-
Technischer Bereich
-
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf drahtlose Datenkommunikationssysteme.
-
Hintergrund
-
Kontaktlose Identifikationssysteme oder Funkwellenidentifikationssysteme (radio-frequency identification, RFID) können eine Basisstation und einen oder mehrere Transponder oder entfernte Sensoren beinhalten. In einem aktiven Transpondersystem haben sowohl die Basisstation als auch der Transponder jeweils ihre eigene Stromversorgung. In dem aktiven Transpondersystem kann der Transponder darüber hinaus einen aktiven Transponder zur Datenübertragung an die Basisstation haben. In passiven Transpondersystemen haben die Transponder keine eigene Stromversorgung oder einen aktiven Transmitter zur Datenübertragung an die Basisstation. Passive Transponder können die für den Betrieb erforderliche elektrische Energie einem elektromagnetischen Feld entnehmen, das von der Basisstation ausgestrahlt wird.
-
In einem RFID-System können Daten drahtlos zwischen der Basisstation und dem zugehörigen Transponder übertragen werden. Der Datenaustausch zwischen dem Transponder und der Basisstation kann als Reaktion auf ein Signal von der Basisstation nach einem Authentifizierungsvorgang erfolgen. In bestimmten Fällen kann der Authentifizierungsvorgang ohne Nachfrage bei einem Benutzer durch eine Rückübertragung von Signalen zwischen dem Transponder und der Basisstation initiiert werden. Die zwischen dem Transponder und der Basisstation ausgetauschten Daten können Informationen zur Identifikation des Transponders an der Basisstation oder zur Initiierung einer Funktion eines Geräts beinhalten.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
1 illustriert ein Beispielsystem für den drahtlosen Datenaustausch.
-
2 illustriert eine beispielhafte Verwendung des Beispielsystems aus 1.
-
3 illustriert ein beispielhaftes Frequenzwechselschema.
-
4 illustriert ein Beispielverfahren zur Autorisierung eines Transponders.
-
Beschreibung der beispielhaften Ausführungsformen
-
1 illustriert ein Beispielsystem für den drahtlosen Datenaustausch. In dem Beispiel aus 1 enthält das Beispielsystem 100 eine Basisstation 102, die mit einem Transponder 104 über eine oder mehrere bidirektionale Kommunikationsverbindungen 106 und eine kapazitive Verbindung 108 kommuniziert. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann die Kommunikationsverbindung 106 eine Niederfrequenz (LF) und/oder eine Hochfrequenz (RF)-Verbindung beinhalten und kann entweder in einem Voll-Duplex- oder in einem Halb-Duplex-Modus betrieben werden. In einem anderen Beispiel kann die kapazitive Verbindung 108 entweder als unidirektionale oder als bidirektionale Verbindung betrieben werden. Obwohl die vorliegende Offenbarung konkrete Kommunikationsverbindungen 106 beschreibt und illustriert, umfasst die vorliegende Offenbarung alle geeigneten Kommunikationsverbindungen wie z. B. Nahfeldkommunikation (NFC), Bluetooth, kapazitive Verbindungen, lokale Funknetzwerke (WLAN), ZigBee, oder andere geeignete Kommunikationsprotokolle oder deren Kombinationen. Der Transponder 104 kann eine Antenne 110A, eine Steuereinheit 112A, eine Sende/Empfangseinrichtung (Transceiver) 114A, und einen kapazitiven Transmitter 116 beinhalten. Die Basisstation 104 kann eine Antenne 110B, eine Steuereinheit 112B, einen Transceiver 114B und einen Sensor für ein elektrisches Feld (E-Feldsensor) 118 beinhalten. Obwohl die vorliegende Offenbarung eine konkrete Anordnung von geeigneten Komponenten für den Transponder 104 und die Basisstation 102 beschreibt und illustriert, umfasst die vorliegende Ausführungsform alle geeigneten Anordnungen geeigneter Komponenten für den Transponder 104 und die Basisstation 102.
-
Der mit der Antenne 110B der Basisstation 102 gekoppelte Transceiver 114B kann dazu eingerichtet sein, Daten an den Transponder 104 über die Kommunikationsverbindung 106 zu übertragen. In ähnlicher Weise kann der mit der Antenne 110A des Transponders 104 gekoppelte Transceiver 114A dazu eingerichtet sein, Daten über die Kommunikationsverbindung 106 an die Basisstation 102 zu übertragen. Der kapazitive Transmitter 116 des Transponders 104 kann dazu eingerichtet sein, Daten an den E-Feldsensor 118 der Basisstation 102 über die kapazitive Verbindung 108 zu übertragen. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann die kapazitive Verbindung 108 eine vergleichsweise kurzreichweitige, langsame Kommunikationsverbindung sein. Die Steuereinheit 112A kann mit dem Transceiver 114A und dem kapazitiven Transmitter 116 des Transponders 104 gekoppelt sein. In ähnlicher Weise kann die Steuereinheit 112B mit dem Transceiver 114B und dem E-Feldsensor 118 der Basisstation 102 gekoppelt sein. In bestimmten Ausführungsformen kann der elektrische Feldsensor 118 ein kapazitiver Sensor sein und die Basisstation 104 kann außerdem eine Ausleseelektrode (nicht dargestellt) beinhalten, die mit dem E-Feldsensor 118 gekoppelt ist, um die von dem Transponder 104 über die kapazitiver Verbindung 108 übertragenen Daten zu empfangen. Die Datenübertragung über die Kommunikationsverbindung 106 und die kapazitive Verbindung 108 kann durch die Steuereinheiten 112A und 112B des Transponders 104 bzw. der Basisstation 102 gesteuert werden. Die Steuereinheiten 112A und 112B können aus einem oder aus mehreren integrierten Schaltungen (ICs), wie z. B. Universalmikroprozessoren, Mikrokontrollern, programmierbaren logischen Geräten (PLDs) oder Feldern (PLAs), oder anwendungsspezifischen ICs (ASICs) bestehen.
-
2 illustriert eine beispielhafte Verwendung des Beispielsystems aus 2. In dem Beispiel aus 2 kann die Basisstation 102 sich innerhalb eines Fahrzeugs 120 befinden und der Transponder kann in einem zu dem Fahrzeug 120 gehörigen Schlüssel 122 angeordnet sein, der durch einen Benutzer 124 getragen wird. In bestimmten Ausführungsformen kann der Transponder getrennt von dem Schlüssel 122 angeordnet sein. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann der elektrische Feldsensor der Basisstation 102 ein kapazitiver Sensor sein, der mit einer Ausleseelektrode gekoppelt ist, die in einem Türgriff 126 des Fahrzeugs 120 angeordnet ist. In einem weiteren Beispiel können der Türgriff 126 und eine Ausleseelektrode des E-Feldsensors separate Komponenten sein und die Ausleseelektrode kann innerhalb des Türgriffs 126 platziert sein. Die kapazitive Verbindung kann eine Komponente 108A haben, die auf der unmittelbaren Nähe des Benutzers 124 und des Türgriffs 126 beruht, und eine weitere Komponente (nicht dargestellt) zwischen dem Benutzer 124 und dem Schlüssel 122. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann die Komponente 108A der kapazitiven Verbindung über einen Kontakt zwischen dem Benutzer 124 und dem Türgriff 126 hergestellt werden. Eine Rückverbindung 108B–C kann mit der kapazitiven Verbindung 108A verbunden sein. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann die Rückverbindung 108B–C eine Komponente 108B beinhalten, die auf einer Kopplung zwischen dem Benutzer 124 und Erde beruht, und eine Komponente 108C, die auf einer Kopplung zwischen dem Fahrzeug 126 und Erde beruht. Die von dem Transponder an die Basisstation 102 übertragenen Daten können durch die kapazitive Verbindung 108A und die zugehörige Rückverbindung 108B–C abgeschwächt werden. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann die stärkste Abschwächung der Daten im Rückpfad 108B–C auftreten, gefolgt von der Datenabschwächung in der Verbindung zwischen dem Schlüssel 122 und dem Benutzer 124. Der kleinste Betrag der Datenabschwächung in der kapazitiven Verbindung 108A kann in der kapazitiven Komponente 108A zwischen dem Benutzer 124 und dem Türgriff 126 auftreten. Obwohl die vorliegende Offenbarung eine bestimmte Anordnung des Transponders und der Komponenten der Basisstation 102 innerhalb einer bestimmten Vorrichtung beschreibt und illustriert, umfasst die vorliegende Offenbarung alle geeigneten Anordnungen des Transponders und der Komponenten der Basisstation 102 als Bestandteil jeder geeigneten Vorrichtung.
-
In bestimmten Ausführungsformen kann die Basisstation 102 in dem Fahrzeug 120 einen Aufweckschlüssel oder eine Aufweckchiffre über die Kommunikationsverbindung 106 (z. B. eine RF- oder LF-Übertragung) übertragen, um den Transponder im Schlüssel 122 zu aktivieren. Als Reaktion auf den Empfang der Aufweckchiffre von der Basisstation 102 kann der Transponder daraufhin eine Identifikationsbestätigung an die Basisstation 102 über die Kommunikationsverbindung 106 übertragen. Die Steuereinheit der Basisstation 102 kann eine Challenge durch einen geeigneten kryptographischen Algorithmus berechnen und der Transceiver kann die Challenge an den Transponder über die Kommunikationsverbindung 106 als Reaktion auf den Empfang der Identifikationsbestätigung des Transponders übertragen. Der Transponder kann die Challenge von der Basisstation über die Kommunikationsverbindung 106 empfangen. Die Steuereinheit des Transponders kann die Challenge von der Basisstation 102 dekodieren und eine nachfolgende Antwort mittels des mit der Basisstation 102 geteilten kryptographischen Algorithmuses berechnen. In bestimmten Ausführungsformen kann die nachfolgende Antwort zwei oder mehrere Komponenten haben. Eine erste Komponente kann eine primäre Antwort sein, die über die Kommunikationsverbindung 106 übertragen wird. Eine zweite Komponente kann ein zusätzlicher Authentifizierungscode sein, der an die Basisstation 102 über die kapazitive Verbindung 108A übertragen wird. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann die Übertragung des zusätzlichen Authentifizierungscodes über die kapazitive Verbindung 108A eine Autorisierung auf Basis eines Angriffs auf die Kommunikationsverbindung 106 verhindern.
-
Der zusätzliche Authentifizierungscode kann von dem kapazitiven Transmitter des Transponders an die Basisstation 102 über die kapazitive Verbindung 108A übertragen werden, die durch den Benutzer 124 gebildet wird, der eine physikalische Verbindung mit dem Türgriff 126 des Fahrzeugs 120 herstellt oder in dessen unmittelbarer Nähe steht. Die Steuereinheit der Basisstation 102 kann den zusätzlichen Authentifizierungscode detektieren, der an dem kapazitiven Sensor über die Ausleseelektrode in dem Türgriff 126 empfangen wird. Wie oben stehend beschrieben wurde, kann die Übertragung des zusätzlichen Authentifizierungscodes teilweise aufgrund der Rückverbindung zwischen dem Benutzer 124 und Erde 108B und zwischen dem Fahrzeug 120 und Erde 108C abgeschwächt werden. Die durch den kapazitiven Sensor empfangenen Daten können durch die Steuereinheit der Basisstation 102 verarbeitet werden. Die Empfindlichkeit eines Detektionsalgorithmuses der Steuereinheit der Basisstation 102 kann erhöht werden, in dem die Zeit verlängert wird, die für die kapazitive Signalerfassung angesetzt ist, d. h. durch eine Verlängerung der Signalintegrationszeit gegenüber der Zeit, die für den Empfang einer großen Zahl serieller Datenbits angesetzt ist. In bestimmten Ausführungsformen kann der zusätzliche Authentifizierungscode eine wesentlich kleinere Zahl von Datenbits enthalten, als in der primären Antwort enthalten sind, abhängig von der Geschwindigkeit der kapazitiven Verbindung 108A.
-
3 illustriert ein beispielhaftes Frequenzwechselschema. In bestimmten Ausführungsformen kann der Transponder dazu eingerichtet sein, den zusätzlichen Authentifizierungscode bei einer oder bei mehreren Frequenzen innerhalb des durch den kapazitiven Messalgorithmus der Steuereinheit der Basisstation abgedeckten Bereichs zu kodieren. Der kapazitive Sensor der Basisstation kann durch die Steuereinheit mit einer vorbestimmten Frequenz abgetastet werden und der zusätzliche Authentifizierungscode, der bei der gleichen Frequenz über ein mit dem kapazitiven Sensor gekoppeltes elektrisches Feld übertragen wird, kann durch den Detektionsalgorithmus der Steuereinheit der Basisstation detektiert werden. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann ein Frequenzwechselschema durch den Transponder angewendet werden, um den zusätzlichen Authentifizierungscode unter Verwendung von einem oder von mehreren Frequenzkanälen zu kodieren. In dem Beispiel aus 3 überträgt der kapazitive Transmitter des Transponders Datenbits an die Basisstation über vier Frequenzkanäle. Über die in 3 dargestellte Zeitdauer können Datenbits in einer beispielhaften Reihenfolge entsprechend den Frequenzkanälen f2, f3, f1 und f4 übertragen werden. Obwohl die vorliegende Offenbarung eine bestimmte Anzahl von Frequenzkanälen, die die kapazitive Verbindung erfassen, beschreibt und illustriert, umfasst die vorliegende Offenbarung jede geeignete Anzahl von Frequenzkanälen, die durch die kapazitive Verbindung unterstützt werden. Unter Verwendung des beispielhaften Frequenzkodierungsschemas können die Werte der Datenbits unter Verwendung eines zugehörigen Paars von Frequenzen kodiert werden und die durch den kapazitiven Transmitter des Transponders zur Übertragung der Datenbits des zusätzlichen Authentifizierungscodes verwendeten Frequenzen können gemäß den konkreten Datenbits, die an die Basisstation übertragen werden sollen, ausgewählt werden.
-
Umgekehrt kann auf Seiten der Basisstation der Kapazitätssensor bei bestimmten Frequenzen in Übereinstimmung mit dem oben beschriebenen Kodierungsalgorithmus abgetastet werden. In bestimmten Ausführungsformen kann die Reihenfolge für einen nachfolgenden Frequenzkanal durch den erwarteten Wert des nachfolgenden Datenbits des zusätzlichen Authentifizierungscodes bestimmt werden, wie oben stehend beschrieben wurde. Da die erwarteten Datenbits des zusätzlichen Authentifizierungscodes über den kryptographischen Algorithmus, der sowohl vom Transponder als auch der Basisstation verwendet wird, bekannt sein können, kann die Basisstation die durch die nachfolgenden Datenbits bestimmten Frequenzen abtasten. In bestimmten Ausführungsformen kann die Basisstation die nachfolgenden Frequenzkanäle über eine Phasenregelschleife (PLL) detektieren, die mit der Ausleseelektrode der Basisstation gekoppelt ist.
-
Obwohl die vorliegende Offenbarung bestimmte Verfahren zur Kodierung von Daten, die über eine kapazitive Verbindung übertragen werden, beschreibt und illustriert, umfasst die vorliegende Offenbarung alle geeigneten Datenkodierungsprotokolle zur Übertragung über eine kapazitiver Verbindung, wie z. B. Phasen- oder Amplitudenmodulation des kapazitiven Signals oder einen oder mehrere Bursts von Ladung, die über die kapazitive Verbindung in Phase mit einem Signal mit einer vorbestimmten Frequenz übertragen werden.
-
4 illustriert ein Beispielverfahren zur Autorisierung eines Transponders. Das Verfahren kann im Schritt 200 beginnen, in dem eine Basisstation eine Challenge an den Transponder über eine erste Kommunikationsverbindung überträgt. In bestimmten Ausführungsformen kann die Challgene über eine RF- oder eine LF-Verbindung zwischen der Basisstation und dem Transponder übertragen werden. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann die LF-Verbindung den Transponder aufwecken und die RF-Verbindung kann die Daten der Challenge übertragen. Der Schritt 202 kann eine zweite Kommunikationsverbindung mit dem Transponder einrichten. Wie oben stehend beschrieben wurde, kann die zweite Kommunikationsverbindung eine kapazitive Verbindung sein, die durch einen Benutzer hergestellt wird, der eine Ausleseelektrode in einem Türgriff eines Fahrzeugs berührt. Im Schritt 204 kann eine erste Antwort auf die Challenge über die erste Kommunikationsverbindung empfangen werden. In bestimmten Ausführungsformen kann die Antwort auf die Challenge unter Verwendung eines geeigneten kryptographischen Algorithmuses berechnet werden. Im Schritt 206 kann die zweite Kommunikationsverbindung abgetastet werden, um ein Signal entsprechend einer zweiten Antwort auf die Challenge zu detektieren. Wie oben stehend beschrieben wurde, kann der Transponder die Übertragung der Antwort auf die Challenge auf zwei oder mehr Kommunikationsverbindungen aufteilen. Im Schritt 208 kann die zweite Antwort über die zweite Kommunikationsverbindung empfangen werden. Wie oben stehend beschrieben wurde, kann die zweite Antwort eine deutlich kleinere Zahl von Datenbits enthalten als die erste Antwort. Im Schritt 210 kann der Transponder auf Basis der ersten und der zweiten Antworten autorisiert werden, womit das Verfahren endet. In bestimmten Ausführungsformen kann eine Funktion eines Geräts nach der Autorisierung initiiert werden. Obwohl die vorliegende Offenbarung bestimmte Schritte des Verfahrens aus 3 in einer bestimmten Reihenfolge beschreibt und illustriert, umfasst die vorliegende Offenbarung alle geeigneten Schritte des Verfahrens aus 4 in jeder geeigneten Reihenfolge. Obwohl die vorliegende Offenbarung konkrete Komponenten zur Ausführung der Schritte des Verfahrens aus 4 beschreibt und illustriert, umfasst die vorliegende Offenbarung jede geeignete Kombination von geeigneten Komponenten, die alle geeigneten Schritte des Verfahrens aus 4 ausführen.
-
Ein Bezug auf ein computerlesbares Speichermedium umfasst hier ein oder mehrere greifbare, nichttransitorische Strukturen mit einem computerlesbaren Speichermedium. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann ein computerlesbares Speichermedium eine Halbleiter-basierte oder eine andere integrierte Schaltung (IC) (wie z. b. ein Feld-programmierbares Gatterarray (FPGA) oder ein anwendungsspezifisches IC (ASIC)), eine Festplatte, eine HDD, eine Hybridfestplatte (HHD), eine optische Platte, ein optisches Plattenlaufwerk (ODD), eine magnetooptische Platte, ein magnetooptisches Plattenlaufwerk, eine Floppydisk, ein Floppydisklaufwerk (FDD), ein Magnetband, ein holographisches Speichermedium, ein Festkörperlaufwerk (SSD), ein RAM-Laufwerk, eine SD-Karte, ein SD-Laufwerk, oder andere geeignete computerlesbare Speichermedien oder Kombinationen aus zwei oder mehreren dieser Speichermedien enthalten. Ein Bezug auf ein computerlesbares Speichermedium schließt hier alle Medien aus, die nach 35 U.S.C § 101 von der Patentierbarkeit ausgeschlossen sind. Ein Bezug auf ein computerlesbares Speichermedium schließt alle transitorischen Formen der Signalübertragung (z. B. ein sich ausbreitendes elektrisches oder elektromagnetisches Signal als solches) in dem Maße aus, als dass sie von der Patentierbarkeit nach 35 U.S.C § 101 ausgeschlossen sind. Ein computerlesbares Speichermedium kann flüchtig, nichtflüchtig, oder eine Kombination aus flüchtig oder nichtflüchtig sein.
-
Unter „oder” wird hier ein inklusives und nicht ein exklusives Oder verstanden, sofern nichts Gegenteiliges gesagt wird oder sich aus dem Zusammenhang ergibt. „A oder B” bedeutet daher „A, B oder beides”, sofern nichts Gegenteiliges gesagt wird oder sich aus dem Zusammenhang ergibt. Darüber hinaus bedeutet „und” sowohl einzeln als auch insgesamt, sofern nichts Gegenteiliges gesagt wird oder sich aus dem Zusammenhang ergibt. „A und B” bedeutet daher „A und B, einzeln oder insgesamt”, sofern nichts Gegenteiliges gesagt wird oder sich aus dem Zusammenhang ergibt.
-
Die vorliegende Offenbarung umfasst alle Änderungen, Ersetzungen, Variationen, Abwandlungen und Modifikationen an den hier beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen, die der Fachmann in Betracht ziehen würde. In ähnlicher Weise umfassen die beigefügten Ansprüche alle Änderungen, Ersetzungen, Variationen, Abwandlungen und Modifikationen an den hier beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen, die der Fachmann in Betracht ziehen würde. Darüber hinaus umfasst in den beigefügten Ansprüchen eine Bezugnahme auf eine Vorrichtung oder ein System oder eine Komponente einer Vorrichtung oder eines Systems, die/das dazu eingerichtet ist, eine bestimmte Funktion auszuführen, diese Vorrichtung, dieses System oder diese Komponente, unabhängig davon, ob die bestimmte Funktion aktiviert, eingeschaltet oder entsperrt ist, solange die Vorrichtung, das System oder die Komponente dazu eingerichtet ist, diese Funktion auszuführen.
