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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbau einer Datenkommunikation
zwischen einer Basisstation, insbesondere einer Kontrolleinrichtung zum
Kontrollieren von Zugangsberechtigungsausweisen, und einer Vielzahl
von Datenträgern,
insbesondere den Zugangsberechtigungsausweisen, welche sich alle
in Kommunikationsreichweite mit der Basisstation befinden, wobei
jeder Datenträger
einen Triggerimpuls von der Basisstation empfängt und im Ansprechen auf diesen
Empfang seine jeweilige Identifikationskennung an die Basisstation überträgt und wobei
für die Übertragung
der IDs an die Basisstation eine Vielzahl von Übertragungskanälen zur Verfügung steht
und jedem Datenträger
einer der Übertragungskanäle vorgebbar
zugeordnet ist.
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Ein
derartiges Verfahren wird herkömmlich insbesondere
zur Identifikation von Personen oder Sachen vor deren Zugang zu
einem besonders gesicherten Raum verwendet. Wollen Personen in diesen Raum
eintreten, so müssen
sie sich zuvor gegenüber der
Basisstation durch den Besitz eines gültigen Zugangsberechtigungsausweises,
nachfolgend "Datenträger" genannt, ausweisen.
Der Datenträger
kann z.B. auch als Ticket für
eine Flug- oder Bahnreise ausgebildet sein. Die Basisstation überprüft dann berührungslos
die Gültigkeit
des Datenträgers
und gewährt
dem Inhaber des Datenträgers
erst nach erfolgreicher Prüfung
der Gültigkeit
Zutritt zu einem gewünschten
Flugzeug oder Zug.
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Bei
bekannten derartigen Verfahren und Systemen erfolgt die Kommunikation
zwischen der Basisstation 100 und den Datenträgern 200 auf
Basis magnetischer oder elektromagnetischer Feldausbreitung. Eine
derartige berührungslose
Kopplung ist in 7 durch
die Spulen 110 und 210 an der Basisstation 100 und
dem Datenträger 200 symbolisch
dargestellt.
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Ist
der Datenträger 200 als
Transponder ausgebildet, so versorgt das von der Basisstation ausgesendete
Feld den Datenträger
mit Energie und ermöglicht
gleichzeitig eine Übermittlung
von Informationen an den Datenträger 200 durch
Amplituden- oder Frequenzmodulation eines Trägersignals. Der Datenträger verwendet
das gleiche Trägersignal
zur Übertragung
von Rückinformationen
an die Basisstation, indem er dieses Trägersignal ebenfalls amplituden- oder
frequenzmoduliert.
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Befinden
sich gleichzeitig mehrere Datenträger in Kommunikations-Reichweite
mit der Basisstation, so senden die einzelnen Träger ihre Rückantworten zeitversetzt, aber
synchronisiert durch das gemeinsame Basisstationsfeld. Alternativ
dazu sind im Stand der Technik auch nicht deterministische Verfahren
wie z.B. beim Ethernet bekannt.
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Beide
Möglichkeiten
haben jedoch den Nachteil, daß bei
einer großen
Anzahl von Datenträgern
die Kommunikation mit der Basisstation viel Zeit in Anspruch nimmt.
Darüber hinaus
kommt es häufig zu
unerwünschten
Störungen
bei der Datenübertragung,
weil die Inhaber der Datenträger,
und damit die Datenträger
selber, das räumlich
begrenzte Feld der Basisstation i.d.R. nur relativ kurz durchqueren,
so daß nicht
genügend
Zeit für
einen ordnungsgemäßen Aufbau
einer Datenkommunikation, verbleibt. Ebenso ist es von Nachteil,
daß die
bidirektionale Datenübertragung
herkömmlich
nur über
auf einem Übertragungskanal,
d.h. nach dem Halbduplex-Verfahren, erfolgt.
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Aus
der
EP 0 779 520 A2 ist
ein Verfahren offenbart, dass zum Aufbau einer Datenkommunikation zwischen
einer Basisstation und einer Vielzahl von Datenträgern dient,
welche sich in Kommunikationsreichweite mit der Basisstation befinden.
Hierzu werden Trägersignale
von einer Basisstation an die Datenträger übermittelt. Auch aus der
US 5,539,394 und der
EP 0 973117 A2 sind
Verfahren zur Datenkommunikation bekannt.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik ist es die Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, ein bekanntes Verfahren zum Aufbau einer Datenkommunikation
zwischen einer Basisstation und einer Vielzahl von Datenträgern, sowie
eine Basisstation und einen Datenträger zur Durchführung dieses
Verfahrens derart weiterzubilden, daß der Ablauf des Verfahrens beschleunigt
und sicherer wird.
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Diese
Aufgabe wird durch das in Patentanspruch 1 beanspruchte Verfahren
gelöst.
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Auf
diese Weise wird die verfügbare Übertragungskapazität zwischen
Basisstation und der Vielzahl der Datenträger erhöht, so daß die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten
einer unerwünschten
Störung
bei gleichzeitiger Übertragung
mehrerer IDs minimiert wird.
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Die
Vielzahl der Übertragungskanäle ermöglicht darüber hinaus
einen Parallelbetrieb, d.h. eine gleichzeitige Kommunikation mehrerer
Datenträger mit
der Basisstation, so daß das
Verfahren insgesamt beschleunigt wird. Eine Vielzahl von Datenträgern kann
auf diese Weise quasi gleichzeitig kontrolliert bzw. abgefertigt
werden. Dies erlaubt eine kürzere Verweildauer
der einzelnen Datenträger
in Kommunikationsreichweite mit der Basisstation.
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Gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel der
Erfindung wird die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von Störungen bei
gleichzeitiger Übertragung
mehrerer IDs weiterhin dadurch minimiert, daß jedem Datenträger nicht
nur ein Übertragungskanal, sondern
auch ein bestimmter Zeitschlitz auf einem der verfügbaren Übertragungskanäle vorgebbar
zugeordnet ist.
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Die
Sicherheit vor einer unerwünschten
Kollision von übertragenen
Informationen wird insbesondere dadurch sichergestellt, daß die Trägerfrequenzen
aller verfügbaren Übertragungskanäle und/oder die
Zeitschlitze der einzelnen Übertragungskanäle gleich
verteilt sind.
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Vorteilhafterweise
wird das Triggersignal auf ein niederfrequentes, insbesondere magnetisches Basisstations-Trägersignal
aufmoduliert, weil der Empfang eines derartigen Trägersignals
empfangsseitig, d.h, auf Seiten des Datenträgers, lediglich einen minimalen
Energieaufwand erfordert.
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Andererseits
ist es vorteilhaft, daß Triggersignal
auf ein hochfrequentes elektromagnetisches Basisstations-Trägersignal
aufzumodulieren, weil ein derartiges Trägersignal eine besonders große Reichweite
hat, so daß mit
diesem Signal auch Datenträger in
größerer Entfernung
von der Basisstation angesprochen werden.
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Es
ist weiterhin vorteilhaft, daß das
Verfahren zusätzlich
die Verfahrensschritte gemäß Patentanspruch
2 aufweist, weil diese Schritte es ermöglichen, die Übertragung
einer Identifikationskennung von einzelnen Datenträgern an
die Basisstation für den
Fall zu wiederholen, daß die Übertragung
bei einem ersten vorangegangenen Übertragungsversuch fehlgeschlagen
ist.
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Auch
für das
Senden von Nachrichten von den Datenträgern an die Basisstation besteht
die Möglichkeit
einer Übertragung
auf Basis eines hochfrequenten elektromagnetischen Signals mit dem Vorteil
einer großen Reichweite
oder die Übertragung mittels
eines niederfrequenten Signals mit dem Vorteil einer empfangsseitig
nur geringen Energieaufnahme.
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Vorteilhafterweise
wird die Datenkommunikation zwischen dem Datenträger und der Basisstation im
wesentlichen über
Sonderkanäle,
synchronisiert durch den von der Basisstation ausgesendeten Triggerimpuls
durchgeführt.
Auf diese Weise wird sichergestellt, daß diese Kommunikation nicht
mit einer gleichzeitig durchgeführten
Kommunikation gemäß Patentanspruch
1 zwischen einer anderen Gruppe von Datenträgern und der Basisstation kollidiert.
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Eine
derartige Kollision wird insbesondere dadurch ausgeschlossen, daß ein dritter
Sonderkanal speziell für
die Übertragung
von IDs, deren Übertragung
an die Basisstation im Ansprechen auf den ersten von dem Datenträger empfangenen
Triggerimpuls gestört
wurde, reserviert ist.
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Insbesondere
durch das Vorsehen der Sonderkanäle
aber auch durch das Vorsehen der Vielzahl von Übertragungskanälen wird
sichergestellt, daß das
Aussenden und das Empfangen von Nachrichten sowohl für die Basisstation
wie auch für
die Datenträger
auf getrennten Kanälen,
also gemäß dem Vollduplex-Verfahren,
durchgeführt
wird. Auf diese Weise wird die Kollisionsgefahr von übertragenen
Informationen verringert und die Sicherheit beim Datenaustausch
erhöht.
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Der
Datenträger
weist in jedem Fall eine Datenträger-Sendeeinrichtung
und eine Datenträger-Empfangseinrichtung
zur Kommunikation mit der Basisstation auf. Hinsichtlich seiner
Energieversorgung kann er entweder aktiv ausgebildet sein, d.h.
er verfügt über eine
eigene Energiequelle zur Gewährleistung
seiner Betriebsfähigkeit
oder aber er ist passiv, z.B. als Transponder ausgebildet, wobei
er die Energie für
seinen Betrieb aus dem von der Basisstation ausgesendeten Energiefeld
bezieht.
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Vorteilhafterweise
ist jedem Datenträger
für die Übertragung
seiner Identifikationskennung ID an die Basisstation ein zu verwendender Übertragungskanal
vorgebbar zugeordnet. Vorteilhafterweise kann die Vorgabe der Zuordnung
herstellerseitig, durch einen an den von der Basisstation ausgesendeten
Triggerimpuls angehangene Markierung oder durch die Kennung einer
Antenne erfolgen.
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In
jedem dieser drei Fälle
ist es vorteilhaft, wenn die Zuordnung der verwendenden Übertragungskanäle oder
Zeitschlitze zufällig
oder gleich verteilt vorgegeben wird.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand
der Patentansprüche.
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Es
folgt nun eine detaillierte Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
des erfindungsgemäßen Verfahrens
sowie der Basisstation und eines Datenträgers unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren,
wobei
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1 den
Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens
veranschaulicht,
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2 Verfahrensschritt
S2 des erfindungsgemäßen Verfahrens
illustriert,
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3 alle
Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens
grafisch veranschaulicht,
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4 ein
Blockschaltbild zum Aufbau einer Basisstation darstellt,
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5 den
Aufbau einer Hochfrequenz-Kommunikationseinrichtung als Bestandteil
der Basisstation gemäß 4 veranschaulicht,
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6 ein
Blockschaltbild über
den Aufbau eines Datenträgers
darstellt und
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7 die
Kopplung zwischen einer Basisstation und einem Datenträger gemäß dem Stand
der Technik veranschaulicht.
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Es
erfolgt zunächst
eine ausführliche
Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens
anhand der 1 bis 3.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
dient zum Aufbau einer Datenkommunikation zwischen einer Basisstation 100 und
einer Vielzahl von Datenträgern 200-i,
i = 1 ... n, welche sich alle in Kommunikationsreichweite mit der
Basisstation 100 befinden. Genauer gesagt, dient dieses
erfindungsgemäße Verfahren zur
Anmeldung der Vielzahl von Datenträgern bei der Basisstation,
damit nach Abschluß dieses
Verfahrens zu einem wahlfreien Zeitpunkt eine bidirektionale Kommunikation
zwischen den einzelnen Datenträgern
und der Basisstation, z.B. zum Zwecke einer eigentlichen Authentisierungsprüfung oder
einer Zugangsberechtigungsprüfung
stattfinden kann; aus diesem Grunde wird das erfindungsgemäße Verfahren
nachfolgend auch als Anmeldeverfahren bezeichnet.
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Gemäß 1 beginnt
das Anmeldeverfahren in einem ersten Verfahrensschritt S1 mit dem Aussenden
eines Triggerimpulses durch die Basisstation an alle Datenträger, die
sich in Reichweite der Basisstation befinden. Diejenigen der Datenträger, die
einen derartigen Triggerimpuls erstmalig empfangen haben, nachfolgend
als "Vielzahl" oder "Gruppe von Datenträgern" bezeichnet, übertragen
im Ansprechen auf den erstmaligen Empfang des Triggerimpulses ihre
jeweilige Identifikationskennung ID an die Basisstation (Verfahrensschritt
S2). Für
die Übertragung
der IDs an die Basisstation steht eine Vielzahl von Übertragungskanälen K1 ...
16 gemäß 2 zur
Verfügung.
Jedem Datenträger
ist einer dieser Übertragungskanäle und ein
Zeitschlitz auf einem dieser Übertragungskanäle für die Übertragung seiner
ID an die Basisstation vorgebbar zugeordnet. Die Zuordnung erfolgt
dabei entweder herstellerseitig oder durch eine an den von der Basisstation
ausgesendeten Triggerimpuls angehangene Markierung oder durch die
Kennung einer Antenne. In jedem Fall ist es vorteilhaft, wenn die
Zuordnung der Übertragungskanäle und Zeitschlitze
bei allen Datenträgern zufällig oder
gleich verteilt ist.
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Für eine störungsfreie,
d.h. kollisionsfreie Übertragung
ist es nicht erforderlich, daß jedem
Datenträger
ein anderer/eigener Übertragungskanal
zugeordnet ist.
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Vielmehr
genügt
es dafür,
daß jedem
Datenträger,
d.h. jeder ID, ein eigener Zeitschlitz zugeordnet ist. In 2 ist
allerdings auch ein Störungsfall dargestellt.
Dieser liegt grundsätzlich
dann vor, wenn zwei Datenträgern
für die Übertragung
ihrer IDs derselbe Zeitschlitz auf demselben Kanal zugeordnet ist. Dies
ist in 2 auf dem Kanal K 15 für die ID 6 und 7 symbolisch
dargestellt; diese beiden IDs werden nicht störungsfrei an die Basisstation übertragen.
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Gemäß 1 speichert
die Basisstation in Verfahrensschritt S3 alle störungsfrei empfangenen IDs in
einer eigenen Speichereinrichtung 120 in 4 ab,
um sie nachfolgend gemäß Verfahrensschritt
S4 sequentiell über
einen ersten Sonderkanal ADD an alle Datenträger in ihrer Reichweite wieder zurück zu übertragen.
Diese Rückübertragung
erfolgt deswegen sequentiell, weil für die Übertragung ausdrücklich nicht
die Übertragungskanäle K1 ...
16, sondern nur der erste Sonderkanal ADD verwendet wird. In Zeile
4 der 3 wird deutlich, daß dieser Verfahrensschritt
S4 synchron zu einem zweiten von der Basisstation ausgesendeten
Triggerimpuls beispielhaft zum Zeitpunkt 400 ms, erfolgt.
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Diejenigen
Datenträger,
welche in den von der Basisstation zurückgesendeten IDs ihre eigene ID
wiedererkennen, senden daraufhin gemäß Verfahrensschritt S5 über einen
zweiten Sonderkanal KOM eine Bestätigungsmeldung an die Basisstation
(siehe Zeile 5 in 3).
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Nachdem
die Basisstation 100 alle gemäß Verfahrensschritt S3 gespeicherten
IDs an die Datenträger
zurückübertragen
hat, sendet sie zur Markierung des Endes dieses Vorganges eine Adressen-Ende-Kennung
an alle Datenträger 200-i.
Die Datenträger
erkennen damit, daß die
Rücksendung der
gespeicherten IDs durch die Basisstation abgeschlossen ist und können nach
Empfang dieser Ende-Kennung selber feststellen, ob die Übertragung ihrer
eigenen ID gemäß Verfahrensschritt
S2 an die Basisstation störungsfrei
verlaufen ist oder nicht, d.h. ob die Basisstation ihre jeweilige
ID empfangen hat oder nicht. Für
den Fall, daß die
Basisstation die ID eines Datenträgers nicht empfangen hat, schaltet
der betreffende Datenträger
seine eigene Sendeeinrichtung von einem der Übertragungskanäle K1 ...
16 auf einen dritten Sonderkanal AKA um (Verfahrensschritt S7) und
sendet über
diesen seine eigene ID erneut an die Basisstation 100 (Schritt
S8). Die Wahl eines Zeitschlitzes auf diesem dritten Sonderkanal
zur Übertragung
der ID kann zufällig
durch den Datenträger
erfolgen. Die beschriebene Kanalumschaltung gemäß Verfahrensschritt S7 ist
deswegen besonders wichtig, damit zu dem Zeitpunkt, wenn der Verfahrensschritt
S8 durchgeführt
wird, alle verfügbaren Übertragungskanäle K1 ...
K16 wieder voll verfügbar sind
für die
erneute Durchführung
eines Verfahrensschrittes S2, diesmal jedoch für neuerlich angesprochene Datenträger. Die
erneute Übertragung
von ursprünglich
kollidierten IDs über
den dritten Sonderkanal AKA ist gemäß Verfahrensschritt S8 in der
dritten Zeile von 3 veranschaulicht.
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Gemäß Verfahrensschritt
S9 in 1 quittiert die Basisstation 100 den
ordnungsgemäßen Empfang
der gemäß Verfahrensschritt
S8 von den Datenträgern übermittelten
IDs durch Aussenden einer Quittierungsmeldung auf dem ersten Sonderkanal
ADD an die Datenträger
(siehe auch Zeile 4 in 3).
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Schließlich endet
das erfindungsgemäße Anmeldeverfahren
gemäß Verfahrensschritt
S10 damit, daß die
betreffenden Datenträger
den Empfang der Quittierungsmeldung durch Senden einer Bestätigungsmeldung
an die Basisstation 100 über den zweiten Sonderkanal
KOM betätigen
(siehe auch Zeile 5 in 3).
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Nachfolgend
werden die Basisstation 100 und die Datenträger 200-i,
wie sie zur Durchführung des
beschriebenen Anmeldeverfahrens verwendet werden, näher beschrieben.
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4 zeigt
den Aufbau einer Basisstation 100. Sie umfaßt eine
Sende- und Empfangseinrichtung 110, welche in einen Niederfrequenz-
(NF) und einen Hochfrequenz-(HF)Teil
aufgeteilt ist. Der Niederfrequenzteil umfaßt eine Niederfrequenz-Kommunikationseinrichtung 102 zum
Ansteuern einer Niederfrequenzantenne 104. Der HF-Teil
umfaßt
eine HF-Kommunikationseinrichtung 106 zum bidirektionalen
Ansteuern einer HF-Antenne. Sowohl die NF-, wie auch die HF-Antenne
ist so ausgebildet, daß sie einen
Bereich im Umfeld der Basisstation, welcher von den Inhabern der
Datenträger,
und damit auch von den Datenträgern
selber, beim Zugang zu den gesicherten Räumlichkeiten durchquert werden,
vollständig
abdeckt.
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Die
Basisstation 100 umfaßt
darüber
hinaus eine Speichereinrichtung 120 zum Speichern der von den
Datenträgern
empfangenen Nachrichten, insbesondere der IDs sowie eine Auswerteeinrichtung 130 zum
Auswerten der empfangenen Nachrichten. Schließlich umfaßt die Basisstation 100 eine
Steuerung 140 zur Steuerung und Koordinierung des Betriebs
der zuvor genannten Komponenten Sende- und Empfangseinrichtung 110,
Speichereinrichtung 120 und Auswerteeinrichtung 130.
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5 veranschaulicht
den Aufbau des HF-Teils der Basisstation 100. Es ist insbesondere
zu erkennen, daß die
HF-Kommunikationseinrichtung 106 neben den 16 Übertragungskanälen K1 bis
K16 auch noch die drei Sonderkanäle
AKA, KOM und ADD aufweist, wobei die Sonderkanäle AKA und KOM auf Seiten der
Basisstation als Empfangskanäle
und der Sonderkanal ADD als Sendekanal ausgebildet sind. Die in 5 gezeigten Übertragungskanäle K1 ...16
bilden lediglich eine Gruppe von Übertragungskanälen; die
Basisstation kann dagegen eine Vielzahl von derartigen Gruppen von Übertragungskanälen (hier
nicht dargestellt) aufweisen. Die Einstellung des richtigen Kanals
erfolgt jeweils durch die Steuerung 140. Im Falle von Störungen kann
die Steuerung 140 zwischen den verschiedenen verfügbaren Gruppen
von Übertragungskanälen umschalten.
Die Kommunikation der Basisstation, d.h. genauer gesagt der beschriebenen
Kanäle
in der HF-Kommunikationseinrichtung 106, mit den Datenträgern erfolgt
vorzugsweise über
die HF-Antenne 108. Zur Abdeckung eines gesamten gewünschten
Raumbereiches in der Umgebung der Basisstation weist die HF-Antenne 108 vorzugsweise
eine Vielzahl von einzelnen Teil-Antennen 108 i, i = 1–3, auf,
welche über eine
Antennenweiche 108-4 an die Übertragungs- und Sonderkanäle angekoppelt
sind.
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6 zeigt
den Aufbau eines Datenträgers 200-i zur
Verwendung in dem oben beschriebenen Anmeldeverfahren. Er verfügt über eine
Datenträger-Sende-
und Empfangseinrichtung, welche spiegelbildlich zu der Sende- und Empfangseinrichtung der
Basisstation aufgebaut ist, so daß der Datenträger mit
der Basisstation bidirektional kommunizieren kann. Ohne eine nähere Beschreibung
der Details sei erwähnt,
daß auch
der Datenträger 200 einen NF-Teil,
umfassend eine NF-Kommunikationseinrichtung 202 und eine
NF-Antenne 204 sowie einen HF-Teil, umfassend eine HF-Kommunikationseinrichtung 206 und
eine HF-Antenne 208, aufweist. Darüber hinaus umfaßt der Datenträger eine
Datenträger-Speichereinrichtung 220 zum
Speichern von Daten, welche entweder von der Basisstation empfangen
wurden oder an diese zu senden sind, sowie eine Datenträger-Steuereinrichtung 240 zum
Koordinieren des Betriebs der Datenträger-Sende- und Empfangseinrichtung 210 und
der Speichereinrichtung 220.