TWI695323B - 射頻識別標籤讀取器 - Google Patents

Abstract

本發明公開一種射頻識別標籤讀取器，其用以讀取具有至少二射頻識別標籤的標籤元件，射頻識別標籤讀取器包括標籤元件放置部、第一天線單元、第二天線單元以及一處理電路。標籤元件放置部用以放置標籤元件。第一天線單元以及第二天線單元分別對應標籤元件的射頻識別標籤，且用以讀取對應的標籤資訊。處理電路電性連接於第一天線單元及第二天線單元，以接收該等標籤資訊。其中，該處理電路根據預定順序對該等標籤資訊執行驗證程序。

Description

射頻識別標籤讀取器

本發明涉及一種射頻識別標籤讀取器，特別是涉及一種結合射頻識別標籤物理上的位置關係進行加密驗證的射頻識別標籤讀取器。

隨著無線通訊技術的逐步發展，各種非接觸式資訊交換的相關應用也越來越成熟，無論是在廣度或深度上的發展均有相當大幅度的增長，不但深入了人們日常生活的每一個角落，更發展出各種便利的應用功能。

其中，射頻識別(Radio Frequency Identification，簡稱RFID)系統是無線通訊技術中相當熱門的一種應用，其發展初期被用於軍事上的敵我識別系統，今日，則無論迴轉壽司的計價、商品的倉儲與物流管理、門禁、差勤考核、大眾運輸票卡、各種門票甚至寵物晶片、電子錢包、金融交易以及病歷表管理等，都可以見到RFID系統的運用實例，可謂全面覆蓋了食衣住行等各個層面，滲透到人們生活的每個角落。

一個基本的RFID系統是由讀取器(Reader)與應答器(Transponder)所組成，其中的應答器常常就是一般所稱的RFID標籤(Tag)。其運作原理上，可能是由讀取器發射特定頻率之無線電波能量給RFID標籤，以藉此驅動RFID標籤的內部電路，進 而使RFID標籤將其內部之資訊(例如ID Code)反饋給讀取器，以便讀取器接收該等資訊後進行解析或提供給特定的應用程式資料庫系統做進一步的加值應用。

在安全性方面，目前的非接觸式的感應卡主要是通過軟體層次的加密以及驗證機制以確保其安全性，期望能夠藉此避免讀取器與應答器之間所傳送的資訊輕易地被解析，以降低卡片本身安全驗證機制被破解的風險。然而，即便將所傳送的資訊進行加密演算，仍有通過非接觸式IC讀卡器(PCD-Based)以及監聽封包(Sniffer-Based)等攻擊手法成功破解MIFARE卡等非接觸式感應卡的前例陸續被證實。雖然，軟體加密的技術也會持續地演進，然而，單純倚賴軟體加密的方式構築安全防護，恐怕並不足以將破解安全驗證機制的門檻提升至理想的高度。

故，如何通過結構設計的改良，以結合硬體的設置來提高非接觸式的感應卡使用上的安全性，已成為非接觸式的感應卡的技術發展所欲解決的重要課題之一。

本發明所要解決的技術問題在於，針對現有技術的不足提供一種射頻識別標籤讀取器，以期能夠結合硬體的設置來提高非接觸式的感應卡使用上的安全性。

為了解決上述的技術問題，本發明所採用的其中一技術方案是，提供一種射頻識別標籤讀取器，其用以讀取一標籤元件，該標籤元件具有一第一射頻識別標籤及一第二射頻識別標籤，該射頻識別標籤讀取器包括一標籤元件放置部、一第一天線單元、一第二天線單元以及一處理電路。該標籤元件放置部用以放置該標籤元件。該第一天線單元對應該標籤元件的該第一射頻識別標籤，且讀取該第一射頻識別標籤的一第一標籤資訊；該第二天線單元對應該標籤元件的該第二射頻識別標籤，且讀取該第二射頻 識別標籤的一第二標籤資訊。該處理電路電性連接於該第一天線單元及該第二天線單元，以接收該第一標籤資訊及該第二標籤資訊。其中，該處理電路根據對應該第一天線單元的一第一位置資訊、對應該第二天線單元的一第二位置資訊、該第一標籤資訊以及該第二標籤資訊執行一驗證程序。

本發明的其中一有益效果在於，本發明所提供的射頻識別標籤讀取器，其能通過“第一、第二天線單元分別讀取標籤元件的該第一、第二射頻識別標籤的第一、第二標籤資訊。”以及“處理電路根據對應第一天線單元的第一位置資訊、對應第二天線單元的第二位置資訊、第一標籤資訊以及第二標籤資訊執行驗證程序。”的技術方案，以通過射頻識別標籤與天線單元在物理上的相對位置關係，建立能結合硬體空間配置的加密方式，進而能構成類似硬體金鑰的技術效果，以提高非接觸式的感應卡在使用上的安全性，避免非接觸式的感應卡被不肖人士輕易地側錄後，安全防護即形同破解。

為使能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與圖式，然而所提供的圖式僅用於提供參考與說明，並非用來對本發明加以限制。

1‧‧‧RFID標籤讀取器

11‧‧‧標籤元件放置部

12、1211~1234‧‧‧天線單元

13‧‧‧處理電路

14‧‧‧儲存單元

15、151~153‧‧‧切換電路

16、161~163‧‧‧無線讀取電路

A‧‧‧第一定位結構

C‧‧‧第一識別記號

T‧‧‧標籤資訊與位置資訊對照表

2‧‧‧標籤元件

201~212‧‧‧RFID標籤

B‧‧‧第二定位結構

D‧‧‧第二識別記號

3‧‧‧伺服裝置

圖1為本發明第一實施例的射頻識別標籤讀取器以及標籤元件的立體示意圖。

圖2為本發明第一實施例的射頻識別標籤讀取器以及標籤元件的元件架構方塊圖。

圖3為本發明第一實施例的標籤資訊與位置資訊對照表的示意圖。

圖4為本發明第二實施例的射頻識別標籤讀取器以及標籤元件的元件架構方塊圖。

圖5為本發明第三實施例的射頻識別標籤讀取器以及標籤元件的立體示意圖。

圖6為本發明第三實施例的射頻識別標籤讀取器以及標籤元件的元件架構方塊圖。

圖7為本發明第四實施例的射頻識別標籤讀取器以及標籤元件的元件架構方塊圖。

以下是通過特定的具體實施例來說明本發明所公開有關“射頻識別標籤讀取器”的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所公開的內容瞭解本發明的優點與效果。本發明可通過其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節也可基於不同觀點與應用，在不悖離本發明的構思下進行各種修改與變更。另外，本發明的附圖僅為簡單示意說明，並非依實際尺寸的描繪，事先聲明。以下的實施方式將進一步詳細說明本發明的相關技術內容，但所公開的內容並非用以限制本發明的保護範圍。

應當可以理解的是，雖然本文中可能會使用到“第一”、“第二”、“第三”等術語來描述各種元件或者信號，但這些元件或者信號不應受這些術語的限制。這些術語主要是用以區分一元件與另一元件，或者一信號與另一信號。另外，本文中所使用的術語“或”，應視實際情況可能包括相關聯的列出項目中的任一個或者多個的組合。

[第一實施例]

請參閱圖1至圖3所示，其中，圖1為本發明第一實施例的射頻識別標籤讀取器以及標籤元件的立體示意圖；圖2為本發明第一實施例的射頻識別標籤讀取器以及標籤元件的元件架構方塊圖；圖3為本發明第一實施例的標籤資訊與位置資訊對照表的示 意圖。由上述各圖可知，本發明第一實施例提供一種射頻識別(Radio Frequency Identification，簡稱RFID)標籤讀取器1，其用以讀取一標籤元件2，在本實施例中，標籤元件2是一個具有四個RFID標籤201~204的非接觸式感應卡，且每一個RFID標籤201、202、203及204分別具有對應的標籤資訊。雖然在本實施例中標籤元件2為卡片的形式，但本發明並不以此為限，標籤元件2也可以是任何其他形式的應答器(Transponder)，例如硬幣形、水滴型的鑰匙圈，或者是其他各種形狀的微型載體，只要具有多個RFID標籤201~204，且讀取各別RFID標籤201~204能夠分別獲得不同的標籤資訊，則可視為本說明書所稱的標籤元件2，而能夠作為工作件(workpiece)被應用於本發明的RFID標籤讀取器1。

承上所述，這邊所說的標籤資訊，可以採用的形式例如是MIFARE卡儲存於扇區0(sector 0)的儲存欄0(bank 0)中的唯一識別碼(Unique Identifier，簡稱UID)，但本發明並不以此為限，也可以是任何其他可供識別RFID標籤201~204的紀錄資訊，例如可以是記錄在電子抹除式可複寫唯讀記憶體(Electrically-Erasable Programmable Read-Only Memory，簡稱EEPROM)中其他區塊的任何資訊，只要是能供正確地識別、區分各別RFID標籤201~204的資訊，即可認為是本說明書所稱標籤資訊。

再請參閱圖1以及圖2所示，該RFID標籤讀取器1包括一標籤元件放置部11、多個天線單元12、一處理電路13以及一儲存單元14。該標籤元件放置部11用以放置該標籤元件2，以本實施例來說，該標籤元件放置部11即為讀卡機上用以放置非接觸式感應卡的感應區，當標籤元件2被放置在標籤元件放置部11，RFID標籤讀取器1與標籤元件2之間可以通過如近場通訊(Near-field communication，簡稱NFC)等無線通訊協定交換資訊。在本發明的較佳實施例中，為了能夠正確地定位非接觸式感應卡放置於感應區時的擺放方向，該標籤元件放置部11還設有一方向定位手 段。更具體地說，在本實施例中，該方向定位手段為設置在該標籤元件放置部11的一第一定位結構A，該第一定位結構A與該標籤元件2上的一第二定位結構B的結構相互匹配。雖然在本實施例中，該第一定位結構A是卡片放置槽(對應於感應區)角落的一個內縮結構，而該第二定位結構B是非接觸式感應卡其中一角的缺角結構，並藉此手段達到結構匹配的效果，然而，本發明並不以此為限。在本發明其他可行的實施例中，也可以將該第一定位結構A設計成卡片放置槽內偏離中心處設置一個凸柱結構，並將第二定位結構B設計成對應於前述凸柱的凹孔甚至貫穿孔結構，凡是所屬技術領域中具有通常知識者在參閱本說明書後，所能夠輕易思及的結構上匹配，且確實可以達成讓該標籤元件2以預期的擺放方向放置到該標籤元件放置部11的效果，則該等相互匹配的結構設計，都可以被認為是本發明的第一定位結構A以及第二定位結構B。

再請參閱圖1以及圖2所示，當該標籤元件2以正確的方向被放置於該標籤元件放置部11時，各別天線單元12會分別與標籤元件2的RFID標籤201~204對應，而能夠讀取對應於該等RFID標籤201~204的標籤資訊。以下藉由MIFARE卡的硬體架構為例，來進行較具體地說明。

MIFARE卡的硬體架構主要分成射頻(RF)通訊介面、數位控制單元(Digital Control Unit)以及EEPROM三大區塊。其中，RF通訊介面處包含天線以及調變/解調器，除了能藉由天線接收RFID標籤讀取器1發出的無線訊號外，也具備轉換電磁能量的電壓調整與能量控制電路，以產生數位控制單元運作所需的電源。數位控制單元具備加密控制邏輯和通訊邏輯電路，其所採用的積體電路(Integrated Circuit，簡稱IC)晶片，可以是互補式金屬氧化物半導體(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor，簡稱CMOS)晶片，經RF通訊介面取得之傳輸資料，由CMOS晶片進 行加密、解密以及認證等運算。

標籤元件2(即MIFARE卡)與RFID標籤讀取器1兩者之間可以通過電晶體-電晶體邏輯(Transistor-Transistor Logic，簡稱TTL)數位訊號傳遞資料，為了用電波傳送數位訊號，必須通過調變/解調器以振幅偏移調變(Amplitude Shift Keying，簡稱ASK)將數位訊號加上載波調變，目前應用在MIFARE的載波頻率是13.56MHz。數位訊號在調變成電波之前，從RFID標籤讀取器1發送的訊號會採用米勒編碼(Miller encoding)的加密方式加密通訊內容，而標籤元件2發出訊息則以曼徹斯特編碼(MANCHESTER Encoding)加密通訊內容。

RFID標籤讀取器1的天線單元12會發出電磁波，並形成磁場，當標籤元件2中的RFID標籤201~204進入前述電磁波所產生的磁場後，倘若頻率相符而能夠產生共振，則可藉由磁場產生電能並與RFID標籤讀取器1彼此傳輸資訊。標籤元件2與RFID標籤讀取器1之間經過數次(例如三次)的相互驗證，且驗證結果正確後，則會確認要存取的EEPROM資料存儲區塊，並對該區塊進行密碼校驗。

須特別說明的是，以上有關標籤元件2的硬體架構、編碼以及驗證方式等說明，僅僅是為了便於理解本發明內容，而藉由MIFARE卡的常見規格進行說明，然而，能適用於本發明的RFID標籤讀取器1的標籤元件2，其硬體架構、編碼方式以及驗證方式等各種規格，並不以前述列舉者為限。

再請參閱圖2以及圖3所示，在本發明中，RFID標籤讀取器1通過設置於該標籤元件放置部11的各個天線單元12分別與標籤元件2的各個RFID標籤201~204進行前述驗證流程，並分別取得對應於各個RFID標籤201~204的標籤資訊。該處理電路13電性連接於該等天線單元12，而能夠分別接收該等標籤資訊，此外，該處理電路13電性連接該儲存單元14而能夠讀取儲存於該儲存 單元14的資訊，或將資訊(例如該等標籤資訊)寫入該儲存單元14。

承上所述，以下藉由將本發明的RFID標籤讀取器1應用於門禁管制的實際情境，進一步說明本發明的RFID標籤讀取器1的工作方式。在本實施例中，RFID標籤讀取器1的儲存單元14儲存有一標籤資訊與位置資訊對照表T，在該標籤資訊與位置資訊對照表T中登錄有對應於五張門禁卡(即五個標籤元件2)的標籤驗證資訊，其中標籤驗證資訊具有一位置資訊。一方面，在儲存單元14所儲存的虛擬資料上，通過該標籤資訊與位置資訊對照表T，建立每一張門禁卡中各該標籤資訊與所對應的各該位置資訊之間的聯結關係；另一方面，在硬體架構的實體配置上，各該位置資訊也會分別對應到RFID標籤讀取器1的各別天線單元12，由於各別天線單元12在RFID標籤讀取器1上的設置位置各異，因此建立起位置資訊與天線單元12之間的對應關係，也能夠與各別天線單元12在物理空間上的設置位置產生聯結。換言之，本發明能通過該位置資訊，建立起各該標籤資訊與各該天線單元12實際配置位置之間的對應關係。

更具體地說，請再參閱圖1至圖3所示，在本實施例中，每一張門禁卡各自具有至少兩個RFID標籤，而當每一張門禁卡被放置於RFID標籤讀取器1的感應區(即標籤元件放置部11)時，RFID標籤讀取器1會通過各別天線單元12，讀取所對應的RFID標籤的標籤資訊。該處理電路13自該等天線單元12分別接收對應於各該RFID標籤201~204的該等標籤資訊後，除了分別記錄下該等標籤資訊之外，還會根據實際讀取獲得該等標籤資訊的天線單元12，建立與該等標籤資訊相互對應的位置資訊。舉例而言，可以將該等天線單元12依序區分為第一天線單元、第二天線單元、第三天線單元以及第四天線單元，且通過不同位置的該等天線單元12分別讀取門禁卡中不同位置的該等RFID標籤201、 202、203以及204。在門禁卡以正確的方向被放置於感應區的狀態下，第一天線單元會對應於門禁卡的RFID標籤201，第二天線單元則會對應於門禁卡的RFID標籤202，以此類推。在本實施中，該處理電路13自該等天線單元12獲取該等標籤資訊後，根據獲取自各該RFID標籤201~204的該等標籤資訊，以及分別對應各該RFID標籤201~204的各個位置資訊，以執行驗證程序，將該等標籤資訊及位置資訊與該標籤資訊與位置資訊對照表T中所登錄的門禁卡比較，以確認是否與其中的標籤驗證資訊相符。

請參閱圖3的標籤資訊與位置資訊對照表T第二欄，其所記錄的是第一門禁卡的標籤驗證資訊。當使用者將第一門禁卡以正確的方向放置於感應區，該RFID標籤讀取器1的各該天線單元12會獲取對應的各該RFID標籤201~204的標籤資訊。以四字節的UID標籤資訊為例(實際應用上也可以是七字節、十字節或其他格式的UID或者其他可供識別的標籤資訊)，在本實施例中，經過該處理電路13的解析，可以獲得對應於第一天線單元的標籤資訊值為“B8 D7 A8 27”、對應於第二天線單元的標籤資訊值為“A2 C5 13 D1”、對應於第三天線單元的標籤資訊值為“25 B2 31 A4”，而對應於第四天線單元的標籤資訊值則為“D3 26 B1 C3”。經過該處理電路13讀取儲存於該儲存單元14的標籤資訊與位置資訊對照表T，便能夠通過驗證得知放置於感應區的是第一門禁卡，並據以執行對應的功能(如開門等)或開放對應的使用權限(如允許使用者操作電梯中的樓層按鈕等)。

值得特別一提的是，這邊所說的“根據一位置資訊與該等標籤資訊執行驗證程序”代表其所執行的驗證程序不僅僅是根據該等標籤資訊的內容，同時還包含了與各該標籤資訊對應的該等天線單元12的位置關係。實際施作時，可以使該處理電路13對接收自每一個不同天線單元12的標籤資訊各自加上一段不同的識別字符，以藉由識別字符建立標籤資訊與天線單元12實際位置之間 的關係，此時該等識別字符即可被視為此處所稱之位置資訊；或者，該處理電路13也可以在每次接收到不同的標籤資訊時，判斷該標籤資訊是接收自哪一個天線單元12，並根據判斷結果將所接收的標籤資訊寫入儲存單元14的不同位址，此時，該位址即可被視為此處所稱之位置資訊。以上僅僅是說明幾種可能的實施方式，本發明的具體施作方式並不以上列兩例為限，只要是能夠建立起“所獲得的標籤資訊”與“獲得該標籤資訊之天線單元12位置”之間的對應關係，而以任何形式被記錄下來的資訊，都可以視為本發明所稱的位置資訊，合先敘明。據此，假使所取得的標籤資訊值依序為“25 B2 31 A4”、“D3 26 B1 C3”、“B8 D7 A8 27”以及“A2 C5 13 D1”，則因為與該標籤資訊與位置資訊對照表T中所登錄的各門禁卡的標籤驗證資訊均不相符，則判斷驗證失敗，而不會執行對應的功能或開放對應的使用權限。此外，請一併參閱圖3的標籤資訊與位置資訊對照表T第二欄與第三欄所示，在本實施例中，第一及第二門禁卡所具備的四個標籤資訊值在內容上完全一致，但兩者在物理空間上的配置關係相異。如同前述說明，由於本發明所執行的驗證程序不僅僅是根據該等標籤資訊的內容進行驗證，同時還包含了與各該標籤資訊對應的該等天線單元12的位置關係，因此，雖然第一及第二門禁卡的四個標籤資訊值內容相同，然而，本發明的RFID標籤讀取器1仍然能夠正確地識別並區分出不同的門禁卡。

另一個值得特別提出的是，針對適用於本發明的RFID標籤讀取器1的門禁卡(標籤元件2)，本發明並不要求每一張門禁卡的RFID標籤數量均與RFID標籤讀取器1的天線單元12數量一致。舉例來說，請參閱圖3的標籤資訊與位置資訊對照表T第四、五及六欄，在本實施例中，第三門禁卡僅在對應於第一天線單元、第三天線單元以及第四天線單元的位置設有RFID標籤，第四門禁卡僅在對應於第二天線單元、第三天線單元以及第四天線單元的 位置設有RFID標籤，第五門禁卡更是僅在對應於第一天線單元以及第三天線單元的位置設有RFID標籤。本發明的其中一個重要目的在於，通過RFID標籤與天線單元12在物理上相對位置關係，建立能結合硬體空間配置的加密方式，因此，只要能有效讀取標籤資訊的RFID標籤數量在兩個以上，且能夠建立兩者在物理空間上的相對關係，即符合本發明之前述目的。

[第二實施例]

接下來，請參閱圖4所示，圖4為本發明第二實施例的射頻識別標籤讀取器以及標籤元件的元件架構方塊圖。相較於本發明的第一實施例，本發明第二實施例的處理電路13並不是從RFID標籤讀取器1的儲存單元讀取資訊，而是與一伺服裝置3進行通訊(可通過有線的方式電性連接，也可以通過無線網路相互連接，亦即，RFID標籤讀取器1與伺服裝置3訊號連接)，並將標籤資訊與位置資訊對照表T等相關資訊，儲存在該伺服裝置3。在本實施例中，RFID標籤讀取器1在通過該等天線單元12獲得標籤資訊後，處理電路13所執行的驗證程序，是將各該標籤資訊以及對應的位置資訊都發送至該伺服裝置3，並且在該伺服裝置3完成比對驗證，再由處理電路13接收該伺服裝置3回傳給RFID標籤讀取器1的驗證結果，以完成驗證的流程；或者是，該處理電路13所執行的驗證程序，也可以是發送請求至該伺服裝置3，並且在獲取該伺服裝置3回傳的標籤資訊與位置資訊對照表T的標籤驗證資訊後，由該處理電路13根據各該標籤資訊以及對應的位置資訊，與所接收的標籤資訊與位置資訊對照表T對照，以完成驗證的流程。

[第三實施例]

接下來，請參閱圖5以及圖6所示，圖5為本發明第三實施 例的射頻識別標籤讀取器以及標籤元件的立體示意圖；圖6為本發明第三實施例的射頻識別標籤讀取器以及標籤元件的元件架構方塊圖。由上述各圖可知，在本發明的第三實施例中，RFID標籤讀取器1用以讀取具有二到十二個RFID標籤201~212的標籤元件2，且每一個RFID標籤201、202、203......以及212分別具有對應的標籤資訊。

值得特別一提的是，雖然如同前述，一般MIFARE卡的硬體架構包括完整的RF通訊介面、數位控制單元以及EEPROM三大區塊，而RFID標籤讀取器1通過各別的RF通訊介面讀取儲存於對應的EEPROM中的資訊，但本發明的RFID標籤201~212，並不限於前述的實施方式。更具體地來說，本發明可以採用一般的硬體架構，每一個RF通訊介面分別對應一個EEPROM，此時，RF通訊介面、數位控制單元以及EEPROM三大區塊共同構成一個完整的RFID標籤201~212；此外，在本發明的其他實施方式中，也可以將多個RF通訊介面電連接至同一個EEPROM、可重覆讀寫快閃唯讀記憶體(Flash Rom)或靜態隨機存取記憶體(SRAM)等元件，並通過數位控制單元的控制，以根據接收自不同RF通訊介面的訊號(由RFID標籤讀取器1發出，經過與各別RF通訊介面對應的天線單元12傳送至各別RF通訊介面)，反饋儲存於不同位置的相異標籤資訊予RFID標籤讀取器1，此時，僅僅RF通訊介面本身即可視為本發明的RFID標籤201~212。簡言之，做為適用於本發明的RFID標籤讀取器1的工作件，該標籤元件2的硬體架構等並沒有額外的限制。

承上所述，在本實施例中，RFID標籤讀取器1包括一標籤元件放置部11、十二個天線單元1211、1212、1213、1214、1221、1222、1223、1224、1231、1232、1233及1234(以下簡略標示為天線單元1211~1234)、一處理電路13、一儲存單元14、多個切換電路151、152及153以及多個無線讀取電路161、162及163。不 同於本發明的第一實施例，在本實施例中，該標籤元件放置部11並不具有凹槽結構，而是僅僅通過四個角落的可視化圖形標識，以供使用者辨識感應區(即該標籤元件放置部11)的所在。另外，為了讓使用者能夠以正確的方向將該標籤元件2放置於標籤元件放置部11，在感應區內設置有凸柱形式的第一定位結構A，而卡片上開設有通孔形式的第二定位結構B，該通孔不僅可以用於識別方向，也可以做為識別證繫繩的掛孔。然而，本發明的方向定位手段並不以上述相互匹配之該第一定位結構A以及該第二定位結構B為限，實際施作上，還可以在感應區印製第一識別記號C，並且在該標籤元件2上印製與第一識別記號C對應的第二識別記號D，如此，也可以達到便利使用者判別方向的優點。

請再參閱圖5以及圖6所示，在本實施例中，RFID標籤讀取器1的十二個天線單元1211~1234並非工作於同一工作頻率。更具體地說，目前定義RFID標籤讀取器1的工作頻率有低頻(Low Frequency，簡稱LF)、高頻(High Frequency，簡稱HF)和超高頻(Ultra-High Frequency，簡稱UHF)的頻率範圍，也有採用微波頻帶範圍的RFID應用。其中，LF一般指30KHz至300Khz的頻帶範圍，一般應用於RFID系統的工作頻率為在125KHz至134KHz的範圍內；HF一般指3MHz至30MHz的頻帶範圍，一般RFID系統應用的工作頻率為13.56MHz，該頻率的波長大概為22m；UHF一般指300MHz至3GHz的頻帶範圍，一般應用於RFID系統應用的工作頻率為在860MHz到960MHz之間，各國法規定義的工作頻率略有不同，本實施例中採用902MHz與927MHz的工作頻率；在其他的實施方式中，也可以採用微波頻帶範圍(一般指1GHz以上的工作頻率)，例如採用2.45GHz或5.8GHz等。在本說明書的示意圖中，將工作在125KHz以及134KHz的LF天線單元1211~1214以及RFID標籤201~204繪製為三角形、將工作在13.56MHz的HF天線單元1221~1224以及RFID標籤205~208 繪製為圓形並且將工作在902MHz以及927MHz的UHF天線單元1231~1234以及RFID標籤209~212繪製為四邊形以便說明，其具體結構，本發明所屬技術領域中具有通常知識者可以在具體考慮選用的工作頻率後，選用適合的天線、感應線圈或電容耦合型平行板電極，以達成在特定工作頻率下相互匹配的效果。

承上所述，在本實施例中，位置1-1(即第一列第一欄，以下類推)、位置2-1、位置3-3以及位置4-2的天線單元1221~1224是工作在13.56MHz的HF天線單元1221~1224，該等工作在13.56MHz的HF天線單元1221~1224共同通過一切換電路152連接至一無線讀取電路162。另一方面，位置1-2、位置1-3、位置3-2以及位置4-1的天線單元1211~1214是能夠工作在125KHz以及134KHz的LF天線單元1211~1214，該等工作在125KHz以及134KHz的LF天線單元1211~1214共同通過另一切換電路151連接至另一無線讀取電路161。最後，位置2-2、位置2-3、位置3-1以及位置4-3的天線單元1231~1234則是能夠工作在902MHz以及927MHz的UHF天線單元1231~1234，該等天線單元1231~1234也通過獨立的一切換電路153連接至再另一無線讀取電路163。

換句話說，在本實施例中，其中一組無線讀取電路161是支援第一頻帶範圍(30KHz至300Khz)的無線讀取電路161，且能夠通過切換電路151執行切換操作，以決定要執行收發訊號功能的LF天線單元1211~1214。以位置1-2的讀取作業為例，本發明的RFID標籤讀取器1首先通過切換電路151將工作中的天線切換到位置1-2的LF天線單元1211，無線讀取電路161先以125KHz的工作頻率收發訊號，倘若對應的RFID標籤201也是在125KHz的工作頻率收發訊號，則兩者可以進行通訊，且可能獲得一組標籤資訊；反之，倘若放置於該標籤元件放置部11的該標籤元件2，於位置1-2並未設置RFID標籤，或是該位置的RFID標籤201並非工作於125KHz的工作頻率，則無法獲得標籤資訊。在本發明 的較佳實施例中，在無法獲得標籤資訊的情況下，該無線讀取電路161會將工作頻率切換至134KHz，再次嘗試進行資訊交換，如此，倘若該位置的RFID標籤201工作於134KHz，則可獲得該RFID標籤201的標籤資訊。

承上所述，在本實施例中，共有四個天線單元1211~1214工作於第一頻帶範圍內(即位置1-2、位置1-3、位置3-2以及位置4-1的天線單元1211~1214，該等天線單元121~12141連接同一個無線讀取電路161)。實際施作時，其中一種可行的方式，是由無線讀取電路161先在125KHz的工作頻率下，通過切換電路151逐一切換收發訊號的LF天線單元1211~1214，待四個天線單元1211~1214全部都執行過收發訊號的功能，若有部分LF天線單元1211、1212、1213或1214工作後並未收到標籤資訊，才切換至134KHz，針對該等工作後並未收到標籤資訊的LF天線單元1211、1212、1213或1214再次執行收發訊號的功能，以確認是否能在134KHz的工作頻率下收到標籤資訊。然而，另外一種可行的方式，也可以由無線讀取電路161，針對每一個LF天線單元1211~1214都先以125KHz的工作頻率下執行收發訊號的功能，一旦在125KHz的工作頻率下工作並未收到標籤資訊，即切換為134KHz的工作頻率執行收發訊號的功能，在此種實施方式中，當125KHz的工作頻率有收到標籤資訊，或是已經在134KHz的工作頻率下執行過收發訊號的功能後(無論是否收到標籤資訊)，即通過切換電路151切換至下一個LF的天線單元1211、1212、1213或1214。

請再參閱圖5以及圖6所示，在本實施例中，該等無線讀取電路161、162及163驅動該等天線單元1211~1234所獲取的標籤資訊，可以由處理電路13紀錄至儲存單元14中。在本發明的較佳實施例中，當無線讀取電路161、162或163或者處理電路13判斷其中一讀取電路161、162或163所對應的每一個天線單元 1211~1214、1221~1224或1231~1234均已工作完畢，即進一步通過另一讀取電路161、162或163繼續驅動所對應的天線單元1211~1214、1221~1224或1231~1234以獲取剩餘的標籤資訊，直到所有的讀取電路161、162或163都已經驅動全部的天線單元1211~1214、1221~1224或1231~1234為止。

更具體地說，在本實施例中，當支援該第一頻帶範圍的無線讀取電路161驅動所有LF的天線單元1211~1214執行收發訊號的功能後，本發明的RFID標籤讀取器1進一步通過支援第二頻帶範圍(3MHz至30MHz)的另一無線讀取電路162驅動位置1-1、位置2-1、位置3-3以及位置4-2的HF天線單元1221~1224，以讀取工作頻率為13.56MHz的RFID標籤205~208。在本實施例中，同樣通過連接於無線讀取電路162與該等天線單元1221~1224之間的一切換電路152執行切換操作，以決定要執行收發訊號功能的HF天線單元1221~1224，然而，由於在此一實施例中，HF天線單元1221~1224僅僅會工作於13.56MHz的單一工作頻率，因此，即使針對特定位置無法讀取RFID標籤205~208的標籤資訊，也不會在切換工作頻率後重新執行收發訊號的功能。在支援該第二頻帶範圍的無線讀取電路162驅動所有HF的天線單元1221~1224執行收發訊號的功能後，本發明的RFID標籤讀取器1進一步通過支援第三頻帶範圍(300MHz至3GHz)的再另一無線讀取電路163驅動位置2-2、位置2-3、位置3-1以及位置4-3的UHF天線單元1231~1234，以讀取工作頻率在902MHz以及927MHz的RFID標籤209~212。如同第一頻帶範圍，由於本實施例的UHF天線單元1231~1234能夠在第三頻帶範圍中的902MHz以及927MHz兩個工作頻率收發訊號，因此，也會先以其中一個工作頻率收發訊號，並且在沒有收到標籤資訊時執行工作頻率的切換，其細節類似第一頻帶範圍內的作業模式，這裡不重覆贅述。

請再參閱圖5以及圖6所示，如同前述，在本實施例中，是 先由支援其中一頻帶範圍的無線讀取電路161、162或163驅動所有對應的天線單元1211~1214、1221~1224或1231~1234執行收發訊號的功能，再依序由支援其他頻帶範圍的無線讀取電路161、162或163驅動各自對應的所有天線單元1211~1214、1221~1224或1231~1234執行收發訊號的功能；此外，該等無線讀取電路161、162或163驅動該等天線單元1211~1214、1221~1224或1231~1234獲取標籤資訊後，該等標籤資訊可以由處理電路13紀錄至儲存單元14中。然而，本發明各天線單元1211~1234讀取對應的RFID標籤201~212的順序並不以此為限，舉例來說，RFID標籤讀取器1的生產者也可以依照實際的需求，將讀取順序設計成依照物理空間的排列順序逐一驅動天線單元1221、1211、1212、1222......或1234(即位置1-1、位置1-2、位置1-3、位置2-1......依此類推)讀取對應的RFID標籤201~212。然而，上述所舉的各種例子只是其中幾種可行的實施例，並非用以限定本發明的權利範圍。

值得一提的是，由於本發明的無線讀取電路161、162及163分別支援不同的頻帶範圍，即使在RFID標籤讀取器1讀取標籤元件2中各個RFID標籤201~212的標籤資訊時，同時驅動各個無線讀取電路161、162及163，同步讀取不同頻帶範圍的RFID標籤201~212的標籤資訊，其所獲得的無線訊號也不會相互干擾，因此，在本發明其他可行的實施例中，也可以讓各個無線讀取電路161、162及163同時讀取多個RFID標籤201~212的標籤資訊，大幅節省讀取時間。例如：同時且分別地以天線單元1211、1221及1231讀取RFID標籤201、205及209的標籤資訊，並依此類推，藉此作法能夠使整體讀取作業的時間縮短至大約三分之一。

請再參閱圖5以及圖6所示，在本實施例中，在讀取各該RFID標籤201~212的過程中，對應的該等標籤資訊被處理電路13紀錄至儲存單元14中。待所有的天線單元12都執行過訊號收發的功能後，該處理電路13即根據一位置資訊與該等標籤資訊執行驗證 程序。該處理電路13執行驗證程序時能夠將各該標籤資訊對應的該等天線單元1211~1234的位置關係與各該標籤資訊的內容相結合，同時反映出其物理空間配置與標籤資訊內容，進而達成類似硬體金鑰的技術效果，即符合本發明所稱的“根據位置資訊與該等標籤資訊執行驗證程序”。

更具體地說，在本實施例中，該處理電路13是將所接收到的標籤資訊以相同於標籤資訊與位置資訊對照表T(參閱圖3)的格式記錄在儲存單元14中，並且在完整執行過每一個天線單元1211~1234的讀取作業後，一次性地將所獲取的全部標籤資訊結合對應的物理空間位置關係，以標籤資訊與位置資訊對照表T中所登錄的資訊與其相互驗證，確認兩者是否相符。然而，本發明並不以此為限，該處理電路13也可以在每一個天線單元1211~1234執行訊號收發的功能時，根據執行訊號收發功能的天線單元1211~1234所對應的位置，於儲存單元14中記錄一位置資訊，並將獲得的標籤資訊與該位置資訊一同記錄於儲存單元14中，且在所有天線單元1211~1234都執行過讀取作業後，獲得標籤資訊的內容，並根據相互對應的每一組標籤資訊與位置資訊執行驗證程序。或者，該處理電路13也可以在每一個天線單元1211~1234執行訊號收發的功能時，根據天線單元1211~1234的所在位置，將獲得的標籤資訊與該天線單元1211~1234所在位置對應的一位置資訊相結合，通過一定的編碼方式生成一組結合標籤資訊與位置資訊的字串值，並於儲存單元14中記錄該字串值，且在所有天線單元1211~1234都執行過讀取作業後，根據所獲得的全部字串值執行驗證程序。然而，上述所舉的各種例子只是其中幾種可行的實施例，並非用以限定本發明的權利範圍。由於在本發明的較佳實施例中，同時結合了標籤資訊(來自於標籤元件2中的RFID標籤201~212)以及獲得該標籤資訊的天線單元121~1234(位於RFID標籤讀取器1)的位置資訊，因此能夠在軟體加密標籤資訊內容的 防護手段之外，構成類似硬體金鑰編碼的技術效果，大幅提升加密機制被破解的門檻。

值得特別一提的是，由於本發明的RFID標籤讀取器1在第一以及第三頻帶範圍中都有兩個工作頻率，因此能夠大幅提升適用於該RFID標籤讀取器1的標籤元件2的變化性。另外，如同前述，雖然在本實施例中RFID標籤讀取器1具有十二個天線單元1211~1234可以執行收發訊號的功能，而標籤元件2最多可以設置十二個對應的RFID標籤201~212，然而，並不意味著每一個標籤元件2都必須在十二個位置都設置RFID標籤，無論是基於成本的考量或是排列組合的多樣性，都可以在不逸脫本發明之概念的前提下自由變化RFID標籤201~212的設置方式。

由於單一標籤元件2會設置多個RFID標籤201~212，且該等RFID標籤201~212各自具備不同的標籤資訊，因此當使用者攜帶標籤元件2(如非接觸式感應門禁卡)外出時，即使有心人士持監聽設備欲側錄標籤元件2內的RFID標籤201~212，也可能無法獲得對應全部RFID標籤201~212的標籤資訊；再者，即便能夠獲得全部RFID標籤201~212的標籤資訊，如果不能正確識別各該標籤資訊對應的RFID標籤201~212在物理空間上的正確配置關係，也無法使仿製的標籤元件2通過本發明的RFID標籤讀取器1的驗證，而僅僅持監聽設備掃過使用者所持有的標籤元件2，要正確獲取各RFID標籤201~212在物理空間上的配置關係是相當困難的；此外，在本發明的較佳實施例中，各個RFID標籤201~212甚至必須以不同的工作頻率進行讀取，這也大大地增加了有心人士完整側錄所有標籤資訊的難度。

[第四實施例]

接下來，請參閱圖7所示，圖7為本發明第四實施例的射頻識別標籤讀取器以及標籤元件的元件架構方塊圖。在先前的第三 實施例中，主要是通過各自支援不同頻帶範圍的無線讀取電路16，以分別驅動工作於不同工作頻率的天線單元12，惟，本發明並不以此為限。在本發明的第四實施例中，是通過一個能夠同時支援第一、第二以及第三頻帶範圍的無線讀取電路16，驅動不同工作頻率的天線單元12執行訊號收發的功能。換句話說，在本發明的較佳實施例中，該RFID標籤讀取器1的包括至少一操作於第一頻帶範圍的天線單元12以及至少一操作於第二頻帶範圍的天線單元12，此外，該RFID標籤讀取器1包括至少一無線讀取電路16，其電性連接該處理電路13以及該切換電路15，且該等無線讀取電路16支援該第一頻帶範圍以及該第二頻帶範圍(單一無線讀取電路16同時支援該第一頻帶範圍以及該第二頻帶範圍，或多個無線讀取電路16分別支援該第一頻帶範圍以及該第二頻帶範圍)，以讀取工作在該第一頻帶範圍以及該第二頻帶範圍內的該等天線單元12，並接收對應的RFID標籤201~204的標籤資訊。

[實施例的有益效果]

本發明的其中一有益效果在於，本發明所提供的RFID標籤讀取器1，其能通過“多個天線單元1211~1234分別讀取標籤元件2的該等RFID標籤的標籤資訊。”以及“處理電路13根據對應天線單元1211~1234的位置資訊以及RFID標籤201~212的標籤資訊，以執行驗證程序”的技術方案，以通過RFID標籤201~212與天線單元121~1234在物理上相對位置關係，建立能結合硬體空間配置的加密方式，進而能構成類似硬體金鑰的技術效果，以提高非接觸式的感應卡在使用上的安全性，避免非接觸式的感應卡被不肖人士輕易地側錄後，安全防護即形同破解。

更進一步來說，由於在本發明的較佳實施例中，各個RFID標籤201~212甚至必須以不同的工作頻率進行讀取，這也大大地增加了有心人士完整側錄所有標籤資訊的難度。

以上所公開的內容僅為本發明的優選可行實施例，並非因此侷限本發明的申請專利範圍，所以凡是運用本發明說明書及圖式內容所做的等效技術變化，均包含於本發明的申請專利範圍內。

1‧‧‧RFID標籤讀取器

1211~1234‧‧‧天線單元

13‧‧‧處理電路

14‧‧‧儲存單元

151~153‧‧‧切換電路

161~163‧‧‧無線讀取電路

T‧‧‧標籤資訊與位置資訊對照表

2‧‧‧標籤元件

201~212‧‧‧RFID標籤

Claims (10)

1. 一種射頻識別標籤讀取器，用以讀取一標籤元件，該標籤元件具有一第一射頻識別標籤及一第二射頻識別標籤，該射頻識別標籤讀取器包括：一標籤元件放置部，其用以放置該標籤元件；一第一天線單元，其對應該標籤元件的該第一射頻識別標籤，且讀取該第一射頻識別標籤的一第一標籤資訊；一第二天線單元，其對應該標籤元件的該第二射頻識別標籤，且讀取該第二射頻識別標籤的一第二標籤資訊；以及一處理電路，電性連接於該第一天線單元及該第二天線單元，以接收該第一標籤資訊及該第二標籤資訊；其中，該處理電路根據對應該第一天線單元的一第一位置資訊、對應該第二天線單元的一第二位置資訊、該第一標籤資訊以及該第二標籤資訊執行一驗證程序。
2. 如請求項1所述的射頻識別標籤讀取器，其中，該射頻識別標籤讀取器還包括至少一切換電路，該切換電路電性連接於該第一天線單元、該第二天線單元以及該處理電路，該處理電路控制該切換電路執行一切換操作，使該第一天線單元以及該第二天線單元分別讀取對應的該第一標籤資訊以及該第二標籤資訊。
3. 如請求項2所述的射頻識別標籤讀取器，其中，該射頻識別標籤讀取器還包括：一儲存單元，電性連接於該處理電路，該儲存單元儲存有一標籤資訊與位置資訊對照表，該標籤資訊與位置資訊對照表中建立有各該標籤資訊與對應的各該位置資訊之間的對應關係； 其中，該處理電路將該第一標籤資訊及該第二標籤資訊寫入該儲存單元，且該處理電路根據該第一天線單元及該第二天線單元的位置以分別獲得對應於該第一標籤資訊的該第一位置資訊及對應於該第二標籤資訊的該第二位置資訊；其中，該處理電路將該第一位置資訊及該第二位置資訊寫入該儲存單元，並使該第一位置資訊及該第二位置資訊分別對應於該第一標籤資訊及該第二標籤資訊；其中，該處理電路根據該第一標籤資訊及該第一標籤資訊所對應的該第一位置資訊，以及該第二標籤資訊及該第二標籤資訊所對應的該第二位置資訊，與該標籤資訊與位置資訊對照表進行比對以完成該驗證程序。
4. 如請求項1所述的射頻識別標籤讀取器，其中，該射頻識別標籤讀取器還訊號連接於一伺服裝置，該伺服裝置儲存有一標籤資訊與位置資訊對照表，其中，該處理電路根據該第一天線單元及該第二天線單元的位置以分別獲得對應於該第一標籤資訊的該第一位置資訊及該第二標籤資訊的該第二位置資訊，其中，該驗證程序係通過下列方式進行：該處理單元將該第一標籤資訊及該第一標籤資訊所對應的該第一位置資訊，以及該第二標籤資訊及該第二標籤資訊所對應的該第二位置資訊發送至該伺服裝置，該伺服裝置將該第一標籤資訊及該第一標籤資訊所對應的該第一位置資訊，以及該第二標籤資訊及該第二標籤資訊所對應的該第二位置資訊與該標籤資訊與位置資訊對照表進行比對，並將比對結果發送回該處理單元；或者該處理單元自該伺服裝置接收該標籤資訊與位置資訊對照表，並將該第一標籤資訊及該第一標籤資訊所對應的該第一位置資訊，以及該第二標籤資訊及該第二標籤資訊所對應的 該第二位置資訊與該標籤資訊與位置資訊對照表進行比對。
5. 如請求項1所述的射頻識別標籤讀取器，其中，該第一天線單元操作於一第一頻帶範圍，該第二天線單元操作於一第二頻帶範圍，該第一頻帶範圍以及該第二頻帶範圍分別對應於低頻射頻識別標籤的工作範圍、高頻射頻識別標籤的工作範圍以及超高頻射頻識別標籤的工作範圍中的兩種。
6. 如請求項5所述的射頻識別標籤讀取器，其中，該射頻識別標籤讀取器還包括：至少一無線讀取電路，其電性連接該處理電路以及該切換電路，該等無線讀取電路支援該第一頻帶範圍以及該第二頻帶範圍，以讀取該第一天線單元及該第二天線單元所分別接收之該第一標籤資訊及該第二標籤資訊。
7. 如請求項6所述的射頻識別標籤讀取器，其中，該第一頻帶範圍具有一第一工作頻率及一第二工作頻率，當該無線讀取電路以該第一工作頻率讀取該第一射頻識別標籤而不能獲得該第一標籤資訊時，該無線讀取電路切換至該第二工作頻率讀取該第一射頻識別標籤。
8. 如請求項1所述的射頻識別標籤讀取器，其中，該標籤元件放置部還設有一方向定位手段，其用以定位該標籤元件放置於該標籤元件放置部的方向。
9. 如請求項8所述的射頻識別標籤讀取器，其中，該方向定位手段為設置在該標籤元件放置部的一第一定位結構，該第一定位結構與該標籤元件上的一第二定位結構的結構相互匹配。
10. 如請求項8所述的射頻識別標籤讀取器，其中，該方向定位手 段為該標籤元件放置部一側的一第一識別記號，該第一識別記號對應於該標籤元件上的一第二識別記號。

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