CN101833803A - 电子装置在固定位置工作模式下的自适应窜改检测方法 - Google Patents

Abstract

一种电子装置在固定位置工作模式下的自适应窜改检测方法。一种通信系统，包括电子装置200，通信网络300及监控中心400等主要部分。电子装置中的窜改包括非授权的打开电子装置的盖子及移动该电子装置。电子装置自适应窜改检测系统主要包括盖子开闭传感器216；加速度传感器214；移动电话模块210；固定位置模式触发模块242及支持上述传感器的软件模块。盖子开闭传感器用于检测盖子打开窜改事件；加速度传感器滤波输出224与加速度传感器移动门限222用于检测移动窜改事件；移动电话模块与(CID，TA)数据库228一起用于二次检测移动窜改事件。加速度传感器移动门限随电子装置实际安装方位而自动选择。

Description

电子装置在固定位置工作模式下的自适应窜改检测方法

发明领域

本发明一般涉及电子装置在固定位置工作模式下的窜改检测方法。本发明中所述“窜改”包括两方面的内容，一是非授权的打开所述电子装置的盖子，二是非授权的移动该电子装置。

发明背景

本发明中“固定位置(fixed location)工作模式”是指，一个电子装置在一个特定的时间段内，工作在一个固定的位置，不希望或不允许有非授权的打开或移动该电子装置的事件发生。例如银行的ATM，商家的自动售货机，单位的电子保险柜，珠宝店的监视摄像机，家庭监视居住领域的电子镣铐固定单元等，一旦安装在一个固定位置并调试完毕进入实际工作状态之后，就不希望或不允许有非授权的打开或移动该电子装置的窜改事件发生。下面以电子镣铐固定单元为例来描述电子装置在固定位置工作模式下的窜改事件检测方法。

电子镣铐系统包括带在被监视人身上的电子镣铐，置于被监视人居住处的电子镣铐固定单元，以及监控中心等主要部分构成。电子镣铐把被监视人的位置及状态通过无线方式传给电子镣铐固定单元，固定单元在把这些信息传给监控中心及相关执法部门。这样，被监视人可以在家中而不在监狱或类似的地方接受监视，从而节约大量的人力及物力，并提高监视效果。

电子镣铐固定单元一旦安装在一个固定位置并调试完毕进入实际工作状态之后，就不允许有非授权的打开或移动该电子装置的事件发生。电子镣铐固定单元的窜改检测性能直接影响到其实际使用效果，甚至其可用性。因为它安装在被监视人居住处，因而被监视人有很多时间去想出任何方法来窜改它，想使其失效。

U.S.Patent No.5,146,207公开了一种电子镣铐系统，对其电子镣铐固定单元采取了两种防窜改措施，一是坚固的安装使得试图移动该电子镣铐固定单元的企图难于实施；二是修改此电子镣铐固定单元的设置需用一个特定的IR通信口及相应的密码。

U.S.Patent No.5,255,306公开了一种电子镣铐固定单元，该固定单元的窜改检测包括一个盖子开关传感器，即一个磁片开关，及一个移动传感器。该移动传感器由一个倾斜传感器水银开关实现。水银对环境有害，因此在倾斜传感器中有用金属小球代替水银作为导电介质的替代品。但在实际应用中采用倾斜传感器有如下缺点：

1.倾斜传感器大多是一维的，要实现三维的检测，技术上应采用三个倾斜传感器；

2.倾斜传感器的安装比较严格，以满足倾斜角度的相关要求；

3.电子镣铐固定单元的安装受内部倾斜传感器的限制，安装方位受到很大限制，如大多只能水平安装，而不能垂直/墙面安装，或倒置/吸顶安装；

4.无论是安装一个或是三个倾斜传感器，技术上总是可以窜改该电子镣铐固定单元，只要满足倾斜角度在允许的数值之内即可。

U.S.Patent No.6,940,407 B2公开了一种利用加速度传感器(Accelerometer)的方法及装置来检测便携式电子设备丢失及位置。

U.S.Patent No.7,218,226 B2公开了一种利用加速度传感器的便携式电子设备防窃检测系统。

中国发明专利申请号200810302338.7公开了一种利用加速度传感器来检测触控式手机方向即正常或颠倒的方法。

U.S.Patent No.6,108,553公开了一种计算移动手机位置的方法。

发明概述

本发明为电子装置在固定位置工作模式下的的窜改检测提供了一种自适应的检测方法。窜改事件检测结果通过通信网络发给监控中心及有关执行部门。本发明所述的“通信“是一般意义上的通信，包括GSM移动通信，CDMA移动通信，Internet网络通信及任何特定的通信系统。本方法原理上适合任何电子装置在固定位置工作模式下的的窜改检测，下面将以电子镣铐固定单元及GSM通信网络为例来描述本发明窜改检测方法的具体实施方案。

基于本发明的电子镣铐系统主要包括如下几个相互独立单元：

1.电子镣铐单元；

2.电子镣铐固定单元；

3.GSM通信网络；

4.监控中心。

本发明的电子镣铐系统的工作原理是，电子镣铐单元将其状态及位置信息发送给电子镣铐固定单元，电子镣铐固定单元将其自身及电子镣铐单元的状态及位置通过移动通信网络发给监控中心，监控中心可将这些信息发给执法部门及执法警察。这里所述的电子镣铐固定单元的状态及位置即包括了电子镣铐固定单元的盖子打开及移动窜改事件。

本发明的电子镣铐窜固定单元窜改检测方法包括三个传感器及一个微控制器。盖子打开传感器用于检测电子镣铐固定单元的盖子是否打开；加速度传感器是本发明中窜改检测的主要传感器，它用于检测该电子镣铐固定单元是否有移动发生；GSM移动电话模块的主要功能是实现电子镣铐固定单元与监控中心之间的通信，在本发明中它还用于二次检测移动窜改是否发生，其二次检测功能是通过检查CID(cell ID，GSM小区识别符)及TA(Timing Advance)来实现的；微控制器用于控制有关的硬件接口及实现有关的软件模块。窜改检测方法详细工作原理将在下面描述。

本发明的电子镣铐固定单元窜改检测包括如下主要步骤：

1.电子镣铐固定单元盖子打开即触发盖子打开中断模块，盖子窜改事件发生；

2.加速度传感器滤波输出值大于所选定的移动窜改门限值，移动窜改事件发生；

3.当前(CID，TA)不在数据库中，移动窜改事件发生；

4.不属于上述1或2或3，没有窜改事件发生。

本发明将加速度传感器及相应的软件处理模块应用于电子镣铐固定单元以检测其移动窜改事件。本方法极大地简化了电子镣铐固定单元的安装成本及时间，同时提高了移动窜改检测的性能。传统的电子镣铐固定单元安装涉及安装辅助材料及施工费用，并且安装方式受到限制，如大多只能水平安装，不能垂直墙面安装，或倒置吸顶安装。基于本发明的电子镣铐固定单元本质上一是无需任何“安装“，它基本上可以实现”即插即用(Plug-and-Play)“的功能；二是安装方式不受限制，如可以支持水平，垂直及倒置安装，相应的软件处理模块会自适应的检测电子镣铐固定单元的放置方位，并自动地选择相应的移动窜改门限进行移动窜改检测。

发明附图说明

本发明共八个附图，简述如下。

图1.表示根据本发明的电子镣铐系统应用示意图；

图2.表示根据本发明的电子镣铐系统原理框图；

图3.表示根据本发明的电子镣铐固定单元原理框图；

图4.表示根据本发明的电子镣铐固定单元盖子打开检测框图；

图5.表示根据本发明的电子镣铐固定单元窜改检测框图；

图6.表示根据本发明的电子镣铐固定单元加速度传感器方位检测与移动门限设置软件模块；

图7.表示根据本发明的电子镣铐固定单元(CID，TA)获取及数据库软件模块；

图8.表示根据本发明的电子镣铐固定单元移动窜改检测软件模块；

每个附图的详细工作原理将在下面描述。

发明具体实施方式详述

以下以电子镣铐固定单元为例来描述基于本发明的自适应窜改检测方法，它不应被视作为一种限制，而仅是解释本发明的列子之一。

电子镣铐系统应用于包括家庭监视居住和个人监视领域。在这样的系统中，图1表示根据本发明的电子镣铐系统应用示意图，电子镣铐单元100带在被监视人的脚踝处，它将其自身的状态及位置通过无线方式发送给电子镣铐固定单元200；电子镣铐固定单元200放置于被监视人居住处，它的主要功能是将电子镣铐100及自身的状态及位置通过通信网络300发送给监控中心400，监控中心400可将这些信息发送给执行机构500及执行警察600。

图2表示根据本发明的电子镣铐系统原理框图。其中电子镣铐100与电子镣铐固定单元200之间通过无线接口150进行通信；电子镣铐固定单元200与监控中心400之间通过无线接口350进行通信；监控中心400与执行机构500及执行警察600之间也可以通过无线接口350通信。在下面的描述中，通信网络300以GSM网络为例来说明。

图3表示根据本发明的电子镣铐固定单元原理框图，它包括电池202；电源204；实时时钟206，用于标识窜改事件的发生时间及有关中断处理；存储器208，用于存储电子镣铐固定单元不同安装方式所对应的移动窜改门限数值，(CID，TA)数据库及窜改记录。窜改记录包括窜事件改发生的时间，窜改事件的类型及窜改事件发生时的状态。RF模块212用于实现与电子镣铐100之间的通信：移动电话模块210用于实现电子镣铐固定单元200与通信网络300之间的无线连接，微处理器218用于实现有关的硬件接口及软件模块。盖子开闭传感器216，加速度传感器214，移动电话模块210与微处理器218一起实现窜改事件的检测，其工作原理将在下面详细描述。

图4表示根据本发明的电子镣铐固定单元盖子打开检测框图。盖子开闭传感器216是一个按键开关，它的第一端通过电阻R1接至正电源V+；第二端通过电阻R2接地，第二端同时接至微处理器218的一个外部中断INTx。R1及R2的选择原则是，当盖子开闭传感器216闭合时，INTx电压必须大于最小逻辑高电平；反之当盖子开闭传感器216打开时，INT0电压必须小于最大逻辑低电平。在中断极性设置方面，设置为由高到低触发，即盖子由闭合到打开触发“盖子打开中断模块”软件。盖子开闭传感器216的手柄长度的设计原则是，当电子镣铐固定单元200盖子关闭时，必须确保盖子开闭传感器216关闭；反之，当电子镣铐固定单元200盖子开启高度大于一定数值时，如3mm～5mm，必须确保盖子开闭传感器216打开。这样，任何时候电子镣铐固定单元200盖子打开都会触发INTx中断处理模块，该模块存储此窜改事件记录，并将此记录发送给监控中心400，从而实现盖子非法打开窜改检测的目的。

图5表示根据本发明的电子镣铐固定单元窜改检测框图。本窜改检测方法包括盖子打开窜改及移动窜改两大部分。盖子打开窜改由盖子开闭传感器216及微处理器218中的盖子打开中断模块230完成，其原理已在上面描述。移动窜改检测硬件由加速度传感器214，移动电话模块210及微处理器218组成；相应的软件由以下四大部分实现：

1.加速度传感器方位检测模块220及加速度传感器移动门限选择222；

2.加速度传感器输出滤波处理模块224；

3.通信网络(CID，TA)数据库；

4.移动窜改检测模块226。

每个软件模块的功能将在下面详细描述。

图6表示根据本发明的电子镣铐固定单元加速度传感器方位检测与移动门限设置软件模块。本子程序是本发明中自适应移动检测的基础，在实际使用中，它的主要使用步骤如下：

1.放置电子镣铐固定单元200在设定的位置；

2.给电子镣铐固定单元200供电AC220V；

3.触发该子程序使其运行一次。

固定位置模式触发模块242的功能是置该电子装置200于固定位置工作模式并进行相关的初始化设置，它的实现有多种方式，如向本电子镣铐固定单元200发送一个特定编码的命令，在GSM网络中可用SMS实现；或是在电子镣铐固定单元200上设置相应的按键；或用交流AC220V输入触发。本发明不限定任何特定的触发方式。

该子程序仅在触发时才运行一次，且运行时间极短。加速度传感器方位检测模块220检测加速度传感器214的实际放置方位，该方位是加速度传感器214在电子镣铐固定单元200中PCB板上的安装方位与电子镣铐固定单元200在实际应用中的放置方位的合成方位；关于加速度传感器214方位的详细描述参见有关参考文献。由于加速度传感器214在电子镣铐固定单元200中PCB板上的安装方位(x0，y0，z0)是事先设计且已知的，因此通过检测加速度传感器214的实际输出三维坐标(x，y，z)就可以计算出电子镣铐固定单元200的实际放置方位(x200，y200，z200)，如水平放置，垂直放置或倒置吸顶放置，这些功能由加速度传感器方位检测模块220实现。加速度传感器移动门限选择222是在得到加速度传感器方位检测模块220的方位数据之后，从已经存储在存储器中的各种放置方位的移动窜改门限中选择对应于本方位的移动窜改门限供后面的移动窜改检测模块226使用。本子程序对加速度传感器的实际方位及移动门限的自适应处理为电子镣铐固定单元200的灵活放置奠定了基础。

图7表示根据本发明的电子镣铐固定单元(CID，TA)获取及数据库软件模块。由基于三维坐标的加速度传感器214来检测电子镣铐固定单元的移动窜改是相当的稳定及可靠，因为它包括三维坐标(x，y，z)的变化，且仅需判断移动与否，而不是计算移动的大小。本发明提供了二次移动检测电路，即使由于任何原因使加速度传感器214不能检测到任何细小的移动，如移动窜改门限被被监视人获知，且被监视人每次非法移动电子镣铐固定单元的幅度极小不至于被加速度传感器214检测出来。此时，电子镣铐固定单元200的移动窜改仍可能被基于通信网络(CID，TA)的二次检测所检测到。在通信网络如GSM网络通信中，CID(cell ID)代表正在与电子镣铐固定单元200有链路的基站的标识号码，TA表示电子镣铐固定单元200与该基站的直线距离。TA的单位为550m，最大值为64×550m＝35.2km。关于CID及TA的详细描述参见有关文献。图7所示子程序的执行与图6类似，即被触发时它会被执行一次，此时通信网络(CID，TA)获取模块232通过移动电话模块210与通信网络300之间的通信来获取当前的(CID，TA)数值；(CID，TA)数据库更新模块234将清空数据库中的所有数据，因为这一触发表示一个应用的开始，之后(CID，TA)数据库更新模块234将新获取的(CID，TA)写入数据库，从而得到(CID，TA)数据库228供后续的移动窜改检测模块226使用。

与图6所示子程序不同的是，图7所示子程序可被多次调用。当通信网络(CID，TA)获取模块232获得第二个(CID，TA)，(CID，TA)数据库更新模块234检测到此(CID，TA)不在当前数据库中时，电子镣铐固定单元200将此(CID，TA)发给监控中心400去审查；监控中心400将审查结果，即是否将此(CID，TA)加入现有的数据库，通知电子镣铐固定单元200，之后(CID，TA)数据库更新模块234更新数据库228。图7所示子程序可以在电子镣铐固定单元200中实现，也可以在监控中心400中实现，或电子镣铐固定单元200与监控中心400协同实现。

图8表示根据本发明的电子镣铐固定单元移动窜改检测软件模块。加速度传感器输出滤波模块224对加速度传感器输出作滤波处理。移动窜改检测模块226的工作步骤是，首先将加速度传感器输出滤波模块224的输出与加速度传感器移动门限选择222的选择值比较，如果大于移动门限，则存储窜改记录238并发送窜改记录到监控中心；如果小于移动门限，表示加速度传感器214没有检测到移动事件，此时启动移动电话模块210与通信网络300之间的通信以得到当前的(CID，TA)，将此(CID，TA)与(CID，TA)数据库228中的记录相比，如果此记录不在数据库中，则存储窜改记录238并发送窜改记录到监控中心；如果此记录在数据库中，则表示没有移动窜改事件发生。发送窜改记录到监控中心之后，待收到监控中心400的确认收到回执之后，删除已发送窜改记录。窜改记录包括窜改发生的时间，窜改类型及有关的状态信息，它存放在存储器208中。

由上述描述可见，本发明提出的用于电子装置在固定位置工作模式下的自适应窜改检测方法，即检测非授权的打开电子装置的盖子及非授权的移动电子装置的方法，通过应用盖子开闭传感器，加速度传感器，移动电话模块及相应的软件处理模块，能够有效地检测出窜改事件的发生。由于本方法具有的自适应特性，使得电子装置的安装变得极为简单，且没有安装方式的限制，即可实现水平安装，垂直安装及倒置安装。本方法原理上适合任何电子装置，上面仅以电子镣铐固定单元应用为例进行描述。

在此公开的本发明是以特定的实现形式及应用领域来描述的，因此对于熟悉本发明领域的人士，他们可以作适当的修改或变化，但这并不脱离本发明的范畴。

Claims (8)

1.一种通信系统，包括：

电子装置200，通信网络300，监控中心400，执行机构500及执行警察600；电子镣铐固定单元为电子装置200的一个具体实例；所述通信系统的特征在于电子装置200在固定位置工作模式下的自适应窜改检测方法；所述“窜改”包括两方面的内容，一是非授权的打开所述电子装置200的盖子，二是非授权的移动该电子装置200；所述自适应窜改检测系统包括：

I)盖子开闭传感器216；

II)加速度传感器214；

III)移动电话模块210；

IV)电子装置200固定位置模式触发模块242；

V)支持上述传感器的软件模块。

2.权利要求1的通信系统，所述盖子开闭传感器216的进一步特征包括：

I)盖子开闭传感器216由一个按键开关实现；

II)所述按键开关216安装在电子装置200的PCB板上；

III)所述按键开关216的手柄高度满足两个条件：一是当电子装置200盖子闭合时，按键开关216闭合；二是当电子装置200盖子打开时，按键开关216打开；或者相反的设置，即：一是当电子装置200盖子闭合时，按键开关216打开；二是当电子装置200盖子打开时，按键开关216闭合；

IV)所述按键开关216与微处理器218连接，其开闭状态由中断模块或检测模块判断。

3.权利要求1的通信系统，所述加速度传感器214的进一步特征包括：

I)所述加速度传感器214是一个三维的加速度传感器；

II)所述加速度传感器214安装在电子装置200的PCB板上；

III)所述加速度传感器214在不同的电子装置200安装方位条件下所对应的移动窜改门限数值事先存储在存储器208中。

4.权利要求1的通信系统，所述移动电话模块210的进一步特征包括：

I)移动电话模块210支持电子装置200与监控中心400之间通过通信网络300的通信；

II)移动电话模块210实现基于加速度传感器214的二次移动窜改检测；

III)移动电话模块210支持的二次移动窜改检测通过(CID，TA)数据库实现；

IV)移动电话模块210(CID，TA)数据库可以存放在电子装置200中或监控中心400中。

5.权利要求1的通信系统，所述固定位置模式触发模块242的进一步特征包括：

I)当电子装置200安装完毕之后，触发所述模块242以使电子装置200进入固定位置工作模式并对其进行初始化；

II)固定位置模式触发模块242的实现方式可以是一个通信命令或触发信号或按键。

6.权利要求5固定位置模式触发模块242的进一步特征包括：

I)当触发所述模块242之后，加速度传感器检测电子装置200的实际安装方位；

II)根据电子装置200的实际安装方位来选择相应的加速度传感器移动窜改门限值来进行自适应窜改事件检测。

7.权利要求4的移动电话模块210(CID，TA)数据库，其特征进一步包括：

I)当触发所述模块242之后，(CID，TA)数据库清空，之后写入当前的(CID，TA)；

II)当移动电话模块210接收到第二个(CID，TA)后，将它发给监控中心400去审查；

III)监控中心400将审查结果通知移动电话模块210以更新(CID，TA)数据库。

8.权利要求1的通信系统，所述自适应窜改检测方法包括如下主要步骤：

I)盖子传感器216检测到通信装置盖子打开，盖子打开窜改事件发生；

II)加速度传感器滤波输出大于所选定的加速度传感器移动门限值，移动窜改事件发生；

III)移动电话模块210当前的(CID，TA)不在(CID，TA)数据库，移动窜改事件发生；

IV)不属于I)，II)或III)的情况，没有窜改事件发生。

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