CN1741400B - 选择一个或多个应答器的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及通过基站从多个应答器中选择一个或多个应答器的方法，它以基于时隙的ALOHA-选择方法为基础，其中基站预给定一些编号的时隙，及在相应的应答器中产生的随机数确定一个时隙，在该时隙中应答器向基站发送其应答器特定的识别信息。根据本发明，在应答器中借助随机数发生器产生随机数，在接收到由基站发送的选择命令后，随机数发生器被切换到计数器工作状态中，在其期间当基站传输时隙的开始时，随机数发生器的计数器读数递增或递减，当其随机数发生器的计数器读数等于预定的值时，应答器向基站传送识别信息，及应答器接着又被切换到用于产生随机数的工作状态。本发明还涉及其在基于应答器的识别***和远程传感器中的应用。

Description

选择一个或多个应答器的方法
技术领域
本发明涉及一种通过基站从多个应答器中选择一个或多个、尤其是基于反向散射(rückstreubasierter)的应答器的方法，其中通过一个基站从多个应答器中选择一个或多个、尤其是基于反向散射的应答器的方法，该方法以基于时隙的ALOHA-选择方法为基础，其中该基站预给定一些被编号的时隙，及一个在一个相应的应答器中产生的随机数确定一个时隙，在该时隙中该应答器向该基站发送其应答器特定的识别信息(ID)。
背景技术
这种选择方法也被称为反碰撞方法，它例如使用在无接触的识别***中或所谓的射频识别(RFID)***中。这种***通常由一个基站或一个阅读装置及多个同时位于基站作用范围中的应答器或远程传感器组成。当只在一个或一组应答器与基站之间应进行数据传输时，必须在相应的数据传送前执行一个这样的选择方法。
基本上在这方面区分为随机的及确定的选择方法。无论关于是确定的选择方法还是随机的选择方法的详细描述例如可在KlausFinkenzeller著的教科书“RFID手册”(2002年，HANSER出版社，第3版)中看到，尤其参见章节7.2-多重存取方法。
与确定的方法相反，随机的方法不是以单值的、所谓唯一的识别标记(U-ID)为前提，该识别标记的结构例如被描述在标准ISO 15963中。这种U-IDs的配给主要由与制造者相关的各种机构来作出，例如由EAN/UCC或IATA。该配给也可由制造者自己来作出。因此总地在开式***中-其中任意制造者的应答器可位于基站的作用区域中，不总能保证U-ID的唯一性。随机的方法即使在该情况下也可实现选择。这种随机的方法的例子为所谓的ALOHA-方法，基于时隙的或时隙的ALOHA-方法及动态的基于时隙的ALOHA-方法。
ALOHA-方法是一种应答器控制的、随机的方法，其中这些应答器在时间上错开地发送它们的待传输的数据。该时间的错开通常基于在应答器中产生的随机数来调节。当多个应答器在相同时隙内发送了识别信息(Kennung)时，将出现所谓的碰撞(Kollision)。这通常阻碍了基站无误地接收所发送的数据。
与简单的ALOHA-方法相比，在基于时隙的ALOHA-方法中碰撞的概率明显地减小。它是一种由基站控制的、随机的方法，其中应答器仅在确定的、同步的时刻有效，即以开始数据的传输开始。为此基站预给定编号的时隙(或Slots)及应答器各产生一个随机数，其中其随机数相应于时隙编号的每个应答器在该时隙中向基站发送数据或识别信息。为了导入选择方法，基站通常向应答器发送一个命令，通过该命令指示选择程序的开始。在接收该命令后，在应答器中可以存储相应的、例如事先在应答器中产生或计算的随机数。当在一个时隙内仅一个应答器发送识别信息时，该应答器可在该时隙内被选择或可由基站通过发送命令或应答信号来选择。然后基站可在该应答器上进行例如写和/或读操作。
当多个应答器在同一时隙内发送识别信息时，将出现碰撞。基站根据位编码可直接地或延迟地识别这种碰撞及跳过相应的时隙及试图用其中不出现碰撞的时隙来完成工作，或通过向应答器发送一个相应的命令导入新的选择程序。因为应答器通常产生及存储新的随机数，所以存在着现在不再出现碰撞的可能性。
碰撞的概率取决于基站作用区域中的应答器的数目及所提供的时隙的数目。因为应答器的数目可很强地波动，所以时隙的数目的静态确定可导致一些问题。如果时隙的数目过小，则碰撞概率大为增加。如果时隙的数目过大，则相应地存在多个其中无应答器传输数据的时隙。因此在这两种情况下该选择方法所需的时间均大为增加。为了实现数据吞吐量的优化，在其中应答器传输数据的时隙的数目应该选择得大致等于应答器的数目。
为了解决该问题，有动态的基于时隙的ALOHA-方法，其中可用的时隙的数目可通过基站控制。例如基站可用小数目的时隙导入一个选择方法。当在此情况下通常出现碰撞时，基站可导入一个新的选择方法，其中时隙的数目增大，由此使碰撞概率减小。
为了产生用于随机的方法的随机数已公知各种方法。例如可将应答器复位与第一符号被接收的时刻之间的时间用作为随机数计算的基础。其它方法是使来自应答器的两个不同存储区域的数彼此结合，以便求得随机数，其中为了更精细还可在计算中将一个接收的数据计算在内。
另外的方法是使用线性反馈移位寄存器来产生随机数，它例如可用一个时钟源(Taktversorgung)工作，该时钟源在不同的应答器之间具有一定的发散性(Streuung)。在一定的工作时间之后不同的应答器的移位寄存器基于它们各自的时钟源则具有不同的、可用做随机数的值。
在基于时隙的ALOHA-方法中，基站预先给出编号的时隙(或Slots)，其随机数相应于时隙编号的应答器在该时隙中向基站发送数据或一个识别信息。
按传统的方式，为此在一个应答器中除了随机数发生器还设置有所谓的时隙计数器和二进制的比较器。在通过基站导入选择方法后，当基站通过发送一个相应的命令来指示一个新的Slots或时隙的开始时，时隙计数器以一个初始值开始进行递增或递减。二进制比较器将随机数发生器中存在的随机数与时隙计数器当前的时隙号进行比较，并且当随机数和时隙号一致时，相应应答器向基站传输它的识别信息。因为随机数发生器和时隙计数器被作为分离的单元构成，所以这种实现方式需要相对多的芯片面积。
发明内容
本发明的任务在于提供一种通过基站从多个应答器中选择一个或多个、应答器的方法，它可以可靠及省时的进行选择，并且在转换的时候在应答器中仅需要相对较小的芯片面积。
根据本发明，提出了一种通过一个基站从多个应答器中选择一个或多个、尤其是基于反向散射的应答器的方法，该方法以基于时隙的ALOHA-选择方法为基础，其中该基站预给定一些被编号的时隙，及一个在一个相应的应答器中产生的随机数确定一个时隙，在该时隙中该应答器向该基站发送其应答器特定的识别信息，其中，在一个相应的应答器中借助于一个随机数发生器产生该随机数，在接收到一个由该基站发送的选择命令之后，该相应的随机数发生器被切换到一个计数器工作状态中，在该计数器工作状态期间当该基站传输一个时隙的开始时，该随机数发生器的计数器读数被递增或递减，当该相应的应答器的随机数发生器的计数器读数等于一个预定的值时，该相应的应答器向该基站传送该应答器特定的识别信息，及该相应的随机数发生器接着又被切换到用于产生随机数的工作状态中。
本发明通过具有上述特征的方法来解决这个问题。
根据本发明，在一个相应的应答器中借助于一个随机数发生器来产生一个随机数。在接收到一个由基站发送的选择命令后，随机数发生器被切换到一个计数器工作状态中。在计数器工作状态期间随机数发生器作为正常的计数器或时隙计数器工作。当基站传输一个时隙的开始时，作为计数器工作的随机数发生器的计数器读数被递减或递增。当随机数发生器的计数器读数等于一个预定的值时，相应的应答器向基站传输一个应答器特定的识别信息。该相应的随机数发生器接着又被切换到用于产生随机数的工作状态。通过随机数发生器在确定的时间间隔期间也用作时隙计数器，可取消分离的、仅用于此目的的时隙计数器。这减少了所需的芯片面积。通过在发送了应答器特定的识别信息之后将随机数发生器切换到用于产生随机数的工作状态，实现重新的随机数产生的尽可能早的开始。这在基于时钟源发散性的随机数产生的情况下保证了，随机数空间尽可能优化地被利用，因为在不同的应答器的时钟源中的差别由于更长的随机数产生持续时间而更强地发生作用。当接着该当前的选择过程、例如由于在一个时隙内部发生碰撞应实施一个另外的选择过程时，在相应的应答器中因此存在及时可用的随机数可供利用，从而在彼此相继的选择过程之间不需要等待时间。
在一个进一步构型中，借助于线性反馈移位寄存器产生随机数。这种移位寄存器可在产生随机数的工作状态和计数器工作状态之间简单地切换。此外，可借助于这种元件与一个用于给移位寄存器提供时钟的时钟源的发散性或不准确性相结合简单地产生随机数。
在另一个进一步构型中，到产生随机数的工作状态中的切换取决于，基站是否在接着应答器特定的识别信息的传输之后向应答器传输了一个命令。例如当基站向相应的应答器发送了一个应答命令时，则可停止到产生随机数的工作状态的切换。通过该应答命令，该应答器的选择被指示，也就是说它不是必然地参加下面选择过程。在这种情况下，在该应答器中可停止立刻切换到产生随机数的工作状态中，由此应答器的功率消耗减少了并且从而增大了其传输作用范围。
在另一个进一步构型中，随机数发生器的初始计数器读数是所产生的随机数，并且当应答器的随机数发生器的计数器读数是零的时候，该相应的应答器将其应答器特定的识别信息传送给基站。在此，随机数发生器仅仅变换至计数器工作状态并紧接着递增或递减计数器读数。一个分离的、用于存储随机数的存储单元因此不是必需的，由此所需的芯片面积被减少。在电路技术上，识别计数器读数已设为零可比与一个任意值进行比较更容易地被实现。这又减少了所需的芯片面积。
在另一个进一步构型中，该所产生的随机数被存储，紧接着该随机数发生器的计数器读数被置于一个初始值、特别是零，并且当该计数器读数等于所存储的随机数的值时，相应的应答器向基站传送其应答器特定的识别信息。
附图说明
本发明的有利的实施形式在附图中示出，并在下面被描述。这里概要示出了：
图1具有一个工作在产生随机数的工作状态或计数器工作状态的随机数发生器、一个控制逻辑单元和一个零识别单元的应答器的电路框图，
图2图1中所示的单元在选择过程期间的控制信号的时序图和
图3图1的应答器在图2所示的选择过程期间的状态图
具体实施方式
图1示出了一个基于反向散射的无源应答器TR的电路框图，该无源应答器TR具有一个控制逻辑单元SE、一个随机数发生器ZG、该随机数发生器根据通过控制逻辑单元SE所提供的信号RC或者工作在产生随机数的工作状态或者工作在计数器状态，并且该无源应答器TR还具有提供信号SA的零识别单元NE，该信号赋能一个应答器特定的识别信息向基站发送。
在用于产生随机数的工作状态中，随机数发生器ZG被配置为一个线性反馈移位寄存器，它以在应答器TR中所提供的时钟工作。在该应答器TR中所提供的时钟在不同的应答器之间具有一定的发散性，由此在一个运行时间(Laufzeit)之后在各个应答器的移位寄存器中调节出不同的值。在计数器工作状态中，随机数发生器ZG被配置成一个传统的计数器、例如配置为所谓的纹波计数器。
该零识别单元NE与该随机数发生器ZG相耦接，并且在随机数发生器ZG在计数器工作状态时监控随机数发生器ZG的计数器读数。如果随机数发生器ZG的计数器读数为零，信号SA有效，从而激活应答器特定的识别信息向基站的发送。
图2示出了图1中所示的单元在由基站BS进行的选择过程期间的控制信号的时序图。该选择方法或选择过程基于一个基于时隙的ALOHA-选择方法或者基于一个基于时隙的动态ALOHA-选择方法。
基站通过发送一个选择命令AK导入选择过程。应答器TR接收到该选择命令AK。由此，控制逻辑单元SE通过将电平由低变换到激活(aktiviert)信号RC。随机数发生器ZG在信号RC的电平转换之后通过线性反馈移位寄存器的时钟从产生随机数的工作状态被切换到计数器工作状态。当基站传输一个时隙的开始时，随机数发生器的计数器读数ZS在计数器工作状态期间递减。在此，初始的计数器读数ZS是在到切换计数器工作状态之前在移位寄存器中所包含的随机数。在所示的实施例中该初始的计数器读数ZS是3。
基站现在传输一个指示时隙开始的命令NS。接着，随机数发生器ZG的计数器读数ZS降低1，到2。零识别单元NE检验，计数器读数ZS是否为零。因为情况还不是如此，所以信号SA保持在一个低电平。
现在基站BS接着传输两个另外的命令NS，其中计数器读数ZS又每次降低1。在最后一个命令NS之后，计数器读数ZS为零。该零识别单元NE识别到这一点，并通过由低到高的电平变换激活信号SA。应答器TR接着向基站BS传输一个应答器特定的识别信息ID。
基站BS接收到应答器特定的识别信息ID，并向应答器TR发送一个应答信号QS。该应答器TR现在在当前的时隙内被选择出，这通过信号SEL来指示。基站BS则可在该应答器TR上实施例如未被示出的写和/或读操作。
在紧接着通过应答器TR的应答器特定的识别信息ID的传输之后，控制逻辑单元SE通过由高到低的电平变换使信号RC无效(deaktiviert)。随机数发生器ZG在紧接着信号RC的电平变换之后通过线性反馈移位寄存器的时钟又被切换到产生随机数的工作状态，其中为移位寄存器分配一个初始值X。该切换可能在所示的情形下被停止，因为基站BS发送应答信号QS。
在同应答器TR的所需的操作结束之后，基站BS传输另一个命令NS，由此指示一个新的时隙，在其中另外的、未被示出的应答器可被选择出。所示的应答器接着从当前的选择过程中退出。
图3示出了图1所示的应答器在图2所示的选择过程期间的状态图。在选择过程的开始，接收到命令AK之前，应答器TR处于初始状态Z1。在该状态Z1中，随机数发生器ZG连续地产生随机数。
当应答器TR接收到由基站BS所发送的命令AK时，它变换到状态Z2。在状态Z2中，随机数发生器ZG被切换到计数器工作状态。该初始的计数器读数ZS在此是在到计数器工作状态的切换之前在移位寄存器中所包含的随机数。应答器现在等待命令NS的接收。
当应答器TR接收到由基站BS所发送的命令NS时，它变换到状态Z3并使计数器读数ZS递减。在状态Z3中，在接收到基站的命令NS之后，计数器读数ZS每次递减1。
当计数器读数ZS为零时，应答器TR变换到状态Z4，在该状态中它向基站BS发送其应答器特定的识别信息ID。随机数发生器ZG接着又被切换到产生随机数的工作状态。应答器现在等待接收基站BS的应答命令QS。
当应答器TR接收到由基站BS所发送的应答命令QS时，被变换到状态Z5中，在该状态期间该应答器被选择出。基站BS则可在该应答器上实施例如未被示出的写和/或读操作。
当应答器TR接收到由基站BS所发送的另一命令NS时，它又变换到状态Z1，也就是说它从当前的选择过程中退出并等待一个新的选择命令AK。
可以理解，所示的这些图仅仅具有示例的特征，并且仅用于示例地演示本发明的选择方法。
所示实施例的一个变化的方案是，所产生的随机数在接收到命令AK之后可被存储，其中，现在作为计数器工作的随机数发生器的计数器读数接着被置于一个初始值、特别是零。该计数器读数如所示的实施例一样地也被以每个命令NS递增。当计数器读数等于随机数的所存储的值时，该应答器向基站传输其应答器特定的识别信息。
所示的实施形式减少了用于基于时隙的选择方法所需的组件的数量，由此可减少所需的芯片面积。通过及时地切换到更新的随机数产生上，可供使用的随机数空间被附加地更好的利用。在必要的时候，这可使得已经紧接着的、另外的选择过程成为可能。

Claims (5)

1.通过一个基站(BS)从多个应答器中选择一个或多个基于反向散射的应答器(TR)的方法，
-该方法以基于时隙的ALOHA-选择方法为基础，其中该基站(BS)预给定一些被编号的时隙，及在一个应答器中产生的随机数确定一个时隙，在该时隙中该应答器向该基站(BS)发送其应答器特定的识别信息(ID)，
其特征在于，
-在该应答器(TR)中借助于一个随机数发生器(ZG)产生该随机数，
-在接收到一个由该基站发送的选择命令(AK)之后，该随机数发生器(ZG)被切换到一个计数器工作状态中，在该计数器工作状态期间当该基站(BS)传输一个时隙的开始时，该随机数发生器(ZG)的计数器读数(ZS)被递减或递增，
-当该相应的应答器(TR)的随机数发生器(ZG)的计数器读数(ZS)等于一个预定的值时，该相应的应答器(TR)向该基站(BS)传输该应答器特定的识别信息(ID)，及
-该相应的随机数发生器(ZG)接着又被切换到用于产生随机数的工作状态中。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，借助于一个线性反馈移位寄存器产生该随机数。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，当该基站(BS)在接着该应答器特定的识别信息(ID)的传输之后向该应答器(TR)传送一个命令(QS)，所述到该用于产生随机数的工作状态的切换停止。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，该随机数发生器(ZG)的一个初始的计数器读数(ZS)是该被产生的随机数，并且当该相应的应答器(TR)的随机数发生器的计数器读数(ZS)是零的时候，该相应的应答器(TR)向该基站(BS)传输其应答器特定的识别信息(ID)。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，该所产生的随机数被存储，紧接着该随机数发生器(ZG)的计数器读数(ZS)被置于一个初始值，并且当该计数器读数(ZS)等于该随机数的该被存储的值时，该相应的应答器(TR)向该基站传输其应答器特定的识别信息。
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