ITUA20164661A1 - Dispositivo per rilevazione prossimita' e comuncazione bidirezionale radio a corto raggio compatibile con smartphone basati su sistemi operativi eterogenei - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

SETTORE TECNICO

La presente invenzione è relativa ad un dispositivo elettronico in grado di rilevare la prossimità di terminali mobili dotati di interfacce wireless in radiofrequenza a corto raggio, instaurare una connessione dati bidirezionale con essi e contemporaneamente inviare e ricevere dati da un server tramite TCP/IP.

STATO DELL'ARTE ANTERIORE

Sono oggi noti ed ampiamente utilizzati sistemi di rilevazione e comunicazione radio a corto raggio per l'identificazione di TAG elettronici (comunemente noti anche come "contactless smartcard", badge o altri nomi) con standard quali NFC e il precedente RFID. Estremamente diffusi, questi sistemi sono utilizzati per l'identificazione e l'abilitazione in tempo reale di servizi quali l'accesso a varchi, timbrature, sblocco di macchinari, sblocco di servizi a pagamento e così via a favore di utenti in prossimità. Queste soluzioni prevedono obbligatoriamente la gestione e la consegna fisica all'utente da identificare di un oggetto fisico (TAG) già programmato con un codice identificativo. L'utente, per usufruire dei servizi, avvicina il TAG a lui associato ai lettori radio predisposti (tipicamente installati su strutture fisse come muri, tornelli, porte). I lettori radio a loro volta inviano i dati ad un controller, il quale, accertata (in proprio o tramite richiesta a sistemi terzi) l'identità del TAG (e quindi dell'utente), abilita (in proprio o richiedendolo a sistemi terzi) il servizio previsto per la presenza di quell'utente in quel preciso momento e punto geografico (come ad esempio aprire o chiudere un varco, segnalare una presenza, attivare attuatori, ecc.)

Tale, diffusa, modalità di identificazione in prossimità e accesso presenta tuttavia diversi svantaggi: logistici, a causa della necessità di effettuare una consegna iniziale del TAG con identificazione visiva o tramite documenti di identità; di sicurezza, a causa del facile smarrimento o furto dei TAG con relativi problemi anche logistici; di controllo, in quanto non offrono in modo semplice la possibilità di interazioni o identificazioni aggiuntive dell'utente se non con ulteriore hardware locale e relativi costi aggiuntivi; di disponibilità di nuovi servizi, perché non è possibile abilitarne di nuovi e in modo semplice all'utente rilevato in prossimità.

Al fine del superamento di tali limitazioni, il mercato offre già oggi delle soluzioni più evolute. Alla base c'è l'idea della "smaterializzazione software" del TAG tramite utilizzo di Smartphone e Tablet che offrono una interfaccia radio NFC integrata. Grazie ad apposite APP (software) in grado di simulare uno o più TAG, si ottiene di fatto una smaterializzazione del dispositivo di identificazione evitando anche costose modifiche alle infrastrutture fisse e mantenendo una compatibilità con TAG NFC classici.

Tale approccio è oggi universalmente riconosciuto come il più efficace e futuribile per il settore del controllo accessi e più in generale dell'identificazione e abilitazione di servizi in prossimità. In effetti permette di: gestire l'identificazione dell'utente e abilitare i servizi necessari esclusivamente via software; sviluppare ampliamenti, nuove interazioni, nuovi servizi e aggiornamenti senza interventi sull'infrastruttura fissa; eliminare il rischio ed il fastidio per gli utenti di trasportare con sé ulteriori oggetti oltre il proprio Smartphone; aumentare la sicurezza dell'identificazione tramite meccanismi software interattivi e aggiuntivi.

Nonostante tali aspetti positivi e nonostante la diffusione pervasiva dei dispositivi mobili e Smartphone al pubblico professionale e domestico, ad oggi risultano estremamente rare le implementazioni sul campo di simili soluzioni. Il mercato continua a preferire sistemi basati esclusivamente su possesso di TAG fisici.

Dalle ricerche effettuate si deduce che questo accade principalmente poiché la maggior parte dei dispositivi mobili attualmente disponibili sul mercato non offrono tutti le funzionalità necessarie: ogni vendor, per i propri Smartphone di ultima generazione (con sistemi operativi quali Google Android, APPle iOS, Microsoft Windows Phone), ed a volte per ogni singolo modello, ha scelto implementazioni differenti: rendendo disponibile o meno l'interfaccia hardware radio NFC oppure rendendo disponibile o meno agli sviluppatori il software per pilotare tale interfaccia.

Queste scelte commerciali hanno di fatto estremamente limitato la possibilità di un utilizzo universale degli Smartphone a tal scopo: l'estrema eterogeneità dei modelli di Smartphone posseduti dagli utenti o resi disponibili dalle aziende ai propri dipendenti, non permette, di fatto, un utilizzo efficace e globale di una tale soluzione. In caso di adozione, è possibile scegliere una di due opzioni entrambe difficilmente accettabili: mantenere "sacche" di utenza a cui dovrà essere comunque fornito un TAG oppure obbligare tutti gli utenti al cambio del terminale mobile posseduto con altro modello abilitato. Inoltre, la diffidenza verso tale tipo di soluzione viene alimentata dalla non prevedibilità delle scelte che i vendor effettueranno sui terminali mobili futuri, rendendo di fatto ancor più rischioso oggi l'investimento in soluzioni di questo tipo.

OGGETTO DELL'INVENZIONE

Scopo della presente invenzione è quello di risolvere in tutto o in parte le problematiche sopra evidenziate ed in particolare quelle relative alla possibilità di utilizzare in maniera efficace e globale dispositivi mobili quali Smartphone, Tablet (con apposite APP software) per l'identificazione e l'abilitazione di servizi in prossimità tramite interfacce contactless .

Secondo la presente invenzione viene dunque fornito un dispositivo in grado di: rilevare la prossimità della maggior parte dei terminali mobili intelligenti quali Smartphone e Tablet in commercio; rilevare la prossimità di oggetti "legacy" quali TAG attivi o passivi in standard NFC; instaurare una connessione bidirezionale radio a corto raggio con essi; ricevere ed inviare dati ad uno o più server applicativi tramite protocollo TCP/IP.

La presente invenzione, tramite l'utilizzo di interfacce radio multiple, compatibili con quelle presenti sulla maggior parte dei terminali mobili odierni e futuri, rende economicamente vantaggiosa e con basso rischio di obsolescenza l'adozione di una soluzione di "smaterializzazione" dei TAG come descritta sopra. Apre, inoltre, a terzi soggetti, un nuovo potenziale mercato di sviluppo di servizi inerente al lavoro di implementazione di nuove APP dedicate sui terminali mobili.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

Per una migliore comprensione della presente invenzione, ne viene ora descritta una forma di realizzazione preferita, a puro titolo di esempio non limitativo, con riferimento ai disegni allegati, nei quali:

1. La figura 1 illustra un diagramma a blocchi schematico dell'architettura di un dispositivo per la rilevazione di prossimità via radio e la comunicazione bidirezionale con apparati intelligenti mobili quali Smartphone, secondo una forma di realizzazione della presente invenzione;

2. la figura 2 mostra uno schema dettagliato di una possibile implementazione del dispositivo di figura 1.

FORMA DI REALIZZAZIONE PREFERITA DELL'INVENZIONE

Come sarà chiarito in dettaglio nel seguito, un aspetto particolare della presente invenzione prevede di realizzare un dispositivo elettronico formato da due tipologie diverse di unità collegate tra loro via cavo, atto ad interfacciarsi con: apparati radio portatili (Smartphone, Tablet, TAG attivi e passivi, ecc.); uno o più elaboratori Server tramite connessione di rete e protocollo TCP/IP; uno o più attuatori in uscita; uno o più sensori esterni.

In dettaglio, e come mostrato in figura 1, un dispositivo realizzato secondo una forma di realizzazione della presente invenzione comprende una unità MASTER e una o più SLAVE, indicate rispettivamente con il numero di riferimento 1 e 2.

L'interfacciamento tra le due tipologie di unità viene realizzato attraverso un bus di comunicazione immune ad interferenze elettriche esterne e compatibile con cablaggi normalmente in uso in impianti di controllo accessi (ad esempio, cablaggi multipolari normalmente utilizzati nelle comunicazioni per interfacce di tipo Wiegand). Una implementazione tipica utilizzata nella presente invenzione è quella che utilizza il CAN bus (Controller Area Network) , che permette di ottenere una elevata immunità ai disturbi, comunicazioni multiple MASTER/SLAVE sullo stesso bus ed un elevata distanza filare tra i dispositivi.

Una possibile variante per 1'implementazione della comunicazione tra le unità MASTER 1 e SLAVE 2 è l'utilizzo su interfacce RS485, Modbus, oppure su standard Wiegand. Le unità MASTER 1 e SLAVE 2 a tal fine prevedono apposite morsettiere compatibili sia per lo standard CAN bus, RS485/Modbus oppure Wiegand, con la possibilità per le CPU di entrambe le unità di comunicare con i protocolli di questi standard.

Tali accorgimenti permettono di ridurre i costi in fase di implementazione del dispositivo oggetto della presente invenzione, sia nel caso di sostituzione di infrastrutture classiche NFC/RFID (di norma i controller ed i reader in queste soluzioni sono interconnessi con standard/cablaggio Wiegand), sia in fase di una nuova installazione. La possibilità di utilizzare il cablaggio esistente/standard, permette di risparmiare sulla riqualificazione del personale addetto all'installazione, di norma già esperto di sistemi di tipo classico.

L'unità MASTER 1 inoltre può essere realizzata in un formato idoneo per l'installazione in scatole su guida DIN (EN 60715), al fine di agevolarne l'utilizzo in contesti di installazione commerciale e/o industriale e in fase di sostituzione di sistemi con standard NFC/RFID classici .

L'unità MASTER indicata con il numero di riferimento 1 è destinata a: interfacciarsi con un elaboratore 5 (ad esempio un Application Server), in maniera cablata o wireless per ricevere ed inviare dati e dotata a tal fine di opportuni mezzi di collegamento con tale elaboratore e di gestione del protocollo di trasferimento dati (tipicamente TCP/IP); ad interfacciarsi con dispositivi di I/O esterni 6 come attuatori e sensori digitali; ad interfacciarsi e fornire alimentazione ad una o più unità periferiche SLAVE indicate con il numero di riferimento 2 in maniera cablata tramite protocollo proprietario in standard CAN bus, RS485, Modbus o Wiegand; a connettersi alla rete mobile cellulare attraverso un modulo GSM/EDGE/UMTS/3G/4G per la ricezione di comandi da terminali mobili o per l'invio di comunicazioni in assenza totale o temporanea di connessione predefinita sulla rete cablata Ethernet o Wi-Fi.

L'unità MASTER 1 può essere dotata di una sorgente di alimentazione tramite standard PoE (Power over Ethernet), e/o ricevere l'alimentazione elettrica direttamente attraverso una sorgente di corrente continua (tipicamente 12 VDC). L'unità MASTER 1 provvede ad alimentare tutte le interfacce SLAVE 2 connesse ad essa anche tramite lo stesso cablaggio sopra descritto.

La seconda unità SLAVE indicata con il numero di riferimento 2 è destinata ad interfacciarsi tramite differenti standard radio ai terminali mobili 3 e ai TAG NFC 4. A sua volta le unità SLAVE 2 si interiacciano all'unità MASTER 1 per permettere la comunicazione bidirezionale tra l'unità MASTER 1 e le unità SLAVE 2. Una singola unità MASTER 1 supporta da una a otto unità SLAVE 2.L'unità SLAVE 2 è predisposta anche di appositi connettori per interfacce audiovisive locali (come ad esempio LED, display LED/OLED/VFD, Buzzer audio) al fine di segnalare all'utente lo stato del dispositivo e/o rendere evidenti o acquisire informazioni elaborabili dai terminali mobili 3. Una possibile implementazione di questa capacità è l'utilizzo di un display OLED collegato all'unità SLAVE 2 in cui viene visualizzato un QR code dinamico inviato dall'elaboratore server 5, che il terminale mobile 3 può utilizzare tramite apposita APP per l'identificazione dell'unità SLAVE 1, comunicare in maniera indipendente con un elaboratore server così da permettere l'abilitazione dei servizi senza l'utilizzo di alcuna interfaccia radio di prossimità.

Secondo una forma di realizzazione di questa invenzione così come rappresentata in figura 1, viene ora esposto un esempio, non unico, di installazione del dispositivo, in particolare, il caso di una sostituzione di una soluzione di prossimità di tipo classico in standard NFC. La soluzione esistente viene utilizzata inizialmente per l'ingresso e l'uscita da un varco con serratura elettromeccanica e presenta un controller installato in una scatola a guida DIN (nascosta alla vista) e due reader NFC (uno per l'ingresso e uno per l'uscita) collegati tramite interfaccia e cablaggio standard Wiegand. Dunque, in fase di sostituzione, viene rimosso il controller dalla scatola elettrica guida DIN e sostituito con l'unità MASTER 1 del dispositivo; vengono rimossi i due reader NFC e sostituiti con due unità SLAVE 2; vengono ripristinati i collegamenti tra le unità utilizzando il precedente cablaggio; viene infine collegata l'unità MASTER 1 alla rete Ethernet/PoE.

In uso, nel particolare esempio proposto, l'utente in possesso di un terminale mobile Smartphone 3 si avvicina al varco in ingresso (o in uscita) ed avvia una apposita APP (software). L'utente avvicina il proprio Smartphone 3 a meno di 5cm dall'unità SLAVE 2 relativa. L'unità SLAVE 2 rileva, tramite standard radio NFC, Bluetooth Low Energy (4.x) oppure WiFi la presenza in prossimità del terminale mobile 3 e avvia le procedure di scambio dati con esso. L'unità SLAVE 2 comunica i risultati all'unità MASTER 1 che, a sua volta, li comunica tramite TCP/IP all'elaboratore server 5. L'elaboratore server 5 comunica all'unità MASTER 1 le azioni da intraprendere. Questa ultima invia le comunicazioni relative all'unità SLAVE 2 che a sua volta, tramite lo standard radio rilevato in precedenza, le invia al terminale mobile Smartphone 3. Le comunicazioni procedono con questa logica, fino a quando l'elaboratore server 5 decide di concludere il dialogo e autorizzare o meno il servizio relativo previsto: dunque l'elaboratore server 5 comunica all'unità MASTER 1 la propria decisione (informazione che viene propagata fino allo Smartphone 3 per avvisi ulteriori all'utente) e richiede l'abilitazione del servizio a sistemi terzi (o direttamente all'unità MASTER 1 che attiverà gli attuatori esterni 6 tramite le proprie uscite digitali configurate) e quindi attivare, come da esempio specifico, la serratura elettromeccanica del varco. L'intera procedura avviene in pochi secondi, a meno di verifiche ulteriori di identificazione richieste dall'elaboratore server 5 allo Smartphone come, ad esempio, l'inserimento di un PIN o una password aggiuntiva.

I vantaggi che il dispositivo descritto consente di ottenere emergono chiaramente dalla discussione precedente.

In particolare, esso rende possibile ed economicamente vantaggioso l'utilizzo di terminali mobili intelligenti quali Smartphone per l'accesso sicuro e identificato a servizi in prossimità. In breve, rende possibile e senza riserve la cosiddetta "smaterializzazione" dei badge o TAG identificativi. Trasforma, di fatto, la gestione dell'identificazione in prossimità, dal classico concetto di possesso di oggetti fisici al concetto molto più moderno del possesso di chiavi digitali gestibili in maniera molto più efficiente, avanzata e centralizzata.

Riassumendo, questi risultati vengono ottenuti: rendendo compatibili allo scopo una percentuale vicina al cento per cento degli Smartphone (con sistemi operativi Apple iOS, Google Android, Microsoft Windows Phone, ecc.) disponibili sul mercato odierno e futuro; mantenendo la possibilità di interazione con TAG NFC a standard classico; permettendo l'utilizzo di infrastrutture e cablaggi standard; interfacciandosi con elaboratori server in standard TCP/IP.

Il dispositivo descritto può trovare vantaggiosa applicazione in una pluralità di contesti, che vanno da quello consumer o industriale fino a quello militare. Campi tipici di applicazione sono ad esempio: l'identificazione e l'accesso a varchi, l'accesso a servizi a pagamento o in self-service, la certificazione della presenza in un particolare luogo geografico, l'accesso a zone delimitate e molto altro. Più in generale è evidente come il dispositivo descritto rappresenti una soluzione semplice, economica ed efficace per permettere l'adozione degli Smartphone come strumenti universali per l'identificazione certa e l'accesso a servizi in prossimità .

Risulta infine chiaro che a quanto qui descritto ed illustrato possono essere apportate modifiche e varianti senza per questo uscire dall'ambito di protezione della presente invenzione, come definito nelle rivendicazioni allegate. In particolare, il dispositivo descritto può essere utilizzato in abbinamento con differenti tipologie di Application Server e servizi terzi o software esterni. Inoltre, l'architettura circuitale del dispositivo descritto, ed in particolare dell'unità SLAVE 2, potrebbe essere differente e comprendere, ad esempio, ulteriori interfacce radio di diversa tecnologia oltre a quelle proposte negli esempi di implementazioni. Tale unità SLAVE 2 è già ingegnerizzata per supportare almeno due ulteriori interfacce radio aggiuntive rispetto a quelle qui descritte. Questo garantisce ulteriore compatibilità futura con eventuali Smartphone che verranno presentati sul mercato. Tramite implementazioni software potrebbero infine essere utilizzati algoritmi di cifratura/decifratura dei dati in tutte le fasi e le tratte interessate dalle comunicazioni.

Claims (3)

1. RIVENDICAZIONI 1)Dispositivo (formato da unità 1 e 2) di identificazione in prossimità di apparati radio quali "TAG" NFC passivi o attivi e di terminali mobili intelligenti (Smartphone, Tablet, Phablet) dotati di appositi software/APP e dotati di almeno una interfaccia radio supportata (quali ad esempio NFC, BLE 4.x, WiFi) e configurato in modo da comunicare operativamente, contemporaneamente e in modo bidirezionale con uno o più di tali apparati radio e un elaboratore 5, il tutto in tempo reale e in modo tale da trasferire dati tra questo e gli apparati radio 3 e 4 in condizioni di prossimità (a meno di 5cm di distanza) di questi ultimi dalle unità 2 del dispositivo.
2. 2) Dispositivo SLAVE 2 secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente inoltre: un circuito stampato con controllore radio NFC dedicato e uno più controllori radio di diversa tecnologia (BLE 4.x, WiFi, altre), configurati in modo da implementare dette comunicazioni bidirezionali con dispostivi Smartphone 3 e TAG NFC 4 in maniera contemporanea.
3. 3) Dispositivo SLAVE 2 secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente inoltre: un circuito stampato con una o più interfacce di comunicazione su bus con protocollo seriale e/o bilanciato (come CAN bus, RS485 o Modbus, compatibile a livello fisico con cablaggi preesistenti multipolari, come ad esempio quelli nei sistemi con interfacce Wiegand) , in grado comunicare in maniera bidirezionale con l'unità di controllo MASTER 1 veicolando dati da e per i dispostivi Smartphone 3 e TAG NFC 4. 4)Dispositivo SLAVE 2 secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente inoltre: unità logica programmabile configurata in modo da interfacciarsi con i dispositivi di comunicazione alla rivendicazione precedente (3) e di comunicare con uno o più controllori radio dedicati (NFC, radio BLE, radio WiFì ed altri). 5)Dispositivo SLAVE 2 secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, dotato opzionalmente di unità di segnalazione ottica e/o acustica, in grado di informare sullo stato del dispositivo e/o generare attraverso apposito display, codici di identificazione QR o informazioni alfanumeriche. 6)Dispositivo SLAVE 2 secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente inoltre: un circuito stampato dotato di apposita antenna NFC integrata oppure opzionalmente esterna, accordata on conformità alla specifiche NFC/RFID, sulla frequenza di 13.56MHz. 7)Dispositivo SLAVE 2 secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, con ingombri esterni limitati (tipicamente inferiori a 6cm di larghezza per 6cm di altezza per 3cm di spessore comprensivo di tutti i componenti elettronici e meccanici per il fissaggio), con lo scopo del facile posizionamento in contenitori preesistenti come contenitori plastici per reader NFC standard, contenitori da cablaggio elettrico civile a muro e così via. 8)Dispositivo MASTER 1 secondo la rivendicazione nr. 1, comprendente un circuito stampato con una o più interfacce di comunicazione su bus con protocollo seriale e/o bilanciato (CAN bus, RS485 o Modbus), in grado comunicare in maniera bidirezionale con le unità SLAVE 2 e attraverso l'interfaccia Ethernet o WiFi o GSM/2G/3G/4G e protocollo TPC/IP m maniera bidirezionale verso 1'Application server/elaboratore 5. 9) Dispositivo MASTER 1 secondo la rivendicazione nr. 1, in grado di autoalimentarsi opzionalmente attraverso interfaccia POE (Power Over Ethernet) e/o di fornire alimentazione ai moduli SLAVE 2 secondo quanto indicato alla rivendicazione nr. 7 attraverso lo stesso cablaggio multipolare utilizzato per veicolare la comunicazioni sulle interfacce indicate nella rivendicazione al punto nr. 3. 10) Dispositivo MASTER 1 secondo la rivendicazione nr. 1, comprendente un circuito stampato dotato di apposite interfacce in grado di acquisire lo stato di ingressi e/o sensori analogici e/o digitali e opzionalmente pilotare uscite di potenza attraverso attuatori elettromeccanici (6).