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AT515014A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Zutrittskontrolle - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Zutrittskontrolle Download PDF

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Publication number
AT515014A1
AT515014A1 ATA856/2013A AT8562013A AT515014A1 AT 515014 A1 AT515014 A1 AT 515014A1 AT 8562013 A AT8562013 A AT 8562013A AT 515014 A1 AT515014 A1 AT 515014A1
Authority
AT
Austria
Prior art keywords
wake
electronic key
signal
access control
carrier frequency
Prior art date
Application number
ATA856/2013A
Other languages
English (en)
Inventor
Reinhard J Ing Enne
Original Assignee
Evva Sicherheitstechnologie
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 Evva Sicherheitstechnologie filed Critical Evva Sicherheitstechnologie
Priority to ATA856/2013A priority Critical patent/AT515014A1/de
Priority to ES14450047T priority patent/ES2732557T3/es
Priority to EP14450047.7A priority patent/EP2871616B1/de
Publication of AT515014A1 publication Critical patent/AT515014A1/de

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Abstract

Bei einem Verfahren zur Zutrittskontrolle insbesondere in Gebäuden, bei dem eine bidirektionale Datenübermittlung zwischen einem elektronischen Schlüssel und einer Zutrittskontrollvorrichtung stattfindet, wobei die Datenübermittlung das Aussenden eines Aufwecksignals durch die Zutrittskontrollvorrichtung und das Empfangen des Aufwecksignals in einer Empfangsschaltung des elektronischen Schlüssels umfasst, um den elektronischen Schlüssel aus einem Schlafmodus aufzuwecken und in einen Betriebsmodus zu schalten, wobei die Übermittlung des Aufwecksignals über eine kapazitive Kopplung zwischen dem elektronischen Schlüssel und der Zutrittskontrollvorrichtung erfolgt, wobei die Datenübermittlung nach dem Umschalten in den Betriebsmodus weiters ein Authentifizierungs- und/oder Identifizierungsprotokoll zur Feststellung der Zutrittsberechtigung des elektronischen Schlüssels umfasst, wobei in Abhängigkeit von der festgestellten Zutrittsberechtigung der Zutritt freigeben oder gesperrt wird, erfolgt das Aussenden des Aufwecksignals über eine erste Trägerfrequenz und die Durchführung des Authentifizierungs- und/oder Identifizierungsprotokolls über eine zweite Trägerfrequenz, wobei die erste und die zweite Trägerfrequenz voneinander verschieden sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Zutrittskontrolleinsbesondere in Gebäuden, bei dem eine bidirektionaleDatenübermittlung zwischen einem elektronischen Schlüssel undeiner Zutrittskontrollvorrichtung stattfindet, wobei dieDatenübermittlung das Aussenden eines Aufwecksignals durchdie Zutrittskontrollvorrichtung und das Empfangen desAufwecksignals in einer Empfangsschaltung des elektronischenSchlüssels umfasst, um den elektronischen Schlüssel aus einemSchlafmodus aufzuwecken und in einen Betriebsmodus zuschalten, wobei die Übermittlung des Aufwecksignals über einekapazitive Kopplung zwischen dem elektronischen Schlüssel undder Zutrittskontrollvorrichtung erfolgt, wobei dieDatenübermittlung nach dem Umschalten in den Betriebsmodusweiters ein Authentifizierungs- und/oderIdentifizierungsprotokoll zur Feststellung derZutrittsberechtigung des elektronischen Schlüssels umfasst,wobei in Abhängigkeit von der festgestelltenZutrittsberechtigung der Zutritt freigeben oder gesperrtwird.
Die Erfindung betrifft weiters eine Vorrichtung zurDurchführung dieses Verfahrens nach dem Oberbegriff desAnspruchs 12.
Ein Verfahren und eine Vorrichtungen dieser Art sind aus derEP 2584540 A2 bekannt geworden.
Unter elektronischen Schlüsseln werden nachfolgend unter¬schiedliche Ausbildungen von Identmedien verstanden, dieeinen elektronischen Code bzw. Identifikationsdatengespeichert haben, z.B. in der Form von Karten,Schlüsselanhängern und Kombinationen aus mechanischen undelektronischen Schlüsseln.
Der elektronische Schlüssel und ggf. die
Zutrittskontrollvorrichtung benötigen zur Stromversorgungeinen Energiespeicher, insbesondere eine Batterie. Damit diebatteriebetriebenen Komponenten bis zum Batteriewechsel einemöglichst lange Betriebsdauer haben, ist man bestrebt, denEnergieverbrauch zu minimieren.
Um Energie zu sparen, verfügen verschiedene Geräte über eineFunktion zur automatischen Teilabschaltung bei Inaktivität.Eine solche Funktion wird auch Bereitschaftsbetrieb, Standby-Betrieb oder Schlafmodus genannt. In diesem Zustand einestechnischen Gerätes ist dessen Nutzfunktion zwar temporärdeaktiviert, aber jederzeit und ohne Vorbereitungen oderlängere Wartezeiten wieder aktivierbar. Damit ersetzt derSchlafmodus nicht das vollständige Ausschalten des Geräts,sondern hilft, in der nutzungsfreien Zeit dieLeistungsaufnahme des Geräts zu senken.
Um den Energieverbrauch zu senken und die Batterielebensdauerentsprechend zu erhöhen, wird in der EP 2584540 A2 einVerfahren vorgeschlagen, bei dem der elektronische Schlüsselaus einem Schlafmodus aufgeweckt wird, um in einenBetriebsmodus zu gelangen, wobei in der
Zutrittskontrollvorrichtung eine Sendeschaltung zum Aussendeneines Aufwecksignals vorgesehen ist und im elektronischenSchlüssel während des Schlafmodus eine Empfangsschaltung zumEmpfangen des Aufwecksignals betrieben wird, wobei derAufweckvorgang folgende Schritte umfasst:
Aussenden eines Aufwecksignals durch die Sendeschaltungder Zutrittskontrollvorrichtung, insbesondere wenn sicheine Person der Zutrittskontrollvorrichtung nähert oderdiese berührt,
Empfangen des Aufwecksignals in der Empfangsschaltung deselektronischen Schlüssels,
Umschalten des elektronischen Schlüssels vom Schlafmodusin den Betriebsmodus.
Es wird bei schließtechnischen Einrichtungen somit eineStromsparfunktion dadurch realisiert, dass der elektronischeSchlüssel sich die meiste Zeit in einem Schlafmodus befindet,in dem lediglich eine Empfangsschaltung betrieben wird, diewenig Strom verbraucht und die dafür verantwortlich ist, denelektronischen Schlüssel in den Betriebsmodus umzuschalten,sobald ein Aufwecksignal einer zugehörigen
Zutrittskontrollvorrichtung dadurch empfangen wird, dass sichdie den elektronischen Schlüssel tragende Person derZutrittskontrollvorrichtung nähert oder diese berührt. Einebesonders effiziente Reduzierung des Stromverbrauchs ergibtsich, wie in der EP 2584540 A2 beschrieben, dadurch, dass dasAufwecksignal über eine kapazitive Kopplung übertragen wird.Für die Übermittlung des Aufwecksignals wird somit ein imWesentlichen elektrisches Nahfeld benutzt. Die Reichweite deselektrischen Nahfelds ist hierbei auf wenige Meter,insbesondere auf < lm begrenzt, sodass das Aufwecksignaltatsächlich nur den oder die elektronischen Schlüsselerreicht, die sich in unmittelbarer Nähe zurZutrittskontrollvorrichtung befinden. Da der Empfang einesAufwecksignals im elektronischen Schlüssel einenEnergieverbrauch verursacht, ergibt sich aus der begrenztenReichweite des kapazitiv übermittelten Signals der Vorteil,dass kein Energieverbrauch in Schlüsseln verursacht wird,deren Inhaber gar keine Zutrittsabsicht haben.
Nachteilig beim Stand der Technik ist jedoch der Umstand,dass der Aufweckprozess selbst auch bei Nutzung eines elektrischen Nahfelds einen Energieverbrauch verursacht, derinsbesondere bei oftmaliger Durchführung erheblich sein kann.
Die vorliegende Erfindung zielt daher darauf ab, denStromverbrauch für den Aufweckprozess zu reduzieren.
Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung bei einemVerfahren der eingangs genannten Art vor, dass das Aussendendes Aufwecksignals über eine erste Trägerfrequenz und dieDurchführung des Authentifizierungs- und/oderIdentifizierungsprotokolls über eine zweite Trägerfrequenzerfolgt, wobei die erste und die zweite Trägerfrequenzvoneinander verschieden sind. Dadurch, dass das Aufwecksignalüber eine eigene Trägerfrequenz übermittelt wird, kann dieEmpfangsschaltung des elektronischen Schlüssels allein anhandder Frequenz des empfangenen Signals feststellen, ob es sichum ein Aufwecksignal einer Zutrittskontrollvorrichtunghandelt. Es ist daher nicht zwingend erforderlich, dass eineDemodulierung des erhaltenen Signals erfolgt, um einenDatenstrom zu erhalten, der dann hinsichtlich des Vorliegenseiner Aufweckkennung ausgewertet wird. Vielmehr kann dasAufwecksignal als reine Trägerwelle mit der erstenTrägerfrequenz vorliegen.
Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass bei einer Schließanlagemit einer Mehrzahl von Zutrittskontrollvorrichtungen dieerste Trägerfrequenz in den einzelnen
Zutrittskontrollvorrichtungen untereinander verschieden ist.
Eine besondere Energieersparnis ergibt sich bevorzugtdadurch, dass die erste Trägerfrequenz niedriger ist als diezweite Trägerfrequenz. Insbesondere beträgt das Verhältnisvon zweiter Trägerfrequenz zu erster Trägerfrequenz wenigstens 6:5, bevorzugt wenigstens 4:3, besonders bevorzugtwenigstens 2:1.
Bevorzugt werden Frequenzen für die erste und die zweiteTrägerfrequenz eingesetzt, die keiner behördlichen Einzel-Frequenzzuweisung bzw. Genehmigung bedürfen. Bevorzugthandelt es sich dabei um Trägerfrequenzen in denFrequenzbereichen gemäß ISM (Industrial, Scientific andMedical Band). Es handelt sich dabei insbesondere um dieFrequenzbereiche 6,765 - 6,795 MHz, 13,553 - 13,567 MHz,26,957 - 27,283 MHz, 40,66 - 40,70 MHz, 433,05 - 434,79 MHzund 902 - 928 MHz.
Grundsätzlich beträgt die erste Trägerfrequenz bevorzugtweniger als 1 GHz, weil Bauteile mit einer Ausdehnung, wiesie übelicherweise bei Zutrittskontrollvorrichtungen zumEinsatz kommen (d.h. einige Zentimeter), bei höherenFrequenzen auf Grund der kürzeren Wellenlänge einenAntenneneffekt aufweisen können, wodurch es zur Abstrahlungvon elektromagnetischen Wellen kommen würde.
Erfindungsgemäß wird für die DatenübermittlungNahfeldkommunikation verwendet·.
Die Umschaltung des elektronischen Schlüssels in denBetriebsmodus kann bevorzugt dann erfolgen, wenn in derEmpfangsSchaltung ein Aufwecksignal mit einer der erstenTrägerfrequenz entsprechenden Frequenz detektiert wird,sodass keine weitere Auswertung des Aufwecksignals erfolgenmuss. Weiters kann bevorzugt so vorgegangen werden, dass dieAnzahl der in der Empfangsschaltung des elektronischenSchlüssels empfangenen Schwingungen des die ersteTrägerfrequenz aufweisenden Aufwecksignals erfasst wird und die Umschaltung des elektronischen Schlüssels in denBetriebsmodus erfolgt, wenn die Anzahl der detektiertenSchwingungen einen definierten Grenzwert überschreitet. Eserfolgt somit ein Aufsummieren der Schwingungen desAufwecksignals, sodass eine Auswertung erfolgen kann, wieviele Schwingungen in einem bestimmten Zeitintervallempfangen werden. Dies ermöglicht eine Aussage über dieQualität des erhaltenen Signals bzw. der kapazitiven Kopplungohne dass eine Demodulation erfolgen muss.
Alternativ oder zusätzlich kann das erhaltene Aufwecksignalaber auch nach anderen Parametern ausgewertet werden, um zuverhindern, dass der elektronische Schlüssel möglicherweiseirrtümlich allein auf Grund des Vorhandenseins der erstenTrägerfrequenz aufgeweckt wird. Dazu wird bevorzugt sovorgegangen, dass das Aufwecksignal gepulst ausgesendet wirdund die Umschaltung des elektronischen Schlüssels in denBetriebsmodus erfolgt, wenn das Pulsmuster des Aufwecksignalseinem vorgegebenen Muster entspricht.
Alternativ oder zusätzlich kann so vorgegangen werden, dassdas Aufwecksignal Frequenz- und/oder Amplitudenmodulationenaufweist. Diese sind somit in das Aufwecksignal eingeprägtund dienen als Erkennungsmerkmale, die vom Schlüssel erkanntwerden, damit nicht jedes Signal auf der Aufweckfrequenz desSchlüssels zu einem Aufwecken des Schlüssels führt, sodassder Stromverbrauch des Schlüssels besonders niedrig gehaltenwerden kann. Insbesondere kann das Aufwecksignal eine auf dasTrägerfrequenz aufmodulierte Kennung umfassen, wobei dasAufwecksignal in der Empfangsschaltung demoduliert wird,wobei die Umschaltung des elektronischen Schlüssels in denBetriebsmodus erfolgt, wenn die mit dem Aufwecksignalübermittelte und in der Empfangsschaltung empfangene Kennung einem vorgegebenen Wert entspricht. Durch die Übertragung derKennung kann gleichzeitig eine Identifizierung derZutrittskontrollVorrichtung erfolgen.
Die Empfangsschaltung des elektronischen Schlüssels mussgrundsätzlich nicht ständig empfangsbereit sein. Vielmehrkann die Empfangsschaltung bevorzugt so betrieben werden,dass sie während des Schlafmodus periodisch zwischen einemEmpfangsmodus, in dem sie empfangsbereit ist, und einemRuhemodus, in dem sie nicht empfangsbereit ist, hin- undhergeschaltet wird, wodurch der Stromverbrauch weiterreduziert werden kann. Bei der Empfangsschaltung kann es sichum die Sende-/Empfangseinrichtung des elektronischenSchlüssels handeln, über welche die Datenübertragung imBetriebsmodus erfolgt, oder es kann sich um eine gesonderte,besonders einfach gebaute und deshalb stromsparende Schaltunghandeln, die ausschließlich dem Empfang des Aufwecksignalsdient.
Bevorzugt wird der Zutrittskontrollvorrichtung dererfolgreiche Aufweckvorgang dadurch mitgeteilt, dass derelektronische Schlüssel nach Erreichen des Betriebsmodus eineBestätigungsnachricht an die Zutrittskontrollvorrichtungübermittelt.
Um auch auf der Seite der Zutrittskontrollvorrichtung Stromzu sparen, wird bevorzugt so vorgegangen, dass dasAufwecksignal periodisch ausgesendet wird. Das Aufwecksignalwird hierbei bevorzugt mehrmals pro Sekunde ausgesendet,damit der Aufweckvorgang keine große Verzögerung desZutrittsvorganges mit sich bringt.
Sobald der elektronische Schlüssel in den Betriebsmodusgewechselt ist, erfolgt die weitere Datenkommunikation überdie zweite Trägerfrequenz, wobei in der Regel einvorgegebenes Authentifizierungs- und/oderIdentifizierungsprotokoll durchgeführt wird, um dieGültigkeit der Kommunikationspartner und dieZutrittsberechtigung des Schlüssels zu überprüfen. DieAuthentifizierung kann eine "Challenge-Response"-Authentifizierung umfassen. Grundsätzlich kann die für dasAuthentifizierungs- und/oder Identifizierungsprotokollerforderliche bidirektionale Datenübertragung über beliebigeNah- oder Fernfeldkommunikationswege erfolgen. Beispielsweisekönnen die Daten über ein elektromagnetisches Feld, also perFunk übermittelt werden. Bevorzugt ist jedoch vorgesehen,dass die Durchführung des Authentifizierungs- und/oderIdentifizierungsprotokolls zumindest teilweise über einekapazitive Kopplung zwischen dem elektronischen Schlüssel undder Zutrittskontrollvorrichtung erfolgt, d.h. also über einim Wesentliches elektrisches Feld.
Die der Erfindung zugrunde liegende Idee der Verwendung vonunterschiedlichen Trägerfrequenzen kann in besondersvorteilhafter Weise auch für die Arbitrierung derKommunikation im Falle von mehreren
Zutrittskontrollvorrichtungen im Empfangsbereich eineselektronischen Schlüssels und/oder im Falle von mehrerenelektronischen Schlüsseln im Empfangsbereich einerZutrittskontrollvorrichtung genutzt werden. Zugriffskonfliktekönnen dabei besonders vorteilhaft dadurch gelöst werden,dass die Zutrittskontrollvorrichtung während derDatenkommunikation mit dem elektronischen Schlüssel einBesetztsignal über eine dritte Trägerfrequenz aussendet,wobei die dritte Trägerfrequenz von der ersten und der zweiten Trägerfrequenz verschieden ist. Bevorzugt übermitteltdie EmpfangsSchaltung des elektronischen Schlüssels beiDetektieren eines Besetztsignals keine weiteren Signale andie entsprechende Zutrittskontrollvorrichtung. DieZutrittskontrollvorrichtung arbeitet somit zum Beispielgleichzeitig auf der zweiten Trägerfrequenz und auf derdritten Trägerfrequenz, um all den anderen Schlüsseln imEmpfangsbereich zu signalisieren, dass diese für einezusätzliche Kommunikation gegenwärtig nicht zur Verfügungsteht. Auf diese Weise wird die laufende Kommunikation aufder zweiten Trägerfrequenz nicht durch Kommunikationsversucheanderer Schlüssel gestört.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wirdeine Vorrichtung vorgeschlagen, umfassend eineZutrittskontrollvorrichtung und einen elektronischenSchlüssel, die jeweils eine Sende-/Empfangseinrichtungaufweisen, um eine bidirektionale Datenübermittlung zwischendem elektronischen Schlüssel und der
Zutrittskontrollvorrichtung zu ermöglichen, wobei derelektronische Schlüssel einen Speicher fürIdentifikationsdaten aufweist, der mit der Sende-/Empfangseinrichtung des Schlüssels zur Durchführung einesAuthentifizierungs- und/oder Identifizierungsprotokollszusammenwirkt, wobei die Zutrittskontrollvorrichtung eineAuswerteschaltung zur Feststellung der Zutrittsberechtigungauf Grund des Authentifizierungs- und/oder
Identifizierungsprotokolls aufweist, um den Zutritt wahlweisefreizugeben oder zu sperren, wobei die Sende-/Empfangseinrichtung der Zutrittskontrollvorrichtung zumAussenden eines Aufwecksignals ausgebildet ist und imelektronischen Schlüssel eine Empfangsschaltung zum Empfangendes Aufwecksignals während eines Schlafmodus vorgesehen ist, wobei die Empfangsschaltung mit einer Aufweckschaltungzusammenwirkt, um den elektronischen Schlüssel vomSchlafmodus in einen Betriebsmodus umzuschalten, wenn dieEmpfangsschaltung das Aufwecksignal empfängt, wobei dieSende-/Empfangseinrichtung des elektronischen Schlüssels undder Zutrittskontrollvorrichtung jeweils ein wenigstens einekapazitive Koppelfläche aufweisendes kapazitivesDatenübertragungsmodul aufweist, wobei die Übermittlung desÄufwecksignals über eine kapazitive Kopplung zwischen demelektronischen Schlüssel und der Zutrittskontrollvorrichtungerfolgt. Die Erfindung sieht dabei vor, dass die Sende-/Empfangseinrichtung der Zutrittskontrollvorrichtungausgebildet ist, um das Aufwecksignal über eine ersteTrägerfrequenz auszusenden und um das Authentifizierungs-und/oder Identifizierungsprotokoll über eine zweiteTrägerfrequenz durchzuführen, wobei die erste und die zweiteTrägerfrequenz voneinander verschieden sind.
Bevorzugte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtungsind in den Unteransprüchen definiert.
Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass der elektronischeSchlüssel Verarbeitungsmittel aufweist, die mit der Sende-/Empfangseinrichtung Zusammenwirken und so eingerichtet sind,dass die Sende-/Empfangseinrichtung nach Erreichen desBetriebsmodus eine Bestätigungsnachricht an dieZutrittskontrollvorrichtung übermittelt. DieVerarbeitungsmittel können beispielsweise von einem aus demStand der Technik bekannten Mikrokontroller gebildet sein.
Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die
Zutrittskontrollvorrichtung Verarbeitungsmittel aufweist, diemit der Sende-/Empfangsschaltung Zusammenwirken und so eingerichtet sind, dass das Aufwecksignal periodischausgesendet wird.
Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die Verarbeitungsmittelso eingerichtet sind, dass das Aufwecksignal Frequenz-und/oder Amplitudenmodulationen aufweist. Diese sind somit indas Aufwecksignal eingeprägt und dienen als
Erkennungsmerkmale, die vom Schlüssel erkannt werden, damitnicht jedes Signal auf der Aufweckfrequenz des Schlüssels zueinem Aufwecken des Schlüssels führt, sodass derStromverbrauch des Schlüssels besonders niedrig gehaltenwerden kann.
Grundsätzlich kann vorgesehen sein, dass die Sende-/Empfangseinrichtung des elektronischen Schlüssels und derZutrittskontrollvorrichtung jeweils ein Funkübertragungsmodulund ein kapazitiv arbeitendes Datenübertragungsmodul und eineSteuerschaltung aufweisen, die eingerichtet ist, um Daten imZuge des Authentifizierungs- und/oderIdentifizierungsprotokolls in Abhängigkeit vonSteuerinformationen entweder über das Funkübertragungsmoduloder über das kapazitive Datenübertragungsmodul oder überbeide Module zu empfangen oder zu senden.
Bevorzugt werden aber sowohl das Aufwecksignal als auch dieim Rahmen des Authentifizierungs- und/oderIdentifizierungsprotokolls ausgetauschten Daten über einekapazitive Kopplung übermittelt. In diesem Fall ist bevorzugtvorgesehen, dass das kapazitive Datenübertragungsmodul derZutrittskontrollvorrichtung wenigstens zwei Koppelelektrodenaufweist, die mit der Sende-/Empfangseinrichtung derZutrittskontrollvorrichtung derart Zusammenwirken, dass dasAufwecksignal, die für das Authentifizierungs- und/oder
Identifizierungsprotokolls erforderlichen Daten und ggf. dasBesetztsignal über die zwei Koppelelektroden ausgesendetwerden. Es werden somit die gleichen Elektroden für dieSignalaussendung über alle Trägerfrequenzen verwendet.
Eine vorteilhafte Ausbildung ergibt sich, wenn wenigstenseine Elektrode der Koppelkapazität der
Zutrittskontrollvorrichtung in eine Betätigungseinrichtungder Zutrittskontrollvorrichtung, insbesondere in einen Knaufoder einen Drücker integriert ist oder diesen ausbildet.Bevorzugt ist eine weitere Elektrode der Koppelkapazität derZutrittskontrollvorrichtung in einen Beschlag derZutrittskontrollvorrichtung integriert. Insbesondere kann dasBeschlagsschild als die eine Elektrode und der zugehörigeDrücker oder Knauf als die zweite Elektrode derKoppelkapazität ausgebildet sein.
Die zwei Koppelelektroden des elektronischen Schlüssels sindbevorzugt parallel zueinander angeordnet. Dadurch ergibt sichbei der dem Körper des Benutzers zugewandten Elektrode einebesonders gute kapazitive Kopplung mit dem Körper, wobei diedem Körper abgewandte Elektrode gut in die Umgebung koppelt.
Die Aufweckschaltung des elektronischen Schlüssels kannbevorzugt als im Wesentlichen analoger Schaltkreisausgebildet sein. Es ist aber auch eine Ausbildung alsdigitaler Schaltkreis oder als gemischter Schaltkreis mitanalogen und digitalen Bauelementen möglich.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnungdargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Indieser zeigen Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel, bei dem dieDatenübermittlung zwischen einem elektronischen Schlüssel und einer Zutrittskontrollvorrichtung kapazitiv erfolgt, Fig. 2ein Ablaufschema der Datenübertragung zwischen demelektronischen Schlüssel und der Zutrittskontrollvorrichtungund Fig. 3 bis 5 verschiedene Betriebsmodi derZutrittskontrollvorrichtung im Zusammenwirken mit demelektronischen Schlüssel.
In Fig. 1 ist die Zutrittskontrollvorrichtung mit 1 und derelektronische Schlüssel mit 2 bezeichnet. DieZutrittskontrollvorrichtung 1 umfasst eine Sende-/Empfangseinrichtung 3 mit einem kapazitivenDatenübertragungsmodul 4, welches Daten über eine kapazitiveKopplung überträgt. Das kapazitive Datenübertragungsmodul 4umfasst eine Koppelkapazität z.B. in der Form einesKondensators mit wenigstens einer Koppelelektrode. Die vonder Sende-/Empfangseinrichtung 3 über eine kapazitiveKopplung mit dem Schlüssel 2 erhaltenen Daten werdenVerarbeitungsmitteln in der Form eines Mikrokontrollers 5zugeführt, in dem die Daten verarbeitet werden. ImMikrokontroller 5 ist eine Auswerteschaltung 6 realisiert,mit welcher festgestellt wird, ob sich aus den vom Schlüssel2 empfangenen Identifikationsdaten eine Zutrittsberechtigungergibt. Bei positiver Überprüfung der Zutrittsberechtigungsteuert der Mikrokontroller 5 ein Freigabeelement 7 an,sodass ein Sperrglied einer nicht dargestelltenSchließeinrichtung freigegeben wird.
Im Zuge eines Zutrittswunsches erfolgt eine bidirektionaleÜbertragung von Daten zwischen dem Schlüssel 2 und derZutrittskontrollvorrichtung 1. Eine bidirektionale Verbindungist beispielsweise für die erfindungsgemäße Aufweckfunktion,für den Austausch von Authentifizierungsdaten beim Aufbaueiner sicheren Verbindung zwischen dem Schlüssel 2 und der
Zutrittskontrollvorrichtung 1 und für den Austausch vonStatusdaten und Prüfdaten od. dgl. erforderlich. Die für dieVersendung von der Zutrittskontrollvorrichtung 1 an denSchlüssel 2 vorgesehenen Daten, wie z.B. das Aufwecksignal,werden in dem Mikrokontroller 5 generiert und aufbereitet undder Sende-/Empfangseinrichtung 3 zugeführt. Eine in derSende-/Empfangseinrichtung 3 ausgebildete Schaltung ist dabeidafür verantwortlich, eine Trägerfrequenz zu generieren, mitwelcher die Signale ausgesendet werden. Auch die Signalstärkekann angepasst werden, wobei die genannte Schaltunggrundsätzlich auch im Mikrokontroller 5 vorgesehen sein kann.Die Schaltung ist derart angepasst, dass die Sende-/Empfangseinrichtung 3 ein Aufwecksignal über eine ersteTrägerfrequenz an den elektronischen Schlüssel 2 übermitteltund dass sie die für die Durchführung eines
Authentifizierungs- und/oder Identifizierungsprotokolls zurFeststellung der Zutrittsberechtigung erforderlichen Datenüber eine zweite Trägerfrequenz übermittelt.
Der elektronische Schlüssel 2 weist ebenfallsVerarbeitungsmittel in der Form eines Mikrokontrollers 8 undeine mit dem Mikrokontroller 8 verbundene Sende-/Empfangseinrichtung 9 mit einem kapazitivenDatenübertragungsmodul 10 auf. Der Mikrokontroller umfassteinen Speicher 11 für Identifikationsdaten.
Zur Realisierung der erfindungsgemäßen Aufweckfunktion weistder elektronische Schlüssel 2 eine Empfangsschaltung 12 auf,die einfach aufgebaut ist und daher sehr wenig Stromverbraucht. Diese Empfangsschaltung 12 ist entweder dauerhaftim empfangsbereiten Zustand oder wechselt periodisch zwischeneinem empfangsbereiten und einem nicht-empfangsbereitenZustand hin und her. Die Empfangsschaltung 12 wirkt mit einer
Aufweckschaltung 13 zusammen, die bei Empfang einesAufwecksignals durch die Empfangsschaltung 12 dafür sorgt,dass die restlichen Komponenten des Schlüssels 2 aufgeweckt,d.h. in den Betriebsmodus umgeschaltet werden.
Im Zuge eines Zutrittswunsches kann die im nachfolgendenBeispiel (Fig. 2) angegebene Datenkommunikation stattfinden.Die Zutrittskontrollvorrichtung (z.B. im Beschlag integriert)sendet zu Beginn periodisch ein Aufwecksignal für einenelektronischen Schlüssel (z.B. ein Identmedium) auf einerersten Trägerfrequenz aus. Sobald ein Identmedium diesesSignal erfolgreich erkennt, wird von beiden Seiten aktiv eineKommunikation aufgebaut, wobei die Datenübermittlung in derFolge über eine zweite Trägerfrequenz erfolgt, die von derersten Trägerfrequenz verschieden ist. Fig. 2 zeigt denAblauf einer Datenübertragung. Der Beschlag sendet zu Beginnein Aufwecksignal, um das Identmedium aufzuwecken, d.h. inden Betriebsmodus umzuschalten und um festzustellen, ob dasIdentmedium sich in der Nähe befindet und betriebsbereit ist.Sobald das Identmedium dieses Signal erfolgreich erkennt,sendet es ein Acknowledge-Signal (ACK) zurück zum Beschlag.Darauf erfolgt eine "Challenge-Response"-Authentifizierung:
Am Ende hat sowohl der Beschlag als auch das Identmediumerfolgreich erkannt, dass der jeweilige Gesprächspartnergültig ist. Unvollständige Daten, eine zu lange Wartezeit aufdie Response und ungültige Daten führen sofort zu einemKommunikationsabbruch.
In weiterer Folge kann ein 8 Byte Session-Schlüssel (SK) aufbeiden Seiten generiert werden. Diese werden über einenfestgelegten Berechnungsalgorithmus aus RndNrI und RndNrBgeneriert. Durch die Verwendung der generierten Zufallszahlenist sichergestellt, dass bei jeder Authentifizierung einanderer Schlüssel verwendet wird, welches Replay-Attackenausschließt und Hack-Versuche die geheimen Schlüssel SI undSB zu errechnen sehr aufwendig gestaltet. Der Session-Schlüssel dient dazu, um in weiterer Folge Datenverschlüsselt auszutauschen (siehe Fig. 2 „Session"). Diesesind nötig um Informationen wie z.B. Batteriestatus,Schlüssel, usw. zu lesen bzw. zu schreiben und sind beliebigerweiterbar. Eine Session wird durch ein End-Of-SessionSignal (EOS) beendet. Ein Verbindungsabbruch, zu langeBerechnungszeiten und eine zu große Anzahl von
Versuchswiederholungen führen automatisch zu einer Beendigungder Session. Nach einer Beendigung der Session, sowie durchein EOS Signal als auch durch einen Fehler, muss der Session-Schlüssel neu erzeugt werden.
In den Fig. 3 bis 5 sind verschiedene Betriebsmodi derZutrittskontrollvorrichtung 1 im Zusammenwirken mit demelektronischen Schlüssel 2 dargestellt. DieZutrittskontrollvorrichtung 1 ist jeweils in einen Beschlagsamt Drücker integriert, wobei das integrierte kapazitiveDatenübertragungsmodul eine erste Koppelelektrode El und einezweite Koppelelektrode E2 umfasst. Die erste KoppelelektrodeEl ist an oder im Beschlagsschild angeordnet oder wird vondiesem ausgebildet. Die zweite Koppelelektrode E2 ist an oderim Drücker angeordnet oder wird von diesem ausgebildet. Derelektronische Schlüssel 2 ist als tragbares Identmediumausgebildet, und weist ein kapazitives Datenübertragungsmodulmit einer dritten Koppelelektrode E3 und einer viertenKoppelelektrode E4 auf. Die beiden Koppelelektroden E3 und E4sind plattenförmig ausgebildet und parallel zueinanderangeordnet.
In Fig. 3 ist ein Betriebsmodus dargestellt, in dem dieZutrittskontrollvorrichtung über eine kapazitive Kopplung mitdem Identmedium ein gepulstes Aufwecksignal aussendet, wobeijeder Aufweckpuls eine Mehrzahl von bevorzugt unmoduliertenSchwingungen auf der Trägerfrequenz fl umfasst.
In Fig. 4 ist ein Betriebsmodus dargestellt, in dem dieZutrittskontrollvorrichtung und das Identmedium über eineTrägerfrequenz f2 miteinander kommunizieren, um einAuthentifizierungs- und/oder Identifizierungsprotokolldurchzuführen.
In Fig. 5 ist ein Betriebsmodus dargestellt, in dem dieZutrittskontrollvorrichtung und das Identmedium wie in Fig. 4miteinander über eine Trägerfrequenz f2 kommunizieren, wobeidie Zutrittskontrollvorrichtung aber gleichzeitig einBesetztsignal über eine Trägerfrequenz f3 aussendet, welchesanderen Identmedien in der Umgebung signalisiert, dass dieZutrittskontrollvorrichtung nicht für eine Kommunikation zurVerfügung steht.
Die Trägerfrequenzen fl, f2 und f3 können jeweils in denBereichen 6,765 - 6,795 MHz, 13,553 - 13,567 MHz, 26,957 -27,283 MHz, 40,66 - 40,70 MHz, 433,05 - 434,79 MHz und 902 -928 MHz liegen, wobei die Trägerfrequenzen fl, f2 und f3jedoch in voneinander verschiedenen Bereichen liegen. Soliegt die Trägerfrequenz fl beispielsweise im Bereich13,553 - 13,567 MHz, die Trägerfrequenz f2 beispielsweise imBereich 26,957 - 27,283 MHz und die Trägerfrequenz f3beispielsweise im Bereich 40,66 - 40,70 MHz.

Claims (24)

  1. Patentansprüche: 1. Verfahren zur Zutrittskontrolle insbesondere inGebäuden, bei dem eine bidirektionale Datenübermittlungzwischen einem elektronischen Schlüssel und einerZutrittskontrollvorrichtung stattfindet, wobei dieDatenübermittlung das Aussenden eines Aufwecksignals durchdie Zutrittskontrollvorrichtung und das Empfangen desAufwecksignals in einer Empfangsschaltung des elektronischenSchlüssels umfasst, um den elektronischen Schlüssel aus einemSchlafmodus aufzuwecken und in einen Betriebsmodus zuschalten, wobei die Übermittlung des Aufwecksignals über einekapazitive Kopplung zwischen dem elektronischen Schlüssel undder Zutrittskontrollvorrichtung erfolgt, wobei dieDatenübermittlung nach dem Umschalten in den Betriebsmodusweiters ein Authentifizierungs- und/oderIdentifizierungsprotokoll zur Feststellung derZutrittsberechtigung des elektronischen Schlüssels umfasst,wobei in Abhängigkeit von der festgestelltenZutrittsberechtigung der Zutritt freigeben oder gesperrtwird, dadurch gekennzeichnet, dass das Aussenden desAufwecksignals über eine erste Trägerfrequenz und dieDurchführung des Authentifizierungs- und/oderIdentifizierungsprotokolls über eine zweite Trägerfrequenzerfolgt, wobei die erste und die zweite Trägerfrequenzvoneinander verschieden sind.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dassdie erste Trägerfrequenz niedriger ist als die zweiteTrägerfrequenz.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurchgekennzeichnet, dass das Verhältnis von zweiter Trägerfrequenz zu erster Trägerfrequenz wenigstens 6:5,bevorzugt wenigstens 4:3, besonders bevorzugt wenigstens 2:1beträgt.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurchgekennzeichnet, dass die erste Trägerfrequenz und ggf. diezweite Trägerfrequenz in den Frequenzbereichen gemäß ISM(Industrial, Scientific and Medical Band) liegt, insbesonderein den Frequenzbereichen 6,765 - 6,795 MHz, 13,553 - 13,567MHz, 26,957 - 27,283 MHz, 40,66 - 40,70 MHz, 433,05 - 434,79MHz und 902 - 928 MHz.
  5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche.1 bis 4, dadurchgekennzeichnet, dass die Umschaltung des elektronischenSchlüssels in den Betriebsmodus erfolgt, wenn in derEmpfangsschaltung ein Aufwecksignal mit einer der erstenTrägerfrequenz entsprechenden Frequenz detektiert wird.
  6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurchgekennzeichnet, dass die Anzahl der in der Empfangsschaltungdes elektronischen Schlüssels empfangenen Schwingungen desdie erste Trägerfrequenz aufweisenden Aufwecksignals erfasstwird und die Umschaltung des elektronischen Schlüssels in denBetriebsmodus erfolgt, wenn die Anzahl der detektiertenSchwingungen einen definierten Grenzwert überschreitet.
  7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurchgekennzeichnet, dass das Aufwecksignal gepulst ausgesendetwird und die Umschaltung des elektronischen Schlüssels in denBetriebsmodus erfolgt, wenn das Pulsmuster des Aufwecksignalseinem vorgegebenen Muster entspricht.
  8. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurchgekennzeichnet, dass das Aufwecksignal eine auf dasTrägerfrequenz aufmodulierte Kennung umfasst und in derEmpfangsschaltung demoduliert wird, wobei die Umschaltung deselektronischen Schlüssels in den Betriebsmodus erfolgt, wenndie mit dem Aufwecksignal übermittelte und in derEmpfangsschaltung empfangene Kennung einem vorgegebenen Wertentspricht.
  9. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurchgekennzeichnet, dass die Durchführung des Authentifizierungs-und/oder Identifizierungsprotokolls zumindest teilweise übereine kapazitive Kopplung zwischen dem elektronischenSchlüssel und der Zutrittskontrollvorrichtung erfolgt.
  10. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurchgekennzeichnet, dass die Empfangsschaltung während desSchlafmodus periodisch zwischen einem Empfangsmodus, in demsie empfangsbereit ist, und einem Ruhemodus, in dem sie nichtempfangsbereit ist, hin- und hergeschaltet wird.
  11. 11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurchgekennzeichnet, dass die Zutrittskontrollvorrichtung währendder Datenkommunikation mit dem elektronischen Schlüssel einBesetztsignal über eine dritte Trägerfrequenz aussendet,wobei die dritte Trägerfrequenz von der ersten und derzweiten Trägerfrequenz verschieden ist.
  12. 12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dassdie Empfangsschaltung des elektronischen Schlüssels beiDetektieren eines Besetztsignals keine weiteren Signale andie entsprechende Zutrittskontrollvorrichtung übermittelt.
  13. 13. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einemder Ansprüche 1 bis 12, umfassend eineZutrittskontrollvorrichtung und einen elektronischenSchlüssel, die jeweils eine Sende-/Empfangseinrichtungaufweisen, um eine bidirektionale Datenübermittlung zwischendem elektronischen Schlüssel und der Zutrittskontrollvorrichtung zu ermöglichen, wobei derelektronische Schlüssel einen Speicher fürIdentifikationsdaten aufweist, der mit der Sende-/Empfangseinrichtung des Schlüssels zur Durchführung einesAuthentifizierungs- und/oder Identifizierungsprotokollszusammenwirkt, wobei die Zutrittskontrollvorrichtung eineAuswerteschaltung zur Feststellung der Zutrittsberechtigungauf Grund des Authentifizierungs- und/oder Identifizierungsprotokolls aufweist, um den Zutritt wahlweisefreizugeben oder zu sperren, wobei die Sende-/Empfangseinrichtung der Zutrittskontrollvorrichtung zumAussenden eines Aufwecksignals ausgebildet ist und imelektronischen Schlüssel eine Empfangsschaltung zum Empfangendes Aufwecksignals während eines Schlafmodus vorgesehen ist,wobei die Empfangsschaltung mit einer Aufweckschaltungzusammenwirkt, um den elektronischen Schlüssel vomSchlafmodus in einen Betriebsmodus umzuschalten, wenn dieEmpfangsSchaltung das Aufwecksignal empfängt, wobei dieSende-/Empfangseinrichtung des elektronischen Schlüssels undder Zutrittskontrollvorrichtung jeweils ein wenigstens einekapazitive Koppelfläche aufweisendes kapazitivesDatenübertragungsmodul aufweist, wobei die Übermittlung desAufwecksignals über eine kapazitive Kopplung zwischen demelektronischen Schlüssel und der Zutrittskontrollvorrichtungerfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass die Sende-/Empfangseinrichtung der Zutrittskontrollvorrichtungausgebildet ist, um das Aufwecksignal über eine erste Trägerfrequenz auszusenden und um das Authentifizierungs-und/oder Identifizierungsprotokoll über eine zweiteTrägerfrequenz durchzuführen, wobei die erste und die zweiteTrägerfrequenz voneinander verschieden sind.
  14. 14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,dass die erste Trägerfrequenz niedriger ist als die zweiteTrägerfrequenz.
  15. 15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet,dass das Verhältnis von zweiter Trägerfrequenz zu ersterTrägerfrequenz wenigstens 6:5, bevorzugt wenigstens 4:3,besonders bevorzugt wenigstens 2:1 beträgt.
  16. 16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurchgekennzeichnet, dass die erste Trägerfrequenz und ggf. diezweite Trägerfrequenz in den Frequenzbereichen gemäß ISM(Industrial, Scientific and Medical Band) liegt, insbesonderein den Frequenzbereichen 6,765 - 6,795 MHz, 13,553 - 13,567MHz, 26,957 - 27,283 MHz, 40,66 - 40,70 MHz, 433,05 - 434,79MHz und 902 - 928 MHz.
  17. 17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurchgekennzeichnet, dass die Aufweckschaltung ausgebildet ist, umden elektronischen Schlüssel in den Betriebsmodusumzuschalten, wenn in der Empfangsschaltung ein Aufwecksignalmit einer der ersten Trägerfrequenz entsprechenden Frequenzdetektiert wird.
  18. 18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurchgekennzeichnet, dass die Aufweckschaltung ausgebildet ist, umdie Anzahl der in der Empfangsschaltung des elektronischenSchlüssels empfangenen Schwingungen des die ersten Trägerfrequenz aufweisenden Aufwecksignals zu erfassen undden elektronischen Schlüssel in den Betriebsmodusumzuschalten, wenn die Anzahl der detektierten Schwingungeneinen definierten Grenzwert überschreitet.
  19. 19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurchgekennzeichnet, dass die Sende-/Empfangseinrichtung derZutrittskontrollvorrichtung ausgebildet ist, um dasAufwecksignal gepulst auszusenden und die Aufweckschaltungbevorzugt ausgebildet ist, um den elektronischen Schlüssel inden Betriebsmodus umzuschalten, wenn das Pulsmuster desAufwecksignals einem vorgegebenen Muster entspricht.
  20. 20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurchgekennzeichnet, dass die Sende-/Empfangseinrichtung derZutrittskontrollvorrichtung einen Modulator umfasst, um eineKennung auf die Trägerfrequenz des Aufwecksignalsaufzumodulieren, und dass die Empfangsschaltung einenDemodulator zum Demodulieren des Aufwecksignals umfasst,wobei die Umschaltung des elektronischen Schlüssels in denBetriebsmodus erfolgt, wenn die mit dem Aufwecksignalübermittelte und in der Empfangsschaltung empfangene Kennungeinem vorgegebenen Wert entspricht.
  21. 21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 20, dadurchgekennzeichnet, dass das kapazitive Datenübertragungsmoduldes elektronischen Schlüssels und der Zutrittskontrollvorrichtung jeweils ausgebildet sind, um dasAuthentifizierungs- und/oder Identifizierungsprotokollzumindest teilweise über eine kapazitive Kopplung zwischendem elektronischen Schlüssel und derZutrittskontrollvorrichtung durchzuführen.
  22. 22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 21, dadurchgekennzeichnet, dass die EmpfangsSchaltung während desSchlafmodus periodisch zwischen einem Empfangsmodus, in demsie empfangsbereit ist, und einem Ruhemodus, in dem sie nichtempfangsbereit ist, hin- und hergeschalten wird.
  23. 23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 22, dadurchgekennzeichnet, dass die Zutrittskontrollvorrichtungausgebildet ist, um während der Datenkommunikation mit demelektronischen Schlüssel ein Besetztsignal über eine dritteTrägerfrequenz auszusenden, wobei die dritte Trägerfrequenzvon der ersten und der zweiten Trägerfrequenz verschiedenist.
    24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet,dass die Empfangsschaltung des elektronischen Schlüsselsausgebildet ist, um bei Detektieren eines Besetztsignalskeine weiteren Signale an die entsprechendeZutrittskontrollvorrichtung zu übermitteln. 23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 22, dadurchgekennzeichnet, dass die Empfangsschaltung des elektronischenSchlüssels von der Sende-/Empfangseinrichtung deselektronischen Schlüssels gesondert ausgebildet ist.
  24. 24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 23, dadurchgekennzeichnet, dass das kapazitive Datenübertragungsmodulder Zutrittskontrollvorrichtung wenigstens zweiKoppelelektroden aufweist, die mit der Sende-/Empfangseinrichtung der Zutrittskontrollvorrichtung derartZusammenwirken, dass das Aufwecksignal, die für dasAuthentifizierungs- und/oder Identifizierungsprotokolls erforderlichen Daten und ggf. das Besetztsignal über die zweiKoppelelektroden ausgesendet werden.
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