DE102007006473A1

DE102007006473A1 - Verfahren zum Starten eines drahtlos zwischen einem Aktivteil und einem Reaktivteil übermittelten elektrischen Datendialogs

Info

Publication number: DE102007006473A1
Application number: DE102007006473A
Authority: DE
Inventors: Franz Dipl.-Ing. Globoschütz; Christoph Dipl.-Ing. Lelie
Original assignee: BKS GmbH
Current assignee: BKS GmbH
Priority date: 2006-03-21
Filing date: 2007-02-09
Publication date: 2007-09-27
Anticipated expiration: 2027-02-10
Also published as: DE102007006473B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines drahtlos zwischen der Baugruppe eines Aktivteils und der Baugruppe eines Reaktivteils übermittelten elektrischen Datendialogs eines vorwiegend elektrostatischen Feldes ohne elektromagnetischen Anteil, bei welchem zwischen Aktivteil und Reaktivteil eine Weckfunktion initiiert wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Starten eines drahtlos zwischen einem Aktivteil und einem Reaktivteil übermittelten elektrischen Datendialogs.

Maßgeblich ist im vorliegenden Fall, dass der Datendialog aufgrund eines vorliegenden elektrostatischen Feldes erfolgt, welches selber keinen oder allenfalls nur einen unwesentlichen elektromagnetischen Anteil besitzt.

Dabei wird davon ausgegangen, dass der drahtlos übermittelte Datendialog in unmittelbarer Nähe von entsprechend ausgelegten Sensoren bzw. Elektroden von Aktivteil und Reaktivteil erfolgt. Im Umfang der vorliegenden Anmeldung werden die Begriffe Sensoren und Elektroden synonym gebraucht, so lange diese Bauteile dem drahtlos übermittelten Datendialog im Sinne der vorliegenden Erfindung dienen. Ist dabei der Abstand der Elektroden zueinander sehr viel kleiner als die Wellenlänge der elektromagnetischen Welle, wird dies als sogenanntes Nahfeld bezeichnet.

Die Feldverteilung eines Nahfeldes entspricht mit sehr guter Näherung der Feldverteilung eines rein statischen Feldes.

Der Bereich des Nahfeldes liegt zum Beispiel bei einer Frequenz von einem 1 MHz bei einigen Metern Entfernung zwischen den als Elektroden wirkenden Sensoren.

Der wesentliche Vorteil derartiger Nahfelder liegt in der Informationsübertragung ohne eine abgestrahlte Leistung, woraus gefolgert werden kann, dass praktisch keine Einwirkung des Nahfeldes auf den menschlichen Körper stattfindet.

Diese Nahfeldtechnologie ist insbesondere deshalb für die hohen Sicherheitsanforderungen geeignet, die im Hinblick auf personengebundene Zutrittsberechtigungen bei Gebäuden notwendig sind, weil durch die rasche Abnahme des Nahfeldes mit der Entfernung von der Quelle die Abhörsicherheit bei der Datenübertragung erhöht wird.

Gleichwohl bedarf es geeigneter Maßnahmen, um den mit der Erzeugung des Nahfeldes verbundenen Stromverbrauch so gering wie möglich zu halten.

Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das Verfahren zum Starten eines drahtlos zwischen einem Aktivteil und einem Reaktivteil übermittelten elektrischen Datendialogs so auszubilden, dass es den hohen Sicherheitsanforderungen an die einem beliebigen Gebäude zugeordneten Zutrittsberechtigungen dauerhaft gerecht wird.

Diese Aufgabe löst die Erfindung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs.

Die Erfindung beruht auf der Überlegung, dass erst durch die Übermittlung des Wecksignals, welches von der Baugruppe des Aktivteils ausgeht und von der empfangenen Baugruppe des Reaktivteils auch als solches verstanden wird, und die darauf folgende Übermittlung der ebenfalls codierten Wecksignalantwort an das Aktivteil, von wo aus das Wecksignal ursprünglich stammt, der normale Datendialog erst dann zwischen der Baugruppe des Aktivteils und der Baugruppe des Reaktivteils fortgesetzt wird, wenn die codierte Wecksignalantwort mit einem auf gleichem Weg hergestellten Vergleichssignal, welches beim Aktivteil vorliegt, übereinstimmt.

Der Datendialog erfolgt dann in einer vorbestimmten Zeitspanne, innerhalb derer alle für das Übermitteln und Erkennen der Zutrittsberechtigung erforderlichen Daten ausgetauscht werden.

Danach bedarf es eines erneuten Wecksignals mit der erneuten Rückgabe einer entsprechend codierten Wecksignalantwort als Antwortsignal, um mit dem nächsten Datendialog fortzufahren.

Der Vorteil der Erfindung liegt darin, dass das Reaktivteil in einen Schlafzustand fallen kann, in welchem auch auf Prozessorebene einschließlich der Ansteuerungsschaltung für den Quarz keine dynamischen Aktivitäten mehr erfolgen müssen, und lediglich nur noch so wenig Strom verbraucht werden muß, dass ein ankommendes Wecksignal erkannt werden kann.

In einer Weiterbildung wird wesentlich von der Baugruppe des Aktivteils über einen in der Software vorgesehenen Zufallszahlengenerator eine Zufallszahl an die Baugruppe des Reaktivteils übermittelt, die in der Baugruppe des Reaktivteils einer vorbestimmten mathematischen Verknüpfung unterzogen wird.

Das Ergebnis der Verknüpfung wird dann an die Baugruppe des Aktivteils zurück übermittelt und dort mit dem erwarteten Ergebnis verglichen.

Zu diesem Zweck wird vorgeschlagen, dass auch in der Baugruppe des Aktivteils eine identische mathematische Verknüpfung mit der ursprünglich übermittelten Zufallszahl durchgeführt wird, so dass durch einfachen Vergleich der beiden Ergebnisse die Identität des Reaktivteils erkannt werden kann.

Eine derartige mathematische Verknüpfung kann beispielsweise durch ein Kryptoverfahren realisiert werden, das, ein und dieselbe Eingangszahl vorausgesetzt, stets die sich daraus ergebende, zugehörige Ausgangszahl ausgibt.

Ein entsprechender Krypto-Algorithmus ist zu diesem Zweck sowohl auf dem Aktiv- als auch auf dem Reaktivteil installiert.

Da das Ergebnis nicht rückwärts rekonstruierbar ist, ein und dieselbe Ausgangszahl vorausgesetzt, in der Vorwärtsrichtung jedoch stets identisch entsteht, ist so die notwendige Manipulationssicherheit gewährleistet.

Dabei trägt die Erfindung auch dem Erfordernis Rechnung, dass von Beginn des Datendialogs an energiesparend kommuniziert wird, insbesondere wenn nämlich diejenigen Signalzeiten, während denen der Datenaustausch von Wecksignal und Wecksignalantwort erfolgt, von jeweiligen Pausenzeiten unterbrochen sind, während denen kein Datenaustausch stattfindet.

Geht man einmal davon aus, dass nach einem erfolgten Austausch von Wecksignal und Wecksignalantwort die Zutrittsberechtigung überprüft und eine entsprechende Freigabefunktion geschaltet worden ist, bietet sich die Weiterbildung nach Anspruch 8 an.

Mit zunehmendem Zeitabstand vom Ende einer Phase eines erfolgten Austauschs von Wecksignal und Wecksignalantwort werden die Pausenzeiten zunehmend länger, so dass die Energieeinsparung zusätzlich verbessert wird.

Allerdings sollten die Pausenzeiten einen vorbestimmten Maximalwert nicht übersteigen, um Funktionsstörungen der Anlage zu vermeiden.

Zusätzlich kann für den Austausch von Wecksignal und zurückgegebener Wecksignalantwort ein Benutzungshäufigkeitsprofil erstellt werden, so dass zeitabhängig, z.B. bei sich ständig wiederholenden Benutzungszeiten, die Wecksignale je nach Bedarf mehr oder weniger häufig erzeugt werden.

Die Weiterbildung nach Anspruch 9 bietet sich bei Anwendungen an, bei denen z.B. mehrere Reaktivteile einem einzelnen Aktivteil zugeordnet sind. Dies könnte etwa der Fall sein, wenn die Person in 1 nicht nur ein einziges Reaktivteil, sondern mehrere Raktivteile in ihrer Tasche oder anderswo am Körper tragen würde.

Durch den variablen Zeitabschnitt während der Pausenzeiten kann das System nämlich jedes einzelne Aktivteil bzw. Reaktivteil erkennen und auf dessen Zutrittsberechtigung hin überprüfen.

Ein typischer Anwendungsfall für dieses Verfahren wäre zum Beispiel eine Schließanlage für ein bestimmtes Objekt, bei welchem die Zutrittsberechtigungen den Personen auf der Grundlage der am Körper getragenen Reaktivteile bzw. Aktivteile erteilt werden, ohne dass die Beschränkung gilt, dass jeder Person jeweils nur ein Reaktivteil bzw. Aktivteil zugeordnet sein darf.

Wird dann für jeden einzelnen Weckvorgang mehrerer Reaktivteile ein jeweils anderer variabler Zeitwert realisiert, findet auch dann keine Kollision der Daten statt, wenn mehrere Reaktivteile zur gleichen Zeit "geweckt" werden.

Im Prinzip geht es im Umfang der vorliegenden Erfindung insbesondere auch um eine drahtlose Ansteuerung von Schließanlagen im Objektbereich, deren zutrittsberechtigte Nutzer individuell auf sie bezogene, jeweils durch eine eigene identifizierende Kennung unterschiedene Reaktivteile bzw. Aktivteile tragen, um den Zutritt zu vorbestimmten Türen zu gewähren.

Mit den Merkmalen des Anspruchs 9 ist der Vorteil verbunden, dass einer Person gleichzeitig mehrere Reaktiv- bzw. Aktivteile zugeordnet sein können.

Es können daher Schließanlagen mit beliebigen, jederzeit veränderbaren Zutrittsberechtigungen aufgebaut werden, die letztlich keinen Sicherheitsschlüssel im herkömmlichen Sinn mit einer vorbestimmten Hierarchie mehr erforderlich machen.

Anstelle des bisher bekannten Sicherheitsschlüssels tritt dann -je nach Bauweise- das Aktivteil bzw. das Reaktivteil, wobei die jeweilige Baugruppe zusätzlich zu ihrer eigenen Identifikationskennung individualisiert wird durch den variablen Zeitwert, um den die übliche Pausenzeit ergänzt wird, bevor das erwartete Datensignal dann über den nachfolgenden Datendialog zwischen Aktivteil und Reaktivteil ausgetauscht wird.

Zweckmäßigerweise folgt der variable Zeitwert auf den konstanten Zeitwert, wobei jedes Reaktivteil einen eigenen variablen, zufallsgesteuerten Zeitwert haben kann, um Kollisionen durch gleichzeitig antwortende Reaktivteile zu vermeiden.

Die jeweils generierte Zufallszahl ist bestimmt für nur einen Weckvorgang, d.h. mehrere hintereinander ablaufende Weckvorgänge werden durchgeführt mit jeweils unerschiedlichen Zufallszahlen, um insbesondere die Abhörsicherheit zu erhöhen.

Um zusätzlich die Sicherheit gegen Abhör- und Manipulationsversuche zu erhöhen, ist es zweckmäßig, zusätzlich zum Zufallszahlengenerator ein Kryptoverfahren zu verwenden, mit dem nicht nur die generierte Zufallszahl für das Wecksignal und die Wecksignalantwort verschlüsselt werden, sondern auch der sich für die Entscheidung über die Zutrittsberechtigung erforderliche anschließende Datendialog.

In einer verbesserten Ausführungsform können für die Verschlüsselung des Wecksignals, der Wecksignalantwort und für die Verschlüsselung der unterschiedlichen Phasen des sich der Auswertung der Wecksignalantwort anschließenden Datendialogs unterschiedliche Kryptoverfahren zur Anwendung kommen, deren Auswahl entweder starr vorbestimmt oder durch einen weiteren Zufallszahlengenerator variiert werden kann. Schließlich liegt ein entscheidender Sicherheitsaspekt auch darin, die während des Datendialogs zu übermittelnde identifizierende Kennung des Reaktivteils bzw. des Aktivteils nicht oder nur mit einem unverhältnismäßig hohen Aufwand auslesen und dann in Folge manipulieren zu können.

Dies bedeutet, dass in Verbindung mit einer für den jeweiligen Weckvorgang individualisierten Zufallszahl, die allerdings von der Baugruppe des Reaktivteils und der Baugruppe des Aktivteils über eine vorgegebene Verknüpfung nachvollziehbar ist, eine praktisch abhörsichere Anlage zur Ver fügung gestellt wird, weil die eventuell durch Manipulation feststellbare Zufallszahl aus einem ganz bestimmten Weckvorgang nicht dieselbe Zufallszahl eines zeitlich späteren Weckvorgangs sein wird.

Dabei enthalten die Baugruppe des Aktivteils und die Baugruppe des Reaktivteils jeweils Elektroden als Sensoren zum Empfang der von der jeweils anderen Baugruppe ausgehenden Signale.

Werden Wechselfelder mit vorbestimmter Frequenz verwendet, bieten sich Auswerteschaltungen an, bei denen zumindest einzelne Komponenten auf die jeweilige Frequenz abgestimmt sind.

Einerseits kann dem jeweiligen Sensor ein selektiver Verstärker nachgeschaltet sein, der auf die Frequenz des elektrostatischen Feldes abgestimmt ist.

Andererseits kann die Detektorstufe selbst mit einer frequenzabhängigen Auswerteschaltung betrieben werden, zum Beispiel über einen Hochpassfilter mit Tiefpassfilter dahinter oder mit einem Bandpassfilter.

Wird darüber hinaus einem selektiven Verstärker eine Detektorstufe mit Schwellwertschalter nachgeordnet, kommt es nur dann zum digitalen Datenaustausch, wenn der Pegel einen gewissen Wert übersteigt.

Zu diesem Zweck wird vorgeschlagen, dem selektiven Verstärker zunächst einen Schwellwertschalter nachzuordnen, der ab einer bestimmten Signalstärke durchschaltet, wobei dann das Ausgangssignals des selektiven Verstärkers zweckmäßiger Weise über einen Integrator oder einem Impulszähler aufsummiert wird, bis der aufsummierte Wert erneut einen bestimmten Schwellwert übersteigt.

Wird daher in einem weiteren nachgeordneten Schwellwertschalter festgestellt, dass das zeitlich aufsummierte Signal den zweiten Schwellwert überschritten hat, kommt es zum gewünschten Datendialog.

Alternativ sind auch Auswerteschaltungen mit Detektorstufen denkbar, bei denen die Detektorschaltung für eine einzige vorbestimmte Frequenz ausgelegt sind (phase-locked-loop).

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Es zeigen:
1: ein praktisches Anwendungsbeispiel für die Erfindung;
2: Detailansicht von personengebundenem Reaktivteil;
3: eine zweckmäßige elektrische Schaltung zur Signalauswertung;
4a–b: Signalfolge unterschiedlicher Wecksignale;
5: elektrischer Schaltplan für den Sendemodus;
6: elektrischer Schaltplan für den Empfangsmodus;
7: Signalfolge im Detail
Sofern im folgenden nichts anderes gesagt ist, gilt die folgende Beschreibung stets für alle Figuren.
1 zeigt eine mögliche praktische Anwendung der Erfindung.
Eine nicht näher bezeichnete Person 1 trägt in ihrer Tasche eine hier als Baugruppe eines Reaktivteils 2 bezeichnete elektrische Schaltung.
Wesentlich zum Verständnis der vorteilhaften Nutzung der Erfindung ist, dass zwischen der Baugruppe des Reaktivteils 2 und der Haut der Person 1 kein unmittelbarer Kontakt bestehen muß, sondern sich zwischen der Haut der Person und dem Sensor des Reaktivteils auch Kleidung wie Stoff, Leder oder dergleichen befinden darf.
In der gezeichneten Tür befindet sich eine zur Baugruppe des Reaktivteils 2 korrespondierende Baugruppe eines Aktivteils 3.
Die Baugruppen kommunizieren drahtlos über das elektrostatische Feld 4, welches zwischen der Baugruppe des Reaktivteils, von dort ausgehend über die Haut der Person 1 und der Baugruppe des Aktivteils 3 aufgebaut wird.
Diese Hin- und Herübertragung erfolgt bei Annäherung der Person 1 an die Baugruppe des Aktivteils 3, wenn sich zum Beispiel die Hand der Person 1 dem entsprechenden Sensor 14 in der Tür nähert.
Wesentlich ist die Übertragung der digitalen Daten über das elektrostatische Feld, welches praktisch keinen elektromagnetischen Anteil besitzt.
Weiterhin ist entweder das Aktivteil oder das Reaktivteil, je nach Auslegung, schlossseitig oder schlüsselseitig angeordnet. Das Aktivteil kann z.B. Bestandteil der Schloss-Beschlag-Kombination, des Schließzylinders oder des elektrischen Türöffners sein.
Das Aktivteil enthält unter anderem einen Krypto-Algorithmus einschließlich Krypto-Key, einen Zufallszahlengenerator, ggf. eine Zeitsteuerung für das Wecksignal, eine Steuerung zur Türfreigabe, eine Seriennummer/Identnummer als Unikat, eine Berechtigungsliste über die zutrittsberechtigten Schlüssel (= Reaktivteile) sowie einen Modul zur Erstellung und Abspeicherung einer Ereignisliste.
Das Reaktivteil, welches z.B. der Schlüssel, ein Schlüsselanhänger, eine Schlüsselkarte sein kann, enthält unter anderem denselben Krypto-Algorithmus einschließlich einem Krypto-Key, einen Zufallszahlengenerator, eine Seriennummer/Identnummer als Unikat, eine Mandanten- bzw. Anlagennummer, sowie eine auf dem Schlüssel enthaltene Schlüsselnummer.
Der Krypto-Algorithmus kann für alle Systeme identisch sein oder es können für Sperrschließungen und für jede Schließanlage unterschiedliche Krypto-Keys verwendet werden.
Aktivteil in diesem Zusammenhang bedeutet, dass vom Aktivteil laufend und in Zeitabständen Wecksignale erzeugt werden, die für das Reaktivteil bestimmt sind.
Diese Wecksignale können dann vom Reaktivteil gelesen werden, wenn sich das Reaktivteil innerhalb des elektrostatischen Feldes befindet.
Diejenige Baugruppe, zu welcher das Wecksignal dann als Wecksignalantwort zurück gegeben wird, weist eine vorgegebene mathematische Verknüpfung in Form einer abgelegten Funktion auf, mit welcher die Autentizität der Wecksignalantwort überprüfbar ist. Der Datendialog zwischen Aktiv- und Reaktivteil zur Übermittlung der identifizierenden Kennung bzw. Schlüsselkodierung des Reaktivteils bzw. Aktivteils wird erst nach positiver Prüfung der Wecksignalantwort angestoßen.
Wird sodann festgestellt, dass die empfangene identifizierende Kennung bzw. Schlüsselkodierung zutrittsberechtigt ist, weil z.B. die Seriennummer, die Schlüsselnummer, die Kundennummer als zutrittsberechtigt identifiziert werden, kann anschließend über entsprechende elektrische Schaltungen das Schloß, der Türbeschlag, der Schließzylinder oder ein Türöffner angesteuert und dadurch die Tür zum Öffnen freigegeben werden.
Von Bedeutung ist hier auch die Möglichkeit, dass für jeden Öffnungsvorgang eine sogenannte Session-Nummer erzeugt wird.
Die Session-Nummern werden fortgeschrieben. Jedem Öffnungsvorgang ist somit eine Session-Nummer zugeordnet. Auf diese Weise läßt sich verhindern, dass in den laufenden Datendialog zwischen Aktivteil und Reaktivteil ein weiterer Datendialog eingreift, der aus der Kommunikation zwischen dem Aktivteil und einem weiteren Reaktivteil entsteht.
Der jeweils aktuelle Datendialog wird also über die jeweilige Session-Nummer abgewickelt, was darüber hinaus den Vorteil bietet, dass mehrere Sessions im Parallelbetrieb abgewickelt werden können.
Darüber hinaus werden Wiederholungen vermieden.
Insbesondere zeigen die 4a–c die Abfolge zwischen den Signalzeiten 6 des Wecksignals und den Pausenzeiten bei unterschiedlichen Wecksignalantworten.
Es kann nachvollzogen werden, dass der Wecksignaldialog während einzelner Signalzeiten 6 erfolgt, die von Pausenzeiten 5 unterbrochen sind.
Dabei folgen Signalzeiten und Pausenzeiten wechselweise aufeinander.
Wie ein Vergleich der 4a–c ergibt, setzt sich jede Pausenzeit 5 aus einem konstanten Zeitwert 7 zusammen, auf welchen eine Pausenzeit mit variablem Zeitwert 8 folgt.
Hier sind drei unterschiedliche Konstellation 4a–c gezeigt.
Jede Konstellation ist einem einzelnen Aktivteil bzw. Reaktivteil zugeordnet.
Die konstanten Zeitwerte 7 sind allen Konstellationen gemeinsam, während für jede einzelne Baugruppe ein darüber hinaus gehender individueller variabler Zeitwert 8 besteht derart, dass sich die gesamte Pausenzeit 9 additiv aus der Summe des konstanten Zeitwerts 7 und des variablen Zeitwerts 8 ergibt.
Über die variablen Zeitwerte 8 erfolgt daher ein Kollisionsschutz der jeweiligen Zutrittsberechtigungen, die dann letztlich von der empfangenen Baugruppe auch erkannt werden kann.
Man kann sich nun anhand der 4a–c leicht vorstellen, dass nach Beendigung einer Phase des Wecksignaldialogs, die zum Beispiel aus mehreren aufeinander folgenden Signalzeiten 6 besteht, die Pausenzeiten aller beteiligten Baugruppen zunehmend länger werden, bis das nächste Wecksignal erfolgt.
Dies bedeutet, dass die Pausendauer nach einer vorbestimmten Zeit der Nichtbenutzung, in welcher also kein Datendialog stattfindet, weil sich Aktivteil und Reaktivteil außerhalb des Nahfeldes befinden, in mehr oder weniger großen Stufen verlängert.
Um allerdings bei Wiederinbetriebnahme Funktionsstörungen zu vermeiden, sollte eine vorbestimmte Pausendauer dabei nicht überschritten werden.
Ergänzend hierzu zeigt 3 eine mögliche elektrische Schaltung zur Realisierung des Verfahrens.
Ein Sensor 14, der im hier interessierenden Fall einer Schließanlage entweder im Schlüssel oder in einer Türrosette oder ähnlichem untergebracht werden kann, besteht aus einem folienartigen kapazitiven Sensor für das Wechselfeld.
Die vom Sensor erzeugte geringe Spannung wird über einen Verstärker 10 verstärkt.
Es handelt sich hier um einen selektiven Verstärker, der auf die Nutzfrequenz abgestimmt ist.
Die Nutzfrequenz des elektrostatischen Feldes wird daher über den selektiven Verstärker der nachfolgenden Schaltung aufgegeben.
Zunächst einmal folgt ein Schwellwertschalter 11, der nur dann auf Durchgang schaltet, wenn der Eingangspegel einen gewissen Wert übersteigt.
Dann wird auf den nachfolgenden Integrator 12 das Ausgangssignal des Schwellwertschalters 11 übertragen, wo dieses über die Zeit aufsummiert wird.
Diese Art der Gleichrichtung führt daher ab einer bestimmten Integrationszeit zu einem oberen Grenzwert, ab welchem der nachgeordnete Schwellwertschalter 13 anspricht und dann auf den gezeigten Mikroprozessor 15 durchschaltet.
Durch die Kombination aus erstem und zweitem Schwellwertschalter mit dazwischen angeordnetem Integrator wird daher ein Schaltsignal ausgelöst, sobald das Wecksignal mit seiner vorbestimmten Frequenz über eine vordefinierte Dauer ansteht.
Da allerdings nur dann ein Schaltsignal ausgelöst wird, wenn die Signaldauer mindestens diesem vordefinierten Zeitwert ansteht, schaltet der zweite Schwellwertschalter 13 erst dann auf Durchgang, wenn dieser zweite Schwellwert im Integrator 12 erreicht worden ist.
Alternativ hierzu läßt sich anstelle der Gleichrichtungsschaltung, die letztlich durch den Integrator realisiert ist, auch eine frequenzabhängige Auswertung realisieren.
Hierzu kann zum Beispiel eine XOR-Schaltung mit Phasendreher aufgebaut werden.
Weitere Ausführungsbeispiele enthalten einen Hoch- mit nachgeordnetem Tiefpassfilter (= Bandpaß) oder eine Schaltung nach dem phase-locked loop Prinzip.
Alternativ kommt auch ein Impulszählverfahren in Betracht.
Ergänzend hierzu sei noch erwähnt, dass der Mikroprozessor 15 für den Rest der kompletten Schaltung steht.
Es kann sich hier um elektronische Ansteuerungen für Türschlösser oder ähnliches handeln.
Insoweit wird allerdings auf den Stand der Technik verwiesen.
Von wesentlicher Bedeutung ist die Erfindung allerdings für die Realisierung einer schlüsselfreien Schließanlage, bei welcher die jeweilige Zutrittsberechtigung in einer elektronischen Schaltung realisiert ist, die lediglich unter dem Erfordernis der Annäherung einer Person an die komplementäre Baugruppe zum Beispiel in der Tasche getragen werden kann, wobei über ein elektrostatisches Wechselfeld, welches praktisch keine elektromagnetischen Anteile enthält, die digitalen Daten zwischen Aktivteil und Reaktivteil ausgetauscht werden können.
Dabei macht es allerdings keinen Unterschied, ob die Weckfunktion im Aktivteil oder im Reaktivteil initiiert wird, lediglich aus Gründen der Energieeinsparung sollte die Weckfunktion stets von derjenigen Baugruppe ausgehen, die in der Tür und nicht im Schlüssel integriert ist, da dann die Stromversorgung im Schlüssel entsprechend wenig belastet wird.
Ergänzend hierzu zeigen die 5 und 6 Schaltpläne, sowohl eines Aktivteils wie auch eines Reaktivteils, welches sich einerseits im Sendemodus befindet (5) bzw. welches sich andererseits im Empfangsmodus befindet (6).
Die Datenübertragung über das elektrostatische Wechselfeld erfolgt durch abwechselndes Senden und Empfangen. Die jeweilige elektronische Schaltung im Aktivteil bzw. Reaktivteil muß folglich entsprechend ausgelegt sein, um der bidirektionalen Datenübertragung im Halbduplexverfahren gerecht zu werden.
Wesentlich ist, dass sowohl zum Senden wie auch zum Empfangen dieselbe Elektrode 14, auch als Sensor bezeichnet, verwendet wird.
Wesentlich ist die Funktion, dass die Amplitude des Aktivteils, wenn dieses sich im Sendemodus befindet, einen hohen Pegel aufweist.
Zu diesem Zweck zeigt 5 eine elektronische Schaltung, bei welcher der aus der Induktivität L1 und dem Kondensator C1 bestehende Reihenschwingkreis mit der Trägerfrequenz f₀ gespeist wird.
Zur Anhebung der Amplitude am Sensor 14 wird im Sendemodus der Reihenschwingkreis aus L1 und C1 von der elektronischen Schaltung in Gegentakt angesteuert.
Durch den hohen Pegel der Sendeamplitude wirken die beiden am Verstärkereingang bezeichneten Dioden wie ein Kurzschluß.
Die Resonanzfrequenz der Schaltung ergibt sich folglich unter Berücksichtigung der Summe der Kapazitäten C1 + C2.
In Formeln bedeutet dies für die Resonanzfrequenz im Sendemodus:
Die elektronische Schaltung gemäß 5 weist auch einen nicht gezeigten Prozessor auf, der zum Empfang, also dann, wenn die Baugruppe als Reaktivteil wirkt, die Schwingkreiselemente L1 + C1 in einen Parallelschwingkreis entsprechend 6 umbaut.
Der Spannungspegel am Sensor 14 liegt im Empfangsmodus im Millivoltbereich.
In diesem Spannungszustand sind die Dioden am Verstärkereingang hochohmig und der Verstärkereingang besitzt ebenfalls eine hohe Impedanz.
Folglich hat die Kapazität von C2 keinen Einfluß auf die Resonanzfrequenz.
Damit die Trägerfrequenz f₀ also im Sendemodus und im Empfangsmodus jeweils gleich groß ist, muß der Wegfall der Kapazität C2 kompensiert werden.
Dies erfolgt im Empfangsmodus gemäß 6 durch die mit der Induktivität L1 in Reihe geschaltete weitere Induktivität L2.
Für die Resonanzfrequenz im Empfangsmodus ergibt sich somit:
Hieraus errechnet sich unter der Annahme einer für den Sendemodus und den Empfangsmodus jeweils gleich großen Trägerfrequenz f₀ die Induktivität L2
Es ist gerade die prozessorgesteuerte Umsteuerung von Aktivteil bzw. Reaktivteil im Sinne der Darstellung zu den 5 und 6 je nach Betriebsmodus, nämlich Sendemodus oder Empfangsmodus, die es ermöglicht, durch die Vergrößerung der Amplitude eines im Sendemodus befindlichen Aktivteils das Reaktivteil trotz abgeschaltetem Prozessor zuverlässig zu wecken, so dass das vorrangige Ziel der Erfindung gerade auch durch diese Stromsparschaltung erreicht wird.
Andererseits wird durch den nur sehr geringen notwendigen Spannungspegel am Sensor im Empfangsmodus ein nur äußerst geringer Stromverbrauch realisiert.
Darüber hinaus zeigt 7 unterschiedliche Signalfolgen für ein vom Aktivteil ausgesandtes Wecksignal W, welches von Reaktivteil 1 bzw. 2 empfangen wird.
Mit P ist eine Präambel gemeint, also ein bestimmtes Signal der Hardware, damit die Hardware des Kommunikationspartners das der Präambel folgende Wecksignal W als solches erkennt.
Das vom Aktivteil ausgesandte Wecksignal W wird von Reaktivteil 1 bzw. Reaktivteil 2 als solches empfangen.
Mit einer für jeden einzelnen Weckvorgang unterschiedlichen Zufallszeitverzögerung tk1 bzw. tk2 wird die Präambel P in Reaktivteil 1 bzw. Reaktivteil 2 als solche registriert, so dass daraufhin die Wecksignalantwort WA-1 bzw. WA-2 erzeugt wird.
Wie man aus einem Vergleich zwischen Reaktivteil 1 und Reaktivteil 2 erkennt, ist die Zufallszeitverzögerung tk1 des Reaktivteils 1 geringer als die des Reaktivteils 2, tk2.
Folglich wird die Wecksignalantwort WA-1 des Reaktivteils 1 als erstes erzeugt, woraufhin dann von dem Reaktivteil 1 eine Identifizierungskodierung RID-1, die z.B. eine Seriennummer oder eine für jeden Schlüssel als Unikat vergebene Identnummer sein kann, an das Aktivteil zurücksendet.
Wesentlich ist insoweit, dass die Identifikationsnummer RID-1 bzw. RID-2 nicht umprogrammierbar ist, wobei allerdings im Aktivteil die jeweiligen Identifikationsnummern RID-1, RID-2 usw. als solche ebenfalls hinterlegt sind.
Infolge der im Reaktivteil 1 vorliegenden kürzeren Zufallszeitverzögerung tk1 im Verhältnis zur Zufallszeitverzögerung des Reaktivteils 2, nämlich tk2, findet der folgende Datendialog zwischen dem Reaktivteil 1 und dem Aktivteil statt.
Im Aktivteil wird im folgenden eine Zufallszahl AZZ erzeigt, die, mit der entsprechend vorgeschalteten Präambel P versehen, dem Reaktivteil 1 übermittelt wird.
Dort wird eine Antwortzahl, nämlich als Funktion der Zufallszahl des Aktivteils AZZ erzeugt, die im vorliegendem Beispiel mit RZZ bezeichnet ist.
Diese Zufallszahl des Reaktivteils 1 wird anschließend dem Aktivteil zurückübermittelt, wo diese mit einer auf demselben Wege erzeugten Zufallszahl verglichen wird, so dass anschließend bei Übereinstimmung dieser Zufallszahlen der eigentliche Datendialog fortgesetzt werden kann.
Aus dieser Darstellung ergibt sich auch, dass die Zufallszahl mit der eigentlichen Weckfunktion nichts zu tun hat.
Die Zufallszahlen, die vom Aktivteil an das Reaktivteil und zurückübermittelt werden, dienen lediglich der Identifizierung der jeweils beteiligten Reaktivteile, um anschließend den Datendialog mit den sensiblen Zutrittsdaten fortsetzen zu können.
Ergänzend hierzu zeigt 7 noch schematisch die sogenannte Zykluszeit t_z, die als Funktion der Benutzungshäufigkeit variabel sein sollte.
Die Zykluszeit wird aus einem festgestellten Benutzungshäufigkeitsprofil z.B. tages- oder wochenzeitabhängig festgestellt, so dass die Zeitspanne zwischen den vom Aktivteil geschickten Wecksignalen entsprechend variierbar ist, um weiterhin auf diese Weise den Stromverbrauch im Aktivteil zu reduzieren.
Die prozessorgesteuerte Umschaltung durch Zuschaltung der Kompensationsspule L2 ist ebenfalls eine hardwaremäßige wesentliche Voraussetzung, um das gesamte System stromsparend und mit minimalem Schaltungsaufwand betreiben zu können.
Dabei kann die Erfindung Anwendung in einer Schloß-Beschlag-Kombination finden mit einem elektrisch ansteuerbaren Schloß oder einem Beschlag, in einer Batterierosette entsprechend dem beim DPMA eingetragenem Gebrauchsmuster DE 201 07 870 allein oder in Kombination mit einem rein mechanischen oder einem elektrisch ansteuerbaren Schließzylinder, in tür- oder wandseitigen Leseeinrichtungen, elektrischen Türöffnern, elektrischen Haftmagneten und ebenfalls auch in tragbaren Programmiergeräten zum Erteilen der Zutrittsberechtigungen, zum Löschen vorhandener Zutrittsberechtigungen und zum Auslesen von einem ggf. integrierten Ereignisspeicher.

1: Person
2: Baugruppe Reaktivteil
3: Baugruppe Aktivteil
4: elektrostatisches Feld
5: Pausenzeit
6: Signalzeit
7: konstanter Zeitwert
8: variabler Zeitwert
9: Summe aus 7 + 8
10: selektiver Verstärker
11: 1. Schwellwertschalter
12: Integrator
13: 2. Schwellwertschalter
14: Sensor, Elektrode
15: Mikroprozessor

Claims

Verfahren zum Starten eines drahtlos zwischen einem Aktivteil und einem Reaktivteil übermittelten elektrischen Datendialogs eines vorwiegend elektrostatischen Feldes ohne elektromagnetischen Anteil, wobei der Datendialog dem Zweck der Überprüfung einer Zutrittsberechtigung dient und hierzu vom Aktivteil laufend in Zeitabständen für das Reaktivteil bestimmte und von diesem dann lesbare Wecksignal erzeugt werden, wenn sich das Reaktivteil innerhalb des elektrostatischen Feldes befindet, wobei nach Empfang des Wecksignals von dem Reaktivteil eine nach vorbestimmter Regel erstellte Wecksignalantwort an das Aktivteil zurückgegeben wird, wo die Wecksignalantwort mit einem ebenfalls nach dieser vorbestimmten Regel aus dem Wecksignal erzeugten Vergleichssignal verglichen und bei Übereinstimmung von Wecksignalantwort und Vergleichssignal erst danach der für den Zutritt notwendige Datendialog fortgesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitliche Abstand zwischen zwei von dem Aktivteil gesendeten Wecksignalen in Abhängigkeit vom zeitlichen Abstand zwischen den zum Aktivteil gesendeten aufeinander folgenden Wecksignalantworten variabel ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass von mehreren Stromkreisen des Reaktivteils zwischen zwei aufeinander folgenden ankommenden Wecksignalen lediglich nur der mit dem Empfangsmoduls ausgerüstete Stromkreis eingeschaltet bleibt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Datendialog unter einer eigenen Kennung geführt, vorzugsweise unter einer Kennzahl, die für jeden einzelnen Öffnungsvorgang fortgeschrieben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Datendialog während einzelner Phasen von Signalzeiten erfolgt, die nicht von Pausenzeiten unterbrochen sind.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass nach Beendigung einer für den Zutritt notwendige Phase des Datendialogs von Wecksignalen unterbrochene Pausenzeiten einsetzen, die zunehmend länger werden bis das nächste Wecksignal mit zugehöriger Wecksignalantwort erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Pausenzeiten einen vorbestimmten Maximalwert nicht übersteigen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass für die Pausenzeiten ein zeitabhängiges Benutzungshäufigkeitsprofil erstellt wird, welches dann zur zeitabhängigen Steuerung der Häufigkeit von Wecksignalen dient.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Aktivteile einem Reaktivteil zugeordnet sind und/oder dass mehrere Reaktivteile einem Aktivteil zugeordnet sind und dass die Pausenzeiten einen für alle Baugruppen konstanten Zeitwert aufweisen sowie einen für jede einzelne Baugruppe individuellen variablen Zeitwert und dass sich die gesamte Pausenzeit aus der Summe des konstanten Zeitwerts und des variablen Zeitwerts zusammensetzt.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der variable Zeitwert auf den konstanten Zeitwert folgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–10, dadurch gekennzeichnet, dass der variable Zeitwert aus jeweils unterschiedlichen eigenen Zufallszahlen gebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–11, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Wecksignal um ein Wechselfeld mit definierter Frequenz und von definierter Dauer handelt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–12, dadurch gekennzeichnet, dass das Wecksignal über einen auf die Frequenz des elektrostatischen Feldes abgestimmten selektiven Verstärker einer Detektorstufe mit Schwellwertschalter aufgegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet dass dem Schwellwertschalter ein Integrator nachgeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass dem Integrator ein weiterer Schwellwertschalter nachgeordnet ist, dessen Ausgangssignal der nachfolgenden Schaltung zum Datendialog aufgegeben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–12, dadurch gekennzeichnet, dass das Wecksignal über einen auf die Frequenz des elektrostatischen Wechselfeldes abgestimmten selektiven Verstärker einer Detektorstufe mit einer. frequenzabhängigen Auswerteschaltung aufgegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die frequenzabhängige Auswerteschaltung einen Hoch- oder Tiefpassfilter oder einen Bandpaßfilter enthält.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet dass die frequenzabhängige Auswerteschaltung eine Detektorschaltung für eine einzige vorbestimmte Frequenz enthält (phase-locked loop).
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die frequenzabhängige Auswerteschaltung eine Detektorschaltung mit einer Impulszählvorrichtung enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass im Aktivteil eine Ereignisliste geführt wird, in welcher zumindest die Historie der erfolgten vorgenommenen Zutritte abgelehnt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Datendialog bidirektional im Halbduplexverfahren über abwechselndes Senden und Empfangen mit ein- und demselben Sensor erfolgt, wobei die Sendeamplitude einen erhöhten Pegel aufweist.