JP5300711B2 - 制御システム及び制御方法 - Google Patents

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本発明は、電界通信技術を利用するゲート開閉システムに関し、特に、誤作動を防止する技術に関する。
近年、電界伝達媒体に電界を誘起して情報信号の通信を行う電界通信装置が開発されている(非特許文献1参照)。図8は、電界通信の概略を説明するための説明図である。同図では、電界伝達媒体である利用者100を介して通信装置80から通信装置90へ情報を伝達するときの電界の様子を示している。通信装置80を保持する利用者100が通信装置90の電極に接触することにより、利用者100側の通信装置80の電極81Aから送信される電界は、利用者100の表面を伝って、通信装置90に伝達される。電界通信は、この電界の変動をキャリアとして信号伝送に利用する通信方法である。電界通信は、電界伝達媒体として人体を利用する場合、人体通信と呼ばれる。
"RedTacton"、[online]、日本電信電話株式会社、[平成21年11月30日検索]、インターネット〈URL:http://www.redtacton.com/〉
図8に示す電界通信では、利用者100を伝送路とする一方で、利用者100とは反対側の電極81Bが空気中に放射する電界による伝送路も存在する。人体を伝わる電界を物質伝搬電界と呼び、空気中に放射される電界を空中放射電界と呼ぶ。
図9に示すように、通信装置80を保持しない利用者200が通信装置90の電極に接触し、通信装置80を保持する利用者100が利用者200に近接した場合、利用者100と利用者200が接触していなくても、通信装置80から放射される空中放射電界が利用者200に伝わり、通信装置90へ伝達される。その結果、入退室ゲートのようにセキュリティを厳密に管理する場において、通信装置80を持っていない利用者200でもゲートを通過できてしまう場合があるという問題があった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、電界通信端末を持っていない利用者に対してゲートを開く誤作動を予防することを目的とする。
の本発明に係る制御システムは、利用者が保持する通信装置とゲートに設置した制御装置との間で、電界伝達媒体に電界を誘起することで通信を行い、前記ゲートの開閉を制御する制御システムであって、前記通信装置は、前記制御装置が送信した信号を受信する受信手段と、前記受信手段が受信した信号の受信信号強度を測定する測定手段と、前記受信信号強度を含む信号を前記制御装置へ送信する第1送信手段と、を有し、前記制御装置は、前記通信装置へ信号を送信する第2送信手段と、前記第2送信手段が送信した信号の送信信号強度を記録する記録手段と、前記通信装置が送信する信号を受信する受信手段と、前記記録手段に記録した送信信号強度と前記受信手段が受信した信号に含まれる受信信号強度から信号の減衰量を求め、所定の閾値と比較する比較手段と、前記比較手段が比較した結果、前記減衰量が前記閾値よりも小さい場合、前記ゲートを開く制御手段と、を有することを特徴とする。
の本発明に係る制御システムは、利用者が保持する通信装置とゲートに設置した制御装置との間で、電界伝達媒体に電界を誘起することで通信を行い、前記ゲートの開閉を制御する制御システムであって、前記通信装置は、前記制御装置へ送信信号強度を含む信号を送信する送信手段を有し、前記制御装置は、前記通信装置が送信する信号を受信する受信手段と、前記受信手段が受信した信号の受信信号強度を測定する測定手段と、前記受信手段が受信した信号に含まれる送信信号強度と前記測定手段が測定した受信信号強度から信号の減衰量を求め、所定の閾値と比較する比較手段と、前記比較手段が比較した結果、前記減衰量が前記閾値よりも小さい場合、前記ゲートを開く制御手段と、を有することを特徴とする。
の本発明に係る制御方法は、利用者が保持する通信装置とゲートに設置した制御装置との間で、電界伝達媒体に電界を誘起することで通信を行い、前記ゲートの開閉を制御する制御方法であって、前記通信装置による、前記制御装置が送信した信号を受信するステップと、前記受信した信号の受信信号強度を測定するステップと、前記受信信号強度を含む信号を前記制御装置へ送信するステップと、を有し、前記制御装置による、前記通信装置へ信号を送信するステップと、前記通信装置へ送信した信号の送信信号強度を記録手段に記録するステップと、前記通信装置が送信する信号を受信するステップと、前記記録手段に記録した送信信号強度と前記受信した信号に含まれる受信信号強度から信号の減衰量を求め、所定の閾値と比較するステップと、前記比較するステップで比較した結果、前記減衰量が前記閾値よりも小さい場合、前記ゲートを開くステップと、を有することを特徴とする。
の本発明に係る制御方法は、利用者が保持する通信装置とゲートに設置した制御装置との間で、電界伝達媒体に電界を誘起することで通信を行い、前記ゲートの開閉を制御する制御方法であって、前記通信装置による、前記制御装置へ送信信号強度を含む信号を送信するステップを有し、前記制御装置による、前記通信装置が送信する信号を受信するステップと、前記受信した信号の受信信号強度を測定するステップと、前記受信した信号に含まれる送信信号強度と前記測定した受信信号強度から信号の減衰量を求め、所定の閾値と比較するステップと、前記比較するステップで比較した結果、前記減衰量が前記閾値よりも小さい場合、前記ゲートを開くステップと、を有することを特徴とする。
本発明によれば、電界通信端末を持っていない利用者に対してゲートを開く誤作動を予防できる。
第1の実施の形態におけるゲート制御システムの構成を示す機能ブロック図である。 空中放射電界の伝送距離と受信信号の信号強度の関係を示すグラフである。 電極をゲートに配置した例と、利用者がゲートを通過する様子を示す模式図である。 図3と同じ構成のゲートを送信装置を保持しない利用者と送信装置を保持する利用者が通過する様子を示す模式図である。 第2の実施の形態におけるゲート制御システムの構成を示す機能ブロック図である。 上記ゲート制御システムの処理の流れを示すシーケンス図である。 上記ゲート制御システムの別の処理の流れを示すシーケンス図である。 電界通信の概略を説明する説明図である。 誤作動が起きる場合を説明する説明図である。
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
[第1の実施の形態]
図1は、第1の実施の形態におけるゲート制御システムの構成を示す機能ブロック図である。同図に示すゲート制御システム1は、制御装置10と送信装置20を有する。制御装置10はゲート(図示せず)に接続されてゲートの開閉を制御し、送信装置20はゲートを通過する利用者が携帯する。制御装置10と送信装置20とは、人体などの電界伝達媒体に電界を誘起して通信を行う電界通信によりデータを送受信する。制御装置10は、送信装置20が送信したゲート制御信号を受信したときに、そのゲート制御信号をゲートに送信し、ゲートの開閉を制御する。このとき、送信装置20は、受信した信号の信号強度を所定の閾値と比較し、信号強度が所定の閾値よりも小さい場合は受信したゲート制御信号を送信せずに破棄し、誤作動を防止する。以下、制御装置10と送信装置20の構成について説明する。
制御装置10は、電極11、受信部12、測定部13、比較部14、および制御部15を備える。受信部12は、送信装置20が電界伝達媒体に誘起した電界を電極11を介して受信し電気信号に変換する。測定部13は、受信部12が受信した信号の信号強度を測定する。比較部14は、測定部13が測定した信号強度と予め設定した閾値とを比較する。制御部15は、比較部14の比較結果に基づいてゲートの開閉を制御する。具体的には、測定部13が測定した信号強度が予め設定した閾値より大きい場合、電極11に接触した利用者は送信装置20を保持すると判定し、制御部15はゲートを開く。一方、信号強度が閾値より小さい場合、空気中の伝送路が長く距離が離れていると判定し、制御部15はゲートを制御しない。閾値については後述する。
送信装置20は、電極21と送信部22を備える。電極21は、送信装置20を保持する利用者に近接する。送信部22は、送信すべき情報に基づく電界を電極21を介して電界伝達媒体である利用者に誘起する。送信部22は差動信号を発生させるため、図示しない別の電極が空気中に放射する電界(空中放射電界)が存在する。
次に、閾値の設定について説明する。
制御装置10と送信装置20により伝送が行われる伝送路には、固体のみを伝わる伝送路と、固体と空気中を含む伝送路がある。人体や物質のみを伝送路とする場合には信号は減衰しにくく、空気中を伝送路に含む場合は信号の減衰が大きい。固体中では信号の減衰が6dB/m以下で、空気中では信号の減衰が固体中よりもさらに6dB/m以上大きくなる。
図2に、送信装置20が空気中に放射した空中放射電界の伝送距離と制御装置10が受信する信号の信号強度の関係を示す。同図に示すように、空気中の伝送路が長いほど信号強度が小さくなる。制御装置10が受信した信号の信号強度の減衰量が大きい場合、つまり、受信した信号の信号強度が小さい場合、空気中の伝送路が長いと考えられる。空気中の伝送路が長い場合は、送信装置20を保持した利用者100が制御装置10の電極11に接触しておらず、制御装置10が送信装置20の空中放射電界を受信したと考えられる。図9に示したように、送信装置20を保持しない利用者200が制御装置10の電極11に接触し、送信装置20を保持する利用者100が利用者200に近接する場合にも、送信装置20が放射した空中放射電界が利用者200を介して制御装置10により受信される。
そこで、第1の実施の形態では、閾値Vthを設定し、制御装置10が受信した信号の信号強度が閾値Vthより小さい場合は、ゲート30を開かないことにより、誤作動を防止する。
ここで、信号強度の閾値Vthを次式(1)で定義する。
log Vth = −a・D + log V0 (1)
制御装置10の電極11と送信装置20の電極21との間の距離が0のときに、制御装置10が受信する信号の信号強度をV0とする。空気中の伝送路の距離、つまり、送信装置20を保持する利用者100と保持しない利用者200との距離をDとする。aは、空中放射電界の減衰係数である。
用いられるサービスの仕様として送信装置20を保持する利用者100、保持しない利用者200を判別するための距離Dが規定され、この距離Dによって信号強度の閾値Vthが決定される。距離Dはゲート制御システム1のパラメータであり、実験的に設定される。例えば、人体との統計的な測定データに基づいて決定される。閾値Vthを下げれば送信装置20を保持する利用者100と保持しない利用者200とを識別できる距離が長くなり、閾値Vthを上げれば送信装置20を保持する利用者100と保持しない利用者200とを識別できる距離が短くなる。閾値Vthを容易に調整できる構成が便利である。
次に、ゲート制御システム1をゲート30に配置した例と、処理の流れについて説明する。
図3は、制御装置10の電極11をゲート30の仕切り板31の間の通路の床に配置し、送信装置20を保持する利用者100が通路を通過する様子を示す模式図である。図3(a)は、ゲート30を上から見た図であり、図3(b)は、ゲート30を横から見た図である。
図3(b)において、ゲート30の左側から右側へ、送信装置20を保持する利用者100が通過しようとすると、利用者100は通路の床に配置された電極11を踏み、送信装置20と制御装置10との間に利用者100を電界伝達媒体とする伝送路が形成される。そして、送信装置20が送信する信号が利用者100を介して制御装置10によって受信される。
制御装置10は、受信した信号の信号強度を測定し、測定した信号強度Vと予め設定した所定の閾値Vthとを比較する。比較した結果、信号強度Vが閾値Vthよりも大きい場合は、受信した電界を電気信号に変換したゲート制御信号をゲート30に送信する。図3の場合は、送信装置20を保持する利用者100が電極11に接触し、利用者100を介した伝送路が形成されているので、送信装置20が送信した信号はあまり減衰することなく制御装置10に伝達する。したがって、制御装置10が測定した信号強度Vは閾値Vthよりも大きくなるので、ゲート30にゲート制御信号が送信される。
ゲート30は、ゲート制御信号を受信すると、ゲート30の電子錠を解錠、あるいは、ゲート30を開き、利用者100が右側へ通行できるようにする。利用者100が右側へ通行した後は、ゲート30を閉じて電子錠を施錠する。
なお、ゲート30の右側には電極11が配置されていないため、利用者100は右側から左側へゲート30を通過することはできない。
図4は、図3と同じ構成のゲート30を、送信装置20を保持しない利用者200と送信装置20を保持する利用者100が通過する様子を示す模式図である。図4(a)は、ゲート30を上から見た図であり、図4(b)は、ゲート30を横から見た図である。送信装置20を保持しない利用者200が電極11を踏み、送信装置20を保持する利用者100が利用者200に近接している。
利用者200が電極11に接触し、利用者100が利用者200に接近している場合、送信装置20が放射する空中放射電界が利用者200に伝達し、利用者200を介して電極11に到達する。
制御装置10は、受信した信号の信号強度を測定し、測定した信号強度Vと予め設定した所定の閾値Vthとを比較する。図4の場合、制御装置10が受信した信号は、送信装置20が放射する空中放射電界が利用者200を介して伝達したものであり、空気中を伝送路に含んでいるので、送信装置20が送信した信号はかなり減衰して制御装置10に到達する。したがって、送信装置20が測定した信号強度Vは閾値Vthよりも小さくなるので、ゲート30にゲート制御信号が送信されず、利用者200はゲート30を通過することができない。
以上説明したように、本実施の形態によれば、制御装置10が受信した信号の信号強度を測定する測定部13を備え、比較部14により測定部13が測定した信号強度と予め設定した閾値と比較し、信号強度が閾値よりも大きい場合には、ゲートを開き、信号強度が閾値よりも小さい場合には、ゲートを閉じたままにすることで、送信装置20を保持しない利用者200に対してゲート30を開く誤作動が防止され、セキュリティを向上させることができる。
[第2の実施の形態]
図5は、第2の実施の形態におけるゲート制御システムの構成を示す機能ブロック図である。同図に示すゲート制御システム5は、制御装置50と通信装置60を有する。第1の実施の形態と同様に、制御装置50はゲートに接続されてゲートの開閉を制御し、通信装置60はゲートを通過する利用者が携帯する。制御装置50と通信装置60とは、人体などの電界伝達媒体に電界を誘起して通信を行う電界通信によりデータを送受信する。制御装置50は、通信装置60が送信したID情報を認証して、ゲートにゲート制御信号を送信し、ゲートの開閉を制御する。第2の実施の形態におけるゲート制御システム5は、送受信した信号の減衰量を所定の閾値と比較し、誤作動を防止する点で第1の実施の形態とは異なる。以下、制御装置50と通信装置60の構成について説明する。
制御装置50は、電極51、送受信部52、測定部53、比較部54、記録部55、制御部56、およびID認証部57を備える。送受信部52は、電極51を介して電界通信により信号の送受信を行う。測定部53は、送受信部52が受信した信号の信号強度を測定する。記録部55は、送信した信号の信号強度を記録する。比較部54は、受信信号の信号強度と送信信号の信号強度とを比較して減衰量を求める。ID認証部57は、受信したメッセージに含まれるIDを認証する。制御部56は、ID認証部57の結果と比較部54の比較結果に基づいてゲートの開閉を制御する。
第2の実施の形態では、送受信した信号の減衰量を所定の閾値と比較し、比較結果に基づいてゲートの開閉を制御する。具体的には、比較部54は、記録部55に記録した送信信号の信号強度と、通信装置60から受信したメッセージに含まれる通信装置60が受信した信号の信号強度から減衰量を求め、減衰量を所定の閾値と比較する。減衰量が所定の閾値より大きい場合には、空気中の伝送路が長く距離が離れていると推定できるので、信号を破棄してゲートを開かない。なお、通信装置60から受信したメッセージに含まれる通信装置60が送信した送信信号の信号強度と、測定部53が測定した受信信号の信号強度との減衰量を利用してもよい。
通信装置60は、電極61、送受信部62、測定部63、受信レベル通知部64、およびID通信部65を備える。送受信部52は、電極61を介して電界通信により信号の送受信を行う。測定部63は、送受信部62が受信した信号の信号強度を測定する。受信レベル通知部64は、測定部63が測定した信号強度を送受信部62を介して制御装置50へ通知する。ID通信部65は、通信装置60を保持する利用者を識別するIDを送受信部62を介して制御装置50へ通知する。
次に、第2の実施の形態におけるゲート制御システム5の処理の流れについて説明する。
図6は、ゲート制御システム5の処理の流れを示すシーケンス図である。
まず、制御装置50が通信装置60に対して、受信した信号の信号強度を送信するように要求メッセージを送信する(ステップS11)。このとき、制御装置50は、要求メッセージを送信したときの送信信号強度を記録しておく(ステップS12)。
通信装置60は要求メッセージを受信すると、要求メッセージを受信した受信信号強度を測定する(ステップS13)。そして、測定した受信信号強度を含む応答メッセージを作成し(ステップS14)、制御装置50にその応答メッセージを送信する(ステップS15)。
制御装置50は応答メッセージを受信すると、応答メッセージに含まれる受信信号強度と記録しておいた送信信号強度から減衰量を求め、予め設定した閾値と比較する(ステップS16)。減衰量が閾値以上の場合は、ゲートを制御せずに処理を終了する。閾値は個人差を考慮して10dB〜20dBくらいで設定する。
減衰量が閾値よりも小さい場合は、ID認証処理を開始する。ID認証処理は、制御装置50が通信装置60に対して、通信装置60の保持するID情報を送信するように要求メッセージを送信することから始まる(ステップS17)。
通信装置60は要求メッセージを受信すると、ID情報を含む応答メッセージを作成し(ステップS18)、制御装置50にその応答メッセージを送信する(ステップS19)。
制御装置50は応答メッセージを受信すると、応答メッセージに含まれるID情報を用いて認証を行う(ステップS20)。認証が成功するとゲートにゲート制御信号を送信してゲートを開く(ステップS21)。
図7は、ゲート制御システム5の別の処理の流れを示すシーケンス図である。図6に示す処理では、制御装置50から通信装置60へ送信した信号の減衰量に基づいて誤作動を防止したが、図7に示す処理では、通信装置60から制御装置50へ送信した信号の減衰量に基づいて誤作動を防止する。
まず、制御装置50が通信装置60に対して、送信する信号の信号強度を送信するように要求メッセージを送信する(ステップS31)。
通信装置60は要求メッセージを受信すると、これから送信する信号の信号強度を含むメッセージを作成し(ステップS32)、制御装置50にその応答メッセージを送信する(ステップS33)。
制御装置50は応答メッセージを受信すると、応答メッセージを受信した受信信号強度を測定する(ステップS34)。そして、測定した受信信号強度と応答メッセージに含まれる送信信号強度から減衰量を求め、予め設定した閾値と比較する(ステップS35)。減衰量が閾値以上の場合は、ゲートを制御せずに処理を終了する。
減衰量が閾値よりも小さい場合は、ID認証処理を開始する。まず、制御装置50が通信装置60に対して、通信装置60の保持するID情報を送信するように要求メッセージを送信する(ステップS36)。
通信装置60は要求メッセージを受信すると、ID情報を含む応答メッセージを作成し(ステップS37)、制御装置50にその応答メッセージを送信する(ステップS38)。
制御装置50は応答メッセージを受信すると、応答メッセージに含まれるID情報を用いて認証を行う(ステップS39)。認証が成功するとゲートにゲート制御信号を送信してゲートを開く(ステップS40)。
なお、図6,7に示す両処理を併用し、制御装置50から通信装置60へ送信した信号の減衰量、通信装置60から制御装置50へ送信した信号の減衰量の両方を用いて誤作動を防止してもよい。この場合、減衰量の差が大きい場合には通信異常であるとしてゲートを閉じるなど考えられる。
また、図6に示す処理のみを行う場合は、制御装置50の測定部53は必要なく、図7に示す処理のみを行う場合は、制御装置50の記録部55、通信装置60の測定部63、受信レベル通知部64は必要ない。
送受信信号の減衰量を調べるためのメッセージ中にID情報を含め、減衰量の算出後に認証を行ってもよい。
以上説明したように、本実施の形態によれば、制御装置50が送信した送信信号の信号強度を記録し、その信号を受信した通信装置60が受信信号の信号強度を測定して制御装置50へ通知し、比較部54がその送受信信号の減衰量を求め、信号強度が閾値よりも大きい場合には、ゲートを開き、信号強度が閾値よりも小さい場合には、ゲートを閉じたままにすることで、送信装置20を保持しない利用者200に対してゲート30を開く誤作動が防止され、セキュリティを向上させることができる。また、通信装置60が送信した送信信号の信号強度を応答メッセージに含めて送信し、応答メッセージを受信した制御装置50がその信号強度を測定し、比較部54がその送受信信号の減衰量を求めてゲートを制御することでも、誤作動を防止し、セキュリティを向上させることができる。
なお、本実施の形態では、受信信号強度と閾値とを比較するのではなく、信号の減衰量と閾値とを比較するので、通信装置60の送信信号強度のバラツキにも柔軟に対応可能である。
1…ゲート制御システム
10…制御装置
11…電極
12…受信部
13…測定部
14…比較部
15…制御部
20…送信装置
21…電極
22…送信部
30…ゲート
31…仕切り板
5…ゲート制御システム
50…制御装置
51…電極
52…送受信部
53…測定部
54…比較部
55…記録部
56…制御部
57…ID認証部
60…通信装置
61…電極
62…送受信部
63…測定部
64…受信レベル通知部
65…ID通信部
80,90…通信装置
81A,81B…電極
100,200…利用者

Claims (4)

  1. 利用者が保持する通信装置とゲートに設置した制御装置との間で、電界伝達媒体に電界を誘起することで通信を行い、前記ゲートの開閉を制御する制御システムであって、
    前記通信装置は、
    前記制御装置が送信した信号を受信する受信手段と、
    前記受信手段が受信した信号の受信信号強度を測定する測定手段と、
    前記受信信号強度を含む信号を前記制御装置へ送信する第1送信手段と、を有し、
    前記制御装置は、
    前記通信装置へ信号を送信する第2送信手段と、
    前記第2送信手段が送信した信号の送信信号強度を記録する記録手段と、
    前記通信装置が送信する信号を受信する受信手段と、
    前記記録手段に記録した送信信号強度と前記受信手段が受信した信号に含まれる受信信号強度から信号の減衰量を求め、所定の閾値と比較する比較手段と、
    前記比較手段が比較した結果、前記減衰量が前記閾値よりも小さい場合、前記ゲートを開く制御手段と、
    を有することを特徴とする制御システム。
  2. 利用者が保持する通信装置とゲートに設置した制御装置との間で、電界伝達媒体に電界を誘起することで通信を行い、前記ゲートの開閉を制御する制御システムであって、
    前記通信装置は、
    前記制御装置へ送信信号強度を含む信号を送信する送信手段を有し、
    前記制御装置は、
    前記通信装置が送信する信号を受信する受信手段と、
    前記受信手段が受信した信号の受信信号強度を測定する測定手段と、
    前記受信手段が受信した信号に含まれる送信信号強度と前記測定手段が測定した受信信号強度から信号の減衰量を求め、所定の閾値と比較する比較手段と、
    前記比較手段が比較した結果、前記減衰量が前記閾値よりも小さい場合、前記ゲートを開く制御手段と、
    を有することを特徴とする制御システム。
  3. 利用者が保持する通信装置とゲートに設置した制御装置との間で、電界伝達媒体に電界を誘起することで通信を行い、前記ゲートの開閉を制御する制御方法であって、
    前記通信装置による、
    前記制御装置が送信した信号を受信するステップと、
    前記受信した信号の受信信号強度を測定するステップと、
    前記受信信号強度を含む信号を前記制御装置へ送信するステップと、を有し、
    前記制御装置による、
    前記通信装置へ信号を送信するステップと、
    前記通信装置へ送信した信号の送信信号強度を記録手段に記録するステップと、
    前記通信装置が送信する信号を受信するステップと、
    前記記録手段に記録した送信信号強度と前記受信した信号に含まれる受信信号強度から信号の減衰量を求め、所定の閾値と比較するステップと、
    前記比較するステップで比較した結果、前記減衰量が前記閾値よりも小さい場合、前記ゲートを開くステップと、
    を有することを特徴とする制御方法。
  4. 利用者が保持する通信装置とゲートに設置した制御装置との間で、電界伝達媒体に電界を誘起することで通信を行い、前記ゲートの開閉を制御する制御方法であって、
    前記通信装置による、
    前記制御装置へ送信信号強度を含む信号を送信するステップを有し、
    前記制御装置による、
    前記通信装置が送信する信号を受信するステップと、
    前記受信した信号の受信信号強度を測定するステップと、
    前記受信した信号に含まれる送信信号強度と前記測定した受信信号強度から信号の減衰量を求め、所定の閾値と比較するステップと、
    前記比較するステップで比較した結果、前記減衰量が前記閾値よりも小さい場合、前記ゲートを開くステップと、
    を有することを特徴とする制御方法。
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