Low Level Reader Protocol (LLRP) Standard

■ LLRP讀取器協定標準

相較於RP，LLRP更接近讀取器運作時所需的特定空中協定細節，更明確的說就是對應EPCglobal目前與ISO 18000-6C相容的Class 1 Gen 2協定所發展的讀取器參數設定和控制標準。之所以稱作Low Level，是因為LLRP應用RFID空中協定的指令和計時的參數，提供更底層讀取器運作的存取控制。雖然LLRP目前是針對EPCglobal C1G2的空中協定，但其規格架構可以允許未來其他的空中介面協定整合進來。

■ 下載最新版本

■ 相關文章介紹

認識EPCglobal Low-Level Reader Protocol (LLRP)

文/EPCglobal Taiwan‧鍾紹康

前言

無線射頻識別（RFID）在於透過讀取器在其視線範圍內辨識標籤並擷取標籤所承載的資料。以UHF頻段為例，在這樣的環境下一個RFID讀取器的運作背後其實是相當複雜的。首先，在能夠讀取標籤的ID之前，必須要先設定一連串與天線還有類比信號相關的實體層參數，接下來還要依照使用者的需求或是運作環境的限制來選擇複雜的通訊協定；因此有太多的事前工作必須準備以便在一個閘門口讀取一個棧板標籤上的ID。底下將介紹EPCglobal目前最新發展的讀取器控制標準：LLRP。

讀取器協定標準

傳統上廠商都是在其硬體或軟體上寫出一個以上的客制化控制介面來達到這樣的目的，這些控制介面的作用幾乎都是在解決相同的問題，但是它們卻各自擁有不相容的架構、控制模組、命令參數、甚至通訊協定等。即使廠商能提供驅動程式，當讀取器在硬體或韌體上有更新時，使用者的後端應用軟體也必須跟著變動，尤其當使用者採用了大量不同廠商提供的設備時，整體系統的維護更是產生可觀的成本。因此一套標準讀取器控制介面的需求就此誕生。

為了解決使用者或廠商關於EPC設備上相容性的困擾，EPCglobal發展了兩項與讀取器控制介面相關的標準：

1. Reader Protocol 1.1版：在2006年六月21號發佈，RP的抽象概念是以標籤讀取事件為基礎來達到讀取器控制。包括預先設定的觸發（trigger）參數、初步的過慮（filter）機制等，而RP欠缺的是讀取標籤時所需的空中介面通訊協定細節。

2. Low Level Reader Protocol 1.0.1版：2007年四月12號發佈，相較於RP，LLRP更接近讀取器運作時所需的特定空中協定細節，更明確的說就是對應EPCglobal目前與ISO 18000-6C相容的Class 1 Gen 2協定所發展的讀取器參數設定和控制標準。之所以稱作Low Level，是因為LLRP應用RFID空中協定的指令和計時的參數，提供更底層讀取器運作的存取控制。雖然LLRP目前是針對EPCglobal C1G2的空中協定，但其規格架構可以允許未來其他的空中介面協定整合進來。

UHF讀取器的運作

一個UHF被動式標籤的RFID讀取器藉由一或多個天線在其視距內讀取標籤，過程中包含如下步驟（圖一）：

•  讀取器起始設定－包含工作環境下法規允許的使用頻段以及操作功率，例如在北美就是902-915 MHz或是2.4-2.485 GHz並用1瓦特的傳輸功率。每個頻段又會被切分成好幾個閘道（channel）以便讓接下來的讀取器運作信號通行，同時讀取器也會隨機在這些閘道間跳躍以確保所有的閘道不被外界干擾。
•  開始盤點作業
•  選擇天線
•  發送一連串連續無調變的RF信號將天線視距內的標籤活化
•  送出一或多個命令讓這些標籤回報其EPC號碼
•  在等待標籤回應期間仍持續傳輸信號
•  當某個標籤被識別時，在該標籤上執行更進一步的操作，例如讀取／寫入記憶體，或者殺死該標籤
•  將盤點的執行結果如：讀取哪些標籤、執行哪些操作等回報予後端控制器

圖一、UHF讀取器操作流程(來源：RFID Tribe)

LLRP的控制架構

LLRP應用的範圍在兩個端點之間：讀取器端（Reader）與客戶端（Client），負責兩點之間的溝通，並且與讀取器和標籤之間通信的介面協定（例如EPCglobal之Gen 2）進行互動（如圖二）。

圖二、LLRP與空中介面應用於客戶端與標籤端(來源：RFID Tribe)

LLRP標準的發展初期，工作小組原本用「Host」來代表讀取器的控制端而非「Client」，但考量Host可能會讓人誤導為IT主從式系統或是ERP系統，便改為Controller，鑒於Controller也易讓人誤解為某種硬體設備，事實上讀取器的控制端點可以是硬體或者是軟體，因此最後採用Client來代表任何與LLRP讀取器對話的一方。LLRP架構中包含許多的規則（Rules）或規定（Specs）（如圖三），可讓client端預先設定讀取器未來操作時可執行的動作，例如像是觸發時機或是標籤相關的操作，屆時讓讀取器全數負擔這些動作而不必動用到client端的資源。

圖三、簡化的LLRP控制架構示意圖

簡單來說，ROSpecs負責處理讀取器運作（Reader Operations），在圖三中只有顯示一項ROSpec以及包含一項RFSurveySpec，實際產品中可以允許更多的Specs以及子元件；AISpecs負責標籤盤點作業，包含在底下的一連串子元件是InventoryParameterSpec，一個InventoryParameterSpec內含一ID號碼，空中介面（目前只有Gen 2可選），以及一個以上的天線設定參數（Antenna configuration settings），每個天線設定參數中又包含天線ID、傳輸／接收設定、盤點設定等，所有讀取器傳輸功率、頻段選擇、標籤盤點設定都是在這裡完成；AccessSpecs則是處理和標籤相關的存取動作，AccessCommands底下有TagSpec處理哪些標籤應被存取，OpSpec負責告訴讀取器當符合TagSpec的條件時該進行何種動作。

ROSpecs、RFSurveySpecs、AccessSpecs均有各自的起始狀態（state），狀態的改變則是靠Trigger；Trigger event的來源包括Client端所下的命令、特定條件或時間、感應器或者開關的信號等。回到Specs的狀態改變情形來看，ROSpec一開始處於關閉（disabled）狀態，當接收到來自Client的啟動訊息後則進入未動作（inactive）狀態；一旦觸發條件符合或是client端送出訊息指示讀取器起始相關的spec則start trigger就會將狀態轉換成動作（active）。同樣的，Client端送出的啟動訊息將AccessSpec轉成inactive狀態，接下來就等TagSpec裡面定義的條件達到時開始執行；AccessSpec也可以藉由stop trigger返回disabled狀態。

每個Spec的執行結果報告（reporting）也可藉由trigger觸發，例如當特定數量的標籤被讀取，或者當AISpec、AccessSpec、ROSpec執行完畢時。讀取器與Client端之間的溝通稱之為Messages，reporting屬於其中一種Message，除了reporting外還有a) Discovery：讓Client發現其所溝通連結的讀取器；b) Reader operations：通知讀取器增加、刪除、開始、停止、起始、或關閉一項ROSpec；c) Access operations：同樣可增加、刪除、起始或關閉標籤的存取操作；d) Custom messages：可能包括廠商特定功能或是錯誤通知訊息。

整體而言，LLRP提供client端（控制端）一套可針對特定空中介面協定以及實際讀取器操作時各種參數設定的控制模組，不光只是單純得到標籤ID以及讀取時間，更可在標籤讀取過程中獲取更詳細的資訊。LLRP允許Client端對於讀取器實際操作時各項功能面完全的掌控，也可以在較複雜的功能例如識別標籤被讀取的實體位置以及讀取過程中提供監控上的協助。另外，LLRP的設計理念，在於透過client端事先設定好存在於讀取器上的詳細規格功能，如此讀取器便能依照指示執行所需的工作，與client端的溝通除了不會因為網路環境的瓶頸造成延遲，也不會將錙銖必較的網路頻寬塞滿了指示讀取器動作的命令以及狀態資料。LLRP的架構也讓單一個client端可依照工作環境大小控制多部讀取器，client與reader的實體存在位置也相對不那麼重要了。

LLRP與RP的差異

鑒於篇幅，本文盡量以淺顯的方式介紹LLRP的設計架構與運用方式。前面曾提到EPCglobal為了讀取器控制介面的簡化並且降低廠商與使用者在讀取設備的投資上遇到困擾而提供LLRP與RP兩項標準，但也許有人會覺得疑惑，既然兩者都是reader protocol，到底有什麼差別？

Low Level Reader Protocol（LLRP）可以被稱為是「RFID air protocol aware」，也就是具備RFID空中協定認知能力；本文前半段描述過LLRP的Low Level意在於其提供RFID空中協定操作上計時以及命令參數存取的控制。此控制介面的設計在於，相較於其他自動化資料收集系統（如條碼），RFID基本上可說是完全無線的架構，如果要對RFID系統中具備RFID空中協定溝通能力的讀取器進行控制，此介面必須要有RFID空中協定的知識和辨識能力，同時也要有RFID架構下實體層的控制能力。相對的，Reader Protocol（RP）提供的是一個更抽象、從更高的角度、略過許多RFID細節的協定標準，甚至我們可以說，RP的設計是為了也能夠相容於非RFID資料讀取設備，例如像條碼讀取器，因此RP並不是十分適合用於RFID讀取器的無線控制。