DE102007050595A1 - Antennensystem zur sicheren Funkübertragung von Daten zwischen einem oder mehreren Schließzylindern und einer zentralen Sende- und Empfangseinheit bzw. Relaisstation - Google Patents

Abstract

Antennensystem mit mindestens zwei Antennen, welches in einem elektronischen Schließzylinder integriert ist. Die Antennen sind im Schlüsselkanal jeweils so angeordnet, daß eine Antenne mit der Außenseite des Schließzylinders in einer direkten, metallisch nicht abgeschirmten Verbindung steht und eine weitere Antenne mit der Innenseite des Zylinders in einer gleichartigen Verbindung steht. Im Rahmen einer drahtlosen Kommunikation mit einer externen Station ist das Antennensystem in der Lage, jeweils getrennnt die Signalcharakteristik an der Außen- und Innenseite des Zylinders beziehungsweise an der betreffenden Türe zu erfassen. Durch die Auswertung der beiden separaten Signalmuster ist eine zuverlässige Lokalisierung der autorisierten Gegenstation innerhalb des Gebäudes und damit ihre Authentifizierung möglich.

Description

• Charakteristisch für Schließzylinder nach DIN-Norm ist ihre Eigenschaft, als faradayischer Käfig für im Inneren des Zylinders angebrachte Antennen zu wirken. Gerade aber diese Eigenschaft ist ein großer Nachteil im Betrieb von elektronischen Schließzylindern, die üblicherweise von einem zentralen Punkt aus drahtlos überwacht und gesteuert werden sollen.
• Die bisherigen Lösungsversuche sehen entweder die Verwendung von magnetischen Feldern vor, welche zwar prinzipiell durch Metalle hindurchdringen können, aber nur eine sehr begrenzte Reichweite bieten. Ein anderer Lösungsansatz ist die Ausführung des Zylinders oder einzelner Bauteile in Kunststoff oder Keramik, was allerdings weitere Nachteile mit sich bringt.
• Zwar kann durch eine solche Ausführung die Funktion einer innenliegenden Antenne prinzipiell gewährleistet werden, jedoch leiden gleichzeitig die grundlegenden Anforderungen an einen Schließzylinder, nämlich der mechanische Einbruchsschutz und die Feuerfestigkeit.
• Das Problem der Abschirmung einer innen liegenden Antenne in einem metallisch ausgeführten Schließzylinder findet seine physikalische Ursache in der Undurchlässigkeit von Metall für elektromagnetische Wellen. Genau dieser Effekt wird nun bei der zu beschreibenden Erfindung genutzt, um einerseits eine drahtlose Kommunikation mit effizienter Reichweite und gleichzeitig ein Verfahren zur Sicherung des Datenverkehrs zu realisieren.
• Die Erfindung betrifft ein Antennensystem, insbesondere ein durch mindestens zwei Helixantennen dargestelltes System, welches in den Schlüsselschlitzen eines Schließzylinders nach DIN-Norm so platziert ist, dass jeweils eine Antenne durch den nach aussen gerichteten Schlüsselschlitz und die zweite Antenne durch den nach innen gerichteten Schlüsselschlitz ihre Wellenausbreitung realisieren kann.
• Hierbei sind die äußere und innere Antenne durch eine metallische Barriere elektromagnetisch von einander isoliert. Die Schlüsselschlitze sind derart ausgeformt, daß sich um die im Inneren des Schließzylinderkerns platzierten Helixantennen eine hinreichend große Ausnehmung befindet, so dass die Wellenausbreitung an der Antenne und die Feldausdehnung durch den Schlüsselschlitz ins Freie ungehindert stattfinden kann.
• Antennen in Schließzylindern sind aus verschiedenen am Markt angebotenen Produkten bekannt. Neben dem bereits eingangs geschilderten Problem der geringen Reichweite oder der reduzierten Einbruchssicherheit ist insbesondere die Gefahr einer Manipulation der Funkstrecke zwischen Schließzylinder und zentraler Steuerung des Betreibers ein hohes Sicherheitsrisiko. Wird die – üblicherweise verschlüselte – Kommunikation abgehört und "gehackt", kann sich ein Angreifer ungehinderten Zutritt zum Gebäude verschaffen.
• Dieses Risiko hat bisher viele Objektbetreiber davon abgehalten, diese komfortable Form der Gebäudeverhalten zu nutzen. Stattdessen werden handelsübliche Dateneingabegeräte verwendet, mit denen die Daten manuell zwischen der Zentrale und den im Haus verteilten Zylindern hin- und hergetragen werden.
• Das Funktionsprinzip des Antennensystems besteht darin, eine Elektronik zu realisieren, welche in der Lage ist, seine beiden jeweils nach aussen und innen gerichteten Antennen hinsichtlich der Empfindlichkeit so zu steuern, daß die Signalcharakteristik beider Antennen in einem klaren Aspektverhältnis zueinander analysiert werden kann.
• In einer typischen Einbausituation besteht ein starker Unterschied zwischen der Signalstärke an der äußeren Antenne (Flurseite einer Bürotüre) und der inneren Antenne (Zimmerseite einer Bürotüre). Während die Funkkommunikation zwischen Zentrale, bezw. Relais üblicherweise durch die Flure verläuft und sich an den Wänden und Decken "spiegelt", ist die Empfangsituation im Inneren eines Zimmers deutlich schlechter.
• Die Außenseite eines Zylinders profitiert von sogenannten "parasitären Effekten" während die Innenseite unter einer mehr oder weniger starken Abschirmung durch Wände, Türen und Möbel leidet.
• Der starke Signalabstand, welcher sich somit zwischen beiden Antennen ergibt, kann nun genutzt werden, um die Authentifizierung der Gegenstation vorzunehmen. Ein Störsender, welcher beispielsweise auf dem Parkplatz vor einem Gebäude platziert ist, würde unweigerlich ein inverses Aspektverhältnis für Innen- und Außenantenne eines Schließzylinders erzeugen, da er ja gezwungenermaßen durch das Zimmerfenster funkt.
• Somit ist eine Überprüfung der Ortsfestigkeit der Gegenstation und damit eine Verifizierung des Funkverkehrs möglich. Eine Ortsänderung der Gegenstation würde die Verhältnisse der Signalstärke und -charakteristik für Innen- und Außenantenne soweit verändern, daß dies erkannt wird.
• Nach Abspeicherung der initial erzeugten Antennensignale kann mittels eines Vergleichs die Authentifizierung jeder erneuten Funkkommunikation vorgenommen werden.
• Im Alltagsbetrieb können die Signalmuster über eine Fuzzy-Logic gezielt "verunschärft" werden, um Störungen etwa durch Menschenansammlungen in den Fluren oder die Versetzung von Metallmöbeln auszuschließen.
• Abbildungen:
• Die Erfindung wird nachfolgend anhand der 1 bis 3 näher beschrieben.
• Es zeigen:
• 1 den erfindungsgemäßen Schließzylinder mit zwei Antennen
• 2 die Feldausbreitung der Antennen im Zylinderkern und im Nahbereich des Zylinders
• 3 eine typischerweise zu erwartende Feldstärkenverteilung an einer Bürotüre, sowohl flurseitig wie auch zimmerseitig
• In 1 findet sich ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Schließzylinders (A) mit einem Antennensystem in Aufsicht und Schnitt. Die beiden Antennen (B) sind als Helix-Antennen ausgeführt und sind umgeben vom Zylinderkern (C), welcher üblicherweise metallisch ausgeführt ist. Um die Antennen ist eine Ausbreitungskammer (D) gestaltet, welche mit dem davor liegenden Schlüsselschlitz (E) verbunden ist.
• Somit kann die von der Antenne erzeugte Welle sich zunächst ungehindert ausbreiten bezw. aufbauen, wird dann an dem umgebenden Metall reflektiert und breitet sich durch den Schlüsselschlitz (welcher normalerweise nicht durch einen Schlüssel versperrt ist) ins Freie aus. Dies geschieht zeitgleich auf der Innen- und Außenseite des Zylinders.
• In 2 findet sich eine Darstellung der geplanten Feldausbreitung, wie sie nach dem Ausführungsbeispiel des Antennensystems (B) zu erwarten ist.
• In 3 findet sich eine Darstellung der Feldstärkenverteilung über den Grundriß einer Etage in der ein Zylinder (A) an einer Zimmertüre (B) verbaut ist in Aufsicht.

Claims (5)

1. Antennensystem für einen Schließzylinder, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehrere untereinander elektromagnetisch abgeschirmte Antennen als Antennensystem im Kern oder Gehäuse eines Schließ-Zylinders platziert sind. Jede Antenne befindet sich in einer Ausbreitungskammer, welche mit dem Schlüsselschlitz derart verbunden ist, daß eine direkte oder indirekte Wellenausbreitung durch die Schlüsselöffnung ins Freie zur Außen- und Innenseite des Zylinders möglich ist.
2. Antennensystem für einen Schließzylinder, dadurch gekennzeichnet, daß die dazugehörigen Antennen als Helix-Antennen ausgeführt sind.
3. Antennensystem für einen Schließzylinder, dadurch gekennzeichnet, daß der Schließzylinder in DIN-Normen oder vergleichbaren Abmessungen ausgeführt ist.
4. Antennensystem für einen Schließzylinder, dadurch gekennzeichnet, daß eine Elektronik die Eingangssignale der Antennen jeweils einzeln analysieren und mit abgespeicherten Mustern sowohl einzeln als auch im Verhältnis zueinander vergleichen kann.
5. Antennensystem für einen Schließzylinder, dadurch gekennzeichnet, daß eine Elektronik die Eingangssignale der Antennen dergestalt charakterisieren kann, daß eine Aussage über die Ortsfestigkeit der Gegenstation abgeleitet werden kann.