EP2814001A1 - Verfahren und System gegen Manipulationen bei e-Ticketing-Systemen - Google Patents

Verfahren und System gegen Manipulationen bei e-Ticketing-Systemen Download PDF

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Publication number
EP2814001A1
EP2814001A1 EP13172033.6A EP13172033A EP2814001A1 EP 2814001 A1 EP2814001 A1 EP 2814001A1 EP 13172033 A EP13172033 A EP 13172033A EP 2814001 A1 EP2814001 A1 EP 2814001A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
wake
ticket
transport
transmitting
tickets
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP13172033.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Marcel Kalbermatter
Uwe Eberhardt
Peter Faubel
Martin Glänzer
Richard Roskosch
Wolfgang Windolf
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Schweiz AG
Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens Schweiz AG
Siemens AG
Siemens Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Schweiz AG, Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens Schweiz AG
Priority to EP13172033.6A priority Critical patent/EP2814001A1/de
Publication of EP2814001A1 publication Critical patent/EP2814001A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G07—CHECKING-DEVICES
    • G07B—TICKET-ISSUING APPARATUS; FARE-REGISTERING APPARATUS; FRANKING APPARATUS
    • G07B15/00—Arrangements or apparatus for collecting fares, tolls or entrance fees at one or more control points
    • G07B15/02—Arrangements or apparatus for collecting fares, tolls or entrance fees at one or more control points taking into account a variable factor such as distance or time, e.g. for passenger transport, parking systems or car rental systems

Definitions

  • the present invention relates to a method and a system against manipulation in e-ticketing systems according to the independent claims.
  • An e-ticket as described above can only be detected if the necessary radio links between the e-ticket and installed in the transport transmitter / receiver units actually come about, and only then can the one trip made properly settled on a background system become.
  • Unlawful users could try to manipulate the capture of an e-ticket so that a regular billing does not occur or can not be done. On the one hand, therefore, at least rudimentary carrying and user instructions for the passengers must be issued for an e-ticket system prevent the e-ticket from being worn more or less completely shielded. On the other hand, there must be appropriate system engineering measures to prevent manipulation.
  • an unlawful user prevents the waking up of his electronic ticket when entering the means of transport, no billing of the journey would take place.
  • Preventing the awakening could e.g. B. be accomplished by the introduction of the ticket in a shielding container.
  • the wake-up signal in the entrance area of the car is conveniently sent only while the car is in the station and the doors are open.
  • the unlawful user would have to manually cause his previously not properly recorded electronic ticket to log in to the radio base stations in the car.
  • the manual awakening of the e-ticket could z. B. be made without further intervention itself by a small device that mimics the code transmitted by the wake-up transmitters.
  • the small device could either use fixed wake-up codes or cache the waking code transmitted by the wake-up transmitters upon entering the means of transport and play it back in the event of a manual wake-up.
  • the regular fare would be charged to the unlawful user, but any trip without a ticket check would be left unaccounted for.
  • a particular danger arises from the possibility that the required for waking small devices are manufactured in larger quantities and sold. With such devices in mass use a large group of people can avoid the regular detection in a means of transport and thus prevent a calculation of the fare. A (manual) intervention in the e-ticket is not necessary to circumvent the regular billing of the fare.
  • the present invention therefore has for its object to provide a method and system for detecting an e-ticket, which method and system are immune to brought waking and thus immune to mock alarms ,
  • FIG. 1 Longitudinal view of the arrangement of two transceiver units in a railway carriage for the collection of e-tickets;
  • FIG. 2 Block diagram of a transmitting / receiving unit in an e-ticket
  • FIG. 3a exemplary sections of a data telegrams in the direction e-ticket to transmitting / receiving unit
  • FIG. 3b exemplary sections of a data telegrams with an index in the direction e-ticket to transmitting / receiving unit.
  • FIG. 1 shows a cross section through a railway carriage 30 as an example of a means of transport 30.
  • two transceiver units 20 1 and 20 2 are installed at the Ceiling of the railway car 30, two transceiver units 20 1 and 20 2 are installed. These transmitting / receiving units 20 1 and 20 2 are each provided with an antenna.
  • the associated detection area 21 1 is shown for the transmitting / receiving unit 20 1 .
  • e-tickets 10 can record a preferably bidirectional communication with the transmitting / receiving unit 20 1 by means of data telegrams, which are used as a result of registration of the e-tickets 10 for the settlement of a related mileage.
  • the e-tickets 10 are shown as being mappable to a seated passenger, standing passengers, and a dog (under a seat).
  • FIG. 2 shows a block diagram of an e-ticket 10 are received from the e-ticket 10 via the corresponding antenna information units, they arrive in demodulated and converted to logic level form to the microcontroller.
  • the information units have the effect of a wake-up signal and are in the FIG. 2 labeled "RF signal to wake up".
  • HF stands in this context, for example, for frequencies in the range of 6.78 MHz, so in terms of reception conditions in the so-called near field.
  • the microcontroller runs in the sleep state of the e-ticket 10 in a low power mode. This low power mode makes it possible to compare the received wake-up signal sequence - referred to here as the wake-up code - with a list of valid wake-up codes despite a low power consumption or energy consumption.
  • the amount of wake-up codes stored must be such that there is already a first effective hurdle to avoid the imitation of a wake-up signal by a jammer.
  • the length of the wake-up code is an essential security feature. If a match is found between the received and stored wake-up codes, the e-ticket 10 is woken up from the sleep state and the e-ticket 10 launches communication attempts with the at least one in the Car 30 installed transceiver unit 20. It is irrelevant whether there are one or more transceiver units 20 1 , 20 2 in a means of transport 30 are available.
  • the microcontroller places the (valid) received wake-up signal sequence in an internal buffer and starts an internal time-measuring device. This is usually present in the microcontroller as a timer function block.
  • the clock signal for the microcontroller is generated by means of the quartz crystal also shown in the block diagram. In the example given, this clock signal is also used to derive the step clock for the device for time measurement, which is why the time measurement has a comparatively high accuracy.
  • the e-ticket 10 sends the received wake-up signal sequence during the further course of this communication, i. the wake-up code and a value for the time elapsed between the reception of the wake-up code with the effect of a wake-up signal and the time of successful communication establishment, in a data message to the transmitting / receiving unit 20.
  • the transmitting / receiving unit 20 is then compared whether the transmitted wake-up signal sequence or wake-up code also matches the transmitted time value. An initially described attempt at manipulation thus has no success because the transmitted wake-up code and the time span do not match. If the two time values do not match, a tampering attempt should be concluded.
  • the waking transmitter 22 and transmitting / receiving unit 20 are connected to each other, be it wired or by radio. Especially for smaller means of transport, it may also be advantageous to accommodate wake-up transmitter 22 and transceiver unit 20 in one unit.
  • the aforementioned sending a message which is a so-called alarm message, to a higher-level control center of a transport company due to a detected manipulation attempt, for example, via a corresponding notification of installed in the vehicle components such.
  • a transceiver 20 1 or 20 2 to the background system and a corresponding transmission to a control center so radio monitoring officers with radio monitoring equipment and police forces can be seriously sent to the relevant means of transport 30.
  • the sending of a corresponding message can take place up to the background system in a similar way as the transmission of billing data.
  • radio-sent message to mobile control devices due to a detected manipulation attempt for example, directly from installed in the vehicle components such.
  • a transceiver 20 1 or 20 2 go out.
  • these components would send a corresponding radio telegram including a suitably selected addressing to in-vehicle mobile control devices, the checkers for review carry valid e-tickets with you.
  • corresponding protocol elements of the already implemented radio communication between e-tickets and the transmitting / receiving unit are used. If necessary, the inspectors are made aware of the manipulation attempt by the control device and can then search specifically for the corresponding passenger.
  • the data telegrams for reporting a detected manipulation attempt can also be transmitted indirectly by other components of the accounting system installed in the vehicle to the mobile control devices, eg. Eg via "Wireless Gateways". These components receive radio telegrams transmitted by transceivers 20 1 or 20 2 , for example, and forward them to other communication partners, such as radio transmitters. B. just the mobile control devices, on.
  • antenna data messages are transmitted to the transmitting / receiving unit 20 bidirectional, there is to find the name "RF signal communication with the transceiver units".
  • HF has another meaning here, preferably frequencies near the GSM band are used here.
  • FIG. 3a shows an exemplary section of a possible data telegram that is sent from the e-ticket 10 to the transmitting / receiving unit 20.
  • the first part of the excerpt shows a 16-bit long awakening code.
  • the second part of in FIG. 3a The part shown shows the time since receipt of the wake-up code in a granularity of, for example, 100 ms.
  • the aforementioned two parts need not be consecutive, but may be arranged quite differently in the data message on a layer 6 in the sense of the ISO communication model. It is important to hereby transmit the time span between reception of the wake-up signal by the e-ticket 10 and the successful establishment of the communication between the e-ticket 10 and the transmitting / receiving unit 20.
  • the FIG. 3b shows a possible different structure of the data telegram.
  • the wakeup codes themselves can be of any length. In this way, the data message can be made more compact, which leads to shorter transmission times and a lower energy consumption in the e-ticket 10.
  • the wake-up code itself may be considerably longer to provide the above-described first additional hurdle for a successful tampering attempt.
  • the device for time measurement is not using a timer function block in the microcontroller - see the FIG. 2
  • a possibility for the realization here would be a quartz oscillator, which, divided down directly or in frequency, clocks a counter module, which in turn is read out by the controlling microcontroller after completion of the time measurement.
  • Another possibility for implementation would be a larger capacitor, which is continuously charged from the wake-up time and in which the state of charge is read out at the end of the time period via an A / D converter.
  • the achieved charging voltage on the capacitor is a measure of the past time.

Landscapes

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
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Abstract

Zur Verhinderung von Manipulationen durch gezieltes Abschirmen und im Falle einer Billetkontrolle manuelles Aufwecken von e-Tickets (10) mit Hilfe von tragbaren Aufwecksendern wird ein Verfahren zur Registrierung von e-Tickets (10) in einem Verkehrsmittel (30) vorgeschlagen, bei dem die Zeit zwischen Empfang eines bestimmten Aufweckcodes aus einer Menge gültiger möglicher Aufweckcodes und dem Beginn einer bidiektionalen Kommunikation mit einer Sende-/Empfangseinheit vom e-Ticket übermittelt wird und in den transportmittelseitigen Komponenten verglichen wird. Bei Ungleichheit ist auf einen Manipulationsversuch zu schliessen. Da nur die systemimmanenten Teile des e-Ticketingsystems den Zeitpunkt des Aussendens des jeweiligen Aufweckcodes und des Beginns der bidirektionalen Kommunikation kennen, ist damit eine wirksame Massnahme zur Immunisierung solcher e-Ticketing-Systeme gegen derartige Manipulationsversuche geschaffen worden.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und ein System gegen Manipulationen bei e-Ticketing-Systemen gemäss den unabhängigen Patentansprüchen.
  • Die generelle Funktionalität und die Anforderungen an ein e-Ticketing-System in einem Fahrzeug des öffentlichen Verkehrs kann beispielsweise den in [2] und [3] angegebenen Quellen entnommen werden. Elektronische Billette bzw. elektronische Fahrscheine sind auch unter dem Begriff e-Tickets bekannt. Im Folgenden werden die vorgenannten zwei Begriffe kurz unter e-Ticket subsumiert. Ebenso werden Fahrzeuge des OeV - wie auch Kursschiffe - unter dem Begriff (öffentliches) Verkehrsmittel subsumiert.
  • Es werden im wesentlichen zwei verschiedene Ticketing-Systeme unterschieden:
  • CiCo Check-in/Check-Out
    Ein Fahrgast hält bewusst beim Betreten und beim Verlassen des Verkehrsmittels bzw. des Bahnsteig-Bereichs sein Billett kurz vor eines der zum Abrechnungssystem gehörenden Lesegeräte, korrekterweise «Sende-/Empfangseinheiten». Die Abfrage des Billetts - im folgenden stets e-Ticket genannt - erfolgt durch eine Nahdistanz-Funkverbindung, wie z.B.
    • Proximity, ISO/IEC 14443,
      Reichweite bis 10cm;
    • Vincinity, ISO/IEC 15693, 13.56MHz;
      Reichweite 1 - 1.5m.
  • BiBo Be-in/Be Out
    Bei komfortableren Systemen ist es nur noch nötig, dass der Fahrgast sein elektronisches Billett auf sich trägt:
    • Das Billett wird per Funk innerhalb der befahrenen Streckenabschnitte automatisch von den in den Wagen installierten Leseeinheiten erfasst und die so gewonnenen Daten einem automatischen Abrechnungssystem zugeführt.
    • Eine Interaktion des Benutzers ist nicht mehr notwendig.
    • Es braucht auch keinen Check-Out-Vorgang. Somit lässt sich der Fahrgastfluss erheblich beschleunigen, insbesondere beim gleichzeitigen Ein-/Aussteigen der Passagiere.
  • Aus der Schrift EP 1 201 693 B1 [1] ist ein BiBo-Verfahren und ein System zur Erfassung von elektronischen Billette (e-Ticket) bekannt. Dem in der Schrift [1] offenbarten System liegt folgende Funktionalität zugrunde:
    • Aus Gründen der Autonomie befinden sich die Billette in einem Schlafzustand. Beim Eintritt in ein Verkehrsmittel werden die e-Tickets durch ein Nahfeld, z.B. 6.78Mhz geweckt und unidirektional mit einer ID sowie einer Timing Information «gestempelt». Die ID bezieht sich auf den im Eingangsbereich befindlichen Wecksender und die Timing Information auf Beginn und Intervall einer bidirektionalen Kommunikation zwischen e-Ticket und einer im Wagen befindlichen Sende- und Empfangseinheit. Durch das Protokoll können bei diesem System Fehlerfassungen und Manipulationen verhindert werden, so z.B.
      • Parallelfahrt auf einem Velo oder durch Parallelfahrt zweier Züge
      • Betrugsversuche durch temporäres Versorgen des e-Tickets in eine metallene Zigarettenschachtel.
  • Ein e-Ticket wie vorhin beschrieben kann nur dann erfasst werden, wenn die dazu notwendigen Funkverbindungen zwischen dem e-Ticket und den im Verkehrsmittel installierten Sende-/Empfangseinheiten auch tatsächlich zustande kommen, und nur dann kann die eine getätigte Fahrt über ein Hintergrundsystem ordnungsgemäß abgerechnet werden.
  • Unrechtmäßige Nutzer könnten versuchen, die Erfassung eines e-Tickets so zu manipulieren, dass eine reguläre Abrechnung nicht erfolgt oder nicht erfolgen kann. Einerseits müssen deshalb für ein e-Ticketsystem zumindest rudimentäre Trage- und Benutzungsvorschriften für die Fahrgäste erlassen werden, die verhindern, dass das e-Ticket mehr oder weniger vollständig abgeschirmt getragen wird. Andererseits muss es auch entsprechende systemtechnische Vorkehrungen geben, um Manipulationen zu verhindern.
  • Eine Möglichkeit zur Manipulation wird im Folgenden beschrieben:
  • Verhindert ein unrechtmäßiger Nutzer das Aufwecken seiner elektronischen Fahrkarte beim Betreten des Verkehrsmittels, so würde auch keine Abrechnung der Fahrt stattfinden. Das Verhindern des Aufweckens könnte z. B. durch das Einbringen der Fahrkarte in ein abschirmendes Behältnis bewerkstelligt werden. Das Aufwecksignal im Eingangsbereich der Wagen wird zweckmäßigerweise nur gesendet, während der Wagen im Bahnhof steht und die Türen geöffnet sind. Im Falle einer Billettkontrolle, die ja nur während der Fahrt durchgeführt wird, müsste der unrechtmäßige Nutzer seine bislang nicht ordnungsgemäß erfasste elektronische Fahrkarte manuell dazu veranlassen, sich bei den Funkbasisstationen im Wagen anzumelden. Das manuelle Aufwecken des e-Tickets könnte z. B. ohne einen weiteren Eingriff selbst durch ein kleines Gerät vorgenommen werden, dass den von den Aufwecksendern übermittelten Code nachahmt. Das kleine Gerät könnte hierfür, je nach Auslegung des e-Ticketing-Systems entweder feste Aufweck-Codes verwenden oder beim Betreten des Verkehrsmittels den von den Aufwecksendern übermittelten Aufweckcode zwischenspeichern und im Falle eines manuellen Aufweckens der Karte wiedergeben. So würde dem unrechtmäßigen Nutzer zwar im Falle einer Billettkontrolle der reguläre Fahrpreis berechnet, aber jede Fahrt ohne Billettkontrolle würde unberechnet bleiben.
    Eine besondere Gefahr ergibt sich aus der Möglichkeit, dass die zum Aufwecken benötigten kleinen Geräte in größerer Stückzahl angefertigt und vertrieben werden. Mit solchen massenweise im Einsatz stehenden Geräten kann eine grosse Personengruppe die reguläre Erfassung in einem Verkehrsmittel vermeiden und so eine Berechnung des Fahrpreises verhindern. Ein (manueller) Eingriff in das e-Ticket ist zur Umgehung der regulären Abrechnung des Fahrpreises nicht notwendig.
  • Die vorstehend geschilderte Möglichkeit zur Manipulation könnte wie folgt gelöst werden:
    • Die Erfassung bzw. der Kommunikationsaufbau mit den e-Tickets nach dem Aufwecken des elektronischen Fahrscheins erfolgt sehr zeitnah nach dem Schließen der Türen und der Abfahrt des Verkehrsmittels. Kurze Zeit danach ist keine Erfassung von e-Tickets an den Sende-/Empfangseinheiten mehr möglich. Diese Lösung ist aber nur in gewissen Grenzen umsetzbar, denn es muss auch dann eine korrekte Erfassung der e-Tickets gewährleistet sein, wenn an einer Haltestelle viele Personen in kurzer Zeit in den Wagen steigen. Beim Durchlaufen des Eingangsbereichs werden sämtliche elektronischen Fahrscheine sofort aufgeweckt. Für den Kommunikationsaufbau zwischen den einzelnen Fahrscheinen und den Sende-/Empfangseinheiten im Zug und für die Kommunikation zur eigentlichen Erfassung der Fahrt nach Fahrtantritt wird aber aufgrund begrenzter Übertragungskapazitäten im Funkkanal eine gewisse Zeitspanne benötigt. Auch kann es vorkommen, daß aufgrund ungünstiger Umstände vorübergehend kein Kommunikationsaufbau zwischen einzelnen e-Tickets und den Sende-/Empfangseinheiten stattfinden kann; Beispiel: Sehr viele Personen stehen dicht in einem Wagen → «Gedränge». So sollte es durchaus möglich sein, dass der Kommunikationsablauf zur Erfassung auch zu einem späteren Zeitpunkt während der Fahrt (aber noch innerhalb des betreffenden Streckenabschnitts) stattfinden kann. Zur Umgehung bestimmter Manipulationen und zur Vermeidung falscher Abrechnungen (z. B. bei Passagieren mit e-Tickets am Bahnsteig) liefern die Aufwecksender nur ein Aufwecksignal, solange die Türen geöffnet sind. Schließen sich die Türen und wird die Fahrt begonnen, so werden die Aufwecksender abgeschaltet, so dass von da an für den Rest des betreffenden Streckenabschnittes keine Fahrscheine mehr auf reguläre Art aufgeweckt werden können.
  • Das Dokument EP 1 362 330 B1 [4] offenbart ein Verfahren, bei dem beim Eintritt eines e-Tickets in ein Fahrzeug beim Aufwecken u.a. folgende Informationen übermittelt werden:
    • Identität des Aufwecksenders,
    • Zeiteinheit, Zeitbezug,
    • spezifischer Befehl an das e-Ticket.
      Durch den Empfang dieser Informationen (in der Schrift [4] wird dies auch als elektronische Stempelung bezeichnet) wird das e-Ticket veranlasst, gemäss der Zeiteinheit und dem Zeitbezug ein zweites Sende-/Empfangsmodul intermittierend ein- und auszuschalten, um während dem eingeschalteten Zustand eine bidirektionale Kommunikation mit der im Fahrzeug angeordneten Sende-/Empfangseinheit zu etablieren und damit die Anwesenheit des e-Tickets zu registrieren. Dies wurde wegen der Autonomieanforderung von rund 3a der e-Tickets damals so gelöst. Die Übermittlung der Identität ist deshalb von Bedeutung, weil in einem grossen Bahnhof beim vorbei marschieren an offenen Türen jedes Ticket "geweckt" wird und dann nach erfolgtem Einsteigen und Abfahrt in einem Wagen die letzte Stempelung für einen Plausibilitätscheck verwendet wird.
  • Ausgehend von diesem nächstliegenden Stand der Technik gemäss der Schrift [4] liegt der vorliegenden Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und System zur Erfassung eines e-Tickets anzugeben, welche Verfahren und System immun gegen mitgebrachte Aufwecksender sind und somit auch immun gegen imitierte Weckvorgänge.
  • Diese Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Patentansprüchen angegebenen Massnahmen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in weiteren Ansprüchen angegeben.
  • Da weder ein Störsender noch eine diesen Störsender bedienende Person wissen können, zu welchem exakten Zeitpunkt welche Aufweckcodes ausgesandt werden, hat eine Aussendung selbst eines valablen Aufweckcodes keine Wirkung, da ein so erzeugter Zeitwert beim Vergleich in der Sende-Empfangseinheit nicht übereinstimmt. Durch ein entsprechend feines Zeitraster 10ms .. 100ms lässt sich die Wahrscheinlichkeit eines zufällig richtigen Zeitwertes weiter verringern. Durch eine Vereinbarung von variablen Aufweckcodes kann unter Umständen auch erreicht werden, dass solche Störsender nicht einmal die e-Tickets aufwecken zu vermögen. Die Variabilität kann sich beziehen auf
    • die Zeitpunkte des Aussendens eines Aufweckcodes;
    • die Ausgestaltung des Aufweckcodes,
    • Länge des Aufweckcodes.
    Da nun nur die systemimmanenten Teile eines e-Ticketing-Systems den Zeitpunkt des Aussendens eines Aufweckcodes und des Beginns der bidirektionalen Kommunikation kennen, ist damit eine wirksame Massnahme zur Immunisierung solcher e-Ticketing-Systeme gegen Manipulationsversuche geschaffen worden.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Dabei zeigen:
  • Figur 1 Längsdarstellung der Anordnung von zwei Sende-/Empfangseinheiten in einem Eisenbahnwagen für die Erfassung von e-Tickets;
  • Figur 2 Blockschaltbild einer Sende-/Empfangseinheit in einem e-Ticket;
  • Figur 3a beispielhafter Ausschnitte aus einem Datentelegrammen in der Richtung e-Ticket zu Sende-/Empfangseinheit;
  • Figur 3b beispielhafter Ausschnitte aus einem Datentelegrammen mit einem Index in der Richtung e-Ticket zu Sende-/Empfangseinheit.
  • Figur 1 zeigt einen Querschnitt durch einen Eisenbahnwagen 30 als Beispiel eines Verkehrsmittels 30. An der Decke des Eisenbahnwagens 30 sind zwei Sende-/Empfangseinheiten 201 und 202 installiert. Diese Sende-/Empfangseinheiten 201 und 202 sind je mit einer Antenne versehen. Für die Sende-/Empfangseinheit 201 ist der zugehörige Erfassungsbereich 211 dargestellt. Innerhalb dieses Erfassungsbereiches 21 können e-Tickets 10 eine vorzugsweise bidirektionale Kommunikation mit der Sende-/Empfangseinheit 201 mittels Datentelegrammen aufnehmen, die als Ergebnis eine Registrierung der e-Tickets 10 für die Abrechnung einer bezogenen Fahrleistung herangezogen werden. In der Figur 1 sind die e-Tickets 10 so dargestellt, dass sie einem sitzenden Passagier, stehenden Passagieren und einem Hund (unter einer Sitzbank) zugeordnet werden können.
  • Figur 2 zeigt ein Blockschaltbild eines e-Tickets 10. Werden vom e-Ticket 10 über die entsprechende Antenne Informationseinheiten empfangen, so gelangen diese in demodulierter und auf Logikpegel umgesetzter Form zum Mikrocontroller. Die Informationseinheiten haben die Wirkung eines Aufwecksignals und sind in der FIG 2 mit «HF-Signal zum Aufwecken» bezeichnet. HF steht in diesem Kontext beispielsweise für Frequenzen im Bereich 6,78 MHz, also hinsichtlich der Empfangsbedingungen im sogenannten Nahfeld. Der Mikrocontroller läuft im Schlafzustand des e-Tickets 10 in einem Low Power Modus. Dieser Low Power Modus ermöglicht es trotz einer niedrigen Stromaufnahme bzw. Energieaufnahme die empfangene Aufwecksignalfolge - hier als Aufweckcode bezeichnet - mit einer Liste gültiger Aufweckcodes zu vergleichen. Die Menge der gespeicherten Aufweckcodes muss eine solche Mächtigkeit haben, dass dadurch bereits eine erste wirkungsvolle Hürde zur Vermeidung der Imitation eines Aufwecksignals durch einen Störsender entsteht. Zusätzlich zur Mächtigkeit, also der Anzahl gespeicherter Aufweckcodes ist die Länge des Aufweckcodes ein wesentliches Sicherheitsmerkmal. Bei einer gefundenen Übereinstimmung zwischen empfangenem und gespeichertem Aufweckcode wird das e-Ticket 10 aus dem Schlafzustand heraus aufgeweckt und das e-Ticket 10 startet Kommunikationsversuche mit der mindestens einen im Wagen 30 installierten Sende-/Empfangseinheit 20. Es ist unerheblich, ob es eine oder mehrere Sende-/Empfangseinheiten 201, 202 in einem Verkehrsmittel 30 vorhanden sind. Mit dem Beginn der Kommunikationsversuche legt der Mikrocontroller die (gültige) empfangene Aufwecksignalfolge in einem internen Zwischenspeicher ab und startet eine interne Einrichtung zur Zeitmessung. Dies ist im Mikrocontroller zumeist als Timer-Funktionsblock vorhanden. Das Taktsignal für den Mikrocontroller wird mit Hilfe des im Blockschaltbild ebenfalls dargestellten Quarzes erzeugt. Von diesem Taktsignal wird im gegebenen Beispiel auch der Schritttakt für die Einrichtung zur Zeitmessung abgeleitet, weshalb die Zeitmessung eine vergleichsweise hohe Genauigkeit aufweist.
  • Kommt nun eine bidirektionale Kommunikation zwischen e-Ticket 10 und einer Sende-/Empfangseinheit 20 im Wagen 30 zustande, so sendet im weiteren Verlauf dieser Kommunikation das e-Ticket 10 die empfangene Aufwecksignalfolge, d.h. den Aufweckcode und einen Wert für die Zeit, die zwischen dem Empfang des Aufweckcodes mit der Wirkung eines Aufwecksignals und dem Zeitpunkt des erfolgreichen Kommunikationsaufbaus vergangen ist, in einem Datentelegramm an die Sende-/Empfangseinheit 20. In der Sende-/Empfangseinheit 20 wird daraufhin verglichen, ob die übermittelte Aufwecksignalfolge bzw. Aufweckcode auch zum übertragenen Zeitwert passt. Ein eingangs beschriebener Manipulationsversuch hat somit keinen Erfolg, weil übermittelter Aufweckcode und die Zeitspanne nicht zusammen passen. Stimmen die beiden Zeitwerte nicht überein, ist auf einen Manipulationsversuch zu schliessen. Dazu ist erforderlich, dass Aufwecksender 22 und Sende-/Empfangseinheit 20 miteinander verbunden sind, sei es wired oder by radio. Besonders für kleinere Verkehrsmittel kann es auch vorteilhaft sein, Aufwecksender 22 und Sende-/Empfangseinheit 20 in einer Einheit unterzubringen.
  • Damit nicht die Gelegenheit besteht, das e-Ticket 10 mit dem eingangs beschriebenen Störgerät durch verschiedene gültige Aufwecksignalfolgen nacheinander immer wieder aufzuwecken, um empirisch eine passende Kombination von Aufweck-codes und dazu passendem Zeitwert zu erzielen, könnte beispielsweise ein fehlgeschlagener Versuch zusammen mit einer ID-Nummer des e-Tickets 10 in der Sende-/Empfangseinheit 20 vorübergehend hinterlegt werden. Das betreffende e-Ticket 10 ist daraufhin für den aktuellen Streckenabschnitt gesperrt.
  • Der vorgenannte Vergleich und die Feststellung einer Manipulation kann durch die Sende-/Empfangseinheit wie folgt alternativ oder kumulativ ausgewertet werden:
    • Lautsprecherdurchsage an die Passagiere;
    • Signal an den Führer des Verkehrsmittels (30);
    • Versenden einer Nachricht an eine übergeordnete Leitstelle;
    • per Funk versendete Mitteilung an mobile Kontrollgeräte.
  • Das zuvor erwähnte Versenden einer Nachricht, das ist eine sogenannte Alarmmeldung, an eine übergeordnete Leitstelle eines Verkehrsunternehmens aufgrund eines erkannten Manipulationsversuchs erfolgt beispielsweise über eine entsprechende Mitteilung von im Fahrzeug installierten Komponenten, wie z. B. einem Sende-/Empfangsgerät 201 oder 202, an das Hintergrundsystem und über eine entsprechende Weiterleitung an eine Zentrale, damit Funkmonitoring-Beamte mit Funkmonitoring-Gerätschaften sowie Polizeikräfte zum betreffenden Verkehrsmittel 30 ernstfallmässig ausgesandt werden können. Das Versenden einer entsprechenden Nachricht kann bis zum Hintergrundsystem auf ähnliche Art wie die Übermittlung von Abrechnungsdaten erfolgen.
  • Die zuvor erwähnte, per Funk versendete Mitteilung an mobile Kontrollgeräte aufgrund eines erkannten Manipulationsversuchs kann beispielsweise direkt von im Fahrzeug installierten Komponenten, wie z. B. einem Sende-/Empfangsgerät 201 oder 202 ausgehen. Hierbei würden diese Komponenten ein entsprechendes Funktelegramm einschliesslich einer geeignet gewählten Adressierung an im Fahrzeug befindliche mobile Kontrollgeräte senden, die Kontrolleure zur Prüfung gültiger e-Tickets mit sich führen. Dabei werden entsprechende Protokollelemente der bereits implementierten Radiokommunikation zwischen e-Tickets und der Sende-/Empfangseinheit benutzt. Durch das Kontrollgerät werden die Kontrolleure gegebenenfalls auf den Manipulationsversuch aufmerksam gemacht und können daraufhin gezielt nach dem entsprechenden Fahrgast suchen. Die Datentelegramme zur Meldung eines erkannten Manipulationsversuchs können auch indirekt durch weitere Komponenten des im Fahrzeug installierten Abrechnungssystems an die mobilen Kontrollgeräte übermittelt werden, z. B. über "Wireless Gateways". Diese Komponenten empfangen beispielsweise von Sende-/Empfangsgeräten 201 oder 202 ausgesendete Funktelegramme und leiten sie an andere Kommunikationspartner, wie z. B. eben die mobilen Kontrollgeräte, weiter.
  • Über die in der FIG 2 unten links gezeigte Antenne werden Datentelegramme zur Sende-/Empfangseinheit 20 bidirektional übermittelt, dazu ist dort die Bezeichnung «HF-Signal Kommunikation mit den Sende-/Empfangseinheiten» zu finden. HF hat hier eine andere Bedeutung, vorzugsweise werden hier Frequenzen nahe dem GSM-Band verwendet.
  • Die Figur 3a zeigt einen beispielhaften Ausschnitt aus einem möglichen Datentelegramm, das vom e-Ticket 10 zur Sende-/Empfangseinheit 20 gesendet wird. Der erste Teil des Ausschnitts zeigt einen 16-Bit langen Aufweckcode. Der zweite Teil des in FIG 3a gezeigten Teils zeigt die Zeit seit dem Empfang des Aufweckcodes in einer Granularität von beispielsweise 100ms. Die vorgenannten beiden Teile brauchen nicht aufeinanderfolgend zu sein, sondern können im Datentelegramm auf einer Schicht 6 im Sinne des ISO Kommunikationsmodells ganz verschieden angeordnet sein. Wichtig ist, hiermit die Zeitspanne zwischen Empfang des Aufwecksignals durch das e-Ticket 10 und dem erfolgreichen Kommunikationsaufbau zwischen e-Ticket 10 und Sende-/Empfangseinheit 20 übertragen wird.
  • Die Figur 3b zeigt eine mögliche andere Struktur des Datentelegramms. Grundlage dieser Übertragung ist, dass es eine bestimmte Menge von Aufweckcodes gibt, die über einen Index/Nummerierung identifizierbar sind. Daher wird im ersten Teil des Datentelegramms der Index des tatsächlichen Aufweck-codes übertragen. In diesem Beispiel sind dafür 8 Bit vorgesehen, so dass für dieses Beispiel eine Mächtigkeit von 28 = 256 verschiedenen Aufweckcodes zur Verfügung steht. Die Aufweckcodes selber können von irgendwelcher Länge sein. Auf diese Weise kann das Datentelegramm kompakter gestaltet werden, was zu kürzeren Übertragungszeiten und einem niedrigeren Energiebedarf beim e-Ticket 10 führt. Der Aufweckcode selber kann dabei eine beträchtlich länger sein, um die vorstehend beschriebene erste zusätzliche Hürde für einen erfolgreichen Manipulationsversuch zu schaffen.
  • Nachfolgend werden weitere vorteilhafte besondere Ausführungsformen zu Datentelegrammen und zum Aufweckcode erläutert:
  • i) Der Aufwecksender 22 im Wagen 30 sendet zeitlich veränderliche Aufweckcodes. Die e-Tickets 10 sind mit einer separaten Einrichtung zur Zeitmessung und einem Zwischenspeicher für empfangene Aufweckcodes ausgestattet. Der Begriff «veränderlich» bzw. variabel beinhaltet u.a.:
    • Verschiedene Längen des Aufweckcodes je nach Zeitpunkt der Aussendung;
    • Aufweckcode wird mittels eines Zufallsgenerators bestimmt, wichtig ist dabei, dass nur solche Aufweckcodes ausgesandt werden, die vorgängig in den e-Tickets gespeichert sind.
  • ii) Der Aufweckcode enthält zwei Teile:
    • iia) feste Codefolge, die ein e-Ticket 10 zum Aufwecken veranlasst;
    • iib) Datenteil, der mit zeitabhängigen Inhalten belegt ist wie beispielsweise in [1] beschrieben:
      • Verfahrensschritt A, Tabelle 1 auf den Seiten 4 und 5 von [1].
  • iii) Die Einrichtung zur Zeitmessung wird nicht mit Hilfe eines Timer-Funktionsblockes im Mikrocontroller - siehe dazu die FIG 2 - umgesetzt, sondern mit Hilfe einer eigenen Zusatzschaltung im e-Ticket 10. Eine Möglichkeit für die Realisierung wäre hier ein Quarzoszillator, der, direkt oder in der Frequenz heruntergeteilt, einen Zählerbaustein taktet, der wiederum nach Abschluss der Zeitmessung vom steuernden Mikrocontroller ausgelesen wird. Eine weitere Möglichkeit zur Realisierung wäre ein größerer Kondensator, der ab dem Aufweckzeitpunkt kontinuierlich geladen wird und bei dem der Ladezustand am Ende der Zeitspanne über einen A/D-Wandler ausgelesen wird. Hierbei stellt die erreichte Ladespannung am Kondensator ein Maß für die vergangene Zeit dar.
  • Die vorstehend genannten vorteilhaften Ausführungsformen sind frei kombinierbar mit den in der Sende-/Empfangseinheit 20 implementierten Algorithmen.
    • Liste der Bezugszeichen, Glossar
    • 10
    e-Ticket
    20, 201, 202
    Sende-/Empfangseinheit
    21, 211, 212
    Erfassungsbereich einer Sende-/Empfangseinheit
    22
    Aufwecksender, Aufweckeinheit, vorzugsweise im Eingangs- oder Durchgangsbereich eines Verkehrsmittels
    30
    Verkehrsmittel; Eisenbahnwagen, Schiff, Bus
    31
    Eingangsbereich
    33
    Sitz, Sitzplatz
    34
    Trennwand Eingangsbereich/Fahrgastraum mit Sitzen
    BOS
    Behörden und Organisationen mit Sicherheitsaufgaben
    GSM
    Global System for Mobile Communication
    HF
    Hochfrequenz
    Id
    Identität, N°
    OeV, ÖV
    Öffentlicher Verkehr
    RF
    Radiofrequenz
    RX
    receiver, eigenständige Empfängerbausteine, die u.a. Informationen zum Empfangspegel liefern
    TX
    transceiver, Sendebaustein
    UWB
    Ultra Wide Band
    Liste der zitierten Dokumente
    • [1] EP 1 201 693 B1 «Verfahren und System zur Registrierung von Billetten» [2] «E-Ticketing»
      Siemens Schweiz AG, Industry Sector, Mobility Division, Rail Automation
      www.litra.ch/download.php?file=dcs/users/2/3 20110316 MF dt.pdf
      und
      http://www.litra.ch/dcs/users/2/3 20110316 MF dt.pdf
      Internes Aktenzeichen: 2012Q25342.
    • [3] «Inhalt und Struktur der Spezifikationen/Kundenschnittstelle und Zertifizierung in der VDV-Kernapplikation» Präsentation von Dipl.-Ing. Elke Fischer
      VDV-KERNAPPLIKATIONS GmbH & Co. KG
      http://www.eticket-deutschland.de/
      Internes Aktenzeichen: 2012Q25342. [4] EP 1 362 330 B1
      «Verfahren zur Registrierung von Billetten»

Claims (15)

  1. Verfahren zur Registrierung einer definierten Anwesenheit von e-Tickets (10) in einem Verkehrsmittel (30), wobei
    - die e-Tickets (10) beim Eintritt in das Verkehrsmittel (30) von einem Aufwecksender (22) aus einem Schlafzustand durch Übermittlung einer Informationseinheit geweckt werden und
    - anschliessend eine bidirektionale Radiokommunikation zwischen e-Ticket (10) und einer im Verkehrsmittel (30) angeordneten Sende-/Empfangseinheit (20) zur Registrierung der Anwesenheit des e-Tickets (10) mittels Datentelegramme etabliert wird,
    gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte, dass
    A die Informationseinheit einen Aufweckcode enthält;
    B der Aufweckcode und die seit dem Aufwecken verstrichene
    Zeit als Zeitwert vom e-Ticket (10) in einem Datentelegramm an die Sende-/Empfangseinheit (20) übermittelt wird;
    C in der Sende-/Empfangseinheit (20) ein Vergleich
    durchgeführt wird bezüglich
    vom e-Ticket (10) übermittelter Zeitwert mit dem verkehrsmittelseitig bestimmten Zeitwert zwischen der Aussendung des betreffenden Aufweckcodes und dem Empfang des Datentelegramms durch die Sende-/Empfangseinheit (20),
    (D) bei Feststellung einer Ungleichheit auf eine Manipulation der Registrierung einer definierten Anwesenheit von e-Tickets (10) in einem Verkehrsmittel (30) geschlossen wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    im e-Ticket eine Menge von Aufweckcodes gespeichert ist und dass das e-Ticket nur dann aufgeweckt wird, wenn der empfangene Aufweckcode mit einem der gespeicherten Aufweckcodes übereinstimmt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    im Verfahrensschritt B zusätzlich eine dem e-Ticket (10) zugeordnete Identnummer übermittelt wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    im Verfahrensschritt B ein den Aufweckcode identifizierender Index übermittelt wird und
    im Verfahrensschritt C der übermittelte Index mit dem in der Sende-/Empfangseinheit (20) dem Aufweckcode korrespondierenden Index verglichen wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die vom Aufwecksender (22) ausgesendeten Aufweckcodes hinsichtlich des Zeitpunktes der Aussendung variabel ausgestaltet sind.
  6. Verfahren nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die variable Ausgestaltung eine variable Länge des Aufweckcodes beinhaltet.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    im Verfahrensschritt D bei Feststellung einer Ungleichheit von der Sende-/Empfangseinheit (20) eine Meldung abgesetzt wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Meldung alternativ oder kumulativ ausgestaltet ist als
    - Lautsprecherdurchsage an die Passagiere im Verkehrsmittel (30),
    - Signal an den Führer des Verkehrsmittels (30),
    - eine Alarmmeldung an eine übergeordnete Leitstelle eines Verkehrsunternehmens,
    - per Radiokommunikation versendete Meldung an ein mobiles Kontrollgerät, das von Kontrollpersonal zur Prüfung gültiger Fahrscheine mit sich geführt wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die per Radiokommunikation versendete Mitteilung an das Kontrollgerät von im Verkehrsmittel (30) angeordneten Sende-/Empfangseinheit (20) ausgesendet wird.
  10. System zur Registrierung einer definierten Anwesenheit von e-Tickets (10) in einem Verkehrsmittel (30), wobei
    - die e-Tickets (10) beim Eintritt in das Verkehrsmittel (30) von einem Aufwecksender (22) aus einem Schlafzustand durch Übermittlung einer Informationseinheit geweckt werden und
    - anschliessend eine bidirektionale Radiokommunikation zwischen e-Ticket (10) und einer im Verkehrsmittel (30) angeordneten Sende-/Empfangseinheit (20) zur Registrierung der Anwesenheit des e-Tickets (10) mittels Datentelegramme etabliert wird,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    A die Informationseinheit einen Aufweckcode enthält;
    B der Aufweckcode und die seit dem Aufwecken verstrichene
    Zeit als Zeitwert vom e-Ticket (10) in einem Datentelegramm an die Sende-/Empfangseinheit (20) übermittelt wird;
    C in der Sende-/Empfangseinheit (20) ein Vergleich
    durchgeführt wird bezüglich
    vom e-Ticket (10) übermittelter Zeitwert mit dem verkehrsmittelseitig bestimmten Zeitwert zwischen der Aussendung des betreffenden Aufweckcodes und dem Empfang des Datentelegramms durch die Sende-/Empfangseinheit (20),
    D bei Feststellung einer Ungleichheit auf eine Manipulation der Registrierung einer definierten Anwesenheit von e-Tickets (10) in einem Verkehrsmittel (30) geschlossen wird.
  11. System nach Anspruch 10,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das e-Ticket (10) einen einen Timer-Funktionsblock enthaltenden Microcontroller aufweist, mit dem der Zeitwert bestimmt wird.
  12. System nach Anspruch 11,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das e-Ticket (10) einen Microcontroller und eine Zusatzschaltung mit einem Quarzoszillator aufweist, mit dem der Zeitwert bestimmt wird.
  13. System nach Anspruch einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass
    bei der Feststellung einer Ungleichheit eine Meldung abgesetzt wird.
  14. System nach Anspruch 13,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Meldung alternativ oder kumulativ ausgestaltet ist als
    - Lautsprecherdurchsage an die Passagiere im Verkehrsmittel (30),
    - Signal an den Führer des Verkehrsmittels (30),
    - an eine übergeordnete Leitstelle eines Verkehrsunternehmens,
    - per Radiokommunikation versendete Meldung an ein mobiles Kontrollgerät, das vom Kontrollpersonal zur Prüfung gültiger Fahrscheine mit sich geführt wird.
  15. System nach Anspruch einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass
    die Meldung an das Kontrollgerät von der Sende-/Empfangseinheit (20) abgesetzt wird.
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