ИЕРАРХИЧЕСКАЯ СИСТЕМА РАДИОЧАСТОТНОЙ ИДЕНТИФИКАЦИИ
HIERARCHICAL RADIO FREQUENCY IDENTIFICATION SYSTEM

Изобретение относится к области радиотехники и автоматизированных систем управления и может быть использовано в автоматизированных системах управления движением материальных потоков, например, при сборочном производстве и распределении.
Известна система радиочастотной идентификации, состоящая из совокупности радиочастотных идентификационных меток, закрепленных на объектах материального потока, радиосчитывателей (транспондеров) и хранилища данных, соединенного с радиосчитывателями интерфейсом ввода-вывода данных [9]. В такой системе транспондер, читая по радиоканалу данные радиочастотной идентификационной метки, сопоставляет их с идентификатором хранилища данных и получает из хранилища расширенную информацию о материальном объекте, которому принадлежит метка.
Недостатком такой системы является возникновение ошибок считывания метки (коллизий) в том случае, когда в зоне действия транспондера находится несколько материальных объектов потока, оснащенных радиочастотными метками. Этот недостаток затрудняет получение информации об объектах материального потока, расположенных в компактных объемах пространства, например, консолидированных в общей упаковке.
Известна система радиочастотной идентификации, содержащая приемопередатчик с антенной и, по крайней мере, одну радиочастотную метку на поверхностных акустических волнах (ПАВ), представляющую собой линию задержки (ЛЗ) на ПАВ, имеющую приемо-передающий встречно-штыревой преобразователь (ППВШП), антенну, и соединенные с антенной отражатели ПАВ. В данной системе опрашивающий сигнал, излученный антенной приемопередатчика, принимается антенной, подсоединенной к ППВШП, далее преобразуется в ПАВ, которые затем отражаются от отражателей, формируя кодовую последовательность, которая с помощью ППВШП преобразуется в электромагнитный сигнал и излучается через антенну на приемопередатчик. Расстояние идентификации также может быть увеличено надлежащим подбором рабочих частот и антенны. Недостатком данной конструкции является невозможность одновременного опроса нескольких устройств идентификации. В противном случае, при одновременном опросе нескольких таких устройств идентификации ответные сигналы от них придут одновременно и кодовые последовательности наложатся друг на друга, делая невозможным независимое считывание кода каждого устройства [10].
Наиболее близкой к предлагаемому изобретению является иерархическая система радиочастотной идентификации [1], содержащая дочерние метки с идентификаторами, вход и выход которых подключены по радиоканалу к первому входу и выходу пишущего транспондера, последовательно соединенные по входу и выходу хранилище данных и интерфейс ввода-вывода, вторые вход и выход которого соединены со вторыми входом и выходом пишущего транспондера, родительскую метку с идентификатором и счетчиком, вход и выход которых подключены по радиоканалу к третьему выходу и третьему входу пишущего транспондера соответственно, которая и выбрана в качестве прототипа.
Система-прототип работает следующим образом. Пишущий транспондер последовательно читает идентификатор родительской метки верхнего уровня иерархии, прибавляет к нему идентификационный номер 1 в специально зарезервированных разрядах и записывает его как идентификационный номер в дочернюю метку. Затем обращается к родительской метке и записывает единицу в счетчик (регистр числа). По окончании записи процедура повторяется для следующей дочерней метки, но теперь в отведенных для идентификации разрядах дочерней метки записывается число 2, а в родительской метке в счетчик вместо 1 записывается 2. По окончании процедуры перебора дочерних меток формируется иерархическая структура первого уровня, в которой в родительской метке записан основной идентификатор и число дочерних меток, а в каждой дочерней метке записан основной идентификатор и порядковый номер этой метки в уровне иерархии.
Таким образом, в системе-прототипе достаточно прочесть идентификационные данные родительской метки, чтобы через интерфейс ввода-вывода извлечь из хранилища данных сведения об объектах материального потока, идентифицируемого системой, а также прочесть данные счетчика, чтобы узнать число активированных дочерних меток (число объектов материального потока).
Система позволяет строить многоуровневую иерархию учета с соответствующим отражением ее в структуре хранилища данных.
Недостатком системы-прототипа также является возникновение коллизий в случае нахождения в зоне действия пишущего транспондера одновременно родительской и дочерних меток. Указанный недостаток не позволяет размещать родительскую метку вместе с объектами материального потока, отмеченными дочерними радиочастотными метками, например, в консолидирующей радиопрозрачной таре. Метка должна храниться отдельно либо извлекаться из общей упаковки перед считыванием, что затрудняет процесс автоматизации управления движением материального потока.
Целью предлагаемого изобретения является устранение коллизий чтения родительских радиочастотных меток при нахождении их в зоне действия пишущего транспондера вместе с дочерними метками.
Указанная цель достигается за счет того, что в иерархическую систему радиочастотной идентификации, содержащую родительскую метку с регистром идентификации и регистром счета, дочерние метки с регистрами идентификации, последовательно соединяемые по входу и выходу радиоканалом первой частоты с первым выходом и первым входом первого пишущего транспондера, последовательно соединенные по входу и выходу хранилище данных и интерфейс ввода-вывода, дополнительно введены буфер данных и второй пишущий транспондер, настроенный на вторую частоту.
Первый вход и выход буфера данных подключены ко второму выходу и второму входу первого пишущего транспондера. Первый вход и первый выход второго пишущего транспондера соединены с первым выходом и первым входом родительской метки радиоканалом второй частоты. Второй вход и второй выход второго пишущего транспондера соединены соответственно со вторым выходом и вторым входом буфера данных. Третий вход и третий выход второго пишущего транспондера соединены соответственно со вторым выходом и вторым входом интерфейса ввода-вывода.
На фигуре 1 приведена структурная схема предлагаемой иерархической системы радиочастотной идентификации для двух уровней иерархии, состоящая из буфера данных 1, второго пишущего транспондера 2, родительской метки 3, дочерних меток 4.1…4.N, первого пишущего транспондера 5, интерфейса ввода-вывода 6 и хранилища данных 7.
Входы и выходы дочерних меток 4.1…4.N по радиоканалу первой частоты последовательно подключаются к первому выходу и первому входу первого пишущего транспондера 5. Второй вход и второй выход первого пишущего транспондера 5 подключены к первому выходу и первому входу буфера данных 1 соответственно. Второй вход и второй выход буфера данных 1 подключены ко второму выходу и второму входу второго пишущего транспондера 2 соответственно. Первый вход и первый выход второго пишущего транспондера 2 подключены по радиоканалу второй частоты к выходу и входу родительской метки 3 соответственно. Третий вход и третий выход второго пишущего транспондера 2 подключены ко второму выходу и второму входу интерфейса ввода-вывода 6 соответственно. Первый вход и первый выход интерфейса ввода-вывода данных 6 подключены к выходу и входу хранилища данных 7 соответственно.
Предлагаемая иерархическая система радиочастотной идентификации работает следующим образом. Второй пишущий транспондер 2 через интерфейс ввода-вывода 6 читает из хранилища данных идентификатор, выделенный программным обеспечением СУБД для данного семейства радиочастотных меток и сопоставленный в хранилище данных 7 с описанием конкретного объекта материального потока.
Второй пишущий транспондер 2 по радиоканалу второй частоты записывает полученный идентификатор в родительскую метку верхнего уровня иерархии 3, затем прибавляет к нему идентификационный номер 1 в специально зарезервированных разрядах и записывает его как идентификационный номер в буфер данных 1. После этого первый пишущий транспондер 5 читает из буфера данных 1 записанный в нем идентификационный номер и по радиоканалу первой частоты записывает его в первую дочернюю радиочастотную метку 4.1. По окончании записи второй пишущий транспондер 2 по радиоканалу второй частоты обращается к родительской метке 3 и записывает единицу в ее счетчик (регистр числа).
Через интерфейс ввода-вывода 6 второй транспондер 2 передает в хранилище данных 7 значение счетчика родительской метки 3 и сформированный идентификационный номер дочерней метки 4.1 с добавленной единицей.
Процедура, без изменения полученного вначале идентификатора родительской метки 3, повторяется для следующей дочерней метки 4.2, но теперь в отведенных для идентификации разрядах дочерней метки 4.2 записывается число 2, а в родительской метке 3 в счетчик вместо 1 записывается 2. Эти же данные поступают в хранилище данных 7 через интерфейс ввода-вывода 6 от второго пишущего транспондера 2. По окончании процедуры перебора дочерних меток формируется иерархическая структура первого уровня, в которой в родительской метке 3 записан основной идентификатор и число дочерних меток N, а в каждой дочерней метке 4.1…4.N записан основной идентификатор и порядковый номер этой метки в уровне иерархии. При этом в хранилище данных идентификатору родительской метки поставлено в соответствие описание класса идентифицированных объектов материального потока и их число, а каждому идентификатору дочерней метки поставлено в соответствие описание конкретного объекта материального потока и его порядковый номер в классе.
Объекты материального потока с дочерними метками 4.1…4.N размещаются вместе в консолидирующей таре. Родительская метка 3 также размещается в таре в месте, доступном для считывания. При необходимости получения информации об объектах материального потока, размещенных в консолидированной таре, второй пишущий транспондер подключается к родительской метке 3 по радиоканалу второй частоты, считывает ее идентификационный номер и счетчик, через интерфейс ввода-вывода 6 обращается в хранилище данных 7 и получает описание класса объектов материального потока, размещенных в этой таре.
Первая и вторая частоты радиоканалов первого и второго пишущих транспондеров 5 и 2 выбираются таким образом, чтобы исключить взаимное влияние второго пишущего транспондера 2 на дочерние метки 4.1…4.N и влияние первого пишущего транспондера 5 на родительскую метку 3. Благодаря этой частотной развязке исключаются коллизии при обращении второго пишущего транспондера к родительской метке, когда в зоне его действия находятся также и дочерние метки.
Алгоритм выполнения операций записи идентификаторов в родительскую метку 3 и дочерние метки 4.1…4.N представлен на фигуре 2.
При частичном последовательном извлечении объектов материального потока с дочерними метками 4.1…4.N из консолидированной тары для их использования по назначению первый пишущий транспондер 5 по радиоканалу первой частоты подключается к выходу дочерней метки, считывает ее уникальный идентификатор, содержащий код класса и порядковый номер в классе, и записывает эти данные в буфер данных 1. Второй пишущий транспондер 2 читает эти данные и через интерфейс ввода-вывода 6 передает их в хранилище данных 7 для фиксации процедуры извлечения именно этого объекта материального потока из консолидирующей тары. Второй пишущий транспондер 2 по радиоканалу второй частоты подключается к входу родительской метки 3 и записывает в ее счетчик новое число, на единицу меньшее предыдущего.
Благодаря частотной развязке между радиоканалами первой и второй частоты коллизии в ходе процедур чтения дочерних меток 4.1…4.N и записи в родительскую метку 3 не возникает, несмотря на то, что они находятся в зоне действия как первого, так и второго пишущего транспондеров 5 и 2 соответственно.
Алгоритм выполнения операций при извлечении объектов материального потока представлен на фигуре 3.
За счет устранения коллизий чтения и записи данных родительской и дочерних меток, расположенных компактно в общей консолидированной таре в зоне действия первого и второго пишущих транспондеров, появляются широкие возможности для автоматизации процессов управления материальными потоками, изложенные в [9], что является положительным эффектом применения предлагаемого изобретения.
Устройство дочерних и родительских радиочастотных меток известно и описано, например, в [8].
Устройство первого и второго пишущих транспондеров известно и описано, например, в [8].
Устройство хранилища данных известно и описано, например, в [5].
Устройство интерфейса ввода-вывода известно и описано, например, в [6].
Буфер данных 1 может быть построен как на основе устройств, реализующих сетевые протоколы обмена, например входящих в состав CISCO Storage Network Solutions, описанные в [2], так и реализован в виде сменных карт памяти, описанных, например в [3].
Литература
1. Carmeli Boaz (Koranit, IL) Hierarchical RFID [Patent]: United States Patent Application 20080186147: A1. - USA, 07 08, 2008.
2. Erum Frahim Richard Froom, Phil Lowden Cisco Storage Solutions for Business Continuance [Book]. - [s.l.]: Cisco Press, 2008.
3. Ito Toshiyasu Iwasaki Hiroshi, Ohara Minoru Memory card [Patent]. - US Patent 5892213, 05 05,1998.
4. Paris Kitsos Yan Zhang RFID Security: Techniques, Protocols and System-On-Chip Design [Book]. - [s.l.]: Springer, 2008.
5. Ramez Elmasri Shamkant B. Navathe Fundamentals of Database Systems (5th Edition) [Book]. - [s.l.]: Addison Wesley, 2006.
6. Дшхунян Валерий, Шаньгин Владимир Электронная идентификация. Бесконтактные электронные идентификаторы и смарт-карты [Книга]. - [s.l.]: ACT, HT Пресс, 2004.
7. Лахири Сандип RFID. Руководство по внедрению [Книга]. - [s.l.]: КУДИЦ-Пресс, 2007.
8. Финкенцеллер Клаус Справочник по RFID. Теоретические основы и практическое применение индуктивных радиоустройств, транспондеров и бесконтактных чип-карт [Книга]. - [s.l.]: Додэка ХХI, 2008.
9. Шатт Джеффри Г. Управление товарным потоком. Руководство по оптимизации логических цепочек [Книга]. - [s.l.]: Гревцов Паблишер, 2008.
10. Патент ФРГ №1279785 А.