无接触接近自动化数据收集系统和方法技术方案

一种快速数据传送收集系统，它使用非接触存储和检索应用中的消息鉴别和无接触射频接近卡技术。该系统一般包括主计算机（应用计算机系统）、目标射频（ＲＦ）终端和多个可携带的标签（“智慧”卡或“接近”卡）。主机不标签持有者提供特定的应用功能，对于防止欺诈使用具有高度的保护作用。目标提供对射频天线的控制，并解决在射频场中多个标签之间的冲突。标签与主机进行可靠、高速和保密鉴别优良的数据／信息交换，这是使用了结合独特的模拟和数字电路、非易失性存储器和状态逻辑的ＡＳＩＣ定制设计的结果。每个标签参与同目标的交易，其中，消息序列的交换允许从标签读出数据或将数据写入标签。这些交换建立射频通信链路，解决与其它标签的通信冲突，鉴别在交易中的双方，快速和强有力地通过链路转发信息，并保证交易的完整性和可靠性。系统结构提供了保证所传送数据完整性的能力，因此消除了在系统中和在卡上污染数据的主要问题。将结构和协议设计成允许简单和有效地将交易产品系统集合成为数据／信息处理装备。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】有关的申请本文是1997年4月1日提交，现在正待批的美国专利申请号08/825,940的部分连续申请，它要求1996年4月1日提交的美国临时专利申请第60/014,444号的优先权。
技术介绍
专利
本专利技术总体上涉及数据/信息收集系统和方法。尤其，本专利技术涉及接近无接触自动化数据/信息收集系统和方法。有关技术的描述近年来，个人参与的基于费用和/或信息之数量和频度的交易极聚增加。作为这种交易增加的结果，纸张生产量以及参与和处理这些交易所花费的时间也已经增加。已经有效地使用了接近卡技术，以便通过在某些交易中取消使用纸张和塑料来减少浪费，以及通过减少参与和处理这些交易所花费的时间来提高交易效率。可以在广泛的各种应用中有利地使用接近卡技术(proximity cardtechnology)。一种有意义的应用是替代小票子/现钞的交易。在全世界，大约有80％(2250亿)的现钞交易是在20美元以下。在许多这样的例子中，通过允许个人在他们购物时，从他们的卡中减除钱额，或对于正当的报酬，再将钱额加回他们的卡中，从而用接近卡来代替现钞。其它应用包括(但不限于)将卡作为驾驶证，将所有有关的驾驶经历存储在其上；作为存储签证信息的护照；作为保健卡，保存完整的病历和保险信息；或作为具有预付钱额的电话或公共交通卡，通过使用服务而从卡上减除钱额。实际上，可以将接近卡技术用于任何交易，这种交易包括个人和公共机构之间的数据/信息交换。在公共交通系统中已经有效地使用了接近卡技术。本专利申请目前的受让人，Cubic Corporation，开发了这种系统，国际专利申请PCT/US92/08892对此作了揭示，该申请的名称为“无接触自动收费系统”，于1992年10月19日提交，1993年5月13日公布，国际公布号为WO93/09516。在该系统中，接近卡保存表示接近卡持有者可以使用的金额的计费值。根据可行的交通计费计划自动地从接近卡中扣除该值，或者在用正当报酬交换时存入该值。通过废除可任意处理的纸和塑料车票，减少了浪费。交易速度的提高增强了系统的吞吐效率。典型的接近卡交易比纸票子通过标准机械传递所需的时间约快7倍。还有，乘客不需要从诸如钱包或皮夹等个人存储区浪费寻找和取出卡的时间，因为数据是通过射频(“RF”)场发射的。因此，在接近卡和目标(读出器/写入器装置)之间不需要身体上的，甚至是可见的接触。一个展示系统(一般地应用了PTC/US92/08892申请的原理)目前正工作于华盛顿地铁区公共交通管理局(WMATA)的公共交通系统中，用于轨道服务、地面交通(公共汽车)和停车场。在目前使用的WMATA系统中，在固定的走卡(GO CARD)系统终端之间通过射频场发送车费数据，此处将走卡系统终端称之为目标(Target)，而将接近卡称之为标签(Tag)。一个固定的走卡系统终端包括一个目标和一个主机(即，控制计算机)。目标包括调制器/解调器和天线，它被设计成通过射频场并用13.56MHz的载频来发射调制在该载波信号上的消息。在工作期间，目标发射连续的射频场，而射频场则设计成可以唤醒进入目标一般接近范围的标签作出响应。一旦将标签带到范围以内，目标的射频发射就向标签提供功率，并且目标发出一消息，以唤醒标签。标签醒来，并通过目标与主机建立经鉴定的通信信道。然后，主机可以所存储的数据询问标签，并且将新数据写入标签。在完成上述事务后，使标签回到睡眠状态(不激励状态)。
技术实现思路
本专利技术提供一种系统和方法，用于显著地增强无接触接近自动化数据收集系统的总性能，系统包括标签、目标和主机。特别地，本专利技术实现了下述优点诸如增加交易速度、保证数据完整性和保密性、降低成本以及降低在小型标签中的功率消耗。标签是一种由个人携带的小型薄卡。目标是射频源，它提供标签和主机控制器之间的通信链路。本专利技术许多特征中的一个是解决冲突。在工作中，一个或多个标签可能同时试图和目标通信。本专利技术防止当两个目标同时进入RF(射频)场时发生的通信冲突问题。每次当目标接收到来自标签的第一个响应时，它检查响应是否有正确的消息格式。如此地设计第一响应，使两个和多个目标的干扰很可能会产生不正确的消息格式。当接收到不正确的消息格式时，目标把消息无效的信号发送给标签，标签将退下，以在较后的时间再试验。在一个标签出现而目标没有检测到冲突的较少见的情况下，主机进行第二级冲突检查，该检查真正地保证了避免两个或多个标签同时访问相同的目标。本专利技术的另一个特征是一种经改进的标签结构，该结构减少标签和目标之间的交易时间，同时提供极薄的和功率消耗要求较低的低成本标签。例如，本专利技术有助于在约50毫秒(ms)中完成保密的公共交通交易，该时间约为传统无接触接近自动化数据收集系统一般需要的交易时间的20％。特别地，本专利技术对标签使用串行数据流技术和速度可变的计时。例如，本专利技术使用串行而不是并行方法对标签移动数据，以明显节约芯片面积。此外，本专利技术对标签使用动态计时系统。采用低速时钟与目标通信。然而，在标签本身的内部，采用高速时钟传送和处理数据和消息。此外，本专利技术采用一个或多个线性反馈移位寄存器(LFSR)以促进标签的功能，LFSR大大地降低电路的复杂性，因此增加标签的速度、灵活性和可靠性。本专利技术另一个重要的特征是对标签数据存储器的加强设计。本专利技术采用铁电随机存取存储器(FRAM)存储数据，因此增加了交易速度、降低功率消耗和增加数据可靠性。例如，本专利技术在1微秒(μs)中完成对标签的写访问，不同于基于传统的电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)的系统，这种系统约需要10ms。另外，FRAM的写电流要求比EEPROM的低得多。此外，FRAM一般可以工作大于1000亿个读或写周期，与之相比，在EEPROM中约为100万个。另一个专利技术特征是用于保证数据完整性的标签数据缓冲技术。数据存储器包括用于输入数据的4个页面缓冲器(64字节)。仅在对每页验证后，数据才从缓冲器写入它的最终目的地，因此，过早地从字段中撤销标签将不会造成只写入一部分消息的结果。本专利技术的标签还提供增强的保密特征。标签提供两级保密消息鉴别和有限制的存储器访问。消息鉴别将在下面详细讨论。对标签有限制的存储器访问保证只有经授权的主机才能对给定的存储器单元读或写。这是通过使用密钥分配而完成的。标签存储器的每一块有一对密钥(读和写)，而且如果它把关于所需密钥有关的信息同每个读和写消息一起发送，则主机只能访问特定的块。本专利技术的又一个特征是其结构的灵活性。例如，很容易将纠错和加密加到本专利技术的实施例上。本专利技术还有一个特征是标签模拟功率保护电路。在允许标签接收来自目标的调幅信号(AM)的同时，标签防止制造好的硅器件在射频场的起伏中击穿(所有硅芯片器件所固有)。特别地，本专利技术的特征是一个箝位电路，它的速度快到足以对射频转换情况和在射频载波上的AM(调幅)信号有反应。该箝位消除整流载波上的AM电压起伏，然而，箝位控制信号包括AM信号，并且可以使用控制信号作为ASIC(专用集成电路)接收器电路的AM信号。所述箝位技术的另一个优点是可以正确地确定箝位电压，并可以将其设置到刚刚低于ASIC击穿电压，从而允许以较小的几何尺寸和较低的击穿处理制造ASIC。从下面对本专利技术的较佳实施例、附图和所附的权利要求本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无接触接近自动化数据收集系统，它包括：标签；以及目标；其特征在于，所述标签包括：天线，用于发射和接收与所述目标来往的消息；以及专用集成电路，并且所述专用集成电路包括：数字子系统，用于控制所述标签的工作并且存储消息信息；以及模 拟子系统，用于调制由所述数字子系统产生的消息，以便发送给所述目标，并且用于解调从所述目标接收到的消息，以供所述数字子系统进行处理。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：GM凯利，KJ佩奇，DP普鲁姆，JVJ雷文尼斯二世，
申请(专利权)人：库比克公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]