００４によって使用される。その後、フロントエンドは、待機モード１１０６に戻される。
【０１２４】
ＳＨＦフロントエンドの再設定によって実現することができる本発明のいくつかの実施形態のさらなる特徴は、複数のタグの問い合わせに関する。特に、多かれ少なかれＲＦＩＤセンサタグと通信するために、リーダ／ライタ装置９００の動作の範囲を増加または減少させることが、いくつかのアプリケーションにおいて望ましいかもしれない。ＲＦ信号が受信され得る範囲を制御するために、ＳＨＦフロントエンドからの送信電力を増加または減少させることによって、これを達成することができる。図１２のフローチャート１２００は、本発明のいくつかの実施形態に係る問い合わせ範囲を調整する方法を示している。
【０１２５】
ステップ１２０２で、ＳＨＦフロントエンドは、範囲内のＲＦＩＤセンサタグ問い合わせのための初期送信電力を設定するように構成されている。ステップ１２０４で、グループ問い合わせが開始され、範囲内のすべてのタグがこれに応答することになる。ステップ１２０６で、検出されたタグの数が許容可能であるか否かを判断するための決定が下される。携帯型の読み取り装置の場合、例えば、この決定は、ユーザ入力を必要とする場合があり、この場合、操作者は、リーダの電流範囲が、検出されたタグの数に基づいて、多過ぎるかまたは少な過ぎるかどうかを評価する位置に居ることができる。例えば、倉庫環境では、複数のコンテナが存在する場合があり、これらのすべてが複数のＲＦＩＤセンサタグを含み、操作者は、リーダが単一のコンテナまたは複数のコンテナの範囲内にあるかどうかを評価することができるかもしれない。
【０１２６】
この範囲が許容可能でない場合（すなわち、多過ぎるかまたは少な過ぎる）、ＳＨＦフロントエンドは、ステップ１２０８で、問い合わせ用送信電力を調整するために再設定される。次に、問い合わせ１２０４および決定１２０６のステップを繰り返すことができ、必要に応じて、その後さらに繰り返されてもよい。
【０１２７】
範囲が所望のレベルに調整された後、ステップ１２１０で、範囲内のＲＦＩＤセンサタグのすべてからデータを受信するためにリーダを使用することができる。
【０１２８】
いくつかの実施形態では、「スリープ」機能を、代替的または追加的に、複数のタグの問い合わせ手順中に使用することができるため、リーダによる問い合わせに応答した後に、しばらくの間、非応答、低消費電力状態に入ることになる。これは、例えば、重複領域をカバーする複数の操作によるタグの問い合わせを可能にする。各タグは一度だけ応答するため、リーダは重複した応答を処理する必要はない。さらに、各タグが一度だけ問い合わせに応答するため、消費電力が最小化される。タグは、応答を提供した後に自動的に低電力状態に入ることができ、あるいは、タグは、リーダによって送信された別の「スリープ」コマンドに応答して、そうすることができる。
【０１２９】
次に、図１３を参照すると、図９に示したリーダ／ライタシステム９００の主要なソフトウェア構成要素を示すブロック図１３００が示されている。
【０１３０】
一番下のレベルで開始し、ソフトウェアシステム１３００が、ＳＨＦフロントエンドモジュール９０２の設定および動作に関与するベースバンドインタフェースのドライバ構成要素１３０２を含んでいる。
【０１３１】
さらに、バックホールインタフェースのドライバモジュール１３０４が、バックホール通信モジュール９０６を介した、設定および通信に関与している。これに所望の通信ドライバ、ならびにセキュリティおよび認証コンポーネントが含まれるため、リーダ／ライタ装置が、例えばインターネット経由で、有利にリモートアクセス可能である。
【０１３２】
ベースバンドインタフェースのドライバ１３０２およびバックホールインタフェースのドライバ１３０４は、動作システムソフトウェア１３０６とインタフェースし、この動作システムソフトウェア１３０６は、Ｗｉｎｄｏｗｓ  ＣＥカーネル、種々の標準デバイスドライバ、タッチスクリーンインタフェース１３０８によってユーザと通信するためのタッチスクリーンドライバ、およびユーザアプリケーションによって動作システム機能へのアクセスを提供する．Ｎｅｔフレームワークを含んでいる。
【０１３３】
さらなるソフトウェア構成要素は、エアインタフェースプロトコルの構成要素１３１０である。これは、例えばＩＳＯ／ＩＥＣ１８０００−４規格で指定されるような、ＲＦＩＤ通信プロトコルのレイヤ２およびレイヤ３処理に関与している。エアインタフェースプロトコルの構成要素１３１０の機能は、データ完全性保護機構（例えば、ＣＲＣの生成／確認）、コマンドおよび応答の符号化および復号化、コリジョン／コンテンションの調停、エラー処理、およびイベント生成の実施を含んでいる。
【０１３４】
さらなるソフトウェア構成要素は、リーダ／ライタ装置のシステム設定および管理（１３１２）、ならびにエアインタフェースプロトコルの構成要素１３１０が提供する機能上に構築される低レベルのリーダプロトコル１３１４のためのアクセスを提供している。
【０１３５】
ソフトウェアシステム１３００は、ＳＱＬ−ＣＥデータベース１３１８へのアクセスを提供するデータベースマネージャの構成要素１３１６をさらに含んでいる。
【０１３６】
アプリケーションプログラミングインタフェース（ＡＰＩ）は、リーダ／ライタシステム１３２０の機能へのアプリケーションアクセス、ならびにバックホールインタフェース１３０４を介してリモートクライアントに配信することができるウェブサービス１３２２のために設けられている。
【０１３７】
上記の構成要素すべては、最終的に、ユーザアプリケーション１３２４が使用するためのインタフェースおよび機能を提供し、これによりリーダ／ライタ装置を操作することができ、問い合わせたＲＦＩＤセンサタグから取得したデータを見直し、将来の参照のためにデータベース１３１８内に格納することができる。
【０１３８】
全体として、本発明の実施形態は、タグが互換性のあるＲＦＩＤリーダの範囲内にあろうとなかろうと、長期間にわたって環境および他のパラメータの連続的な監視を容易にする多機能ＲＦＩＤセンサタグシステムを提供する。特徴および機能は、消費電力の削減、およびバッテリ寿命の延長のために提供される。さらに、本発明のさまざまな実施形態は、センサデータの効率的な記憶と、関連するタイムスタンプ情報を提供する。
【０１３９】
上述の実施形態は、例としてのみ提示され、本発明に従って実装または提供され得るすべての特徴および機能を網羅することを意図するものではない。例えば、追加の検知用構成要素には、例えば、ＧＰＳ受信機、光センサ、湿度センサなどが含まれていてもよい。本明細書中に記載されるＲＦＩＤセンサタグ１００の具体的な実施形態では、最大８個までのセンサをサポートすることができるが、これも本発明の特徴を限定することを意図するものではなく、所与のアプリケーションで実用的であり得るような任意の数のセンサを設けることができる。
【０１４０】
したがって、本明細書に記載の実施形態の種々の変更および／または修正が、電子およびＲＦ設計の関連分野の当業者には明らかであることが理解されるべきであり、このような変形は、本明細書に添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の範囲に含まれ得る。
【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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