CN107428313A - 用于确定便携式钥匙装置相对屏障是否位于有效区域的方法、装置、计算机程序和计算机程序产品 - Google Patents

用于确定便携式钥匙装置相对屏障是否位于有效区域的方法、装置、计算机程序和计算机程序产品 Download PDF

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Abstract

提出了一种用于确定便携式钥匙装置相对于屏障是否位于有效区域中的方法。该方法在访问控制装置中执行，并且包括以下步骤：使用一对天线来检测来自便携式钥匙装置的无线信号的到达角度，该对天线被设置成使得该对天线之间的线与屏障交叉；以及基于到达角度确定便携式钥匙装置是否位于有效区域内。

Description

用于确定便携式钥匙装置相对屏障是否位于有效区域的方 法、装置、计算机程序和计算机程序产品
技术领域
本发明涉及用于使用两个天线确定便携式钥匙装置是否位于便携式钥匙装置的有效区域定位内的方法、访问控制装置、计算机程序和计算机程序产品。
背景技术
锁装置和钥匙装置由传统的纯机械锁发展而来。目前，存在用于电子锁装置的无线接口，例如通过与便携式钥匙装置交互。例如，射频识别(RFID)已经被用作无线接口。当使用RFID时，用户需要将便携式钥匙装置呈现在与锁的读取器非常接近的地方。然而，为了提供更加用户友好的解决方案，开始使用具有更大范围的无线接口。这允许在没有用户交互的情况下例如在便携式钥匙位于口袋或者手提包内的情况下发生便携式钥匙装置与锁之间的交互。然而，在这样的情况下，存在在内部的某人通过简单地走过锁装置而将锁装置解锁的风险。为了防止这种情况发生，在不引入用户交互以打开锁装置的情况下，需要一种确定便携式钥匙装置是在内部还是在外部的方式。以这种方式，可以禁用内部装置的自动访问控制，从而防止无意地解锁。
US 2013/0176107提出了一种包括远程访问装置和电子锁的无线访问控制系统。电子锁与远程访问装置通信。电子锁控制锁定和解锁其中设置有电子锁的门的能力。电子锁确定远程访问装置距该锁的距离小于或等于预定距离的时刻，以使得锁能够被解锁。更具体地，使用内部天线和外部天线来确定用户在哪一侧。如果来自内部天线的校准的RSSI大于来自外部天线的一个RSSI读数或多个RSSI读数，则确定用户位于内部。
然而，这样的基于双天线RSSI的位置确定并不总是理想的。在某些情况下，无线电信号由于取决于外部物体和干扰的反射和衰减而失真，这不能被可靠地控制。
发明内容
目的是提高在确定便携式钥匙装置相对于屏障是否位于有效区域中时的准确度。
根据第一方面，提出了一种用于确定便携式钥匙装置相对于屏障是否位于有效区域中的方法。该方法在访问控制装置中执行，并且包括以下步骤：使用一对天线来检测来自便携式钥匙装置的无线信号的到达角度，该对天线被设置成使得该对天线之间的线与屏障交叉；以及基于到达角度确定便携式钥匙装置是否位于有效区域内。
通过基于到达角度而不是如现有技术中的基于RSSI的信号水平来确定便携式钥匙装置是否位于有效区域内，提供了更稳定的确定。信号水平可能取决于大量因素而波动并且受到干扰，而信号接收的时刻是更加依赖的。因此，确定便携式钥匙装置的正确的位置的可能性显著增加。此外，由于同一信号由天线对中的两个天线接收，因此攻击者非常难以操控到达角度。由于该对天线之间的线与屏障交叉，因此这允许相对于屏障的内部/外部检测。
有效区域可以位于屏障的外部。在一个实施方式中，有效区域等于屏障外部的区域。
该对天线可以被设置成使得该对天线之间的线在误差范围内垂直于屏障。垂直在这里被解释为在同一平面内垂直。换句话说，该对天线之间的线垂直于与该对天线之间的线在同一平面内的屏障的主要尺寸。
该方法还可以包括以下步骤：基于到达角度确定便携式钥匙装置的可能位置的范围。在这样的情况下，确定便携式钥匙装置是否位于有效区域内的步骤包括确定可能位置的范围是否位于有效区域内。
该方法还可以包括以下步骤：确定便携式钥匙装置相对于天线的距离。在这样的情况下，确定可能位置的范围的步骤包括基于所述距离确定可能位置的范围。
确定可能位置的范围的步骤可以包括确定在三维中的位置。
根据第二方面，提出了一种被布置成确定便携式钥匙装置相对于屏障是否位于有效区域中的访问控制装置。访问控制装置包括：处理器；以及存储器，其存储有指令，所述指令在由处理器执行时使访问控制装置：使用一对天线来检测来自便携式钥匙装置的无线信号的到达角度，该对天线被设置成使得该对天线之间的线与屏障交叉；以及基于到达角度确定便携式钥匙装置是否位于有效区域内。
有效区域可以位于屏障的外部。
该对天线可以被设置成使得该对天线之间的线在误差范围内垂直于屏障。
访问控制装置还可以包括在由处理器执行时使访问控制装置基于到达角度确定便携式钥匙装置的可能位置的范围的指令；并且其中，用以确定便携式钥匙装置是否位于有效区域内的指令包括指在由处理器执行时使访问控制装置确定可能位置的范围是否位于有效区域内的指令。
访问控制装置还可以包括在由处理器执行时使访问控制装置确定便携式钥匙装置相对于天线的距离的指令；并且其中，用以确定可能位置的范围的指令包括在由处理器执行时使访问控制装置基于所述距离确定可能位置的范围的指令。
根据第三方面，提出了一种用于确定便携式钥匙装置相对于屏障是否位于有效区域中的计算机程序。计算机程序包括计算机程序代码，当访问控制装置上运行时，所述计算机程序代码使访问控制装置：使用一对天线来检测来自便携式钥匙装置的无线信号的到达角度，该对天线被设置成使得该对天线之间的线与屏障交叉；以及基于到达角度确定便携式钥匙装置是否位于有效区域内。
根据第四方面，提出了一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括根据第三方面的计算机程序和存储有该计算机程序的计算机可读装置。
一般地，除非在本文中另有明确限定，否则权利要求书中使用的所有术语要根据技术领域中的通常含义进行解释。除非另有明确说明，否则对“一个/一种/该元件、设备、部件、装置、步骤等”的所有引用要被开放性地解释为涉及元件、设备、部件、装置、步骤等的至少一个示例。除非明确说明，否则本文公开的任何方法的步骤不必以公开的确切顺序执行。
附图说明
现在借助示例参照附图来描述本发明，在附图中：
图1是示出可以应用本文提出的实施方式的环境的示意图；
图2A至图2B是示出如何使用到达角度来确定在图1中示出的环境中的便携式密钥装置的位置的示意性俯视图；
图3是示出在图1的环境中使用的替选有效区域的示意性俯视图；
图4是示出在图1的访问控制装置中执行的用于确定便携式钥匙装置相对于屏障是否位于有效区域中的方法的实施方式的流程图；
图5是示出图1的访问控制装置的实施方式的示意图；以及
图6是示出包括计算机可读装置的计算机程序产品的一个示例。
具体实施方式
现在将参照示出本发明的某些实施方式的附图在下文中更详细地描述本发明。然而，本发明可以以各种不同的形式实现，并且不应该被解释为限于本文所阐述的实施方式；相反，借助示例提供了这些实施方式，使得本公开内容将是透彻和完整的，并且将本发明的范围充分传达给本领域的技术人员。在整个说明书中，相似的附图标记指代相似的元件。
图1是示出可以应用本文中提出的实施方式的环境的示意图。
对物理空间16的访问受选择性地可解锁的物理屏障15限制。例如，屏障15可以是门、大门、舱门、窗户等。为了解锁屏障15，设置有访问控制装置13。访问控制装置13连接至物理锁装置1，该物理锁装置1可以由访问控制装置13控制以被设置成解锁状态或锁定状态。在该实施方式中，访问控制装置13靠近物理锁装置1安装。
访问控制装置13使用多个天线5a至5b通过无线接口与便携式钥匙装置2进行通信。便携式钥匙装置2是由用户可携带并且可以用于通过无线接口进行认证的任何合适的装置。便携式钥匙装置2通常由用户携带或佩戴，并且可以实现为移动电话、智能电话、钥匙扣、可穿戴装置、智能电话机壳、RFID(射频识别)卡等。在图1中，可以看到两个天线5a至5b，其中第一天线5a设置在第二天线5b前方。然而，可能存在与访问控制装置13有关地设置更多的天线。使用无线通信，可以在解锁过程中例如使用挑战与响应方案检查便携式钥匙装置的认证和权限，之后访问控制装置13授权或拒绝访问。可替选地或者另外，可以以相同的方式使用便携式钥匙装置以在被授权时例如使用开门器触发屏障被打开。如下面更详细地描述的，还可以使用天线来检测便携式钥匙装置2的到达角度，从而确定便携式钥匙装置2相对于屏障15是否位于有效区域中。有效区域被限定成使得当便携式钥匙装置位于有效区域中时触发访问控制是有益的。
设置多个天线提供了另外的益处。例如，天线可以用于波束形成、多输入/多输出(MIMO)传输、天线之间的冗余、差分天线等。
当访问被授权时，访问控制装置13向锁装置1发送解锁信号，由此将锁装置1设置为解锁状态。在该实施方式中，这可以例如意味着通过基于线的通信例如使用串行接口(例如RS485、RS232)、通用串行总线(USB)、以太网者甚至简单的电连接(例如至锁装置1)的信号，或者可替选地通过无线接口的信号。当锁装置1处于解锁状态时，屏障15可以被打开，而当锁装置1处于锁定状态时，屏障15不能被打开。以这种方式，由访问控制装置13控制对封闭空间16的访问。要注意的是，访问控制装置13和/或锁装置1可以安装在由物理屏障15(如图所示)提供的固定结构(例如墙、框等)中，或者安装在物理屏障15中(未示出)。
图2A至2B是示出如何使用到达角度来确定在图1中示出的环境中的便携式钥匙装置的位置的示意性俯视图。通过确定便携式钥匙装置的位置，可以确定便携式钥匙装置是否在有效区域中。在图2A的实施方式中，有效区域被简单地限定为(屏障的)外部8。当便携式钥匙装置位于有效区域时，可以执行与屏障的解锁和/或打开有关的进一步的动作。以这种方式，防止屏障的无意的解锁和/或打开。内部被解释为屏障的使用屏障防止访问的一侧。外部是与内部相反的一侧。要注意的是，屏障的外部可以相对于另一屏障在内部。
在图2A中，示出了由第一天线5a和第二天线5b组成的一对天线，在该对天线之间具有线6。该线6是直线，并且不需要物理地存在。中点3示出为在线6上在第一天线5a与第二天线5b之间的中心位置。第一天线5a和第二天线5b是分离的。使用UWB(超宽带)传输，该对天线之间的距离可以小至三厘米。
以这种方式，当从便携式钥匙装置2接收无线信号时，可以检测到接收到无线信号时的时间差。这可以例如使用接收到的信号之间的相位差来检测。使用时间差来计算到达角度(AoA)α。AoAα是相对于该对天线5a、5b之间的线6的角度。换句话说，从中点3，便携式钥匙装置可以在由AoAα限定的锥体10上的任何地方。在图2A中，该锥体的俯视图被投影在与屏障15垂直的平面中。
使用AoAα可以确定便携式钥匙装置2位于屏障15的外部8还是内部7。当有效区域被限定为屏障15的外部时，这是足够准确的。
在图2B中，还通过例如双向测距(参见下文)来确定距便携式钥匙装置2的距离d。使用距离d和角度α更进一步地限制了便携式钥匙装置的可能位置。在图2B的俯视图中，便携式钥匙装置的仅可能位置是第一位置18a和第二位置18b。如果这扩展到三维，则可能位置被限定为沿着由AoAα限定的锥体10的距中点距离为d的圆。
通过使该位置确定基于AoA而不是如现有技术的基于RSSI的信号水平，提供了更稳定的确定。信号水平可以取决于大量因素而波动并且受到干扰，而信号接收的时刻是更加依赖的。因此，确定便携式钥匙装置的正确位置的可能性显著增加。此外，AoA非常难以被攻击者操控，因为同一的信号由天线对中的两个电线接收。一旦知道位置，可以将该位置与预定的有效区域进行比较，以确定是否进行屏障的解锁和/或打开过程。例如，有效区域可以是所有的外部8，由此如果便携式钥匙装置位于外部8，则可以进行解锁/打开过程。此外，对于该过程，尽管可以使用更多的天线来获得更好的准确度，但使用两个天线是足够的。
要注意的是，两对天线不需要在屏障的分开的两侧，而是可以在相同的一侧但彼此分开。
图3是示出供在图1的环境中使用的替选有效区域的示意性俯视图。这里，有效区域12被限定得比简单的门的外部更窄。实际上，可以以任何合适的方式来限定有效区域12。一旦如上所述确定了可能位置，则可以确定所有可能位置是否位于有效区域内，借此确定便携式钥匙装置位于有效区域中，此后可以触发例如屏障15的解锁和/或打开的进一步的处理。
要注意的是，有效区域12同样可以被很好地限定在内部，例如用于解锁窗户。此外，可以在三维中确定有效区域12，例如用于防止在其他楼层上的便携式钥匙装置被认为处于有效区域。例如，有效区域可以被限制为在高度上对应于屏障所处的建筑物的楼层。
图4是示出在图1的访问控制装置中执行的用于确定便携式钥匙装置相对于屏障是否位于有效区域内的方法的实施方式的流程图。
该方法可以例如在检测到便携式钥匙装置接近时开始。可选地，如果访问控制装置可操作，则该方法被无限地重复执行。
在检测AoA的步骤40中，使用一对天线来检测来自便携式钥匙装置的无线信号的到达角度。天线被设置成使得该对天线之间的线与屏障交叉。在一个实施方式中，该对天线被设置成使得该对天线之间的线(图2A至2B的6)在误差范围内垂直于屏障15。误差范围可以是例如+-10度，+-5度或+-2度。在一个实施方式中，误差范围是+-1度。天线之间的线可以被严格限定为在天线之间，即从一个天线至另一个天线的直线。
在可选的确定距离的步骤43中，检测便携式钥匙装置相对于天线的距离。这可以从一个或两个天线使用双向测距来完成，其中从天线向便携式钥匙装置发送第一信号，之后便携式钥匙装置以第二信号做出响应。使用从第一信号被发送的时刻到第二信号被接收的时刻的时间差，可以确定距便携式钥匙装置的距离。
在可选的确定可能位置的步骤44中，基于到达角度来确定便携式钥匙装置的可能位置的范围。当从执行步骤43可以获得距离时，可能位置的范围也可以基于该距离，如图2B所示。
可以在二维中确定位置，当仅一层适用时，这可以更简单地计算，并且可能是足够的。可替选地，可以在三维中确定位置，例如用于防止在其他楼层上的便携式钥匙装置被认为处于有效区域。例如，有效区域可以被限制成在高度上对应于屏障所处的建筑物的楼层。
在确定是否在有效区域中的步骤46中，基于到达角度来确定便携式钥匙装置是否位于有效区域内。如上所述，可以在二维中或三维中限定有效区域。
在一个实施方式中，有效区域被限定为在屏障的外部的任何地方。在一个实施方式中，有效区域由外部边界限定，使得当便携式钥匙装置在外部边界内时，该便携式钥匙装置处于有效区域中(例如如图3所示和以上所述)。
当执行确定可能位置的步骤44时，确定是否在有效区域中的步骤46包括确定可能位置的范围是否在有效区域内。如果所有可能位置都在有效区域内，则便携式钥匙装置被认为处于有效区域中。
然后，使用便携式钥匙装置是否在有效区域中的知识来决定是否进行访问控制。如果便携式钥匙装置被确定为在有效区域中，则可以进行访问确定过程，从而产生授权或拒绝访问。另一方面，如果便携式钥匙装置被确定为在有效区域之外，则不执行进一步的访问确定。当在没有用户交互的情况下执行访问控制时，这防止了在有效区域之外的某人通过简单地走过访问控制装置来解锁该锁装置。可替选地或者另外，可以使用相同的逻辑来确定是否打开屏障，例如使用自动开门器。换句话说，实现了更长距离的无线电的可用性，但是具有现有技术的基于RFID的解决方案的位置安全性。此外，通过将天线与访问控制装置分离，硬件可以放置在附近任何合适的位置。例如，访问控制装置可以放置在屏障或者除非屏障打开否则不能访问的周围结构中的位置，以提供针对攻击的进一步的保护。可替选地，访问控制装置可以放置在内部或开门器上，并且仍然控制在外部的便携式钥匙装置。
图5是示出图1的访问控制装置13的实施方式的示意图。
处理器60控制访问控制装置13的整体操作。处理器60可以是能够执行软件指令或以其他方式配置成根据预定的逻辑进行操作的合适的中央处理单元(CPU)、多处理器、微控制器单元(MCU)、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)等中的一个或更多个的任何组合。因此，处理器60能够执行存储在存储器64中的软件指令65，因此存储器64可以是计算机程序产品。处理器60可以被配置成执行以上参照图4描述的方法。
存储器64可以是读写存储器(RAM)和只读存储器(ROM)的任何组合。存储器64还包括永久性存储设备，该永久性存储设备例如可以是磁存储器、光学存储器、固态存储器甚至远程安装存储器中的任何一个或组合。
还设置有数据存储器66用于在处理器60中执行软件指令期间读取和/或存储数据，例如到达角度以及距离。数据存储器66可以是读写存储器(RAM)和只读存储器(ROM)的任何组合。
访问控制装置13还包括I/O接口63，该I/O接口63用于与例如锁装置1和便携式钥匙装置2的其他外部实体进行通信，例如以交换数字认证数据。I/O接口63使用多个天线5通过无线接口与便携式钥匙装置2进行通信。如上所述，天线5可以用于确定便携式钥匙装置的位置。I/O接口63支持通过任何合适的无线接口的无线通信，例如使用蓝牙、蓝牙低能量(BLE)、任何IEEE 802.15标准、射频识别(RFID)、近场通信(NFC)、任何IEEE 802.11标准、无线USB等。I/O接口63还可以支持基于线的通信，例如使用通用串行总线(USB)、以太网或者甚至例如至锁装置1的简单的电连接。
可选地，访问控制装置13还包括用户接口9，例如，包括发光二极管(LED)或其他灯、显示器、键盘或小键盘等中的任何一个或更多个。
可选地，访问控制装置13与锁装置1组合在单个装置中。在这样的情况下，访问控制装置13的一个或更多个部件可以与锁装置1共享。在另一实施方式中，访问控制装置13安装在开门器的壳体内。这提供了简单的安装。在这样的实施方式中，天线中的一些或所有也可以放置在开门器的壳体内。
图6示出了包括计算机可读装置的计算机程序产品的一个示例。在该计算机可读装置上可以存储计算机程序91，该计算机程序可以使处理器执行根据本文描述的实施方式的方法。在该示例中，计算机程序产品是例如CD(压缩磁盘)或DVD(数码通用磁盘)或蓝光磁盘的光盘。如上所述，计算机程序产品还可以在装置的存储器中实现，例如图5的计算机程序产品64。尽管计算机程序91在这里被示意性地示为在描述的光盘上的轨迹，但是计算机程序可以以适合计算机程序产品的任何方式例如可移除的固态存储器如通用串行接口(USB)驱动器存储。
以上参考几个实施方式主要描述了本发明。然而，如本领域技术人员容易理解的，在由所附专利权利要求书限定的本发明的范围内，除了以上公开的实施方式以外的其他实施方式同样也是可能的。

Claims (13)

1.一种用于确定便携式钥匙装置相对于屏障(15)是否位于有效区域中的方法，所述方法在访问控制装置(13)中执行，并且包括以下步骤：
使用一对天线(5a至5b)来检测(40)来自所述便携式钥匙装置(2)的无线信号的到达角度(α)，所述一对天线(5a至5b)被设置成使得所述一对天线(5a至5b)之间的线与所述屏障(15)交叉；以及
基于所述到达角度(α)确定(46)所述便携式钥匙装置(2)是否位于所述有效区域内。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述有效区域位于所述屏障的外部。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述一对天线(5a至5b)被设置成使得所述一对天线(5a至5b)之间的所述线在误差范围内垂直于所述屏障(15)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括以下步骤：
基于所述到达角度(α)确定(44)所述便携式钥匙装置的可能位置的范围；并且
其中，确定(46)所述便携式钥匙装置是否位于所述有效区域内的步骤包括确定所述可能位置的范围是否位于所述有效区域(12)内。
5.根据权利要求4所述的方法，还包括以下步骤：
确定(43)所述便携式钥匙装置相对于所述天线的距离(d)；并且
其中，确定(44)可能位置的范围的步骤包括基于所述距离(d)确定可能位置的范围。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，确定(44)可能位置的范围的步骤包括确定在三维中的位置。
7.一种被布置成确定便携式钥匙装置相对于屏障(15)是否位于有效区域中的访问控制装置(3)，所述访问控制装置包括：
处理器(60)；以及
存储器(64)，所述存储器(64)存储有指令(66)，所述指令(66)在由所述处理器执行时使所述访问控制装置(3)：
使用一对天线(5a至5b)来检测来自所述便携式钥匙装置(2)的无线信号的到达角度(α)，所述一对天线(5a至5b)被设置成使得所述一对天线(5a至5b)之间的线与所述屏障(15)交叉；以及
基于所述到达角度(α)确定所述便携式钥匙装置(2)是否位于所述有效区域内。
8.根据权利要求7所述的访问控制装置(3)，其中，所述有效区域位于所述屏障的外部。
9.根据权利要求7或8所述的访问控制装置(3)，其中，所述一对天线(5a至5b)被设置成使得所述一对天线(5a至5b)之间的所述线在误差范围内垂直于所述屏障(15)。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的访问控制装置(3)，还包括在由所述处理器执行时使所述访问控制装置(3)基于所述到达角度(α)确定所述便携式钥匙装置的可能位置的范围的指令(66)；并且其中，用以确定所述便携式钥匙装置是否位于所述有效区域内的指令包括在由所述处理器执行时使所述访问控制装置(3)确定所述可能位置的范围是否位于所述有效区域(12)内的指令(66)。
11.根据权利要求10所述的访问控制装置(3)，还包括在由所述处理器执行时使所述访问控制装置(3)确定所述便携式钥匙装置相对于所述天线的距离(d)的指令(66)；并且其中，用以确定可能位置的范围的指令包括在由所述处理器执行时使所述访问控制装置(3)基于所述距离(d)确定可能位置的范围的指令(66)。
12.一种用于确定便携式钥匙装置相对于屏障(15)是否位于有效区域中的计算机程序(91)，所述计算机程序包括计算机程序代码，当在访问控制装置(13)上运行时，所述计算机程序代码使所述访问控制装置(13)：
使用一对天线(5a至5b)来检测来自所述便携式钥匙装置(2)的无线信号的到达角度(α)，所述一对天线(5a至5b)被设置成使得所述一对天线(5a至5b)之间的线与所述屏障(15)交叉；以及
基于所述到达角度(α)确定所述便携式钥匙装置(2)是否位于所述有效区域内。
13.一种计算机程序产品(90)，包括根据权利要求12所述的计算机程序和存储有所述计算机程序的计算机可读装置。
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