CN108197510A - 快速准确提取近距空间内移动通信终端用户id的读头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种快速准确提取近距空间内移动通信终端用户ID的读头，其特征是，包括移动通信终端感知设备、电磁能量约束装置和输入输出端口；所述移动通信终端感知设备与电磁能量约束装置相连接，用于探测并筛选处于近距空间关系的移动通信终端的用户ID；所述输入输出端口位于移动通信终端感知设备上，用于数据的输入与输出。本发明所达到的有益效果：本系统用于侦测移动通信终端信号，识别或判断近距空间关系，实验效果明显，当移动通信终端与电磁能量约束装置处于近距空间关系时，移动通信终端感知设备能够迅速捕捉到移动通信终端信号，实现对移动通信终端特征信息的快速、准确读取，准确地实现用户与移动通信终端的人与物对应，保密性好。

Description

快速准确提取近距空间内移动通信终端用户ID的读头

技术领域

本发明涉及移动通讯终端信息读取领域，特别是涉及一种快速准确提取近距空间的移动通信终端用户ID的读头模块。

背景技术

目前，在AFC系统中，车票的主要形式是投币式和储值卡。投币式和储值卡均为IC卡，也称为智慧卡，由于其固有的信息安全、便于携带、比较完善的标准化等优点，在AFC系统中获得了更为普遍的应用，使人们的出行方便快捷。一般，IC卡与读写器配套使用，基本的工作原理是：射频读写器向IC卡发射一定频率的电磁波，该电磁波频率与IC卡内部谐振电路的频率一致，使IC卡内部电路谐振，从而实现IC卡与射频读写器的通信。根据它们之间的通信距离，可以将IC卡分为接触式、非接触式和双界面卡。AFC系统中常用的是非接触式IC卡，其核心技术为RFID(射频识别)技术。该技术是利用电磁场的近场耦合效应进行信号和数据的传输，从而识别身份，提供计费等服务。

随着无线通信技术的发展，在RFID和互联互通技术的基础上，NFC近场通信技术应运而生。该技术在单一芯片上结合了感应式读卡器、感应式IC卡和点对点功能，实现了在短距离内与兼容设备进行识别和数据交换。目前NFC的主要工作频率为13.56MHz，与公交卡、地铁卡所用频率相同，能够很好地兼容AFC系统。同时，NFC技术可以集成到移动通信终端中，与移动通信终端进行捆绑应用，提供相应的计费、支付等服务。该技术的应用需要对移动通信终端进行较大幅度的改造，且并不适用于所有型号的移动通信终端，与移动通信终端的兼容性较差，此外，移动通信终端基于无线信道进行通信，因此当近距空间关系内同时存在不止一个移动通信终端时，现有的设备很难做到有针对性的只读取或抓取某一个特定移动通信终端的特征信息，必然会误读或误抓，从而影响后台服务系统的准确服务，

与此同时，近些年来，互联网技术蓬勃发展，在此基础上衍生出了物联网。支付系统就是最为突出的物联网应用。日前，在支付系统中，网络支付已成为主流的支付方式，是人们生活中不可或缺的一部分。除了互联网技术外，网络支付主要依靠的是二维码技术。二维码是用某种特定的几何图形按一定规律在平面分布的黑白相间的图形记录数据符号信息的，一般是通过图像输入设备或光电扫描设备自动识别和读写以实现信息的自动处理。随着二维码的普及应用，它已经成为桥接现实与虚拟、人与物的最有效的方式之一。

RFID、NFC、二维码等无线通信和物联网技术，均需要与之相配套的阅读器设备协同工作。这些技术面向用户的产品形式是智慧IC卡或移动通信终端的APP应用等。这些技术的普及应用意味着人们日常生活中所携带的IC卡将会越来越多，移动通信终端中APP应用也会相应的增多。人们在享受这些新技术带来方便快捷的同时，也出现了一些新的烦恼，譬如智慧IC卡容易丢失、移动通信终端APP安装过多导致移动通信终端卡顿等问题，同时人们也担忧这些技术的信息安全问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种可方便快捷的接入并适配现有后台服务系统的读头模块，实现对移动通信终端的用户ID等特征信息的快速、准确读取，准确地实现用户与移动通信终端的人与物对应，且保密性好。

为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：

一种快速准确提取近距空间内移动通信终端用户ID的读头，其特征是，包括移动通信终端感知设备、电磁能量约束装置和输入输出端口；所述移动通信终端感知设备与电磁能量约束装置相连接，用于探测并筛选处于近距空间关系的移动通信终端的用户ID；所述输入输出端口位于移动通信终端感知设备上，用于数据的输入与输出。

前述的一种快速准确提取近距空间内移动通信终端用户ID的读头，其特征是：所述移动通信终端感知设备包括但不限于基站系统、D2D终端；

所述移动通信终端的用户ID包括但不限于IMSI号、手机号；所述移动通信终端感知设备设有射频天线，为移动通信终端感知设备提供全向或定向的区域的通信覆盖，所述移动通信终端感知设备与电磁能量约束装置相结合，用于探测并筛选处于近距空间关系的移动通信终端的用户ID；

所述移动通信终端感知设备通过适配的输入输出端口，将筛选的移动通信终端的用户ID发送给相应的后台服务系统；所述移动通信终端感知设备与网络设备相连，形成完整的移动通信系统。

前述的一种快速准确提取近距空间内移动通信终端用户ID的读头，其特征是，所述电磁能量约束装置上设有开口；所述开口为喇叭口形状，开口俯视面的长宽均大于工作波长。

前述的一种快速准确提取近距空间内移动通信终端用户ID的读头，其特征是，所述电磁能量约束装置的开口为上宽下窄的喇叭形，且开口顶部用导电布封贴；所述导电布尺寸与开口顶部尺寸一致。

前述的一种快速准确提取近距空间内移动通信终端用户ID的读头，其特征是，所述电磁能量约束装置的开口处设置有红外传感器；所述红外传感器感应到有物体接近，并将反馈结果发送给移动通信终端感知设备。

前述的一种快速准确提取近距空间内移动通信终端用户ID的读头，其特征是，所述电磁能量约束装置的内部涂抹吸波材料。

前述的一种快速准确提取近距空间内移动通信终端用户ID的读头，其特征是，所述吸波材料为环保型电磁兼容高分子树脂和特种软磁金属复合物。

前述的一种快速准确提取近距空间内移动通信终端用户ID的读头，其特征是：所述输入输出端口包括但不限于网口、串口。

前述的一种快速准确提取近距空间内移动通信终端用户ID的读头，其特征是：所述后台服务系统包括但不限于AFC系统、门禁系统、支付系统。

本发明所达到的有益效果：本发明给出一种可方便快捷的接入并适配现有后台系统的读头模块，能实现对移动通信终端特征信息的快速、准确读取，准确地实现用户与移动通信终端的人与物对应，保密性好，用于近距空间关系的读头及方法。应用了本发明方法的读头模块可在短时间内(不超过2秒，以移动通信终端用户开始刷手机进闸机、进门禁等让移动通信终端和移动通信感知设备读头处于“近距空间关系”的时刻作为起始时刻)、准确提取与之处于近距空间关系(距离小于10厘米，如近距离非接触、碰触、贴合等)的移动通信终端(包括但不限于2G、3G、4G、5G移动通信终端)的用户身份识别卡对应的ID号(包括但不限于IMSI号和IMSI号对应的其他可用于用户身份识别的ID号)。

随着人们生活节奏的加快，移动通信技术的发展，移动通信终端设备变得越来越普及。本发明可以加载于现有服务系统的硬件设备上(如地铁闸机、门禁、公园闸机)，为移动通信终端用户提供相关智能服务，包括但不限于刷手机及过地铁闸机、刷手机过小区门禁、手机支付、刷手机进家门等便捷服务，让人们摆脱了携带各种“市民卡”、“小区卡”、“公交卡”的烦劳。因此，本发明对提升移动支付体验、提升通行体验并据此进行智能服务具有重大意义，具有较大的社会效益和经济效益

附图说明

图1是本发明的结构简图；

图2是本发明应用于AFC系统的示例性实施例结构简图；

图3是本发明应用于AFC系统的示例性实施例结构俯视图；

图4是本发明的示例性实施例中读头模块获取范围内所有手机特征信息的流程图；

图5是本发明的示例性实施例中读头模块获取进入感知区域内手机的流程图；

图6是本发明的示例性实施例中测试读头模块约束电磁能量效果时手机的摆放位置图，共有8幅图，对应移动终端与移动通信终端感知设备读头模块的8个位置，point1-point8；

图7是本发明的示例性实施例中读头模块的内部基站测试手机在P1-P7位置处的RSRP值；

图8为本发明的示例性实施例中读头模块的内部基站测试手机在P1、P8位置处的RSRP值。

图中附图标记的含义：

1-电磁能量约束装置，2-金属开口，3-移动通信终端感知设备，4-射频天线，5、6-输出端口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

本发明的一种采用蜂窝技术的快速准确提取近距空间的移动通信终端用户ID的读头模块由电磁能量约束装置、移动通信终端感知设备(移动通信终端感知设备包括但不限于基站系统、D2D终端)以及特定的输出端口等组成。该模块可应用于闸机、门禁、支付读头等多种行业设备中。其工作原理可分如下三个步骤：

步骤一：利用移动通信终端感知设备通过前端射频天线实现全向或定向的区域(如距离5-15米范围内)的通信覆盖，当移动通信终端进入该感知设备覆盖的范围内，会自动驻留到该移动通信终端感知设备中，移动通信终端感知设备获取到该范围内所有驻留且经认证的移动通信终端的用户ID、信号强度(RSRP)、IMSI号等特征信息；

步骤二，当驻留且认证的某一移动通信终端与电磁能量约束装置处于近距空间关系时，所述近距空间是指8-15cm之内的距离，具体数据依据实际需求进行设定，移动通信终端感知设备感知有移动通信终端接近，包括刷卡、碰触；

步骤三，移动通信终端感知设备选出符合近距空间关系的移动通信终端，移动通信终端感知设备发出一个信号；

步骤四，移动通信终端感知设备通过输出端口将选出的移动通信终端的用户ID(用户身份识别卡所对应的ID号)和对应的其它信息发送给后台服务系统。

为了在短时间(2秒以内，以移动通信终端用户开始刷手机进闸机、进门禁等让移动通信终端和移动通信感知设备读头处于“近距空间关系”的时刻作为起始时刻)、准确(误差小于20厘米)提取与移动通信终端感知设备处于近距空间关系(小于10厘米，如近距离非接触、碰触、贴合)的移动通信终端的用户ID，需要在通用的通信协议基础上作配置修改，例如配置A2事件的触发门限、上报次数、上报间隔等，使移动通信感知设备能够获取并存储移动通信终端测量到的移动通信终端感应设备(包括但不限于基站、D2D终端、闸机、门禁等)的信号强度、能量等级、用户ID等特征信息。通过基于信号强度、能量等级等特征信息的算法分析，移动通信终端感知设备可以准确地筛选出与之处于近距空间关系的移动通信终端的用户ID。

移动通信终端感知设备(包括但不限于基站系统、D2D终端、闸机、门禁、支付读头)通过前端射频天线实现一定范围内全向或定向的通信覆盖，当移动通信终端进入该范围内时，会自动注册并驻留到该移动通信终端感知设备中，移动通信终端感知设备因此可以获取到该范围内所有驻留移动通信终端的信号强度(RSRP)、IMSI号等特征信息。当驻留的某一移动通信终端尝试与能量约束装置处于近距空间关系(如小于10厘米的非接触、碰触、贴合等关系)时，首先通过红外传感器感应到有物体接近，将反馈结果发送给移动通信终端感知设备。移动通信终端感知设备提取移动通信终端上报的特征信息，筛选出处于近距空间关系的移动通信终端的用户身份识别卡对应的ID号(包括但不限于IMSI号)，实现用户与移动通信终端的人与物对应。

移动通信终端感知设备包括核心网设备、蜂窝基站和射频天线三部分，其中核心网设备用于与互联网的通信。蜂窝基站用于基带、射频信号的处理。射频天线用于定向聚合射频收发信号，便于基站精准侦测附近手机信号。

本案的示例性实施例如图2所示，由四部分组成：适用于移动通信谱系的电磁能量约束装置，射频天线，基站和输出端口。出于成本的考量不改变原有闸机的结构，同时为了与AFC系统对接，因此需要在该系统的约束电磁能量的装置上开一个较大的口，为了实际效果更好需额外加装一个红外传感器，具体结构如图3所示。

步骤一：首先需要配置内部基站及核心网参数，使得手机能够从宏站小区注册并驻留到该基站中，同时该基站通过调节前端射频天线类型、发射功率等方式实现十米范围内的通信覆盖。当手机进入范围内时，宏站信号减弱，内部基站信号增强，满足手机重选或切换条件时，手机会向内部基站发起注册，并驻留到该基站。在手机的注册过程中，内部基站向手机发送请求信令，并从手机返回的无线广播信号中提取出驻留手机的信号强度(RSRP)、IMSI号等信息，整个流程如下图4所示。

步骤二：当进入范围内的任一手机位于开口的正上方，且高度足够低时，此时开口处的红外传感器感应到有物体接近，并将反馈结果发送给内部基站，记录此时时刻为t0。同时，该基站开始对所有驻留的手机每隔t时刻测量手机信号的RSRP值，并计算每个手机在一个测量周期时间T(T＝N*t)(T少于2秒)时间内所有RSRP的平均值。对这些平均值进行对比，内部基站获得其中的最大值，同时获取其所对应手机的IMSI号等特征信息，实现需要过闸机的用户与用户移动通信终端的人与物对应，具体的流程如下图5所示。

步骤三：将步骤二中，内部基站所获得的最终信息通过串口传输给AFC系统的后台，使闸机在t1时刻开门让行人通过，并对该移动通信终端用户进行计费处理。

在上述步骤的实施过程中，我们发现电磁能量约束装置的约束性能对实验的测试结果有很大影响，约束性能差会导致本发明的模块误抓/误读，从而给AFC系统的后台服务系统带来问题和麻烦。目前，三大运营商的移动通信终端基本都工作在1.8GHz到2.6GHz之间，而我们约束电磁能量的装置的开口尺寸约为120mm*150mm，基于与其工作波长可比拟，若该装置不做任何改造，电磁能量约束装置几乎没有约束效果。因此我们对电磁能量约束装置做了特殊的处理：

1、电磁能量约束装置内部涂抹吸波材料，避免了装置内部电磁波的杂散，减小了信号的干扰；

2、开口处做成喇叭口形状，且上窄下宽，对电磁波有一定的聚束效果，从而增强开了口处的场强，并且减弱了开口周围的场强；

3、开口处用导电布封住，用于吸收电磁波，进一步提高开口处的场强，进一步区分开口处与开口周围的场强。

如图6所示，试验过程中，手机分别置于开口处正上方(point 1)，后侧(point 2),后侧20cm(point 3),前侧(point 4)，前侧20cm(point 5)，右侧(point 6)，右侧20cm(point 7)，正上方20cm(point 8)等八个位置。内部基站分别测量手机信号的RSRP值，如图7所示。从图7可以看出开口处正上方的场强最强，且与开口四周的场强有明显的差异(至少超过16dB)，说明该装置具有良好的约束效果；从图8可以看出远离开口处20cm的位置场强非常弱，能够有效地区分手机距离的远近。

综上所述，本发明适用于近距探测且不会引起误读/勿抓，能够满足AFC系统的计次、扣费等后台服务要求。同时，每个行人的通行时间为t1-t0，经多次反复试验，变更基站内部软件方案，实现了个人通行时间低于2秒，满足AFC系统的同行需求。

通过上述的处理，本发明近距读头模块可以非常明确地确认手机是否处于近距空间关系，实现对“近距空间关系”的准确识别。

本发明的读头模块可以方便快捷地接入现有服务系统，如AFC系统、支付系统等，读取十米范围内的移动通信终端特征信息(如IMSI号、手机号、信号强度等信息)，准确地实现用户与移动通信终端的人与物对应，并提供相应系统的服务，如计费、支付等服务，从而给人们的生活带来便捷。移动通信终端基于无线信道进行通信，因此现有的设备很难做到每次只读取/抓取某一个特定移动通信终端的特征信息，必然会误抓/误读，从而影响系统的准确服务，但本发明通过电磁能量约束装置、专用软件协议等设计手段，几乎避免了误抓/误读。本发明已经在现有的AFC系统中得到初步实现。通过在现有闸机上加装本发明的模块，使AFC系统不仅支持投币和刷卡方式开闸，也实现了“刷”移动通信终端开闸通行的方式。本发明能够准确地识别待通行的移动通信终端，经过多次反复测试，基本不存在误抓/误读等情况。该系统在AFC系统上的应用提供了更多样的开闸方式，更便利的同行，同时保证了较低的改造成本。

本发明的读头设备有如下功能：

1)可在2秒内(以移动通信终端用户开始刷手机进闸机、进门禁等让移动通信终端和移动通信感知设备读头处于“近距空间关系”的时刻作为起始时刻)提取移动通信终端(包括但不限于2G、3G、4G、5G移动通信终端)上的用户身份识别卡(包括但不限于SIM卡)的ID号(包括但不限于IMSI号)或者和该ID号对应的其他可用于用户身份识别的ID号；

2)保证移送通信终端感知设备能够准确提取处于近距空间关系(距离小于10厘米，可以近距离非接触也可以碰触或贴合)的移动通信终端上的身份识别卡对应的ID号；

3)近距空间关系的识别精度要求误差不大于20厘米，即保证移动通信终端感知设备所提取的身份识别号不可能是距离移动通信终端感应设备20厘米以外移动通信终端上的用户身份识别卡对应的ID号；

4)能够将处于近距空间关系的移动通信终端用户的有关身份识别信息反馈给相应服务系统的后台服务器。

后台服务器提供操作服务系统设备、计算、扣费等智能服务。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种快速准确提取近距空间内移动通信终端用户ID的读头，其特征是，包括移动通信终端感知设备、电磁能量约束装置和输入输出端口；所述移动通信终端感知设备与电磁能量约束装置相连接，用于探测并筛选处于近距空间关系的移动通信终端的用户ID；所述输入输出端口位于移动通信终端感知设备上，用于数据的输入与输出。

2.根据权利要求1所述的一种快速准确提取近距空间内移动通信终端用户ID的读头，其特征是：所述移动通信终端感知设备包括但不限于基站系统、D2D终端；

所述移动通信终端的用户ID包括但不限于IMSI号、手机号；所述移动通信终端感知设备设有射频天线，为移动通信终端感知设备提供全向或定向的区域的通信覆盖，所述移动通信终端感知设备与电磁能量约束装置相结合，用于探测并筛选处于近距空间关系的移动通信终端的用户ID；

所述移动通信终端感知设备通过适配的输入输出端口，将筛选的移动通信终端的用户ID发送给相应的后台服务系统；所述移动通信终端感知设备与网络设备相连，形成完整的移动通信系统。

3.根据权利要求1或2所述的一种快速准确提取近距空间内移动通信终端用户ID的读头，其特征是，所述电磁能量约束装置上设有开口；所述开口为喇叭口形状，开口俯视面的长宽均大于工作波长。

4.根据权利要求3所述的一种快速准确提取近距空间内移动通信终端用户ID的读头，其特征是，所述电磁能量约束装置的开口为上宽下窄的喇叭形，且开口顶部用导电布封贴；所述导电布尺寸与开口顶部尺寸一致。

5.根据权利要求1所述的一种快速准确提取近距空间内移动通信终端用户ID的读头，其特征是：所述输入输出端口包括但不限于网口、串口。

6.根据权利要求2所述的一种快速准确提取近距空间内移动通信终端用户ID的读头，其特征是：所述后台服务系统包括但不限于AFC系统、门禁系统、支付系统。