Bechreibung

Dateisystem auf Basis von RFID-Tags und zugehörige Zugriffsverfahren

Die Erfindung betrifft ein Dateisystem auf Basis von RFID- Tags und zugehörige Zugriffsverfahren, bei dem/denen Daten auf einem oder mehreren Transpondern verteilt sind.

Lieferungsrelevanten Daten in der Logistik-Branche wurden bisher entweder auf optisch lesbaren nicht wieder beschreibbaren 2D-Bar-Codes mit nur sehr kleiner Speicherkapazität oder auf einzelnen sogenannten RFID-Tags mit ebenfalls relativ beschränkter Kapazität gespeichert. Ortsabhängige Informationen werden derzeit meist zentral auf einem oder mehreren Rechnern gespeichert, z.B. im Internet/Intranet. Persönliche tragbare Datenspeicher, wie USB-Stick, Compact-Flash Karte, Tragbare Festplatte u. s. w., sind relativ teuer und können nur über Konnektoren kommunizieren - eine spontane, transparente Kommunikation ist also hiermit nicht möglich. Ferner werden in diesem Zusammenhang auch Daten auf teureren Geräten gespeichert, die über eine aufwendigere Funkschnittstelle, z.B. Bluetooth oder WLAN, verfügen. Diese aufwendigeren Funktechnologien benötigen jedoch eine externe Energie-Quelle, also z.B. eine Batterie oder einen Stromanschluß.

RFID (radio frequency identification) ist eine Technologie, die es ermöglicht Daten auf sogenannten RFID-Transpondern berührungslos und ohne Sichtkontakt zu lesen und zu speichern. Das Auslesen bzw. Schreiben der Informationen wird von einem RFID-Sende-Empfangs-Geräts über Funkwellen vorgenommen. Bei niedrigen Frequenzen geschieht dies induktiv über ein Nahfeld, bei höheren über ein elektromagnetisches Fernfeld. Die Entfernung, über die ein RFID-Transponder ausgelesen werden kann, reicht derzeit je nach Ausführung von wenigen Millimetern bis zu mehreren Metern. RFID-Tags können

entweder auf aktiven oder auf passiven Transpondern basieren. Aktive Transponder verfügen über eine externe Energie-Quelle, z.B. eine Batterie, die es ihnen ermöglicht jederzeit Daten zu senden. Passive Transponder dagegen bekommen die benötigte Energie über die Funkwellen des Lesegeräts. Darum können sie nur senden, wenn sie von einem Lesegerät angesprochen werden sind aber dafür viel billiger und wartungsfreundlicher als aktive RFID-Tags. Moderne RFID-Tags implementieren deterministische oder probabilistische Zeitmultiplexverfahren zur Anti-Kollision, um das parallele Auslesen mehrerer RFID- Tags zu ermöglichen. Führende RFID-Systeme erlauben derzeit ein quasi paralleles Auslesen von 200 RFID-Tags. Außerdem sind komplexere RFID-Tags auch in der Lage, Daten verschüsselt zu übertragen. Die Speicherkapazität gängiger passiver RFID-Tags liegt derzeit im Bereich von einem Bit bis etwa 72 KB. Im Hinblick auf multimediale Daten und verschlüsselte/signierte Dokumente ist die Speicherkapazität einzelner Tags allerdings schnell verbraucht.

Aus der internationalen Patentanmeldung WO99/49335 ist beispielsweise ein Kommunikationsverfahren zwischen einer Vielzahl solcher Einheiten und einer Steuereinheit bekannt.

Aus der Veröffentlichung "The RFID Filesystem Whitepaper", Athens University of Economics and Business, Achilleas Anagnostopoulos, 2005,

ist ferner ein Dateisystem für ein einzelnes RFID-Tag bekannt .

Schließlich ist aus der Veröffentlichung "Cascading RFID Tags", Jeffrey D. Lindsay and Walter Reade, Nov 2003,

Beschreibt ein verschachteltes bzw. hierarchisches System von RFID-tags entsprechend Verpackungsebenen von Produkten.

Hierbei werden verschachtelte RFID-Transponder dazu verwendet redundante Informationen verteilt auf mehreren RFID-

Transpondern abzuspeichern, was die Robustheit und die Zugänglichkeit der gespeicherten Daten erhöht. Mit der 1980 erschienenen ersten Version von QDOS wurde die FAT (file allocation table) als Dateisystem eingeführt. Anfangs wurden keine Unterverzeichnisse verwaltet. Dies änderte sich mit MS-DOS ® Version 2.0. Die FAT ist eine verkettete Liste in einem Speicherbereich einer Partition, in dem Informationen zu jedem Cluster, also jeder Zuordnungseinheit, einer Partition stehen. Diese Information kann bspw. bedeuten, dass der Cluster frei ist, dass das

Medium an der Position dieses Clusters beschädigt ist, dass der Cluster von einer Datei belegt ist und dass der nächste Cluster der Datei der Cluster mit der Nummer X ist oder dass dies der letzte Cluster der Datei ist.

Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe besteht nun darin, ein Dateisystem auf Basis von RFID-Tags und zugehörige Zugriffsverfahren anzugeben, bei dem die oben genannten Nachteile vermieden werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Die weiteren Ansprüche betreffen bevorzugte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Dateisystems und entsprechende Zugriffsverfahren.

Die Erfindung besteht im Wesentlichen aus einem verteilten RFID-Dateisystem und aus Verfahren zum transparenten Zugriff auf Daten, die auf einem oder mehreren Transpondern verteilt sind, wobei mehrere RFID-Transponder zu einem Cluster mit einer entsprechend größeren Speicherkapazität zusammenfassbar sind und ein Cluster jeweils zwei Arten von RFID-Tags, nämlich Cluster-Management-Transponder zur Organisation und Cluster-Daten-Transponder zum speichern der eigentlichen Datensätze, aufweist. Hiermit wird ein schneller transparenter Zugriff auf Daten, eine schnelle und kostengünstige Anpaßung der Transponder-Speicherkapazität durch Hinzufügen oder Entfernen beschreibbarer RFID-Tags und

eine erhöhte Datenrobustheit u. a. durch die verteilte Speicherung erreicht.

Die Erfindung wird nachfolgend mit Hilfe der Zeichnung anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen erläutert.

Da passive RFID-Tags viel billiger und wartungsfreundlicher als aktive RFID-Tags sind, konzentrieren sich die Anwendungsbeispiele auf passive RFID-Tags, obwohl die Erfindung auch auf Basis von aktiven RFID-Tags in entsprechender Weise unschwer realisierbar ist.

Beim erfindungsgemäßen Dateisystem auf Basis von RFID-Tags werden, bevorzugt durch Aufkleben, von mehreren RFID-Tags Cluster von RFID-Tags gebildet, wobei die RFID-Tags mindestens so nahe beieinander sind, dass Sie noch von einem RFID-Lese-Schreib-Gerät gemeinsam erfassbar sind, und wobei diese Cluster zwei Arten von RFID-Tags bzw. Transponder aufweisen, nämlich Cluster-Management-Transponder und Cluster-Daten-Transponder .

Cluster-Management-Transponder

Ein solcher Management-Transponder 2 speichert das Datei- Verzeichnis inkl. Verweis auf den physikalischen Ort, wo die Daten tatsächlich abgespeichert sind.

Je nach Cluster-Größe, können das Datei-Verzeichnis und die FAT auf einem oder mehreren Management-Transpondern 2, 2' abgespeichert werden.

Die ersten Bytes eines für das erfindungsgemäße Dateisystem formatierten Management-Transponder enthalten Informationen 21 zur Dateisystem-ID und Version, Informationen 22 zum Transponder-Speicher, wie z. B. Blockenanzahl und Bytes pro Block, einen eindeutigen Transponder-Bezeichner 23, eine

Cluster-Tag-Ids-Liste 24 mit den IDs der Transponder, die zum Cluster gehören und eine FAT (File Allocation Table) bzw.

Dateizuordnungstabelle 25. Die FAT enthält für jede Datei einen Eintrag mit folgendem Inhalt: Dateinamen, Dateigröße und einen Verweis auf einen Beginn einer verketteten Liste von Transponder-Blöcken, wobei die FAT Für jeden Daten-Block auf dem RFID-Transponder-Cluster einen Eintrag enthält, wobei falls die FAT auf mehreren Transpondern abgespeichert wird, die IDs des nachfolgenden Management-Transponder abgespeichert werden und wobei der Rest des beschreibbaren Teils des Transponder-Speichers durch die sogenannten Datenblöcken belegt wird, die die eigentlichen Dateiinhalte enthalten .

Cluster-Daten-Transponder

Ein solcher Daten-Transponder 1 stellt den Speicherort der tatsächlichen Datensätze dar.

Die ersten Bytes für das erfindungsgemäße Dateisystem formatierten Daten-Transponder enthalten Informationen 11 zur Dateisystem-ID und zur Version, Informationen 12 zum Transponder-Speicher, wie bspw. die Anzahl von Blöcken und die Anzahl der Bytes pro Block, einen eindeutigen Transponder-Bezeichner 13, optional folgt ein Bezeichner 14 des verantwortlichen Management-Transponders . Dieser Bezeichner 14 ist deshalb optional, da ein Datentransponder auch ein kostengünstiger reiner Read-only-Speicher (ROM), z. B. für Herkunftsdaten, sein kann, der keine dynamischen Daten enthält und während des Herstellungsprozesses fest beschrieben wird. In diesem Falle bleibt dieses Datenfeld frei und der Daten-Transponder ist ausschliesslich durch seine Referenz aus dem Management-Transponder adressierbar. Der Rest des beschreibbaren Teil des Transponder-Speichers wird durch Datenblöcke 15 belegt, die die eigentlichen Dateiinhalte enthalten.

Konzepte, z.B. RAID5, zur Erhöhung der Robustheit, insbesondere der Metadaten, können aus dem Bereich der redundanten Datenspeicherung entnommen und auch optional im

Falle des erfindungsgemäßen Dateisystems Anwendung finden. Im idealen Fall sind die Daten der FAT hierbei dergestalt verteilt, dass sie vollständig rekonstruiert werden können, auch wenn bestimmte Transponder oder Datenblöcke unlesbar sind.

Die Management-Tags stellen sicher, dass vollständige Datensätze gelesen werden. Alle Transponder und Datenblöcke, auf denen eine bestimmte Datei abgespeichert ist, werden in den Management-Tags abgespeichert.

Wenn die Transponder zusätzlich optional ein kryptographisches Verfahren unterstützen, das das Beschreiben von Tags nur durch authentifizierte Systeme erlaubt, können die auf den Management-Tags vorgehaltenen Daten dazu dienen, Manipulation von Datensätzen, z.B. durch Entfernen oder Austauschen eines Tags, zu erkennen. Dies kann interessant sein, wenn die Vollständigkeit der Dokumentation aus rechtlichen oder wirtschaftlichen Gründen von Bedeutung ist. Hier ist z.B. auch der Einsatz im Bereich der Gefahrengüter zu nennen .

Die Management- und Daten-Transponder werden bei der Einrichtung eines solchen Clusters festgelegt. Dieser Vorgang wird Cluster-Initialisierung genannt und erfordert den Einsatz eines RFID-Lese-Schreib-Geräts .

Werden Transponder zu/von einem Cluster im Nachhinein hinzugefügt oder entnommen, so muss die FAT auf den betroffenen Management-Transponder aktualisiert werden.

Die entsprechenden Zugriffsverfahren werden im Folgenden beispielhaft an einem einfachen Ausführungsbeispiel mit einem Cluster-Management-Transponder und zwei Cluster-Daten- Transpondern erläutert:

Cluster-Initialisierung

Der Management- und die Daten-Transponder werden in einem logischen Cluster zusammengefasst . Bei der Herstellung werden die Tags mit einer Dateisystem-ID, Informationen zum Transponder-Speicher und einem eindeutiger Transponder-

Bezeichner versehen. Das RFID-Lese-Schreib-Gerät scannt die Umgebung und findet die dort verfügbaren Transponder 1, 2 und 2' . Der Benutzer wählt anhand der Transponder-Bezeichner die Transponder aus, die zu einem Cluster zusammengefasst werden - alternativ hierzu werden alle in der Umgebung gefundenen Transponder automatisch zu einem Cluster zusammengefasst, wenn der Benutzer die Initialisierung anstößt. Das RFID-Lese- Schreib-Gerät trägt den Bezeichner des ausgewählten Management-Transponders ins Management-Tag-ID-Feld 14 der Daten-Transponder ein. Das RFID-Lese-Schreib-Gerät trägt die Liste der Bezeichner der Daten-Transponders in Cluster-Tag- ID-Liste 24 des Management-Transponders 2 ein. Die FAT 25 des Management-Transpondern wird leer initialisiert.

Hinzufügen von RFID-Daten-Transpondern zu einem Cluster

Das RFID-Lese-Schreib-Gerät scannt die Umgebung und findet die dort verfügbaren Management- und Daten-Transponder 1, 2. Die Cluster-Tag-ID-Listen 24 auf den Management-Transpondern werden ausgelesen. Die Daten-Transponder, die in der Umgebung gefunden wurden und in keinem Management-Transponder eingetragen sind, können zu den existierenden Cluster hinzugefügt werden. Der Benutzer wählt anhand des Cluster- Bezeichners und der Liste der verfügbaren Daten-Transponder, welche Transpondern zu welchem Cluster hinzugefügt werden - alternativ werden alle „freien" Daten-Transponder automatisch zum existierenden Cluster hinzugefügt. Das RFID-Lese-Schreib- Gerät trägt den Bezeichner des ausgewählten Management- Transponders ins Management-Tag-ID-Feld 14 der Daten- Transponder 1 ein. Das RFID-Lese-Schreib-Gerät trägt die Liste der Bezeichner der Daten-Transponders in Cluster-Tag- ID-Liste 24 des Management-Transponders 2 ein.

Entfernen von RFID-Daten-Transpondern von einem Cluster Das RFID-Lese-Schreib-Gerät scannt die Umgebung und findet einen Management-Transponder 2 einen Cluster des erfindungsgemäßen Dateisystems. Die Cluster-Tag-ID-Liste 24 des Management-Transponders und die FAT des erfindungsgemäßen Dateisystems werden ausgelesen. Die Bezeichner der nicht verwendeten Daten-Transponder werden von dem RFID-Lese- Schreib-Gerät ermittelt und angezeigt. Der Benutzer wählt von dieser Liste die Daten-Transponder aus, die entfernt werden sollten.

Lesen von Daten

Das RFID-Lese-Schreib-Gerät scannt die Umgebung und findet einen Management-Transponder 2 bzw. Cluster des erfindungsgemäßen Dateisystems. Die Cluster-FAT, also der Management-Transponder, wird ausgelesen. Das Software- Management-Modul erkennt eine Datei, für die es sich interessiert, z.B. Datei Karte.jpg, und veranlasst, dass diese ausgelesen wird. Das RFID-Lese-Schreib-Gerät liest die Transponder-Datenblöcke, die in der FAT referenziert sind, fasst sie zusammen und gibt sie weiter an das Software- Management-Modul. Prüfsummen werden vom Software-Management- Modul berechnet und die Integrität der Daten damit überprüft . Optional wird die vom Software-Management-Modul hinzugefügte Redundanz dazu verwendet, um verlorene Daten zu rekonstruieren. Die Datei liegt beim Software-Management- Modul zur Verarbeitung zur Verfügung.

Schreiben von Daten Das RFID-Lese-Schreib-Gerät scannt die Umgebung und findet einen Management-Transponder 2 bzw. Cluster des erfindungsgemäßen Dateisystems.

Die Cluster-FAT 25, also der Management-Transponder, wird ausgelesen. Die Größe des verfügbaren Speicher im Cluster wird vom Software-Management-Modul überprüft. Das Software- Management-Modul veranlasst, dass eine Datei auf dem Cluster abgespeichert wird. Optional wird den Daten Redundanz

hinzugefügt, um die Daten-Robustheit zu erhöhen, z.B. Checksum oder Parität etc. Das RFID-Lese-Schreib-Gerät trägt in die FAT die Liste der Datenblöcke ein, auf denen die Datei abgespeichert werden wird. Das RFID-Lese-Schreib-Gerät schreibt den Name der Datei in die FAT der Management-

Transponder und referenziert dort die Datenblöcke, wo die Datei abgespeichert wurde. Das RFID-Lese-Schreib-Gerät schreibt die einzelnen Datenblöcke auf den Daten-Transponder .

Vorteile

Das hier beschriebene Verfahren ermöglicht transparentes Lesen und Schreiben von Datensätzen „beliebiger" Größe auf RFID-Transpondern . Die benötigte Speicherkapazität eines RFID-Transponder-Clusters kann ad-hoc durch Hinzufügen/ Entfernen von Transpondern angepasst werden.

Im Gegensatz zu bekannten und eingangs erwähnten „Nested RFIDs" wird bei der Erfindung ein transparentes Schreiben und Lesen grosserer Datensätze auf verteilten RFID-Transpondern ermöglicht, da die RFID-Transponder bei der Erfindung zu einem logischen Datenspeicher zusammengefasst sind.

Insbesondere passive RFID-Tags sind billig, da sie keine Batterie benötigen. RFID-Tags benötigen ferner keinen Kontakt-basierten Anschluß an einem Lese-/Schreib-Gerät und sind daher potenziell für unendlich viele Lesevorgänge geeignet, da keine Abnützung der Kontakte auftritt. RFID-Tags sind sehr robust, sie können schwierige Umweltbedingungen aushalten. Das kontaktlose Lesen und Schreiben von RFID-Transpondern ermöglicht zusätzliche

Sicherheit für die Daten durch physikalischen Schutz von RFID-Transpondern, z.B. durch Einschliessen von RFID- Transpondern in einem Sicherheitskasten. Die Daten-Robustheit kann durch das Abspeichern redundanter Daten auf verteilten RFID-Tags erhöht werden. Dies kann völlig transparent für den Benutzer erfolgen. Eine übersicht der IDs von lokal verfügbaren RFID-Transpondern kann durch das Auslesen von

wenigen Cluster-Management-RFID-Transpondern realisiert werden, wodurch die Scan-Zeit stark reduziert werden kann. Eine übersicht der Daten, die sich auf mehreren RFID-Tags befinden kann durch das Auslesen von Cluster-Management-RFID- Transpondern schnell erstellt werden. Gegenseitiges überschreiben von wichtigen Daten innerhalb eines Transponder-Clusters wird durch die Cluster-zentral verwaltete FAT verhindert. Durch die kontrollierte Reichweite des Lese-Terminals, eignen sich Transponder-Cluster besonders gut, um komplexe ortsrelevante Informationen abzuspeichern. Eine Einbindung von kostengünstigen Read-only-Tags in das erfindungsgemäße Dateisystem ist möglich.