JP4522824B2

JP4522824B2 - Ｒｆｉｄシステム

Info

Publication number: JP4522824B2
Application number: JP2004332351A
Authority: JP
Inventors: 敬介野田
Original assignee: Toshiba TEC Corp
Current assignee: Toshiba TEC Corp
Priority date: 2004-11-16
Filing date: 2004-11-16
Publication date: 2010-08-11
Anticipated expiration: 2024-11-16
Also published as: JP2006148258A

Description

本発明は、ＲＦタグと無線通信を実行する複数の無線通信装置を備えたＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）システムに関する。

この種のＲＦＩＤシステムとしては、例えば、図書館で用いられるＲＦＩＤシステムがある（例えば、特許文献１参照）。ＲＦＩＤシステムが導入された図書館では、例えば、図書貸出カウンタ、図書返却カウンタ、盗難防止ゲートなどに無線通信装置であるＲＦタグリーダライタユニットが設置されている。そして、それらのＲＦリーダライタユニットが行う図書に設けられ図書情報が記憶されたＲＦタグとの無線通信を用いて、図書の貸出処理、返却処理、盗難防止処理を実行する。

このように図書館等使用されるＲＦＩＤシステムは、現在、比較的通信距離の短い１３．５６ＭＨｚ帯の電磁誘導によりデータ通信を行う方式が主流となっている。

特開２００３−１２６７４４公報

ところで、電磁誘導方式は、通信距離が短い、ＲＦタグのサイズが大きく値段も高いので、図書館などでは、２．４ＧＨｚ帯やＵＨＦ帯を使用し、通信距離が長くＲＦタグのサイズも小さい電波方式のＲＦＩＤが今後の主流となるものと考えられている。

しかしながら、電波方式のＲＦＩＤシステムでは、通信距離が長いので、複数のＲＦリーダライタが同時に同じ周波数を使用することによって、混線してしまうという問題がある。例えば、図書貸出カウンタに設置されたＲＦタグリーダライタユニットとデータ通信をしているＲＦタグから発信されたデータを図書返却カウンタや盗難防止ゲートに設置されたＲＦリーダライタが読み取ってしまう。

これを解決するには、周波数帯域を複数に分割して、各ＲＦタグリーダライタユニットに対して分割した周波数帯域を割り当てるということが考えられるが、無線通信を良好に行うためには、周波数帯域の分割数に限界がある。よって、ＲＦタグリーダライタユニットの個数によっては、周波数分割数よりもＲＦタグリーダライタユニットの個数の方が多くなってしまい、この場合には、ひとつの周波数帯域を複数のＲＦタグリーダライタユニットに割り当てなければならず、やはり、混線が生じてしまうことが考えられる。

本発明の目的は、周波数分割数よりも個数の多い無線通信装置を備えたＲＦＩＤシステムにおけるデータ通信の正確性を向上させることである。

本発明のＲＦＩＤシステムは、無線通信に使用する周波数帯域の分割数よりも多い個数設けられ、ＲＦタグと無線通信を実行する無線通信装置と、前記周波数帯域を分割して得られた分割周波数帯域を１対１の関係で割り当てる前記無線通信装置を規定時間毎に変更して、全ての前記無線通信装置に前記分割周波数帯域を順次割り当てる処理を繰り返し行う手段と、を備え、前記通信装置は、前記手段によって前記分割周波数帯域が割り当てられているときだけ無線通信を実行し、その無線通信には割り当てられた前記分割周波数帯域を用いることを特徴とする。

本発明によれば、周波数分割数よりも個数の多い無線通信装置を備えたＲＦＩＤシステムにおけるデータ通信の正確性を向上させることができる。

本発明の一実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施の形態は、図書館システムＡで用いられるＲＦＩＤシステムへの適用例である。

図１は本実施の形態のＲＦＩＤシステム１を含む図書館システムＡの構成を概略的に示すシステム構成図である。図１に示すように、図書館システムＡには、第１〜第３の貸出カウンタ２に設定された図書貸出処理用の装置３、返却カウンタ４に設置された図書返却処理用の装置５、出口付近に設置された盗難防止処理用の盗難防止ゲート６、図示しないシステムサーバ等がＬＡＮ接続されて構成されている。図書貸出処理用の装置３は、図書貸出用のＰＣ（Personal Computer）７及び無線通信装置であるＲＦタグリーダライタユニット８ａ，８ｂ，８ｃである。図書返却処理用の装置５は、図書返却用のＰＣ及びＲＦタグリーダライタユニット８ｄである。また、盗難防止ゲート６には、６個のＲＦタグリーダライタユニット８ｅ，８ｆ，８ｇ，８ｈ，８ｉ，８ｊが設けられている。

また、図書館システムＡには、全てのＲＦタグリーダライタユニット８（８ａ〜８ｊ）を制御する制御装置であるＲＦタグリーダライタユニット８制御用のＰＣ（以後、制御ＰＣと呼ぶ）１０が設けられている。この制御ＰＣ１０には、各ＲＦタグリーダライタユニット８がＬＡＮケーブル１１及びハブ（Hub）１２を経由して接続されている。そして、ＬＡＮ接続された制御ＰＣ１０及びＲＦタグリーダライタユニット８によってＲＦＩＤシステム１が構成されている。この図書館システムＡでは、図書に設けられ当該図書の識別データなどの図書データを記憶したＲＦタグ（図示せず）に対してＲＦタグリーダライタユニット８が実行するデータ通信を用いて、周知の図書貸出処理、図書返却処理や盗難防止処理を実行する。

図２はＲＦＩＤシステム１が使用する周波数帯域を説明するための説明図である。本実施の形態のＲＦＩＤシステム１において、ＲＦタグリーダライタユニット８とＲＦタグとの間で行う無線通信は、周波数帯域として２．４ＧＨｚ帯やＵＨＦ帯などを使用する電波方式の無線通信である。本実施の形態では、周波数帯域を４つに分割して４つの分割周波数帯域を得て、詳細は後述するが、これらの４つの分割周波数帯域を１０個のＲＦタグリーダライタユニット８に順次割り当てるようにしている。ここで、周波数帯域の分割数は、分割後の分割周波数帯域同士が互いに影響し合わない広さに設定されている。この４つの分割周波数帯域をチャンネル１〜チャンネル４（図中では、ｃｈ１〜ｃｈ４）とする。

次に、ＲＦＩＤシステム１について説明する。

図３は制御ＰＣ１０が備える各部の電気的接続を示すブロック図である。図３に示すように、制御ＰＣ１０には、マイクロコンピュータ（以下、マイコンという）３０が備えられている。このマイコン３０は、各部の駆動制御や各種演算を行なうＣＰＵ（Central Processing Unit）３１に、バスライン３２を介して、起動プログラム等の固定的データを予め記憶するＲＯＭ（Read Only Memory）３３、各種データを書き換え自在に記憶するワークエリア等として機能するＲＡＭ（Random Access Memory）３４、時間を計時するタイマ３５とが接続されて構成されている。また、マイコンには３０には、例えばＬＡＮケーブル１１などを介して各ＲＦタグリーダライタユニット８やシステムサーバとの間でデータ通信を実行するためのＬＡＮインタフェース３６が、バスライン３２を介して接続されている。

また、マイコン３０には、バスライン３２及びＩ／Ｏ機器制御部３８を介して、表示器３９、キーボード４０が接続されている。さらに、マイコン３０には、バスライン３２を介してＨＤＤ（Hard Disk Drive）４１が接続されている。ＨＤＤ４１には、マイコン３０を動作させるコンピュータプログラムやチャンネル割当テーブルＴ１が記憶されている。このＨＤＤ４１に記憶されたコンピュータプログラム等は、制御ＰＣ１０の起動時にＲＡＭ３４にコピーされ、これによってマイコン３０による各部の駆動制御及び各種演算が可能な状態となる。

図４はチャンネル割当テーブルＴ１を示す模式図である。チャンネル割当テーブルＴ１は、規定時間ｔ毎にチャンネルｃｈ１〜ｃｈ４を割り当てるＲＦタグリーダライタユニット８を規定するためのテーブルである。本実施の形態では、チャンネル割り当てのためのタイムスロットが１〜５の順で設定されている。１つのタイムスロットの持ち時間が前述した規定時間ｔとなる。ここで、テーブル中のアンテナ５２は、ＲＦタグリーダライタユニット８が有する後述するアンテナ５２を示し、アンテナＩＤは、各アンテナ５２を識別するための識別情報である。

図５はＲＦタグリーダライタユニット８を概略的に示す外観斜視図である。ＲＦタグリーダライタユニット８（８ａ〜８ｊ）は、同じ構成であり、識別情報だけが異なる。図５に示すように、ＲＦタグリーダライタユニット８は、ＲＦタグリーダライタ５１とこのＲＦタグリーダライタ５１に接続されたアンテナ５２とから構成されている。このＲＦタグリーダライタユニット８は、アンテナ５２から電波を放射して図書に設けられたＲＦタグに対して情報の読み書き動作を実行する。

図６はＲＦタグリーダライタユニット８が備える各部の電気的接続を示すブロック図である。ＲＦタグリーダライタユニット８には、マイコン６０が備えられている。このマイコン６０は、ＣＰＵ６１に、バスライン６２を介して、ＲＯＭやＲＡＭから構成されるメモリ部６４、タイマ６５が接続されて構成されている。

また、マイコン６０には、バースバンド部６６ａ及びＲＦ部６６ｂから構成され、アンテナ５２から電波を送受信する無線部６６が接続されており、この無線部６６もマイコン６０の制御を受ける。

さらに、マイコンには、ＬＡＮケーブル１１及びハブ１２を介して制御ＰＣ１０が接続されて制御ＰＣ１０との間でデータ通信を実行するためのＬＡＮインタフェース６７が接続されている。ＬＡＮインタフェース６７は、詳しくは、ＬＡＮコネクタ６８とこのＬＡＮコネクタ６８が接続されたＬＡＮコントローラ６９とから構成されている。ＲＦタグリーダライタユニット８では、ＬＡＮコネクタ６８に電源回路７０が接続されており、ＬＡＮコネクタ６８から供給される電力を電源回路７０がＲＦタグリーダライタユニット８の各部に供給する構成となっている。

ハブ１２には、電源供給機能を有しており、この電源供給機能によって、ＨＵＢから各ＬＡＮケーブル１１を介してＲＦタグリーダライタユニット８に対して電源が供給される。具体的には、電源供給には、ＬＡＮケーブル１１が有する複数のラインのうちデータ伝送に使用されないライン（４、５、７、８ピン）を電源供給ラインとして使用する。

次に、ＲＦＩＤシステム１が行うデータ通信処理を図７ないし図１２に基づいて説明する。

まず、データ通信処理の概略を図７に示すタイムチャートに基づいて説明する。データ通信処理では、チャンネル割当テーブルＴ１に従って、まず、タイムスロット１に規定されているチャンネル割り当てを実行する。即ち、アンテナＩＤが１，２，３，４のアンテナ５２を有するＲＦタグリーダライタユニット８に、チャンネル１，２，３，４を割り当てる。そして、ＲＦタグリーダライタユニット８が割り当てられたチャンネルを使用して電波出力を行う。このとき、ＲＦタグリーダライタユニット８は、ＲＦタグから読み込んだデータを制御ＰＣ１０に送信する。この処理を規定時間ｔ実行する。

規定時間ｔが経過したならば、以後、タイムスロット２，３，４，５に規定されているチャンネル割り当てを規定時間ｔ毎に順次実行して、その時、チャンネルが割り当てられているＲＦタグリーダライタユニット８がデータ通信を行う。具体的には、タイムスロット２では、アンテナＩＤが５，６，７，８のアンテナ５２を有するＲＦタグリーダライタユニット８に、チャンネル１，２，３，４を割り当てる。タイムスロット３では、アンテナＩＤが９，１０，１，２のアンテナ５２を有するＲＦタグリーダライタユニット８に、チャンネル１，２，３，４を割り当てる。タイムスロット４では、アンテナＩＤが３，４，５，６のアンテナ５２を有するＲＦタグリーダライタユニット８に、チャンネル１，２，３，４を割り当てる。タイムスロット５では、アンテナＩＤが７，８，９，１０のアンテナ５２を有するＲＦタグリーダライタユニット８に、チャンネル１，２，３，４を割り当てる。タイムスロット５の後は、タイムスロット１に戻り、以後、上記処理を繰り返し行う。即ち、本実施の形態では、タイムスロット１〜５を１サイクルとして、このサイクルを以後繰り返し実行する。この１サイクルにおいては、全てのＲＦタグリーダライタユニット８に、あるチャンネルが割り当てられる時間帯が存在する。

次に、このデータ通信処理において、各装置が行う処理を詳しく説明する。まず、制御ＰＣ１０のＣＰＵ３１がコンピュータプログラムに従って実行するチャンネル割当処理を図８ないし図１１に基づいて説明する。ここで、図８は制御ＰＣ１０でのチャンネル割当処理の流れを示すフローチャート、図９はＲＡＭ３４に形成された各種の記憶エリアを示す模式図、図１０は制御データのデータ構造を示す模式図、図１１は制御ＰＣ１０でのタイマ割込み処理の流れを示すフローチャートである。

図８に示すチャンネル割当処理では、図９に示すように、ＲＡＭ３４に形成されたタイムスロットの値ｎを記憶するタイムスロット値ｎエリア８１、終了フラグエリア８２が使用される。

チャンネル割当処理では、まず、タイムスロット値ｎエリア８１の初期化としてタイムスロット値ｎエリア８１のタイムスロットの値ｎを１に設定する（ステップＳ１）。次に、タイマ３５の初期化を行い、タイマ３５の初期時間を０に設定する（ステップＳ２）。

次に、全ＲＦタグリーダライタユニット８に送信する制御データの生成を行う（ステップＳ３）。具体的には、ＲＡＭ３４のタイムスロット値エリアに記憶されているタイムスロット値ｎに対応するチャンネル割当テーブルＴ１の内容、電波送信開始時間、電波送信終了時間などを制御データとする。チャンネル割当テーブルＴ１の内容としては、各チャンネルを割り当てるＲＦタグリーダライタユニット８を示すアンテナＩＤなどである。電波送信開始時間には、タイマ３５の初期時間が用いられ、例えば、この処理の１ルーチン目では、ステップＳ２で設定された０である。また、２ルーチン以降では、その前のルーチンでのタイマ３５の終了時間（カウント時間）が当該ルーチンでの初期時間となる。電波送信終了時間は、電波送信開始時間に規定時間ｔを加算した時間である。ここで、図９に制御データのデータ構造を示す。

次に、生成した制御データを全ＲＦタグリーダライタユニット８に対してブロードキャスト送信し（ステップＳ４）、終了フラグエリア８２のフラグをクリアし、タイマ３５の終了時間をセットして、タイマ３５をスタートさせる（ステップＳ５）。タイマ３５の終了時間は、タイマ３５の初期時間に規定時間ｔを加算した時間である。また、同時にタイマ割込み処理を有効にする。

ここで、タイマ３５がスタートされると、図１１に示すタイマ割込み処理がスタートする。タイマ割込み処理では、タイマ３５のカウント時間が、ステップＳ５で設定された終了時間に達した場合（ステップＳ２１のＹ）、ＲＡＭ３４の終了フラグエリア８２にフラグをセットする（ステップＳ２２）。このとき、タイマ３５のカウント時間は、終了時間でストップした状態となる。

次に、チャンネル割当処理では、ステップＳ６に進み、データ通信を開始したＲＦタグリーダライタユニット８からのＲＦタグデータの受信に待機し（ステップＳ６）、ＲＦタグリーダライタユニット８からのＲＦタグデータを受信したならば（ステップＳ６のＹ）、受信したＲＦタグデータをシステムサーバに送信する（ステップＳ７）。このステップＳ６，Ｓ７の処理は、終了フラグエリア８２にフラグがセットされていない間繰り返し行われる（ステップＳ８のＮ）。

そして、タイマ割込み処理によって終了フラグエリア８２にフラグがセットされたならば（ステップＳ８のＹ）、タイマ３５の割り込みを禁止し、タイムスロット値ｎエリア８１のタイムスロットの値ｎに１を加算する（ステップＳ９）。

次に、タイムスロット値ｎエリア８１のタイムスロットの値ｎが５よりも大きくなったか否かを判断し（ステップＳ１０）、５以下の場合には（ステップＳ１０のＮ）、ステップＳ３に戻りステップＳ３〜ステップＳ１０の処理を繰り返し実行する。これにより、タイムスロット値１〜５に対応するチャンネル割当処理が実行される。

一方、タイムスロットの値ｎが５よりも大きい場合には（ステップＳ１０のＹ）、タイムスロット値ｎエリア８１のタイムスロットの値ｎを１に設定して（ステップＳ１１）、ステップＳ３に戻る。これにより、タイムスロット値１〜５に対応するチャンネル割当処理が繰り返し実行される。

次、各ＲＦタグリーダライタユニット８のＣＰＵ６１がコンピュータプログラムに従って実行するデータ通信処理を図１２ないし図１４に基づいて説明する。ここで、図１２はＲＦタグリーダライタユニット８でのデータ通信処理の流れを示すフローチャート、図１３はＲＦタグリーダライタユニット８のＲＡＭに形成された記憶エリアを示す模式図、図１４はＲＦタグリーダライタユニット８でのタイマ割込み処理の流れを示すフローチャートである。

図１２に示すデータ通信処理では、図１３に示すように、メモリ部６４ＲＡＭに形成された終了フラグエリア８３が使用される。

データ通信処理では、まず、制御ＰＣ１０から送信される制御データの受信まで待機し（ステップＳ３１のＮ）、制御データを受信したならば（ステップＳ３１のＹ）、受信した制御データに自機のアンテナＩＤがあるか否かを判断する（ステップＳ３２）。制御データに自機のアンテナＩＤが無い場合には（ステップＳ３２のＮ）、ステップＳ３１に戻る。

制御データに自機のアンテナＩＤが有る場合には（ステップＳ３２のＹ）、終了フラグエリア８３のフラグをクリアし、制御データ中の電波送信開始時間、電波送信終了時間をタイマ６５の初期時間及び終了時間としてセットして、タイマ６５をスタートさせる（ステップＳ３３）。また、同時にタイマ割込み処理を有効にする。

ここで、タイマ６５がスタートされると、図１４に示すタイマ割込み処理がスタートする。タイマ割込み処理では、タイマ６５のカウント時間が、ステップＳ３３で設定されたタイマ６５の終了時間に達した場合（ステップＳ４１のＹ）、メモリ部６４のＲＡＭの終了フラグエリア８３にフラグをセットする（ステップＳ４２）。このとき、タイマ６５のカウント時間は、終了時間でストップした状態となる。

次に、データ通信処理では、ステップＳ３４に進み、制御データによって指定されたチャンネルでの電波によって、ＲＦタグデータの読出命令のＲＦタグに対する送信を開始する。そして、ＲＦタグからのＲＦタグのデータを受信したならば（ステップＳ３５のＹ）、受信したＲＦタグデータを制御ＰＣ１０に送信する（ステップＳ３６）。このステップＳ３５，Ｓ３６の処理は、終了フラグエリア８３にフラグがセットされていない間繰り返し行われる（ステップＳ３７のＮ）。

そして、タイマ割込み処理によって終了フラグエリア８３にフラグがセットされたならば（ステップＳ３７のＹ）、タイマ６５の割り込みを禁止し、電波出力を停止する（ステップＳ３８）。

以上説明したように、本実施の形態では、無線通信に使用する周波数帯域の分割数（本実施の形態では、５）よりも無線通信装置であるＲＦタグリーダライタユニット８の個数（本実施の形態では、１０）が多い構成において、チャンネル（分割周波数帯域）を１対１の関係で割り当てるＲＦタグリーダライタユニット８を規定時間ｔ毎に変更して、全てのＲＦタグリーダライタユニット８に分割周波数帯域を順次割り当てる処理を繰り返し行うようにし、ＲＦタグリーダライタユニット８では、分割周波数帯域が割り当てられているときだけ無線通信を実行し、その無線通信には割り当てられた分割周波数帯域を用いるので、ある時間帯においては、１つのチャンネルを一つのＲＦタグリーダライタユニット８のみが使用するので、ＲＦＩＤシステム１における混線の発生を防止することができる。従って、周波数分割数よりも個数の多いＲＦタグリーダライタユニット８を備えたＲＦＩＤシステム１におけるデータ通信の正確性を向上させることができる。

また、本実施の形態においては、無線通信装置であるＲＦタグリーダライタユニット８を制御する制御装置である制御ＰＣ１０と、ＬＡＮケーブル１１を介して各ＲＦタグリーダライタユニット８と制御ＰＣ１０とを接続するハブ１２と、を備え、ハブ１２からＬＡＮケーブル１１を介して各ＲＦタグリーダライタユニット８に電力が供給されることにより、ＬＡＮケーブル１１が電源ラインを兼ねるので、ＲＦＩＤシステム１の構成を簡略化することができる。

本発明の一実施の形態のＲＦＩＤシステムを含む図書館システムの構成を概略的に示すシステム構成図である。ＲＦＩＤシステムが使用する周波数帯域を説明するための説明図である。制御ＰＣが備える各部の電気的接続を示すブロック図である。チャンネル割当テーブルを示す模式図である。ＲＦタグリーダライタユニットを概略的に示す外観斜視図である。ＲＦタグリーダライタユニットが備える各部の電気的接続を示すブロック図である。データ通信処理の流れを示すタイムチャートである。制御ＰＣでのチャンネル割当処理の流れを示すフローチャートである。制御ＰＣ１０のＲＡＭに形成された記憶エリアを示す模式図である。制御データのデータ構造を示す模式図である。制御ＰＣでのタイマ割込み処理の流れを示すフローチャートである。ＲＦタグリーダライタユニットでのデータ通信処理の流れを示すフローチャートである。ＲＦタグリーダライタユニットのＲＡＭに形成された記憶エリアを示す模式図である。ＲＦタグリーダライタユニットでのタイマ割込み処理の流れを示すフローチャートである。

符号の説明

１…ＲＦＩＤシステム
８…無線通信装置
１０…制御装置
１１…ＬＡＮケーブル
１２…ハブ

Claims

無線通信に使用する周波数帯域の分割数よりも多い個数設けられ、ＲＦタグと無線通信を実行する無線通信装置と、
前記周波数帯域を分割して得られた分割周波数帯域を１対１の関係で割り当てる前記無線通信装置を規定時間毎に変更して、全ての前記無線通信装置に前記分割周波数帯域を順次割り当てる処理を繰り返し行う手段と、
を備え、
前記通信装置は、前記手段によって前記分割周波数帯域が割り当てられているときだけ無線通信を実行し、その無線通信には割り当てられた前記分割周波数帯域を用いることを特徴とするＲＦＩＤシステム。
前記手段が設けられ前記無線通信装置を制御する制御装置と、
ＬＡＮケーブルを介して各前記無線通信装置と前記制御装置とを接続するハブと、
を備え、
前記ハブからＬＡＮケーブルを介して各前記無線通信装置に電力が供給されることを特徴とする請求項１記載のＲＦＩＤシステム。