DE10227557A1

DE10227557A1 - Verfahren zur drahtlosen Kommunikation zwischen Funkstationen und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE10227557A1
Application number: DE10227557A
Authority: DE
Inventors: Peter Kopetzky; Jürgen LEHMANN; Matthias Dr. Schneider-Hufschmidt
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2002-06-20
Filing date: 2002-06-20
Publication date: 2004-01-08
Also published as: KR20050012283A; JP2005530435A; CN1663183A; US20060019693A1; WO2004002066A1; EP1514383A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung basiert auf der grundlegenden Idee, dass in sehr vielen Anwendungsfällen der beabsichtigte Kommunikationspartner sich z. B. durch seine Position oder andere Eigenschaften, die vom Benutzer leicht zu beeinflussen sind, gegenüber allen anderen möglichen und nicht beabsichtigten Kommunikationspartnern ("Dritten") dadurch unterscheidet, dass die Übertragungseigenschaften der kontaktlosen Schnittstelle (also z. B. des Funkkanals) zwischen ihm und einer den Verbindungsaufbau suchenden ersten Funkstation (FS1) ein bestimmtes Qualitätskriterium erfüllen, das von allen anderen möglichen Kommunikationspartnern nicht erfüllt wird, oder dass ein solcher Unterschied in den Übertragungseigenschaften wenigstens durch Veränderung mindestens eines Betriebsparameters der ersten Funkstation (FS1) herbeigeführt werden kann.

Description

Moderne Kommunikationsendgeräte eignen sich wegen Ihrer kleinen Abmessungen bei gleichzeitig hoher Leistungsfähigkeit der in Ihnen verwendeten Prozessor- und Speicherbauelemente für unterschiedlichste mobile Anwendungen, die zunächst nicht unbedingt etwas mit ihrer Hauptanwendung, der Telekommunikation zu tun haben. Zu solchen Anwendungen gehören u.a. auch sogenannten „Point-of-Sale Applikationen", also Anwendungen, bei denen das Gerät im wesentlichen die Funktionen eines elektronischen Zahlungsmittels erfüllt, oder auch Sicherheitsanwendungen, bei denen das Gerät als Identifikations- oder Authentifikationsmittel dient. Letztlich sind die „Point-of-Sale Applikationen" wohl nur Spezialfälle – wenn auch mit weiteren Ausgestaltungen – der Sicherheitsanwendungen, da bei einem elektronischen Bezahlvorgang zumindest der Zahlungsempfänger, in der Regel aber auch der bezahlende Teilnehmer das Bedürfnis hat, die Identität und die Berechtigung des jeweils anderen Teilnehmers zu prüfen.
Auch andere Kleingeräte wie z.B. sogenannte Personal Digital Assistants (PDA) mit oder ohne Telekommunikationsmodul eignen sich grundsätzlich gut für derartige Anwendungen, sofern sie über eine geeignete Schnittstelle zur Datenübertragung verfügen. Solche Schnittstellen sind grundsätzlich seit langem bekannt. Beispiele sind Infrarot-Schnittstellen oder kurzreichweitige Funkschnittstellen, z.B. nach dem „Bluetooth"-Standard.
Kurzreichweitige kontaktlose („drahtlose") Datenübertragungsschnittstellen sind für die lokale Kommunikation besonders geeignet. Sie haben für diese Anwendungen den Vorteil, dass die Gruppe der möglichen Kommunikationspartner von vornherein auf die nähere, oft unmittelbar überschaubare Umgebung beschränkt ist. So werden heute bereits zwischen PDAs temporäre Verbindungen zum Übertragen von „elektronischen Visitenkarten" oder andern Daten aufgebaut, indem diese PDAs in unmittelbare räumliche Nachbarschaft gebracht werden und/oder ihre Infrarot-Schnittstellen aufeinander ausgerichtet werden. So kann man einigermaßen – und für viele Anwendungen hinreichend – sicher sein, dass der gewünschte Kommunikationspartner auch tatsächlich der ist, mit dem eine Kommunikation stattfindet.
Für Anwendungen mit höheren Anforderungen an die Sicherheit wird diese bekannte Verfahrensweise oft nicht ausreichen. Zu groß wäre die Gefahr, dass ein unsichtbarer oder unbemerkter „Dritter" sich in die beabsichtigte rein bilaterale Kommunikationsbeziehung – (zunächst) unbemerkt – hineindrängt, und in der Folge Daten mit einem Kommunikationspartner ausgetauscht würden, der nicht mit dem gewünschten Kommunikationspartner identisch ist. Hier soll die vorliegende Erfindung abhelfen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren oder eine Vorrichtung nach einem der unabhängigen Patentansprüche gelöst.
Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und mit Hilfe von Figuren beschrieben.
Dabei zeigt 1 in schematischer Weise eine typische Anwendungssituation und ihre Lösung gemäß der Erfindung.
2 zeigt in schematischer Weise die Behandlung des Sonderfalls, dass sich von vornherein nur eine zweite Funkstation im Umfeld der ersten Funkstation befindet.
Die vorliegende Erfindung basiert auf der grundlegenden Idee, dass in sehr vielen Anwendungsfällen der beabsichtigte Kommunikationspartner sich z.B. durch seine Position oder andere Eigenschaften, die vom Benutzer leicht zu beeinflussen sind, gegenüber allen anderen möglichen und nicht beabsichtigten Kommunikationspartnern („Dritten") dadurch unterscheidet, dass die Übertragungseigenschaften der kontaktlosen Schnittstelle (also z.B. des Funkkanals) zwischen ihm und einer den Verbindungsaufbau suchenden ersten Funkstation (FS1) ein bestimmtes Qualitätskriterium erfüllen, das von allen anderen möglichen Kommunikationspartnern nicht erfüllt wird, oder dass ein solcher Unterschied in den Übertragungseigenschaften wenigstens durch Veränderung mindestens eines Betriebsparameters der ersten Funkstation (FS1) herbeigeführt werden kann.
Ein einfaches und typisches Beispiel für eine solche Situation ist in 1 dargestellt. In der Umgebung der ersten Funkstation (FS1), die eine Verbindung mit einer zweiten Funkstation aufbauen soll, befinden sich mehrere zweite Funkstationen (FS2a,..., FS2d). Bei der ersten Funkstation könnte es sich zum Beispiel um ein Kassensystem eines Kaufhauses handeln. Als zweite Funkstationen (FS2a,..., FS2d) kommen Mobiltelefone oder andere Kleingeräte in Betracht, die alle grundsätzlich in der Lage sind, mit der ersten Funkstation (FS1) in Verbindung zu treten. Diese zweiten Funkstationen befinden sich normalerweise im Besitz verschiedener Personen, die in aller Regel (potentielle) Kunden des Kaufhauses sind.
Einer dieser Kunden nähert sich der Funkstation (FS1) des Kassensystems, um dort eine von ihm ausgewählte Ware mit Hilfe seiner zweiten Funkstation (FS2b) zu bezahlen. Für die korrekte Abwicklung des Zahlungsvorgangs ist es nun sehr wichtig, dass eine rein bilaterale Kommunikationsbeziehung oder Kommunikationsverbindung zwischen den Funkstationen (FS1 und FS2b) der am Zahlungsvorgang rechtmäßig teilnehmenden Personen zustandekommt und aufrechterhalten wird, weil sonst leicht Angriffe „Dritter" möglich wären und die ordnungsgemäße Abwicklung solcher kontaktlosen Zahlungsvorgänge nicht zu garantieren wäre.
Das liegt daran, dass die Funkstation FS1 bei einem beliebigen Kunden zunächst nicht „wissen" kann, woran sie seine Funkstation FS2b erkennen können sollte. Deshalb wäre es jedem „Dritten" verhältnismäßig leicht möglich, seine Funkstation so zu betreiben, dass das Kassensystem den Zahlungsvorgang – es könnte ja z.B. auch eine Erstattung bei einem Umtausch sein – mit seiner Funkstation abwickelt.
Die Funkstation FS2b ist nun aber – wie in 1 schematisch dargestellt – gegenüber allen anderen Funkstationen dadurch ausgezeichnet, dass sie den geringsten Abstand zu dem Kassensystem (FS1) hat. Folglich sollte es möglich sein, die Sendeleistung oder die Empfangsempfindlichkeit der Funkstation FS1 so zu verändern, dass schließlich nur noch mit dieser einen Funkstation FS2b eine Kommunikationsverbindung oder Kommunikationsbeziehung möglich ist.
Dies lässt sich z.B. durch eine sukzessive Verringerung der Sendeleistung oder der Empfangsempfindlichkeit der Funkstation FS1 des Kassensystems erreichen. Dazu könnte die erste Funkstation (FS1) ein erstes Rufsignal oder Verbindungsanforderungssignal (crl) aussenden, dessen Reichweite aufgrund einer anfänglich relativ hohen Sendeleistung so groß ist, dass zunächst noch alle vier in 1 dargestellten zweiten Funkstationen dieses Signal empfangen können. Folglich senden in diesem Schritt alle vier zweiten Funkstationen ein je Antwortsignal (r2a,..., r2d) aus, so dass bei ausreichend hoher anfänglicher Empfangsempfindlichkeit alle vier Antwortsignale von der ersten Funkstation FS1 empfangen werden können.
Im folgenden Schritt kann nun die Sendeleistung der ersten Funkstation FS1 versuchsweise reduziert werden. Oder es könnte die Empfangsempfindlichkeit reduziert werden. Möglich wäre es auch, beide Größen gleichzeitig zu verringern.
Bei geeigneter Wahl der entsprechenden Betriebs-Parameter wird spätestens nach einigen derartigen Schritten mindestens eine der vier zweiten Funkstationen nicht mehr antworten oder ihre Antwort wird nicht mehr von der ersten Funkstation empfangen werden. Wird also z.B. die Sendeleistung soweit verringert, dass das Verbindungsanforderungssignal cr2 die zweite Funkstation FS2c nicht mehr erreicht, antwortet diese nicht. Die anderen drei zweiten Funkstation (FS2a, FS2b und FS2d) antworten aber noch, weil sie das Signal cr2 empfangen konnten. Nun könnte in einem nächsten Schritt die Sendeleistung der ersten Funkstation FS1 weiter reduziert werden, dass z.B. nur noch FS2b antwortet oder es könnte die Empfangsempfindlichkeit soweit herabgesetzt werden, dass nur noch die Antwort von FS2b empfangen werden kann.
Es könnte aber auch die Sendeleistung weiter reduziert werden, so dass ein drittes Verbindungsanforderungssignal cr3 die zweiten Funkstationen FS2a, FS2c und FS2d nicht mehr, jedoch noch die zweite Funkstation FS2b erreicht. In diesem Fall würde nur noch die zweite Funkstation FS2b eine Antwort r2b ausenden, die von der ersten Funkstation FS1 empfangen werden kann.
Allgemeiner formuliert wird es in praktisch allen Situationen, in denen die Abstandsverhältnisse oder die Ausbreitungsverhältnisse zwischen den einzelnen Funkstationen hinreichend unterschiedlich sind, möglich sein, geeignete Betriebs-Parameter der ersten Funkstation FSl so einzustellen, dass schließlich nur noch eine Kommunikationsbeziehung oder Kommunikationsverbindung zu einer einzigen zweiten Funkstation besteht oder aufrechterhalten werden kann.
Wenn in dieser Anmeldung an einigen Stellen begrifflich zwischen einer Kommunikationsverbindung und einer Kommunikationsbeziehung unterschieden wird, liegt der Grund darin, dass der Begriff Kommunikationsverbindung häufig für Situationen verwendet wird, in denen tatsächlich Nutzdaten übertragen werden. Der etwas allgemeiner konzipierte Begriff Kommunikationsbeziehung soll zum Ausdruck bringen, dass zur Erreichung des Erfindungszwecks häufig ein solcher Nutzdaten-Transfer nicht wirklich erforderlich ist. In manchen Fällen reicht es z.B. schon aus, wenn die am Empfänger vorliegende Empfangsfeldstärke einen Mindestwert erreicht oder übersteigt. Gilt dies nur für eine einzige zweite Funkstation FS2b, dann kann von einer rein bilateralen Kommunikationsbeziehung zwischen dieser einen zweiten Funkstation FS2b und der ersten Funkstation FS1 gesprochen werden, obwohl eine Kommunikationsverbindung im engeren Wortsinne noch nicht vorliegt oder besteht. Beide Begriffe sind deshalb im jeweiligen Zusammenhang dieser Erfindungsbeschreibung fallweise so zu verstehen, dass anstelle des einen Begriffes auch der jeweils andere stehen könnte.
Die Verwendung kann beispielsweise dazu verwendet werden, eine Kommunikationsverbindung zwischen einem Kassensystem (ST) mit Funkmodul und einem Kundengerät (CD) mit Funkmodul (WM), insbesondere mit einem Mobiltelefon (MP) aufzubauen. In einem Verkaufsraum befinden sich im allgemeinen mehrere Personen mit derartigen Kundengeräten, die z.B. in einer Kassenschlange stehen. Bei einem bestimmten Bezahlvorgang soll nun das Kassensystem ausschließlich mit demjenigen Kundengerät in Verbindung treten, das den geringsten räumlichen Abstand zur Kasse aufweist. Auf diesen Weise lässt sich nämlich recht leicht sicherstellen, dass tatsächlich das Kundengerät des momentan bezahlenden Kunden an dem elektronischen Bezahlvorgang teilnimmt und nicht das Gerät eines anderen Kunden, der noch in der Kassenschlange wartet oder sich irgendwo im Verkaufsraum aufhält.
Es ist ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens, dass hierbei den beteiligten Geräten keinerlei Adressen oder Identifikatoren des jeweils anderen Geräts bekannt sein müssen. Mit solchen Adressen oder Identifikatoren ließe sich natürlich ebenfalls sicherstellen, dass (ausschließlich) die „richtigen" Geräte am Bezahlvorgang teilnehmen. So könnte z.B. der Benutzer des Kassensystems einen Geräte-Identifikator des am Bezahlvorgang beteiligten Kundengeräts z.B. manuell in das Kassensystem eingeben, der anderen anwesenden Personen unbekannt ist. Das wäre für die betrachteten Anwendungen recht umständlich. Es ist daher ein Vorteil des Erfindungsgemäßen Verfahrens, das diese umständliche und möglicherweise fehleranfällige Prozedur entfallen kann.
Stattdessen kann das Kassensystem oder allgemeiner ein Service Terminal (ST) dem tatsächliche beteiligten Kundengerät – sobald die Kommunikationsbeziehung zwischen beiden rein bilateral ist – eine solche Geräteadresse oder Geräte-Identifikation direkt auf dem Funkweg übermitteln. Mit Hilfe einer solchen – möglicherweise temporären, also nur für den laufenden Bezahlvorgang gültigen – Geräteadresse kann die Kommunikation nun gegen unbeabsichtigte Störungen oder Angriffe Dritter gesichert werden, und zwar selbst dann, wenn das Kriterium des geringsten räumlichen Abstandes nach Aufbau dieser Sicherung nicht mehr erfüllt werden sollte. Eine Adresseingabe von außen – also anders als über den Funkweg – ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht nötig.
Der am Bezahlvorgang tatsächlich beteiligte Kunde muss also sein Mobiltelefon oder sonstiges Kundengerät nur einmal in die Nähe der Kasse bringen und kann es danach – auch während der Bezahlvorgang noch andauert – wieder in größerem Abstand zur Kasse halten. Diese Eigenschaft der Erfindung erhöht den Komfort der beteiligten Personen bei der Abwicklung des Bezahlvorgangs deutlich.
Eine weitere vorteilhafte Anwendung der Erfindung ist im Zusammenhang mit der Anmeldung von Teilnehmerstationen (SM) an Basisstationen (BS) zellularer oder sonstiger drahtloser Kommunikationssysteme, insbesondere schnurloser Telefonsysteme nach dem DECT-Standard möglich. Bei solchen Systemen müssen bei der erstmaligen Inbetriebnahme oder bei der Verwendung zusätzlicher, z.B. nachträglich erworbener Teilnehmerstationen noch nicht beim System angemeldete Teilnehmerstationen zunächst angemeldet werden.
Dies geschieht normalerweise im Rahmen einer Anmeldeprozedur, bei der grundsätzlich die Gefahr besteht, dass unberechtigte Dritte, von denen der berechtigte Benutzer nichts weiß, sich ebenfalls beim System anmelden könnten. Denn die Basisstation kann ja nicht „wissen", woran die Teilnehmerstation des berechtigten Benutzers zu erkennen ist. Im allgemeinen ist es für den berechtigten Benutzer jedoch sehr leicht, sich der Basisstation zur Durchführung der Anmeldeprozedur so sehr zu nähern – d.h. sich in den Raum zu begeben, in der die Basisstation untergebracht ist –, dass es praktisch ausgeschlossen werden kann, dass ein Gerät eines Angreifers sich näher an der Basisstation befindet als das Gerät des berechtigten Benutzers.
Die Basisstation muss also – falls sich während der Anmeldeprozedur mehr als ein Gerät in ihrer Umgebung befindet – nur z.B. ihre Sendeleistung so lange reduzieren, bis nur noch eine Kommunikation mit dem anzumeldenden Teilnehmergerät möglich ist. Dieses Verfahren hat auch den Vorteil, dass eine gegenseitige Identifizierung der Geräte direkt über die Luftschnittstelle (also über den Funkkanal) ohne äußere Übertragung solcher Identifikations-Informationen erfolgen kann.

Claims

Verfahren zur drahtlosen Kommunikation zwischen Funkstationen, bei dem eine rein bilaterale Kommunikationsverbindung (Con) oder eine rein bilaterale Kommunikationsbeziehung (Rel) zwischen einer ersten Funkstation (FS1) mit nur einer einzigen zweiten Funkstation (FS2) aus einer Gruppe (FS2a, FS2b, ... FS2k) von zweiten Funkstationen hergestellt werden soll, dadurch gekennzeichnet, dass ein Betriebs-Parameter oder mehrere Betriebs-Parameter der ersten Funkstation (FS1) verändert werden mit dem Ziel, die Übertragungsverhältnisse zwischen den Funkstationen derart zu beeinflussen, dass als Folge einer Veränderung mindestens eines Betriebs-Parameters die Übertragungseigenschaften nur noch einer einzigen Funkverbindung der ersten Funkstation (FS1) mit nur einer einzigen zweiten Funkstation (FS2) ein bestimmtes Qualitätskriterium erfüllen.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem ein zu verändernder Betriebs-Parameter die Sendeleistung der ersten Funkstation (FS1) ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein zu verändernder Betriebs-Parameter die Empfangsempfindlichkeit der ersten Funkstation (FS1) ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Qualitätskriterium das Überschreiten einer minimalen Empfangsfeldstärke bei der ersten Funkstation (FS1) ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein oder mehrere Betriebs-Parameter der ersten Funkstation (FS1) zunächst so gewählt werden, dass mehrere zweite Funkstationen das Qualitätskriterium erfüllen, und bei dem der oder diese Betriebs-Parameter schrittweise so verändert werden, dass schließlich nur noch eine einzige zweite Funkstation (FS2) das Qualitätskriterium erfüllt.
Verwendung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum Aufbau einer Kommunikationsverbindung (Con) zwischen einem Service Terminal (ST), insbesondere einem Kassensystem, mit Funkmodul und einem Kundengerät (CD) mit Funkmodul (WM), insbesondere einem Mobiltelefon (MP) oder einem informationstechnischen Gerät (ITD), wie z.B. einem sogenannten Personal Digital Assistant (PDA), wobei eine Kommunikationsverbindung des Service Terminals mit demjenigen Kundengerät aufgebaut werden soll, das unter allen in Frage kommenden Funkstationen und Kundengeräten den geringsten räumlichen Abstand zu dem Service Terminal aufweist.
Verwendung nach Anspruch 6, bei der a) dem Service Terminal (ST) zunächst keinerlei Adresse oder Identifikator des Kundengeräts (CD) bekannt ist, b) dem Kundengerät (CD) zunächst keinerlei Adresse oder Identifikator des Service Terminals (ST) bekannt ist c) und solche Adressen oder Identifikatoren auch im weiteren Verlauf der Kommunikation zwischen beiden Einrichtungen nicht von außen eingegeben werden.
Verwendung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum Aufbau einer Kommunikationsbeziehung (Rel) und/oder einer Kommunikationsverbindung (Con) zwischen a) einer Basisstation (BS) eines zellularen oder sonstigen drahtlosen Kommunikationssystems mit – wenigstens potentie1, SM2,..., SMn), insbesondere einem schnurlosen Telefonsystem nach dem DECT-Standard, b) und einer Teilnehmerstation (SM1) eines solchen drahtlosen Kommunikationssystems, insbesondere einem Mobiltelefon (MP), einem Schnurlostelefon (CLP) oder einem informationstechnischen Gerät (ITD), wie z.B. einem sogenannten Personal Digital Assistant (PDA), wobei eine Kommunikati onsbeziehung und/oder Kommunikationsverbindung der Basisstation mit derjenigen Teilnehmerstation aufgebaut werden soll, die unter allen in Frage kommenden Teilnehmerstationen den geringsten räumlichen Abstand zu der Basisstation aufweist.
Verwendung nach Anspruch 8, bei der d) der Basisstation (BS) zunächst keinerlei Adresse oder Identifikator der Teilnehmerstation (SM) bekannt ist, e) der Teilnehmerstation (SM) zunächst keinerlei Adresse oder Identifikator der Basisstation (BS) bekannt ist und solche Adressen oder Identifikatoren auch im weiteren Verlauf der Kommunikation zwischen beiden Einrichtungen nicht von außen eingegeben werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem mindestens eine der beteiligten Funkstationen ein Signal aussendet, das Informationen über die jeweilige Funkstation oder ihren Benutzer enthält.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die erste Funkstation eine Aufforderung zur Aussendung einer Antwort ausstrahlt, und bei dem die Reichweite des dabei verwendeten Sendesignals solange reduziert wird, bis nur noch die Antwort einer einzigen zweiten Funkstation empfangen werden kann und somit sichergestellt ist, dass sich nur eine einzige zweite Funkstation im Sendebereich der ersten Funkstation befinden kann.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem die Reichweite durch Drosselung der Sendeleistung reduziert wird.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem die Reichweite durch Abschirmung, insbesondere mit Hilfe einer mechanischen Einschubvorrichtung, reduziert wird.
Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit folgenden Merkmalen: a) einem Funkmodul zum Senden und Empfangen elektromagnetischer Signale; b) einer Einrichtung zur Steuerung mindestens eines Betriebs-Parameters des Funkmoduls, der die Übertragungseigenschaften der Funkverbindung so beeinflussen kann, dass als Folge einer Veränderung mindestens eines Betriebs-Parameters die Übertragungseigenschaften nur noch einer einzigen Funkverbindung der ersten Funkstation (FS1) mit nur einer einzigen zweiten Funkstation (FS2) ein bestimmtes Qualitätskriterium erfüllen.