EP3959483A1 - Zugangskontrollsystem und verfahren zum betreiben eines zugangskontrollsystems - Google Patents
Zugangskontrollsystem und verfahren zum betreiben eines zugangskontrollsystemsInfo
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- EP3959483A1 EP3959483A1 EP20720061.9A EP20720061A EP3959483A1 EP 3959483 A1 EP3959483 A1 EP 3959483A1 EP 20720061 A EP20720061 A EP 20720061A EP 3959483 A1 EP3959483 A1 EP 3959483A1
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- G07C9/22—Individual registration on entry or exit involving the use of a pass in combination with an identity check of the pass holder
Definitions
- the technology described here relates generally to an access control system that allows an authorized user access to a restricted area in a building.
- Embodiments of the technology relate in particular to a
- Access control system with a transmitting and receiving device for radio signals and a method for operating such an access control system.
- Access control systems can be designed in the most varied of ways.
- the refinements can relate, for example, to the way in which users (persons) have to identify themselves as authorized to access, e.g. B. with a key, a magnetic, chip or RFID card or a mobile electronic device (z. B. mobile phone).
- WO 2010/112586 A1 describes an access control system in which a mobile phone carried by a user sends an identification code to an access node.
- the access node sends an access code to the mobile phone, which shows the access code on a display. If the user holds the mobile phone up to a camera so that it can capture the displayed access code, the access control system checks whether the captured access code is valid. If it is valid, the user is granted access.
- One aspect of such a technology relates to a method of operating a system for controlling access to a restricted-access zone in a building, in which a lock separates the restricted-access zone from a public zone.
- the system comprises radio devices which are each arranged at a fixed distance from the lock and which define a monitoring area.
- Radio devices are designed for radio communication with mobile telephony devices that are within radio range and assigned to users, a first mobile telephony device at a first position of a first user being at a distance from each of the radio devices.
- a control device of the system is communicatively connected to a building device, and a data storage device stores processing instructions for situation-specific calibration modes.
- a signal processing device is connected to the data storage device, the radio devices and the control device
- the procedure evaluates radio communication in
- Situation indicator that shows the prevailing radio situation there.
- An indicator for a received signal field strength based on a radio communication with the first mobile radio device is recorded for each radio device.
- the method selects a calibration mode assigned to the situation indicator and reads it
- a current position of the first mobile radio device is recorded as a function of the
- Another aspect of the technology relates to a system for controlling access to a restricted area in a building.
- the system includes
- Radio devices that are each arranged at a fixed distance from the lock and define a monitoring area.
- the radio devices are designed for radio communication with mobile telephony devices that are within radio range and assigned to users, a first mobile telephony device at a first position of a first user being at a distance from each of the radio devices.
- the control device of the system is communicatively connected to a building device, and a data storage device stores processing instructions for situation-specific calibration modes.
- a signal processing device is connected to the data storage device, the radio devices and the control device communicatively connected.
- the signal processing device is designed to evaluate the radio communication in the monitoring area and to determine at least one situation indicator therefrom, which indicates a radio situation prevailing in the monitoring area.
- the signal processing device is designed to detect an indicator for a received signal field strength based on a radio communication with the first mobile radio device for each radio device and to select the calibration mode assigned to the at least one situation indicator.
- Signal processing device is also designed that the selected
- Mobile radio device as a function of the detected received signal field strength indicators according to the read processing instructions.
- the technology described here creates an access control system in which, in order to determine the position, it is first assessed which radio situation is in the
- the calibration mode determines the processing instructions with which the current position of a user is determined. This allows flexible adaptation of the position determination to the
- the radio signal therefore propagates differently in such a situation than during a reference situation with a single user moving along a defined reference path.
- Processing instructions which are based on this reference situation therefore deliver, among other things. U. not the most accurate position determination.
- a calibration mode can therefore be selected that takes the high traffic volume into account. If, on the other hand, the traffic volume is low, the processing instructions can be based on the reference situation.
- the number of users can also indicate the number of active mobile radio devices present in the surveillance area.
- the number of wireless devices can be can therefore be selected as a situation indicator in one embodiment.
- the number of mobile radio devices or in addition, depending on the configuration of the
- Access control system e.g. B. depending on the conditions in the building, at least one of the following situation indicators can be selected: a mobile radio device type, a spatial orientation of a mobile radio device, an entry point of the user in the surveillance area, sensor data generated by a mobile radio device, a time, a number of radio devices, an im Access control system available
- RSSI Received Signal Strength Indicator
- BLE Bluetooth Low Energy
- radio signals are sent and evaluated in accordance with Bluetooth technology, in particular BLE technology. This is an advantage mainly because this technology is used in
- Mobile radio devices is usually available and users can use the device they are familiar with in connection with the access control system. This is done in a convenient way for a user because, for example, the user is not familiar with the
- the data storage device stores data determined in a calibration phase which can be read in an application phase.
- the data relate, for example, to a radio signal strength reference value which was determined in the calibration phase from radio communication between one of the radio devices and a reference mobile radio device arranged at a reference distance for this purpose.
- the data can also be a reference radio signal pattern as a function of a position of the reference mobile radio device concern, wherein the reference radio signal pattern was determined from the radio communication of the radio devices with the reference mobile radio device in the calibration phase.
- the data can relate to a loss coefficient determined in the calibration phase for each of the radio devices as a function of the reference position of the reference mobile radio device.
- first processing instructions for a first calibration mode can determine the position according to FIG.
- NA is a number of radio devices and di (p) is a Euclidean distance between an i-th radio device (6) and a variable position (p) of the user (4), whereby one can be determined by means of the reference radio signal pattern (FP ) the determined distance (d'i) between the mobile radio device (2) and an i-th radio device (6) results as follows:
- the loss coefficient is according to
- j 1, ..., N j ⁇ denotes the j-th measurement in a k-th path segment of a specified path for the i-th radio device, the path segments being specified in a calibration phase.
- second processing instructions can define a determination of a trajectory of a movement of the user for a second calibration mode, the determination being based on the defined locations of the
- Radio devices the detected indicators for the received signal field strengths and the radio signal strength reference value, wherein loss coefficients are determined by means of a maximum likelihood estimation, with residual costs according to a negative log likelihood function including the determined
- the data storage device also stores an individual identifier of the first mobile radio device, which is transmitted by the first mobile radio device.
- the identifier can be used to infer the user who owns the first mobile radio device. So can in one
- Embodiment checked whether the user is authorized to access. in the
- the signal processing device is configured
- the control device To supply a control signal to the control device when a specified rule is met based on the identifier and the determined current position of the mobile radio device.
- the control device is designed to initiate a building action corresponding to the established rule, in particular to release the lock.
- FIG. 1 shows a schematic representation of an exemplary situation in a building with an access control system according to an exemplary embodiment
- Radio communication situation for the situation shown in Figure 1 in the building; 3 shows an exemplary representation of a model, including an exemplary one
- FIG. 4 shows a flow chart of an exemplary embodiment of a method for operating an access control system
- FIG. 5 shows a flow chart of an embodiment of a calibration method for determining a reference constant
- FIG. 6 shows a flow diagram of an exemplary embodiment of a calibration method for determining a loss coefficient
- FIG. 7 shows a flow diagram of a further exemplary embodiment of a method for operating an access control system
- FIG. 8 shows a flow chart of an additional exemplary embodiment of a method for operating an access control system.
- 1 is a schematic illustration of an exemplary situation in a building with an access control system 1. For reasons of illustration, only a few walls 3, rooms 24 and zones 20, 22 of the building are shown. The rooms 24 can, for. B. offices, apartments, halls and / or elevator cars of an elevator system. In the situation shown in FIG. 1, there is a user 4 in zone 22 who is carrying a mobile radio device 2. The zone 22 is subject to these examples
- Zone 22 Situations of no access restriction and is also referred to below as public zone 22.
- a lock 14 separates the public zone 22 from the zone 20, which is subject to restricted access and adjoins the rooms 24.
- Zone 20 is also referred to below as restricted-access zone 20.
- a person skilled in the art recognizes that, depending on the building situation, each room 24 can be viewed as a restricted-access zone 20.
- the term “building” in this description is to be understood as meaning, for example, residential and / or commercial buildings, sports arenas, airports, ships.
- the access control system 1 comprises according to one embodiment
- RFi radio devices 6
- i 1, 2, ... N
- RF radio devices
- Each of the radio devices 6 sends and receives radio signals during operation in accordance with a defined standard for radio communication, as stated elsewhere in this description.
- the radio devices 6 are arranged stationary at fixed locations; these locations can be specified in relation to a building plan, for example for a building floor using x-y coordinates.
- the location of the lock 14 can be specified in a similar manner for a building floor by means of x-y coordinates.
- data indicating the locations of the radio devices 6 and the location of the lock 14 are stored in the access control system 1, for example in a data storage device 18 (hereinafter also referred to as storage device 18).
- the radio devices 6 arranged in this way define an area that is monitored by the access control system 1; this area is hereinafter referred to as
- Designated monitoring area Depending on the building situation, the For example, border the monitoring area on a main entrance door, a landing door or an elevator door, the locations of which are also specified in the building plan and are therefore known. If a user 4 comes through such a door into the monitoring area, for example a door movement can be detected, a current position of the user 4 results from the known location of this door. Since the user 4 is moving away from the door, this current position can be used as Starting position of the movement in the monitoring area can be considered.
- a radio device 6 can be located in a prominent location, such as B. the said doors, be arranged to define this location as the starting position.
- the access control system 1 also comprises a signal processing device 8 (shown as a DSP) and a control device 10, 12 connected to the signal processing device 8.
- the memory device 18 is also connected to the
- the signal processing device 8 is communicatively connected to the radio devices 6, which is indicated by a double arrow 9.
- the control device 10, 12 comprises a control system 12 (shown in Fig. 1 as ACS) for the access control system 1, which z. Legs
- the building device can be a control device 16 (CTRL) for the lock 14 or a control system 10 for an elevator system (shown in FIG. 1 as an ECS). In relation to the elevator system, some or all of the rooms shown are 24 elevator cars.
- CTRL control device 16
- ECS elevator system
- the control device 10, 12 comprises the control system 10 for the elevator system.
- the person skilled in the art will recognize that the control system 12 for the access control system 1 and the control system 10 for the elevator system can be separate systems and can accordingly be represented as separate systems.
- the technology described here can be used in an advantageous manner in order to operate the access control system 1 with the lowest possible complexity and to grant the user 4 convenient access to the restricted-access zone 20.
- the person skilled in the art recognizes that there is more than one user 4 in the
- the technology determines a position of the user 4 using a
- the channel model uses indicators for received signal strength indicators (RSSI) for the current position in relation to the individual
- Radio devices 6 are determined. This channel model is dependent on a radio situation prevailing in the surveillance area, e.g. B. a number of mobile radio devices 2 present, their types (e.g. iPhone devices or Android devices) and / or directional information (e.g. position / orientation of a mobile radio device 2), and a situation indicator determined therefrom.
- the adaptation takes place according to a calibration mode selected for the radio situation; the selected calibration mode can be based on previously determined and stored values (e.g. reference values) or can do without such a previous value determination.
- This technology implemented in the access control system 1 improves the accuracy of the position determination. In one embodiment, the improvement in accuracy is supported in that the radio signals are sent in accordance with a standard for Bluetooth technology and / or that the highest possible degree of diversity is provided in the access control system 1 (as explained elsewhere in this description).
- a radio signal sent by the mobile radio device 2 includes an individual identifier (e.g. device ID, serial number, device address), by means of which it can be checked whether the user 4 is authorized to access, should he want access and not just pass the lock 14. If the user 6 moves along one of the routes 26, 28 shown by way of example in FIG.
- the position of the user 4 that changes over time (also referred to as a trajectory) can be tracked.
- position determinations are carried out at fixed discrete time intervals; the time intervals can be selected, for example, depending on the radio technology. If a comparison of the determined position with the location of the lock 14 shows that the user 4 is at the Lock 14 is located, a corresponding building action is initiated if a specified rule is met; for example, if the access authorization is determined, he is granted access.
- Access control system 1 and its components specified.
- the radio devices 6 of the access control system 1 are shown in FIG.
- Embodiment arranged in the public zone 22 and in the restricted-access zone 20.
- the monitoring area extends over both zones 20, 22.
- two radio devices 6 RFi, RF2
- two radio devices 6 RF3, RF4
- the radio devices 6 can only be arranged in one of the two zones 20, 22 and that the number and arrangement of the
- Radio equipment 6 can be selected depending on the conditions in the building.
- An arrangement of the radio devices 6 in both zones 20, 22, i. H. on both sides of the lock 14, however, has the advantage that the position is determined with essentially the same accuracy, regardless of the direction in which the user 4 is moving.
- the lock 14 separates the restricted-access zone 20 from the public zone 20.
- the lock 14 can be a physical barrier, e.g. B. a door, a revolving or sliding door, a barrier or a turnstile, or be designed without such a physical barrier.
- the access control system 1 uses the lock 14 to ensure that only authorized users 4 enter the
- Access restricted zone 20 for example by blocking or releasing the physical barrier.
- the access control system 1 can control access, for example, by initiating a security measure when an unauthorized user 4 enters the restricted-access zone 20, e.g. B. an optical and / or acoustic alarm is triggered; alternatively or in addition, a notification of a security service can be initiated.
- a possibly existing information device can also be activated to z. B. to inform a user 4.
- FIG. 2 shows a schematic illustration of an exemplary radio situation for the situation in the building shown in FIG. 1.
- the user 4 is at a position P, which is referred to as the (actual) position P in the following.
- the technology described here uses the channel model to determine the position of the mobile radio device 2 and thus the position of the user 4.
- the position of the user 4 determined in this way is referred to below as position P '; it can be the same as the actual position P of the user 4, but it can also differ more or less therefrom, especially under real conditions in the building.
- the four radio devices 6 (RFi, RF 2 , RF 3 , RF 4 ) are shown, which are arranged in the area around the lock 14.
- the user 4 and the mobile radio device 2 are at the (actual) position P, from which they are each a distance from one of the radio devices 6; in FIG. 2 these are the distances di, d2, d 3 , d 4
- Mobile radio device 2 of the user 4 and each radio device 6 radio signals are sent and received. For each of these radio signals, a position P can be used
- Received signal strength indicator (RSSIi) can be determined; in Fig. 2 these are the
- the radio fingerprint FP comprises all received signal strength indicators RSSE measured for the position P; in FIG. 2 these are the four
- Received signal strength indicators RSSE that is to say of the radio fingerprint FP determined for this position, can be used in one exemplary embodiment to determine a position of a mobile radio device 2 to be determined approximately.
- Received signal strength indicators RSSE and the radio pattern FP can in the
- Storage device 18 are stored.
- FIG. 2 also shows a situation which, according to an exemplary embodiment, is used to determine one or more reference values.
- the reference value or values determined in this way can be used in a calibration mode.
- the user 4 has a reference mobile radio device 2a and is at a distance do from a radio device 6 selected for determining reference values; in FIG. 2, this is the radio device 6 marked RFi.
- a reference value determined for this is shown as RSSI d . Further information on this is given elsewhere in this description.
- Diversity technology is the redundant transmission of data via stochastically independent channels that are only prone to errors with a low probability at the same time.
- Various forms of diversity operating modes are known: In the case of time diversity, the information in the useful data is time-shifted several times and thus transmitted several times over the same radio channel in order to compensate for time-dependent fluctuations in the signal strength.
- In the case of spatial diversity two or more transmit-receive paths are operated. This is mostly realized by spatially separated antennas that are operated in parallel. Depending on the procedure, the
- Receiving device then z. B. from the strongest received signal.
- Frequency diversity is the same signal simultaneously over two or more
- BLE technology other known radio technologies can be used, e.g. B. a WLAN / WiFi technology.
- the mobile device 2 sends z. B. as a radio signal from an attention notice referred to as an advertising event. All radio devices 6 located within radio range receive this radio signal, and each of these radio devices 6 can determine the signal strength of the radio signal it receives, from which the received signal strength indicator RSSIi results.
- each radio device 6 sends an advertising event as a radio signal and the mobile radio device 2 uses this to determine the signal strengths or the received signal strength indicators RSSE (further explanations are given below).
- the BFE technology Bluetooth 5.0
- three main radio channels are used, each of which has a relatively small bandwidth and is separated from one another by a relatively large frequency spacing; further details on the BFE technology, in particular on the communication protocol, are known to the person skilled in the art, so that explanations on this do not appear necessary at this point.
- diversity can be implemented by averaging measurements of the received signal strength indicators RSSE that follow one another in time. These are normally independent of time, since they are transmitted over different radio channels and thus over different frequencies.
- the measurement of the received signal strength indicators RSSIi can take place by the mobile radio device 2 (or the reference mobile radio device 2a) and / or by the radio devices 6 or the signal processing device 8.
- the radio devices 6 can be continuous
- the mobile radio device 2 receives these packets and can determine all reception signal strength indicators RSSE associated therewith.
- the measured values are now available on the mobile radio device 2.
- a software application also referred to as an app
- sensor values IMU data
- IMU Inertial Measurement Unit
- Access control system 1 is then informed of the determined position by mobile radio device 2.
- the mobile radio device 2 continuously sends out advertising event packets.
- the radio devices 6 receive these packets and can determine all reception signal strength indicators RSSE associated therewith.
- the measured values are now available in the radio devices 6 and can be stored in the memory device 18 provided with a time stamp.
- Signal processing device 8 processes this data in accordance with the technology described here in order to determine the position of mobile radio device 2.
- IMU data can be transmitted from the mobile radio device 2 to the signal processing device 8 and used when determining the position. The following is a description of the technology based on the second case.
- FIG. 3 shows an exemplary basic illustration for determining a position of the user 4 according to the situations shown in FIGS. 1 and 2.
- Position determination is based on a channel model (block 38). Depending on the configuration, the position can be determined using one of several calibration modes (block 36), the calibration mode being dependent on one
- This position determination can also be modified using a time filtering (block 34) and / or sensor values (block 32).
- the sensor values are generated by a sensor module (IMU, Inertial Measurement Unit) of the mobile radio device 2.
- the current position P ′ of the mobile radio device 2 results from the channel model adapted in accordance with one of the calibration modes, which is indicated in FIG. 3 by a block 30.
- An exemplary time course of the position P ′ in the x-y plane is indicated in a block 40.
- the lock 14 is located, for example, in the x direction at xo; it can also be seen from this that the position determination according to the technology described here extends over both zones 20, 22.
- the technology described here is based on a concept that describes a loss of signal strength during transmission over a transmission channel.
- the transmission channel comprises the signal path from the mobile radio device 2 (including its antenna) over the air to one of the radio devices 6 (including its antenna), which can also contribute to the losses. Antenna losses and In the technology described here, multipath propagation is called
- Mobile radio device 2 emanate or end several signal paths. Such a concept is known to those skilled in the art as a channel model. According to the channel model used here, the average received signal strength indicator is RSSI (d) (in dBm) as a function of
- RSSI (d) M (RSSI do ) - 10 a log 10 () + W,
- G antenna gain / loss variable.
- a momentary radio situation prevails in the monitoring area at a given point in time (only the radio signals (Bluetooth technology) between the mobile radio device 2 and the radio devices 6 are considered, but not any other radio signals present in the building). Because every mobile radio device 2 with a
- Radio signal also sends out at least one individual identifier
- Mobile radio devices 2 are differentiated; this can affect the number of im
- the identifier can be a telephone number, an international mobile subscriber identifier (International Mobile Subscriber Identity (IMSI)), a device ID (International Mobile Station Equipment Identity (IMEI)), a device address (Media Access Control (MAC)
- IMSI International Mobile Subscriber Identity
- IMEI International Mobile Station Equipment Identity
- MAC Media Access Control
- the device ID generally indicates the type of mobile radio device 2 (e.g. an iPhone from Apple or a so-called Android smartphone from another manufacturer).
- the number of mobile radio devices 2 represents a situation indicator, as does the type of mobile radio device 2. Further situation indicators are a point of entry of the user 4 into the monitoring area (e.g. the prominent place mentioned), sensor data generated by a mobile radio device 2, a user Identifier, a time, a number of radio devices 6, a (computer) computing power available in the access control system 1, a density of the radio devices 6 and a room size. From the evaluation of the radio communication in the monitoring area, at least one of these situation indicators can be determined that the radio situation in
- Situation indicators can be recorded in order to display the radio situation, and that not all of the aforementioned situation indicators in the access control system 1 can be determined at a certain time or for a certain mobile radio device 2.
- the situation indicator is used to select a calibration mode that is appropriate to the situation and through which the channel model is adapted.
- Three different calibration modes, each with several possible calibration algorithms, are described below:
- a reference mobile radio device-based calibration mode which is based on a dedicated calibration run with a reference mobile radio device 2a in a calibration phase and is described below in connection with FIG. 6; a cellular device independent calibration mode based on a
- Received power (PR, ®) in the reference distance do and the loss coefficient a can differ considerably for different radio situations and mobile radio devices 2.
- PR, ® Received power
- the knowledge of these parameters is important for a given system and a given radio situation, especially if the propagation environment for the radio signals changes.
- the parameters can be determined with or without knowledge of the path of the user 4 in a calibration phase or a calibration phase can be omitted.
- Loss coefficient a describe the path losses, determined on the basis of measurements between the radio devices 6 and knowledge of the locations of the radio devices 6.
- each radio device 6 is used as an individual transmitter, while the remaining radio devices 6 are receivers.
- Sends z. B. a first radio device 6 radio test signals to all other radio devices 6, the received signal strength indicators RSSE determined by them are stored.
- the first radio device 6 that was previously transmitting then changes to a receiver mode and the next radio device 6 begins to transmit. This process is repeated until all radio devices 6 have sent radio test signals once.
- the received signal strength indicators RSSE can be used to determine the corresponding
- One advantage of self-calibration is that it can be automated without great effort and repeated if necessary, e.g. B. with changes in the environment. You can z. B. can be used when the mobile radio device 2 is located in the vicinity of the radio equipment 6 due to the building situation (e.g. a building door leads directly into the surveillance area) when its position is to be determined; this can e.g. B. detected by said radio fingerprinting in order to select the mode of self-calibration.
- the automated real-time calibration mode has the advantage that it requires little or no prior knowledge and thus reduces the installation effort.
- the automated real-time calibration mode manages without a special calibration phase.
- the position of the mobile radio device 2 is determined without prior knowledge other than the locations of the radio devices 6.
- these parameters are viewed as interference parameters and are determined in real time together with the position of the mobile radio device 2.
- This approach eliminates the need for calibration, since the corresponding optimization does not depend on the reference RSSI values or the loss coefficients ⁇ .
- the algorithm can adapt to new propagation environments or to an antenna pattern of the mobile radio device 2.
- the accuracy can be improved if only the loss coefficients a, as
- the automated real-time calibration mode determines the trajectory of the movement from the start of the measurement to the current point in time.
- the real-time automated calibration mode is iterative; it is based on the assumption that the first position of the user 4 is known. As explained above, this can be the case if the user 4 comes directly into the surveillance area through a landing door or elevator door and moves away from it
- Received signal strength indicator RSSE for each radio device 6 can for each
- Radio device 6 the loss coefficient a can be determined. The so determined
- Loss coefficients m are then used to determine the (new) position of the user 4. This new position determination is then used to determine new loss coefficients ai on the basis of two received signal strength indicators RSSE per radio device 6. This process is then continued iteratively for the entire route.
- the (old) data obtained through this iterative procedure can be used in an extension in order to initially achieve a certain minimum stability of the position determination.
- This algorithm is based on earlier but outdated information on the loss coefficients a. While these lead to inaccurate position determinations, their accuracy is often superior to the initial positions determined by means of the iterative approach at the beginning of a run.
- the first 10-30 measurements, in particular the first 20-25 measurements can be used. This number of measurements is sufficient to obtain preliminary and stable positions for a correct estimation of the loss coefficients a.
- a calibration phase is provided which, for. B. is carried out when the access control system 1 is put into operation on site.
- a reference constant mean value M (RSSI d o)
- several loss coefficients a can be determined.
- the calibration in particular with regard to the reference constant M (RSSI d o), can be carried out centrally if the radio devices 6 are structurally identical and have essentially identical radio properties, for example at the manufacturer or supplier of the access control system 1. If necessary, the calibration phase can be repeated after commissioning.
- the reference mobile radio device 2a is guided in the calibration phase along a defined route (and thus known position information) and received signal strength indicators RSSE are measured and stored together with the known position information. It is not necessary that the exact distance is known, it is sufficient that it is roughly defined, with a beginning, an end and a constant speed between the beginning and the end.
- this approach is expanded in that the route is divided into individual route segments (k) by different ones
- Loss coefficient a for the path loss for each radio device 6 and each path segment (k) to be determined For a user 4 whose position is to be determined, the algorithm selects the path segment (k) in which the user 4 could be (determined by means of radio fingerprinting), and consequently assigns each radio device 6 the corresponding loss coefficient a for this Path segment (k) to. Further
- FIG. 4 shows a flow chart of an exemplary embodiment of a method for operating the access control system 1, the position of the user 4 being determined in an application phase.
- FIG. 4 shows a flow chart of an exemplary embodiment of a method for operating the access control system 1, the position of the user 4 being determined in an application phase.
- the user 4 is, as shown by way of example in FIGS. 1 and 2, with the mobile phone 2 in the vicinity of the lock 14. Although only the user 4 is shown, the person skilled in the art recognizes that other users and mobile phone devices may be present.
- the Bluetooth function of the mobile radio device 2 and any associated software application are activated, and a calibration phase is complete.
- the storage device 18 is configured for the technology described here; In particular, it stores building data (e.g. building or floor plans) and processing instructions for the aforementioned situation-specific calibration modes.
- the processing instructions include algorithms for the various
- Calibration phase determined data e.g. reference distance do, reference radio signal pattern, reference received signal strength indicators.
- the storage device 18 also stores data (online) determined in the application phase.
- the user 4 moves, for example, along the route 26 from the public zone 22 in the direction of the restricted-access zone 20. It is assumed that the mobile phone 2 is already within radio range of the radio devices 6 (RFi-RF 4 ).
- the method begins in a step TI and ends in a step T6.
- radio communication in the monitoring area is evaluated by the signal processing device 8.
- this radio communication represents the entirety of the radio signals transmitted and considered in the monitored area (Bluetooth technology).
- the signal processing device 8 uses this to determine, for example, the identifiers of the mobile telephony devices 2 present.
- the signal processing device 8 also detects the signal strength with which the
- Radio signals are received by the radio devices 6 and / or the mobile radio devices 2 present.
- a received signal strength indicator RSSIi based on a radio communication with a mobile radio device 2 is detected by the signal processing device 8 for each radio device 6.
- a situation indicator is determined by the signal processing device 8, the one prevailing in the monitoring area
- the situation indicator is determined based on the evaluation made in step T2. Exemplary situation indicators are mentioned above.
- a step T4 at least one is assigned to the situation indicator
- At least one rule is defined in the access control system 1, in particular in a computer program and / or a processor of the signal processing device 8.
- Those skilled in the art will recognize that several rules can be established. Examples of such a rule are given below:
- Storage device 18 a calibration data set (processing instructions) for the reference mobile radio device-supported calibration mode is present. This calibration mode can be selected in particular if the entry point is the starting point of a calibration run.
- situation indicators show a user identifier and the time in addition or as an alternative to the situation indicators mentioned in the preceding rule, a check is made as to whether a position determination according to a calibration mode has already taken place for this user 4 for a similar time. If this is the case, this calibration mode can be selected again.
- Self-calibration or the automated real-time wiring mode. But shows z. If, for example, a situation indicator shows the time and it is known that this corresponds to a rush hour with many users 4 present, self-calibration can be selected because it can adapt to changed environmental conditions.
- the access control system 1 or its computer system can be used to a greater or lesser extent or have less or more computing power available. If the available computing power is used as a situation indicator, z. B. the more computation-intensive automated real-time calibration mode can be selected if the computer system has sufficient computing power available.
- the signal processing device 8 reads the processing instructions assigned to this calibration mode from the
- step T5 the position P ′ of the first mobile radio device 2 is determined according to the processing instructions that have been read.
- the position ' is determined according to an exemplary embodiment as described in connection with FIG. 7.
- an exemplary embodiment for using the determined position P ′ is also given.
- the method ends in step T6.
- Fig. 5 shows a flow chart of an embodiment of a
- Calibration method for determining an average value of the reference constant RSSI do is designated as M (RSSI d o).
- the description of the wiring method is made with reference to the situations shown in FIGS. 1 and 2, the reference mobile radio device 2a being used in the calibration phase (this can be identical to the mobile radio device 2).
- the method begins in a step S1 and ends in a step S6.
- a reference distance do is established in a step S2.
- the reference distance do is the distance between the reference mobile radio device 2a and a selected radio device 6 (in FIG. 1 this is the radio device 6 referred to as RFi).
- the reference distance do is preferably equal to or less than 1 m; in one
- each received signal strength indicator RSSI do is measured in relation to the radio signal arriving at the radio device 6. With the reference distance do unchanged, the reference mobile radio device 2a is rotated or moved around the selected radio device 6. An antenna of the reference mobile radio device 2a thus assumes different antenna orientations in relation to the selected radio device 6 (angular diversity). In addition, this results in a high (spatial) diversity. After each change in the antenna alignment, at least one received signal strength indicator RSSI do is determined and stored in the memory device 18. The number of measurements and the number of changed
- Antenna orientations can be specified in a calibration specification.
- step S3 If the specified measurements have been carried out in step S3, the mean value of those measured and stored in step S3 is used in step S4
- Received signal strength indicators RSSI d (in dBm) determined.
- This mean value M (RSSI d o) of the reference constant RSSI d o is stored in a step S5 in the memory device 18 and is available for a position determination in an application phase.
- Radio device 6 are deactivated and the method ends in step S6.
- FIG. 6 shows a flow diagram of an exemplary embodiment of a calibration method for determining the loss coefficient a. The description of the
- the calibration method also takes place with reference to the situations shown in FIGS. 1 and 2 and the reference mobile radio device 2a.
- the method begins in a step A1 and ends in a step A9.
- Received signal strength (RSSI measurements) carried out while the reference mobile radio device 2a is moved in the building along a specified route.
- the route for the given situation in the building is determined in a step A2.
- the route 26 shown in Fig. 1 can be selected.
- the route 26 is divided into a number (N k ) of route segments.
- N k the number of route segments.
- Path segments be the same or different lengths.
- the index k indicates for which this
- the switched-on reference mobile radio device 2a is initially located at the beginning of the route 26 and is moved from there at a constant speed along the route 26. If the reference mobile radio device 2a is in one of the path segments (index k), the received signal strength indicator RSSI, k is determined and stored in a step A4 for each radio device 6 (index i), namely as often as (index j, number of measurements per Path segment) until the reference mobile radio device 2a reaches the end of the current path segment. At the end of the moment
- the reference mobile radio device 2a sends a segment signal over the path segment.
- the signaling of the end of a distance segment ensures that the RSSI measured values can be correctly assigned, processed and saved. Is z. B. for each radio device 6 (index i) and within one
- an average value of the RSSI, k - is obtained over all measurements (index j) of a respective path segment (index k) for each individual radio device 6 (index i). Measured values formed.
- an empirical covariance matrix I ' w is determined over the entire distance 26.
- the values o of the main diagonal of this matrix are saved. These diagonal elements are a measure of the different
- Model error variance of the individual radio devices 6.
- the covariance matrix I ' w relates to the remaining model error 8 k, j :
- a step A8 the mean values M (RSSI, .k ).
- the loss coefficients a, .k and the covariance matrix I ' w are stored. They are then available for a position determination in the application phase.
- the reference mobile radio device 2a and the selected radio device 6 can then be deactivated and the method ends in step S6.
- the information obtained and stored in the calibration phase is used in the application phase in order to determine a current position P 1 of the user 4. Since the user 4 is moving in the building, his movement can be followed when the
- Position determination is repeated at successive intervals.
- the positions P 1 determined in this way result in the named trajectory (position path).
- Time intervals can be selected as required.
- FIG. 7 shows a flow diagram of an exemplary embodiment of a method for operating the access control system 1, the position P 1 (or a plurality of positions) of the user 4 being determined in the application phase.
- the user 4 is with the mobile radio device 2 in the vicinity of the lock 14, the Bluetooth function of the mobile radio device 2 being activated.
- Software application is also activated.
- the user 4 moves, for example, along the route 26 from the public zone 22 to the restricted-access zone 20. It is assumed that the mobile radio device 2 is already within radio range of the radio devices 6 (RFi-RF 4 ). Im described here
- the mobile radio device 2 sends the attention notice referred to as an advertising event as a radio signal, and all radio devices 6 within radio range receive this radio signal.
- the method begins in a step B1 and ends in a step B12.
- the mobile radio device 2 If the mobile radio device 2 communicates with one of the radio devices 6, the mobile radio device 2 also transmits a specific identifier. In FIG. 7, this identifier is determined in a step BIO.
- the identifier can be a telephone number, a device address (Media Access Control (MAC) address) or another identifier that identifies the MAC address.
- MAC Media Access Control
- Mobile radio device 2 clearly identifies his. Since a mobile radio device 2 provides a user 4 is generally permanently assigned, the identifier of the mobile radio device 2 is also indirectly assigned to the user 4.
- the access control system 1 stores the identifiers of the mobile radio devices 2 assigned to the authorized user 4, for example in the memory device 18 in which a user profile is created for each user 4.
- the name of the user 4 and his access authorizations can be specified in the user profile, for example which rooms 24 he has access to. It can also be specified on which days and at which times of the day the access authorization exists.
- the identified identifier is in one embodiment in
- Storage device 18 is stored. In the memory device 18, measured and / or calculated values, for example for this user 4, can be clearly assigned to the identifier
- a is for each of the radio device 6
- Received signal strength indicators RSSIi takes place in the described here
- the radio devices 6 the determination taking place synchronously, d. H. the radio devices 6 have a common time reference (for example identical clocks, which allows the reception signal strength indicators RSSIi to be determined at the same time).
- the mobile radio device 2 is located at a current position, so that for the current position z.
- B. four received signal strength indicators RSSIi (i 1, 2, 3, 4) are present. With each subsequent measurement there are again four
- the received signal strength indicators RSSE are stored in one embodiment in the memory device 18, for. B. a group of four received signal strength indicators RSSIi per measurement.
- a current radio pattern (FP in FIG. 2) is determined.
- a radio pattern also referred to as radio fingerprint
- RSSE received signal strength indicators
- Received signal strength indicators RSSIi which represent the radio fingerprint for this location.
- a path segment (k) is determined, specifically the path segment (k) in which the user 4 is currently located.
- the current radio fingerprint determined in step B3 is used in order to search the memory device 18 for the same or at least very similar radio fingerprint.
- each radio device 6 is an average value (M (RSSI, .k.
- Received signal strength indicators RSSEi j assigned which is stored in the memory device 18. If the current wireless fingerprint (or its
- Received signal strength indicators with the radio fingerprint stored for a path segment (k) (or its averaged received signal strength indicators (M (RSSE kj )) to a certain extent, this results in the path segment (k) in which the user 4 is currently located. Exact coverage is not required; the process searches for the stored radio fingerprint that is most similar to the current radio fingerprint.
- a step B5 the loss coefficients a ⁇ k are read which are assigned to the path segment (k) determined in step B4.
- the loss coefficients a ⁇ k are stored in the memory device 18, as set out in connection with step A8 of FIG. Reading thus takes place in that the memory device 18 is searched for the loss coefficients a, .k assigned to it by means of the determined path segment (k).
- a loss coefficient a, .k is specific for each path segment (k) and specific for each of the radio devices 6.
- a weighting factor Wi is determined in a step B6.
- the weighting factor Wi can be determined by the following equation: w i
- the current position P 'of the user is determined.
- the current position P ' is a vector and indicates the xy position coordinates at a specific point in time.
- the instantaneous position P ′ determined in this way can be the same as the actual position P of the user 4, but it can also deviate therefrom to a certain extent, especially under real conditions in the building.
- the determination is made according to the following equation: (log di (p) - log d ' j ) 2 ,
- N A number of radio devices 6,
- RSSE is a current measured value at the i-th radio device 6.
- the position P ′ corresponds to a snapshot while the user 4 moves along the route 26.
- the position P 'determined in step B7 can
- This further processing can include temporal filtering, as shown in box 34 of FIG. 3, consideration of sensor values, as shown in box 32 of FIG. 3, or a combination thereof. This is shown in a step B8 in FIG.
- time filtering can be carried out because a large number of successive position determinations are carried out. Accordingly, a large number of positions P 'is determined, including outliers, ie positions that deviate too much from neighboring values. The influence of these outliers can be reduced by filtering over time. In one embodiment, an average over five is determined
- a Kalman filter in particular a so-called extended Kalman filter (EKF)
- EKF extended Kalman filter
- Kalman Filters and Advanced Kalman Filters are known to those skilled in the art, e.g. B. from I. Guvenc, et al., "Enhancements to RSS Based Indoor Tracking Systems Using Kalman Filters", International Signal Processing Conference (ESPC) and Global Signal Processing Expo (GPSx), 2003.
- a Kalman filter is generally used to To reduce errors in real measured values and to provide estimates for non-measurable system variables. The prerequisite for this is that the values of interest can be described by a mathematical model, for example in the form of equations of motion. Kalman filters work with alternating prediction and measurement steps which require a state space vector x, a vector state update function f and an observation space vector z or a vector measurement function h.
- the state of a system is often understood to be the smallest set of determinants that completely describes the system. This is in the context of the model in the form of a multidimensional vector x with a corresponding
- Equation of motion f the so-called equation of state, shown.
- the vector function f m describes the expected transitions between temporally successive states (x mi and x m ) at each point in time m, assumed according to the motion model.
- the process of observations z m of the true system status reflects the characteristics of the observer or the measuring apparatus resist. These are compared with the system states expected according to the equation of motion via the so-called
- the vector function / m (x m _i) is used for this.
- the vector function f m is selected in each time step in such a way that it can be assumed that the user 4 is moving at a constant speed and with the same orientation.
- the predicted state space vector x ⁇ red which so far is based only on the last state and the transition function, is to be improved by using current measurements.
- Two different exemplary embodiments can be used for this (the two exemplary embodiments differ in the vectorial measurement functions h m and the corresponding ones
- the position determinations (positions P ') from the previous position determination methods are used as a measurement.
- the predicted state space vector xj, red is corrected with these position determinations. So it follows:
- the vectorial measurement function h m ⁇ r (on which the channel model is based) is used to calculate which RSSI values can be expected if the user 4 is really in one of the predicted values
- the method takes sensor values into account when determining the position.
- the mobile radio device 2 contains an inertial measurement unit (IMU) (IMU measurement unit). Is this
- Mobile radio device 2 designed as a so-called smartphone, this usually contains an IMU measuring unit.
- the IMU measuring unit is a spatial combination of several inertial sensors, e.g. B. Accelerometers, magnetometers, pedometers and
- Rotation rate sensors In the case of a smartphone, the IMU measuring unit detects e.g. B. its inclination, Uage and / or rotation. This is known z. B. by a compass function of the smartphone or a function that rotates the screen display, depending on how the smartphone is held by the user 4.
- the mobile radio device 2 determines, for example, the
- the steps of the user 4 can be counted from the acceleration values.
- the known dead reckoning method is used to determine the speed of movement of the user 4 from the direction of movement and the steps counted.
- the dead reckoning allows the current approximate location of a moving object based on the direction of movement and speed.
- the signal processing device 8 receives the measured values from the IMU measuring unit. After The IMU data were measured together with the RSSI measurements to the
- the sensor data are merged with the position and the received signal strength indicator RSSI.
- the change in the movement of the user 4 over time can in particular be better followed. For example, if the user 4 changes the
- a step B9 it is checked whether a rule specified in the access control system 1 is fulfilled.
- the identifier determined in step BIO is used to check whether a user profile exists for user 4. If there is a user profile, the user 4 is known in the access control system 1 and it can be checked whether he is authorized to access at this point in time. If, on the other hand, the identifier is not stored in the access control system 1, there is no access authorization for the user 4.
- the lock 14 is to be released when the user 4 is authorized to access. If it is a barrier-free lock, the rule can state that no measures (e.g. alarm) need to be taken. If, on the other hand, the user 4 is not authorized to access, the rule can stipulate that the lock 14 remains blocked and / or that a safety measure is to be initiated (e.g.
- the rule can also stipulate that a building action specified in his user profile is to be carried out for the (access-authorized) user 4.
- the building action can consist, for example, in that a destination call is triggered for user 4 (according to the data of the user profile existing for this user 4), an elevator is assigned to this destination call by elevator control 10 and the assigned elevator is assigned to user 4 at lock 14 or the mobile device 2 is displayed.
- the building action is carried out in a step B1.
- Those skilled in the art will recognize that several building actions can also be carried out in combination, e.g. B. Unlocking the lock 14 and triggering an elevator call.
- the method ends in step B12.
- a plausibility check can be provided in the method. Such a check is intended to identify whether a position that has been determined can be plausible at all, that is to say, any obvious inaccuracy that may be present is to be recognized. An obvious inaccuracy can be, for example, that the determined position is outside the
- the position determined can be viewed as an outlier and rejected.
- step CI shows a flow diagram of an additional exemplary embodiment of a method for operating an access control system, which begins in a step CI and ends in a step C18. It can be seen in particular that, after the calibration mode has been selected in a step C3, the method is divided into two method branches.
- a first branch of the method determines the position of a user 4 in accordance with the automated real-time calibration mode, and a second
- Method branch determines the position of the user 4 according to the calibration mode supported by the reference mobile radio device, which is based on a calibration run with a reference mobile radio device 2a in a calibration phase.
- the reference mobile radio device-supported calibration mode is described in connection with FIGS. 6 and 7, wherein the steps B3-B7 shown in FIG. 7 essentially correspond to those shown in FIG.
- step C15 corresponds to step BIO
- step C2 corresponds to step B2
- steps C9, C16 and C17 which correspond to steps B8, B9 and B1, respectively.
- Calibration mode selected. The choice is made analogously to the choice disclosed in step T4 of FIG. 4 based on at least one situation indicator that indicates the
- step C4 those determined in step C2 in relation to the user 4 are determined
- the storage takes place z. B. in the storage device 18.
- a step C5 all of them are stored for the user 4 in step C4
- Received signal strength indicators RSSIi combined into a signal strength vector.
- a step C6 the mean value of the reference received signal strength indicators M (RSSI do ) determined in the calibration phase is read from the memory device 18.
- a step C8 the position of the user 4 is determined.
- Cost optimization function can be determined.
- the loss coefficients a are determined by means of a maximum likelihood estimation based on a previously possible position path.
- the maximum likelihood estimation is known to the person skilled in the art and in statistics refers to a parametric estimation method. To put it simply, that parameter is selected as the estimate, according to whose distribution the realization of the observed data appears most plausible.
- the resulting residual costs, according to a negative log-likelihood function, are calculated taking into account the loss coefficient m determined as a function of the
- the minimization can be carried out using minimization algorithms which are known to the person skilled in the art, for example using the known Levenberg-Marquardt algorithm.
- the software product MATLAB from The MathWorks, Ine., USA can be used for the cost optimization function.
- the most current element of the position path thus found is then used as the determined current position P '.
- the method can carry out the further steps C9, C16 and C17.
- the method ends in step C18.
- the signal processing device 8 is designed to use the technology described here in connection with one or more algorithms for machine learning (also referred to as machine leaming), with the The aim of automatically further developing the accuracy of position determination or position tracking.
- machine learning also referred to as machine leaming
- Computer program is programmed to execute the corresponding algorithm or algorithms.
- Machine learning algorithms typically consist of a training phase and a deployment phase.
- the computer program accesses one or more data records stored in the storage device 18 which were created in the training phase.
- Such a data record contains data on position determinations that have already taken place (e.g.
- Situation indicators received signal strength indicators RSSE, for example also whether a position determination or position tracking was successful. If one
- Position tracking was successful can be verified afterwards, for example, if the user 4 who came in through a door A actually walks through a door B.
- currently determined data radio situation, current received signal strength indicators RSSIi
- RSSIi current received signal strength indicators
- the mobile device 2 can, for. B. have an application-specific software application (also referred to as an app) that can be activated by the user 4, for example.
- the application-specific software application is used in connection with access control and the use of elevators.
- the application-specific software controls the generation and transmission of the radio signal.
- this software can also generate the identifier of the mobile radio device 2, for example an identifier that is unique to the mobile radio device 2 and cannot be changed over time.
- Such an identifier generated by software is an alternative to a device identification number and a telephone number, which can also be used as an identifier.
- the mobile radio device 2 can be, for example, a mobile phone, a smartphone or a tablet PC, these devices usually being equipped with hardware that enable radio communication.
- the mobile radio device 2 can, however, also be glasses with a miniature computer or another computer-aided device worn on the body (also referred to as a “wearable device”), in particular a smartwatch.
- a graphical user interface also referred to as graphical user interface, GUI
- GUI graphical user interface
- one aspect of the technology described here relates to a system for controlling access to a restricted-access zone in a building, and another aspect relates to a method for controlling access to a
- restricted access zone in a building are made and used.
- Additional aspects of the technology described here relate to a system and a method for calibrating parameters for position determination, as described, for example, in connection with FIGS. 5 and 6. This calibration can take place and be claimed independently of the access control and independently of the determination of the position or its course over time.
- one aspect of the technology described here relates to a system in which one or more algorithms for machine ueaming are used in order to automatically further develop the accuracy of the position determination or position tracking.
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Abstract
In einen Zugangskontrollsystem (1) eines Gebäudes trennt eine Schleuse (14) eine zugangsbeschränkte Zone (20) von einer öffentlichen Zone (22). Funkeinrichtungen (6) sind in festgelegten Entfernungen zur Schleuse (14) angeordnet und definieren einen Überwachungsbereich. Eine Steuereinrichtung (10, 12) des Systems (1) ist mit einer Gebäudeeinrichtung (16) kommunikativ verbunden, und eine Datenspeichereinrichtung (18) speichert Verarbeitungsinstruktionen für situationsspezifische Kalibrierungsmodi. Eine Signalverarbeitungseinrichtung (8) wertet die Funkkommunikation im Überwachungsbereich aus, ermittelt daraus mindestens einen Situationsindikator, der eine im Überwachungsbereich vorherrschende Funksituation anzeigt und erfasst für jede Funkeinrichtung (6) einen Empfangssignalstärkeindikator (RSSIi) basierend auf einer Funkkommunikation mit einem ersten Mobilfünkgerät (2). Die Signalverarbeitungseinrichtung (8) wählt einen dem mindestens einen Situationsindikator zugeordneten Kalibrierungsmodus und liest die diesem Kalibrierungsmodus zugeordneten Verarbeitungsinstruktionen aus der Datenspeichereinrichtung (18). Die Signalverarbeitungseinrichtung (8) ermittelt eine momentane Position (Ρ') des ersten Mobilfünkgeräts (2) als Funktion der erfassten Empfangssignalstärkeindikatoren (RSSIi) gemäss den gelesenen Verarbeitungsinstruktionen.
Description
Zugangskontrollsystem und Verfahren zum Betreiben eines
Zugangskontrollsystems
Beschreibung
Die hier beschriebene Technologie betrifft allgemein ein Zugangskontrollsystem, das einem berechtigten Nutzer Zugang zu einer zugangsbeschränkten Zone in einem Gebäude gewährt. Ausführungsbeispiele der Technologie betreffen insbesondere ein
Zugangskontrollsystem mit einer Sende- und Empfangseinrichtung für Funksignale und ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Zugangskontrollsystems.
Zugangskontrollsysteme können auf verschiedenste Art und Weise ausgestaltet sein. Die Ausgestaltungen können beispielsweise die Art betreffen, wie sich Nutzer (Personen) als zugangsberechtigt auszuweisen haben, z. B. mit einem Schlüssel, einer Magnet-, Chip oder RFID Karte oder einem mobilen elektronischen Gerät (z. B. Mobiltelefon). WO 2010/112586 Al beschreibt ein Zugangskontrollsystem, bei dem ein von einem Nutzer mitgeführtes Mobiltelefon einen Identifikationscode an einen Zugangsknoten sendet.
Falls der Identifikationscode als gültig erkannt wird, sendet der Zugangsknoten einen Zugangscode an das Mobiltelefon, das den Zugangscode auf einer Anzeige dargestellt. Hält der Nutzer das Mobiltelefon an eine Kamera, so dass diese den dargestellten Zugangscode erfassen kann, überprüft das Zugangskontrollsystem, ob der erfasste Zugangscode gültig ist. Ist er gültig, wird dem Nutzer der Zugang gewährt.
In Gebäuden mit vielen Stockwerken kann es zu bestimmten Tageszeiten zu einem hohen Personenverkehrsaufkommen kommen, beispielsweise in einer Eingangshalle eines Bürogebäudes, wenn morgens oder nach einer Mittagspause eine Vielzahl von
Arbeitnehmern das Gebäude betritt, um zu ihren Arbeitsplätzen zu gelangen. Zu diesen Zeiten werden nicht nur hohe Anforderungen an die Effizienz eines im Gebäude installierten Aufzugssystems gestellt, sondern auch an das Zugangskontrollsystem, um z. B. Schlangenbildung an einer Schleuse zwischen einer öffentlichen Zone und einer zugangsbeschränkten Zone so weit wie möglich zu vermeiden. Es besteht daher ein Bedarf an einem Zugangskontrollsystem, das diese Anforderungen erfüllt, wobei die Zugangskontrolle trotzdem zugangsberechtigte Personen zuverlässig von nicht berechtigten Personen unterscheiden kann.
Ein Aspekt einer solchen Technologie betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Systems zur Kontrolle eines Zugangs zu einer zugangsbeschränkten Zone in einem Gebäude, in dem eine Schleuse die zugangsbeschränkte Zone von einer öffentlichen Zone trennt. Das System umfasst Funkeinrichtungen, die jeweils in einer festgelegten Entfernung zur Schleuse angeordnet sind und einen Überwachungsbereich definieren. Die
Funkeinrichtungen sind für eine Funkkommunikation mit in Funkreichweite befindlichen und Nutzem zugeteilten Mobilfimkgeräten ausgestaltet, wobei ein erstes Mobilfimkgerät an einer ersten Position eines ersten Nutzers zu jeder der Funkeinrichtungen eine Distanz hat. Eine Steuereinrichtung des Systems ist mit einer Gebäudeeinrichtung kommunikativ verbunden, und eine Datenspeichereinrichtung speichert Verarbeitungsinstruktionen für situationsspezifische Kalibrierungsmodi. Eine Signalverarbeitungseinrichtung ist mit der Datenspeichereinrichtung, den Funkeinrichtungen und der Steuereinrichtung
kommunikativ verbunden. Das Verfahren wertet Funkkommunikation im
Überwachungsbereich aus und ermittelt basierend auf der Auswertung einen
Situationsindikator, der eine dort vorherrschende Funksituation anzeigt. Für jede Funkeinrichtung wird ein Indikator für eine Empfangssignalfeldstärke basierend auf einer Funkkommunikation mit dem ersten Mobilfunkgerät erfasst. Das Verfahren wählt einen dem Situationsindikator zugeordneten Kalibrierungsmodus und liest die ihm
zugeordneten Verarbeitungsinstruktionen aus der Datenspeichereinrichtung. Eine momentane Position des ersten Mobilfunkgeräts wird als Funktion der erfassten
Indikatoren für die Empfangssignalfeldstärken gemäss den gelesenen
Verarbeitungsinstruktionen ermittelt.
Ein anderer Aspekt der Technologie betrifft ein System zur Kontrolle eines Zugangs zu einer zugangsbeschränkten Zone in einem Gebäude. Das System umfasst
Funkeinrichtungen, die jeweils in einer festgelegten Entfernung zur Schleuse angeordnet sind und einen Überwachungsbereich definieren. Die Funkeinrichtungen sind für eine Funkkommunikation mit in Funkreichweite befindlichen und Nutzem zugeteilten Mobilfimkgeräten ausgestaltet, wobei ein erstes Mobilfimkgerät an einer ersten Position eines ersten Nutzers zu jeder der Funkeinrichtungen eine Distanz hat. Eine
Steuereinrichtung des Systems ist mit einer Gebäudeeinrichtung kommunikativ verbunden, und eine Datenspeichereinrichtung speichert Verarbeitungsinstruktionen für situationsspezifische Kalibrierungsmodi. Eine Signalverarbeitungseinrichtung ist mit der Datenspeichereinrichtung, den Funkeinrichtungen und der Steuereinrichtung
kommunikativ verbunden. Die Signalverarbeitungseinrichtung ist ausgestaltet, die Funkkommunikation im Überwachungsbereich auszuwerten und daraus mindestens einen Situationsindikator zu ermitteln, der eine im Überwachungsbereich vorherrschende Funksituation anzeigt. Zudem ist die Signalverarbeitungseinrichtung ausgestaltet, für jede Funkeinrichtung einen Indikator für eine Empfangssignalfeldstärke basierend auf einer Funkkommunikation mit dem ersten Mobilfunkgerät zu erfassen und den dem mindestens einen Situationsindikator zugeordneten Kalibrierungsmodus zu wählen. Die
Signalverarbeitungseinrichtung ist ausserdem ausgestaltet, die dem gewählten
Kalibrierungsmodus zugeordneten Verarbeitungsinstruktionen aus der
Datenspeichereinrichtung zu lesen und eine momentane Position des ersten
Mobilfünkgeräts als Funktion der erfassten Empfangssignalfeldstärkeindikatoren gemäss den gelesenen Verarbeitungsinstruktionen zu ermitteln.
Die hier beschriebene Technologie schafft ein Zugangskontrollsystem, in dem für eine Positionsbestimmung zuerst beurteilt wird, welche Funksituation im
Überwachungsbereich momentan herrscht, und dann in Abhängigkeit der Funksituation der Kalibrierungsmodus gewählt wird. Der gewählte Kalibrierungsmodus bestimmt die Verarbeitungsinstruktionen, mit denen die momentane Position eines Nutzers ermittelt wird. Dies erlaubt eine flexible Anpassung der Positionsbestimmung an die
vorherrschende Funksituation, um die Position auch bei der vorherrschenden
Funksituation möglichst genau bestimmen zu können.
Bei hohem Verkehrsaufkommen stören beispielsweise viele Nutzer die Ausbreitung eines Funksignals, es kommt beispielsweise zu verstärkter Signalabschwächung und
Signalabschattung. Das Funksignal breitet sich in einer solchen Situation daher anders aus, als während einer Referenz-Situation mit einem einzigen Nutzer, der sich entlang eines festgelegten Referenz-Wegs bewegt. Verarbeitungsinstruktionen, die auf dieser Referenz-Situation basieren, liefern daher u. U. nicht die genaueste Positionsbestimmung. In einem Ausführungsbeispiel kann deshalb ein Kalibrierungsmodus gewählt werden, der das hohe Verkehrsaufkommen berücksichtigt. Ist das Verkehrsaufkommen dagegen gering, können die Verarbeitungsinstruktion auf der Referenz-Situation basieren.
Die Anzahl der Nutzer kann auch auf die Anzahl der im Überwachungsbereich anwesenden aktiven Mobilfünkgeräte hindeuten. Die Anzahl der Mobilfünkgeräte kann
daher in einem Ausführungsbeispiel als Situationsindikator gewählt werden. Alternativ zur Anzahl der Mobilfünkgeräte oder zusätzlich kann je nach Konfiguration des
Zugangskontrollsystems, z. B. abhängig von den Gegebenheiten im Gebäude, mindestens einer der folgenden Situationsindikatoren gewählt werden: ein Mobilfunkgerätetyp, eine räumliche Orientierung eines Mobilfünkgeräts, einen Eintrittsort des Nutzers in den Überwachungsbereich, von einem Mobilfunkgerät erzeugte Sensordaten, eine Uhrzeit, eine Anzahl der Funkeinrichtungen, eine im Zugangskontrollsystem verfügbare
Rechenleistung, eine Dichte der Funkeinrichtungen oder eine Raumgrösse. Diese Wahlmöglichkeiten erlauben eine gebäudeindividuelle Anpassung.
Die hier beschriebene Technologie erfasst eine Vielzahl von
Empfangssignalstärkeindikatoren und verarbeitet diese gemäss einem
Berechnungsmodell, wobei das Berechnungsmodell vom gewählten Kalibrierungsmodus abhängt. Vorteilhaft ist dabei, dass die Empfangssignalstärkeindikatoren einfach zu ermitteln sind und dass deren Ermittlung und Überwachung in bekannten Normen und Standards für Funkkommunikation bereits vorgesehen ist. In diesen Normen und Standards ist ein Indikator für eine Empfangssignalfeldstärke auch als Received Signal Strength Indicator (RSSI) bezeichnet. Ein beispielhafter Standard betrifft eine Bluetooth Technologie, z. B. die Bluetooth Low Energy (BLE) Technologie.
In einem Ausführungsbeispiel der hier beschriebenen Technologie werden Funksignale gemäss einer Bluetooth Technologie, insbesondere der BLE Technologie, gesendet und ausgewertet. Dies ist vor allem deswegen ein Vorteil, weil diese Technologie in
Mobilfünkgeräten üblicherweise verfügbar ist und Nutzer das ihnen vertraute Gerät auch in Verbindung mit dem Zugangskontrollsystem nutzen können. Dies erfolgt für einen Nutzer auf komfortable Weise, weil der Nutzer beispielsweise nicht mit dem
Mobilfünkgerät hantieren muss, wenn er Zugang wünscht.
Die Datenspeichereinrichtung speichert in einer Kalibrierungsphase ermittelte Daten, die in einer Anwendungsphase gelesen werden können. Die Daten betreffen beispielsweise einen Funksignalstärke-Referenzwert, der aus einer Funkkommunikation zwischen einer der Funkeinrichtungen und einem dazu in einer Referenz-Distanz angeordneten Referenz- Mobilfünkgerät in der Kalibrierungsphase ermittelt wurde. Die Daten können zudem ein Referenz-Funksignalmuster als Funktion einer Position des Referenz-Mobilfunkgeräts
betreffen, wobei das Referenz-Funksignalmuster aus der Funkkommunikation der Funkeinrichtungen mit dem Referenz-Mobilfunkgerät in der Kalibrierungsphase ermittelt wurde. Ausserdem können die Daten einen in der Kalibrierungsphase ermittelten Verlustkoeffizient für jede der Funkeinrichtungen als Funktion der Referenz-Position des Referenz -Mobilfunkgeräts betreffen.
In einem Ausführungsbeispiel können erste Verarbeitungsinstruktionen für einen ersten Kalibrierungsmodus eine Positionsbestimmung gemäss
(log di (p) - log d'j)2
festlegt werden, wobei NA eine Zahl der Funkeinrichtungen und di(p) eine Euklidische Distanz zwischen einer i-ten Funkeinrichtung (6) und einer variablen Position (p) des Nutzers (4) bedeuten, wobei sich eine mittels des Referenz-Funksignalmusters (FP) ermittelte Distanz (d'i) zwischen dem Mobilfünkgerät (2) und einer i-ten Funkeinrichtung (6) wie folgt ergibt:
M(RSSIdo) - RSSIj
d'i = do 10 loa
Der Verlustkoeffizient ist gemäss
definiert, wobei j = 1, ..., Nj ^ die j-te Messung in einem k-ten Wegsegment einer festgelegten Wegstrecke für die i-te Funkeinrichtung bezeichnet, wobei die Wegsegmente in einer Kalibrierungsphase festgelegt sind.
In einem Ausführungsbeispiel können zweite Verarbeitungsinstruktionen für einen zweiten Kalibrierungsmodus eine Ermittlung einer Trajektorie einer Bewegung des Nutzers festlegen, wobei die Ermittlung auf den festgelegten Standorten der
Funkeinrichtungen, den erfassten Indikatoren für die Empfangssignalfeldstärken und dem Funksignalstärke-Referenzwert basiert, wobei Verlustkoeffizienten mittels einer Maximum-Likelihood-Schätzung ermittelt sind, wobei Restkosten gemäss einer negativen Log-Likelihood-Funktion unter Einbeziehung der ermittelten
Verlustkoeffizienten ermittelt sind und wobei die Restkosten über den Positionspfad minimiert sind.
Die Datenspeichereinrichtung speichert in einem Ausführungsbeispiel ausserdem eine individuelle Kennung des ersten Mobilfunkgeräts, die vom ersten Mobilfünkgerät ausgesendet wird. Die Kennung kann genutzt werden, um damit auf den Nutzer zu schliessen, dem das erste Mobilfünkgerät gehört. Damit kann in einem
Ausführungsbeispiel geprüft werden, ob der Nutzer zugangsberechtigt ist. Im
Zugangskontrollsystem ist die Signalverarbeitungseinrichtung ausgestaltet, der
Steuereinrichtung ein Steuersignal zuzuführen, wenn basierend auf der Kennung und der ermittelten momentanen Position des Mobilfünkgeräts eine festgelegte Regel erfüllt ist. Die Steuereinrichtung ist ausgestaltet, eine der festgelegten Regel entsprechende Gebäudeaktion zu veranlassen, insbesondere die Schleuse freizugeben.
Im Folgenden sind verschiedene Aspekte der verbesserten Technologie anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Figuren näher erläutert. In den Figuren haben gleiche Elemente gleiche Bezugszeichen. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer beispielhaften Situation in einem Gebäude mit einem Zugangskontrollsystem gemäss einem Ausführungsbeispiel;
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer beispielhaften
Funkkommunikationssituation für die in Fig. 1 gezeigte Situation im Gebäude; Fig. 3 eine beispielhafte Darstellung eines Modells, einschliesslich beispielhafter
Einflussfaktoren, zur Bestimmung einer Position eines Nutzers in der in Fig. 1 gezeigten Situation;
Fig. 4 ein Ablaufdiagram eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Betreiben eines Zugangskontrollsystems;
Fig. 5 ein Ablaufdiagram eines Ausführungsbeispiels eines Kalibrierungsverfahrens zur Bestimmung einer Referenz-Konstanten,
Fig. 6 ein Ablaufdiagram eines Ausführungsbeispiels eines Kalibrierungsverfahrens zur Bestimmung eines Verlustkoeffizienten,
Fig. 7 ein Ablaufdiagram eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Betreiben eines Zugangskontrollsystems, und
Fig. 8 ein Ablaufdiagram eines zusätzlichen Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Betreiben eines Zugangskontrollsystems.
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer beispielhaften Situation in einem Gebäude mit einem Zugangskontrollsystem 1. Aus Darstellungsgründen sind vom Gebäude lediglich einige Wände 3, Räume 24 und Zonen 20, 22 eingezeichnet. Die Räume 24 können z. B. Büros, Wohnungen, Hallen und/oder Aufzugskabinen eines Aufzugsystems sein. In der in Fig. 1 gezeigten Situation befindet sich in der Zone 22 ein Nutzer 4, der ein Mobilfunkgerät 2 mit sich führt. Die Zone 22 unterliegt in diesen beispielhaften
Situationen keiner Zugangsbeschränkung und wird im Folgenden auch als öffentliche Zone 22 bezeichnet. Eine Schleuse 14 trennt die öffentliche Zone 22 von der Zone 20, die einer Zugangsbeschränkung unterliegt und an die Räume 24 angrenzt. Die Zone 20 ist im Folgenden auch als zugangsbeschränkte Zone 20 bezeichnet. Der Fachmann erkennt, dass je nach Gebäude Situation jeder Raum 24 als zugangsbeschränkte Zone 20 betrachtet werden kann. Unter dem Begriff "Gebäude" sind in dieser Beschreibung beispielsweise Wohn- und/oder Geschäftsgebäude, Sportarenen, Flughäfen, Schiffe zu verstehen.
Das Zugangskontrollsystem 1 umfasst gemäss einem Ausführungsbeispiel
Funkeinrichtungen 6, beispielsweise vier durch RFi, RF2, RF3, RF4 gekennzeichnete Funkeinrichtungen 6. Der Fachmann erkennt, dass in einem anderen Ausführungsbeispiel mehr als vier Funkeinrichtungen 6 (allgemein RFi, mit i = 1, 2, ... N) angeordnet sein können, was in Fig. 1 durch gestrichelt dargestellte Funkeinrichtungen (RF) angedeutet ist. Jede der Funkeinrichtungen 6 sendet und empfängt im Betrieb Funksignale gemäss einem festgelegten Standard für Funkkommunikation, wie an anderer Stelle dieser Beschreibung ausgeführt.
Die Funkeinrichtungen 6 sind an festgelegten Standorten ortsfest angeordnet; diese Standorte können bezogen auf einen Gebäudeplan angegeben sein, beispielsweise für ein Gebäudestockwerk mittels x-y Koordinaten. Der Ort der Schleuse 14 kann in ähnlicher Weise für ein Gebäudestockwerk mittels x-y Koordinaten angegeben sein. Daten, die die Standorte der Funkeinrichtungen 6 und den Ort der Schleuse 14 angeben, sind in einem Ausführungsbeispiel im Zugangskontrollsystem 1 gespeichert, beispielsweise in einer Datenspeichereinrichtung 18 (im Folgenden auch als Speichereinrichtung 18 bezeichnet).
Durch die so angeordneten Funkeinrichtungen 6 ist ein Bereich festgelegt, der durch das Zugangskontrollsystem 1 überwacht wird, dieser Bereich ist im Folgenden als
Überwachungsbereich bezeichnet. Je nach Gebäudesituation kann der
Überwachungsbereich beispielsweise an eine Haupteingangstür, eine Stockwerkstür oder eine Aufzugstür angrenzen, deren Orte ebenfalls im Gebäudeplan angegeben und damit bekannt sind. Kommt ein Nutzer 4 durch eine solche Tür in den Überwachungsbereich, dabei kann beispielsweise eine Türbewegung detektiert werden, ergibt sich aus dem bekannten Ort dieser Tür eine momentane Position des Nutzers 4. Da sich der Nutzer 4 von der Tür wegbewegt, kann diese momentane Position als Anfangsposition der Bewegung im Überwachungsbereich betrachtet werden. In einem Ausführungsbeispiel kann eine Funkeinrichtung 6 an einem markanten Ort, wie z. B. den genannten Türen, angeordnet sein, um diesen Ort als Anfangsposition zu definieren.
Das Zugangskontrollsystem 1 umfasst ausserdem eine Signalverarbeitungseinrichtung 8 (als DSP dargestellt) und eine mit der Signalverarbeitungseinrichtung 8 verbundene Steuereinrichtung 10, 12. Die Speichereinrichtung 18 ist ebenfalls mit der
Signalverarbeitungseinrichtung 8 verbunden. Die Signalverarbeitungseinrichtung 8 ist mit den Funkeinrichtungen 6 kommunikativ verbunden, was durch einen Doppelpfeil 9 angedeutet ist. Die Steuereinrichtung 10, 12 umfasst ein Steuerungssystem 12 (in Fig. 1 als ACS dargestellt) für das Zugangskontrollsystems 1, das z. B. eine
Zugangsberechtigung prüft und abhängig vom Ergebnis dieser Prüfung eine
Gebäudeeinrichtung ansteuert. Die Gebäudeeinrichtung kann eine Steuereinrichtung 16 (CTRL) für die Schleuse 14 oder ein Steuerungssystem 10 für ein Aufzugssystem (in Fig. 1 als ECS dargestellt) sein. Bezogen auf das Aufzugssystem sind einige oder alle der dargestellten Räume 24 Aufzugskabinen. In Fig. 1 umfasst die Steuereinrichtung 10, 12 das Steuerungssystem 10 für das Aufzugssystem. Der Fachmann erkennt, dass das Steuerungssystem 12 für das Zugangskontrollsystems 1 und das Steuerungssystem 10 für das Aufzugssystem getrennte Systeme sein können und dementsprechend als getrennte Systeme dargestellt werden können.
In der in Fig. 1 gezeigten Situation ist die hier beschriebene Technologie in vorteilhafter Weise anwendbar, um das Zugangskontrollsystem 1 mit möglichst geringer Komplexität zu betreiben und dem Nutzer 4 komfortabel Zugang zur zugangsbeschränkten Zone 20 zu gewähren. Der Fachmann erkennt, dass sich mehr als ein Nutzer 4 im
Überwachungsbereich aufhalten kann. Kurz und beispielhaft zusammengefasst erfolgt der Betrieb des Zugangskontrollsystems 1 gemäss einem Ausführungsbeispiel wie folgt:
Die Technologie bestimmt eine Position des Nutzers 4 unter Verwendung eines
Berechnungsmodells, im Folgenden auch als Kanalmodell bezeichnet, das
Übertragungsverluste der Funksignale, die sich zwischen dem Mobilfunkgerät 2 und den Funkeinrichtungen 6 ausbreiten, beschreibt. Als Mass für die Übertragungsverluste nutzt das Kanalmodell Indikatoren für Empfangssignalfeldstärken (Received Signal Strength Indicator, RSSI), die für die momentane Position bezüglich der einzelnen
Funkeinrichtungen 6 ermittelt werden. Dieses Kanalmodell wird abhängig von einer im Überwachungsbereich vorherrschenden Funksituation, z. B. eine Anzahl anwesender Mobilfunkgeräte 2, deren Typen (z. B. iPhone-Geräte oder Android-Geräte) und/oder Richtungsangaben (z. B. Lage/Orientierung eines Mobilfünkgeräts 2), und eines daraus ermittelten Situationsindikators angepasst. Die Anpassung erfolgt gemäss einem für die Funksituation gewählten Kalibrierungsmodus; der gewählte Kalibrierungsmodus kann auf vorgängig ermittelte und gespeicherte Werte (z. B. Referenzwerte) beruhen oder ohne eine solche vorgängige Werteermittlung auskommen. Diese im Zugangskontrollsystem 1 implementierte Technologie verbessert die Genauigkeit der Positionsbestimmung. In einem Ausführungsbeispiel wird die Genauigkeitsverbesserung dadurch unterstützt, dass die Funksignale gemäss einem Standard für die Bluetooth Technologie gesendet werden und/oder dass im Zugangskontrollsystem 1 ein möglichst hoher Diversitätsgrad vorgesehen ist (wie an andere Stelle diese Beschreibung ausgeführt).
Da die Standorte der Funkeinrichtungen 6 bekannt/festgelegt sind, insbesondere bezogen auf die Schleuse 14, ergibt sich aus der Positionsbestimmung des Mobilfunkgeräts 2 die Position des Nutzers 4 bezogen auf die Funkeinrichtungen 6 bzw. der Schleuse 14. Damit kann beispielsweise ermittelt werden, wie weit der Nutzer 4 von der Schleuse 14 entfernt ist und/oder in welche Richtung er sich bewegt, z. B. zur Schleuse 14 hin oder von ihr weg. Ein vom Mobilfünkgerät 2 gesendetes Funksignal umfasst eine individuelle Kennung (z. B. Geräte ID, Seriennummer, Geräteadresse), mittels der überprüft werden kann, ob der Nutzer 4 zugangsberechtigt ist, sollte er Zugang wünschen und nicht nur an der Schleuse 14 Vorbeigehen. Bewegt sich der Nutzer 6 entlang einem der in Fig. 1 beispielhaft gezeigten Wegstrecken 26, 28, kann die sich zeitlich ändernde Position (auch als Trajektorie bezeichnet) des Nutzers 4 verfolgt werden. Dafür werden in festgelegten diskreten Zeitabständen Positionsbestimmungen durchgeführt; die Zeitabstände können beispielsweise abhängig von der Funktechnologie gewählt werden. Ergibt ein Vergleich der ermittelten Position mit dem Ort der Schleuse 14, dass sich der Nutzer 4 an der
Schleuse 14 befindet, wird, wenn eine festgelegte Regel erfüllt ist, eine entsprechende Gebäudeaktion veranlasst; beispielsweise wird ihm bei ermittelter Zugangsberechtigung Zugang gewährt.
Das Kanalmodell und die Optionen zur Anpassung des Kanalmodells sind im Folgenden ausführlicher beschrieben. Zudem sind weitere Eigenschaften des
Zugangskontrollsystems 1 und dessen Komponenten angegeben.
Die Funkeinrichtungen 6 des Zugangskontrollsystems 1 sind im gezeigten
Ausführungsbeispiel in der öffentlichen Zone 22 und in der zugangsbeschränkten Zone 20 angeordnet. Dadurch erstreckt sich der Überwachungsbereich über beide Zonen 20, 22. In der in Fig. 1 gezeigten Situation mit vier Funkeinrichtungen 6 befinden sich zwei Funkeinrichtungen 6 (RFi, RF2) in der öffentlichen Zone 22 und zwei Funkeinrichtungen 6 (RF3, RF4) in der zugangsbeschränkten Zone 20. Der Fachmann erkennt, dass in einem anderen Ausführungsbeispiel die Funkeinrichtungen 6 nur in einer der beiden Zonen 20, 22 angeordnet sein können und dass die Anzahl und die Anordnung der
Funkeinrichtungen 6 abhängig von den Gegebenheiten im Gebäude gewählt werden können. Eine Anordnung der Funkeinrichtungen 6 in beiden Zonen 20, 22, d. h. auf beiden Seiten der Schleuse 14, hat jedoch den Vorteil, dass die Positionsbestimmung mit im Wesentlichen der gleichen Genauigkeit erfolgt, unabhängig davon, in welche Richtung sich der Nutzer 4 bewegt.
Die Schleuse 14 trennt die zugangsbeschränkte Zone 20 von der öffentlichen Zone 20. Je nach Gebäude und dessen Anforderungen kann die Schleuse 14 eine physische Barriere, z. B. eine Tür, eine Dreh- oder Schiebetür, eine Schranke oder ein Drehkreuz, umfassen oder ohne eine solche physische Barriere ausgestaltet sein. Das Zugangskontrollsystem 1 stellt mit Hilfe der Schleuse 14 sicher, dass nur berechtigte Nutzer 4 in die
zugangsbeschränkte Zone 20 gelangen können, beispielsweise durch Blockieren oder Freigeben der physischen Barriere. Bei Schleusen 14 ohne eine physische Barriere kann das Zugangskontrollsystem 1 beispielsweise den Zugang dadurch kontrollieren, dass bei Eintreten eines nichtberechtigten Nutzers 4 in die zugangsbeschränkte Zone 20 eine Sicherheitsmassnahme veranlasst wird, z. B. ein optischer und/oder akustischer Alarm ausgelöst wird; alternativ dazu oder zusätzlich kann eine Benachrichtigung eines Sicherheitsdienstes veranlasst werden. Unabhängig davon, ob die Schleuse 14 mit oder
ohne eine physische Barriere ausgestatet ist, kann zusätzlich eine evtl vorhandene Informationseinrichtung aktiviert werden, um z. B. einen Nutzer 4 zu informieren.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer beispielhaften Funksituation für die in Fig. 1 gezeigte Situation im Gebäude. In Fig. 1 und Fig. 2 befindet sich der Nutzer 4 an einer Position P, die im Folgenden als (tatsächliche) Position P bezeichnet ist. Die hier beschriebene Technologie nutzt das Kanalmodell zur Bestimmung der Position des Mobilfunkgeräts 2 und damit die Position des Nutzers 4. Die so ermitelte Position des Nutzers 4 ist im Folgenden als Position P' bezeichnet; sie kann gleich der tatsächlichen Position P des Nutzers 4 sein, sie kann aber auch davon mehr oder weniger abweichen, vor allem unter realen Bedingungen im Gebäude.
In Fig. 1 und Fig. 2 sind die vier Funkeinrichtungen 6 (RFi, RF2, RF3, RF4) gezeigt, die im Bereich um die Schleuse 14 angeordnet sind. Der Nutzer 4 und das Mobilfunkgerät 2 befinden sich an der (tatsächlichen) Position P, von der aus er jeweils einen Abstand zu einer der Funkeinrichtungen 6 hat; in Fig. 2 sind dies die Abstände di, d2, d3, d4
(allgemein di, mit i = 1, 2, ... N). In Fig. 2 ist angenommen, dass zwischen dem
Mobilfunkgerät 2 des Nutzers 4 und jeder Funkeinrichtung 6 Funksignale gesendet und empfangen werden. Für jedes dieser Funksignale kann für die Position P ein
Empfangssignalstärkeindikator (RSSIi) ermitelt werden; in Fig. 2 sind dies die
Empfangssignalstärkeindikatoren RSSE, RSSE, RSSE, RSSE. Zur Veranschaulichung ist in Fig. 2 für jedes Funksignal bzw. jede Funkverbindung ein Wertepaar eingezeichnet, das einen Abstand di und den dafür gemessenen Empfangssignalstärkeindikator RSSE angibt, wobei i = 1, 2, ..., N (Anzahl der Funkeinrichtungen 6) ist.
Aus diesen Funksignalen ergibt sich für die Position P des Nutzers 4 ein
charakteristisches Funkmuster FP (auch als Funk-Fingerprint FP bezeichnet). In einem Ausführungsbeispiel umfasst der Funk-Fingerprint FP alle für die Position P gemessenen Empfangssignalstärkeindikator RSSE, in Fig. 2 sind dies die vier
Empfangssignalstärkeindikatoren RSSE, RSSE, RSSE, RSSE. Ändert sich die Position P, ändert sich in der Regel einer oder mehrere dieser Empfangssignalstärkeindikatoren RSSE, RSSE, RSSE, RSSE. Die Kenntnis der für eine Position gemessenen
Empfangssignalstärkeindikatoren RSSE, also des für diese Position bestimmten Funk- Fingerprints FP, kann in einem Ausführungsbeispiel genutzt werden, um eine Position
eines Mobilfunkgeräts 2 näherungsweise zu ermitteln. Die
Empfangssignalstärkeindikatoren RSSE und das Funkmuster FP können in der
Speichereinrichtung 18 gespeichert werden.
Fig. 2 zeigt zudem eine Situation, die gemäss einem Ausführungsbeispiel für eine Bestimmung von einem oder mehreren Referenzwerten genutzt wird. Der oder die so bestimmten Referenzwerte können in einem Kalibrierungsmodus verwendet werden. In der gezeigten Situation hat der Nutzer 4 ein Referenz-Mobilfunkgerät 2a und befindet sich in einem Abstand do zu einer für die Bestimmung von Referenzwerten ausgewählten Funkeinrichtung 6; in Fig. 2 ist dies die mit RFi gekennzeichnete Funkeinrichtung 6. Ein dafür bestimmter Referenzwert ist als RSSId eingezeichnet. Weitere Ausführungen hierzu sind an anderer Stelle dieser Beschreibung angegeben.
Der Fachmann erkennt, dass der genannte möglichst hohe Diversitätsgrad auf verschiedene Art erzielt werden kann. In der Nachrichtentechnik erfolgt mit der
Diversitäts-Technik die redundante Übertragung von Daten über stochastisch unabhängige Kanäle, die nur zu einer geringen Wahrscheinlichkeit zur selben Zeit fehleranfällig sind. Dabei sind verschiedene Formen von Diversitäts-Betriebsarten bekannt: Bei der Zeitdiversität wird die Information der Nutzdaten mehrmals zeitlich versetzt und so mehrfach über denselben Funkkanal gesendet, um zeitabhängige Schwankungen der Signalstärke auszugleichen. Bei der Raumdiversität werden zwei oder mehr Sende-Empfangs-Wege betrieben. Realisiert wird dies meistens durch räumlich getrennte Antennen, die parallel betrieben werden. Je nach Verfahren wählt die
Empfangsvorrichtung dann z. B. das stärkste empfangene Signal aus. Bei der
Frequenzdiversität wird dasselbe Signal zeitgleich über zwei oder mehrere,
unterschiedliche Trägerfrequenzen übertragen. Bei Störungen oder einer kompletten Signalauslöschung ist zu erwarten, dass nicht alle verwendeten Frequenzbereiche davon betroffen sind.
In einem Ausführungsbeispiel der hier beschriebenen Technologie erfolgt die
Funkkommunikation zwischen dem Mobilfünkgerät 2 (bzw. dem Referenz- Mobilfünkgerät 2a) und den Funkeinrichtungen 6 gemäss einem Standard für die Bluetooth Technologie, z. B. Bluetooth Low Energy (BLE) (im Folgenden als BLE Technologie bezeichnet); das Mobilfünkgerät 2 (2a) und die Funkeinrichtungen 6 sind
dafür mit entsprechenden Einrichtungen ausgestattet. Alternativ zur BLE Technologie können anderer bekannte Funktechnologien verwendet werden, z. B. eine WLAN/WiFi Technologie. Das Mobilfunkgerät 2 sendet z. B. als Funksignal einen als Advertising Event bezeichneten Aufmerksamkeitshinweis aus. Alle in Funkreichweite befindlichen Funkeinrichtungen 6 empfangen dieses Funksignal, und jede dieser Funkeinrichtungen 6 kann die Signalstärke des von ihr empfangenen Funksignals bestimmen, aus der sich der Empfangssignalstärkeindikator RSSIi ergibt. Der Fachmann erkennt, dass dieser Vorgang auch umgekehrt ablaufen kann, d. h. jede Funkeinrichtung 6 sendet als Funksignal einen Advertising Event und das Mobilfunkgerät 2 bestimmt daraus die Signalstärken bzw. die Empfangssignalstärkeindikatoren RSSE (weitere Ausführungen hierzu erfolgen unten).
In einer Ausgestaltung der BFE Technologie (Bluetooth 5.0) werden drei Haupt- Funkkanäle verwendet, die jeweils eine relativ geringe Bandbreite haben und voneinander durch einen relativ grossen Frequenzabstand getrennt sind; weitere Details zur BFE Technologie, insbesondere zum Kommunikationsprotokoll, sind dem Fachmann bekannt, so dass Ausführungen hierzu an dieser Stelle nicht erforderlich erscheinen. In einem Ausführungsbeispiel kann Diversität durch Mittelung zeitlich aufeinander folgender Messungen der Empfangssignalstärkeindikatoren RSSE realisiert werden. Diese sind im Normalfall zeitlich unabhängig, da sie über verschiedene Funkkanäle, und damit über verschiedene Frequenzen, übertragen werden.
Der Fachmann erkennt, dass die Messung der Empfangssignalstärkeindikatoren RSSIi durch das Mobilfunkgerät 2 (bzw. des Referenz-Mobilfunkgeräts 2a) und/oder durch die Funkeinrichtungen 6 bzw. die Signalverarbeitungseinrichtung 8 erfolgen kann.
Beispielsweise können in einem ersten Fall die Funkeinrichtungen 6 fortlaufend
Advertising Event Pakete senden. Das Mobilfunkgerät 2 empfängt diese Pakete und kann alle damit verbundenen Empfangssignalstärkeindikatoren RSSE ermitteln. Die gemessenen Werte liegen jetzt auf dem Mobilfunkgerät 2 vor. Eine Softwareanwendung (auch als App bezeichnet) kann nun die Position des Mobilfunkgeräts 2 gemäss der hier beschriebenen Technologie ermitteln und gegebenenfalls von einem Sensormodul (IMU, Inertiale Measurement Unit) des Mobilfunkgeräts 2 erzeugte Sensorwerte (IMU-Daten) mitverwenden, da diese ebenfalls auf dem Mobilfunkgerät 2 vorliegen. Das
Zugangskontrollsystem 1 wird dann vom Mobilfunkgerät 2 über die ermittelte Position informiert.
Im umgekehrten (zweiten) Fall sendet das Mobilfunkgerät 2 fortlaufend Advertising Event Pakete aus. Die Funkeinrichtungen 6 empfangen diese Pakete und können alle damit verbundenen Empfangssignalstärkeindikatoren RSSE ermitteln. Die gemessenen Werte hegen nun bei den Funkeinrichtungen 6 vor und können in der Speichereinrichtung 18 mit einem Zeitstempel versehen gespeichert werden. Die
Signalverarbeitungseinrichtung 8 verarbeitet diese Daten gemäss der hier beschriebenen Technologie, um die Position des Mobilfunkgeräts 2 zu ermitteln. IMU-Daten können vom Mobilfünkgerät 2 zur Signalverarbeitungseinrichtung 8 übermittelt und bei der Positionsbestimmung mitverwendet werden. Im Folgenden erfolgt die Beschreibung der Technologie bezogen auf den zweiten Fall.
Fig. 3 zeigt eine beispielhafte Prinzipdarstellung zur Bestimmung einer Position des Nutzers 4 gemäss den in Fig. 1 und Fig. 2 gezeigten Situationen. Die
Positionsbestimmung basiert auf einem Kanalmodell (Block 38). Je nach Ausgestaltung kann die Positionsbestimmung unter Nutzung eines von mehreren Kalibrierungsmodi (Block 36) erfolgen, wobei der Kalibrierungsmodus abhängig von einem
Situationsindikator gewählt werden kann. Diese Positionsbestimmung kann zusätzlich unter Nutzung einer zeitlichen Filterung (Block 34) und/oder von Sensorwerten (Block 32) modifiziert werden. Die Sensorwerte werden in einem Ausführungsbeispiel von einem Sensormodul (IMU, Inertiale Measurement Unit) des Mobilfunkgeräts 2 erzeugt. Aus dem gemäss einem der Kalibrierungsmodi angepassten Kanalmodell ergibt sich die momentane Position P' des Mobilfunkgeräts 2 (evtl modifiziert durch Filterung und Sensorwerte), was in Fig. 3 durch einen Block 30 angedeutet ist. Ein beispielhafter zeitlicher Verlauf der Position P' in der x-y Ebene (s. Fig. 1) ist in einem Block 40 angedeutet. Im Block 40 befindet sich die Schleuse 14 beispielhaft in x-Richtung bei xo; daraus ist auch ersichtlich, dass sich die Positionsbestimmung gemäss der hier beschriebenen Technologie über beide Zonen 20, 22 erstreckt.
Der hier beschriebenen Technologie liegt ein Konzept zugrunde, das einen Verlust an Signalstärke bei einer Übertragung über einen Übertragungskanal beschreibt. Der Übertragungskanal umfasst den Signalweg vom Mobilfunkgerät 2 (einschliesslich dessen Antenne) über die Luft zu einer der Funkeinrichtungen 6 (einschliesslich deren Antenne), die ebenfalls zu den Verlusten beitragen können. Antennenverluste und
Mehrwegeausbreitung werden bei der hier beschriebenen Technologie als
Zufallsvariablen betrachtet. Aus Fig. 1 und Fig. 2 ist ersichtlich, dass vom
Mobilfünkgerät 2 mehrere Signalwege ausgehen bzw. enden. Ein solches Konzept ist dem Fachmann als Kanalmodell bekannt. Gemäss dem hier verwendete Kanalmodell ist der durchschnittliche Empfangssignalstärkeindikator RSSI(d) (in dBm) als Funktion der
Distanz d durch folgende Gleichung beschrieben:
RSSI(d) = M(RSSIdo) - 10 a log10 ( ) + W ,
mit
M(RSSIdo) = 101og10(PR,do)
und
W = X + S + G = 10 log10(x) + 10 log10(s) + 101og10(g).
Dabei sind:
do: Referenzabstand
Verlustkoeffizient/Verlustexponent
M(RSSIdo): mittlere Empfangssignalstärkeindikator RSSI bei einem Referenzabstand do
PR,do : mittlere empfangene Leistung bei einem Referenzabstand do
X: Schwund/Fading-Variable,
S: Funkabschattungs-Variable, und
G: Antennengewinn/-verlust-V ariable .
Im Überwachungsbereich herrscht zu einem gegebenen Zeitpunkt eine momentane Funksituation (hierbei werden nur die Funksignale (Bluetooth Technologie) zwischen dem Mobilfunkgerät 2 und den Funkeinrichtungen 6 betrachtet, nicht aber etwaige andere im Gebäude vorhandene Funksignale). Weil jedes Mobilfünkgerät 2 mit einem
Funksignal auch mindestens eine individuelle Kennung aussendet, können
Mobilfunkgeräte 2 unterschieden werden; dadurch kann auf die Anzahl der im
Überwachungsbereich aktiven anwesenden Mobilfunkgeräte 2 geschlossen werden. Die Kennung kann eine Telefonnummer, eine Internationale Mobilfunk-Teilnehmerkennung (International Mobile Subscriber Identity (IMSI)), eine Geräte-ID (International Mobile Station Equipment Identity (IMEI)), eine Geräteadresse (Media Access Control (MAC)
Address) oder eine andere Art der eindeutigen Kennzeichnung eines Mobilfunkgeräts 2 sein. Aus der Anzahl der Mobilfunkgeräte 2 können das Ausmass von Funkabschattungen durch die anwesenden Nutzer 4 und die Kanalauslastung abgeschätzt werden. Zudem kann u. U. erkannt werden, z. B. abhängig von der Anzahl der Nutzer 4, ob sich der
Nutzer 4 in Fig. 2 näher an der Funkeinrichtung RFi oder der gegenüber angeordneten Funkeinrichtung RF2 befindet. Zur Funksituation kann in einen Ausführungsbeispiel auch der Typ des Mobilfunkgeräts 2 beitragen. Die Geräte-ID gibt in der Regel an, um welchen Typ von Mobilfunkgerät 2 (z. B. ein iPhone von Apple oder ein so genanntes Android Smartphone eines anderen Herstellers) es sich handelt.
Die Anzahl der Mobilfunkgeräte 2 stellt einen Situationsindikator dar, ebenso wie der Typ eines Mobilfunkgeräts 2. Weitere Situationsindikatoren sind ein Eintrittsort des Nutzers 4 in den Überwachungsbereich (z. B. der genannte markante Ort), von einem Mobilfunkgerät 2 erzeugte Sensordaten, eine Nutzer-Kennung, eine Uhrzeit, eine Anzahl der Funkeinrichtungen 6, eine im Zugangskontrollsystem 1 verfügbare (Computer-) Rechenleistung, eine Dichte der Funkeinrichtungen 6 und eine Raumgrösse. Aus der Auswertung der Funkkommunikation im Überwachungsbereich kann mindestens einer dieser Situationsindikatoren ermittelt werden, der die Funksituation im
Überwachungsbereich anzeigt. Der Fachmann erkennt, dass mehrere dieser
Situationsindikatoren erfasst werden können, um die Funksituation anzuzeigen, und dass nicht alle der genannten Situationsindikatoren im Zugangskontrollsystem 1, zu einer bestimmten Zeit oder für ein bestimmtes Mobilfunkgerät 2 ermittelbar sein können.
Gemäss der hier beschriebenen Technologie wird der Situationsindikator genutzt, um einen der Situation angemessenen Kalibrierungsmodus zu wählen, durch den das Kanalmodell angepasst wird. Im Folgenden sind drei verschiedene Kalibrierungsmodi mit jeweils mehreren möglichen Kalibrierungsalgorithmen beschrieben:
ein Referenz-Mobilfunkgerät gestützter Kalibrierungsmodus, der auf einem dedizierten Kalibrierungslauf mit einem Referenz-Mobilfunkgerät 2a in einer Kalibrierungsphase beruht und unten in Verbindung mit Fig. 6 beschrieben ist; ein Mobilfunkgerät unabhängiger Kalibrierungsmodus, der auf einem
Selbstkalibrierungsansatz in einer Kalibrierungsphase beruht; und
ein automatisierter Echtzeit-Kalibrierungsmodus, der mit einer reduzierten Kalibrierung oder ohne eine spezielle Kabbrierungsphase auskommt.
Die Parameter des genannten Kanalmodells, insbesondere die durchschnittliche
Empfangsleistung (PR,®) im Referenzabstand do und der Verlustkoeffizient a, können für verschiedene Funksituationen und Mobilfunkgeräte 2 erheblich abweichen. Für eine
zuverlässige Positionsbestimmung ist jedoch die Kenntnis dieser Parameter für ein gegebenes System und eine gegebene Funksituation von Bedeutung, insbesondere auch wenn sich eine Ausbreitungsumgebung für die Funksignale ändert. Mit den genannten Kalibrierungsmodi können die Parameter mit oder ohne Kenntnis des Wegs des Nutzers 4 in einer Kalibrierungsphase bestimmt werden oder eine Kalibrierungsphase kann entfallen.
Zuerst wird auf den Mobilfünkgerät unabhängigen Kalibrierungsmodus, im Folgenden auch Selbstkalibrierung genannt, Bezug genommen. Dabei werden die
Verlustkoeffizienten a,. die Pfadverluste beschreiben, auf der Grundlage von Messungen zwischen den Funkeinrichtungen 6 und der Kenntnis der Standorte der Funkeinrichtungen 6 ermittelt. In einer Kalibrierungsphase wird jede Funkeinrichtung 6 als einzelner Sender verwendet, während die verbleibenden Funkeinrichtungen 6 Empfänger sind. Sendet z. B. eine erste Funkeinrichtung 6 Funk-Prüfsignale an alle anderen Funkeinrichtungen 6, werden die von ihnen bestimmten Empfangssignalstärkeindikatoren RSSE gespeichert. Danach wechselt die zuvor sendende erste Funkeinrichtung 6 in einen Empfängermodus und die nächste Funkeinrichtung 6 beginnt zu senden. Dieser Vorgang wird wiederholt, bis alle Funkeinrichtungen 6 einmal Funk-Prüfsignale gesendet haben. Aufgrund der Kenntnis aller Standorte der Funkeinrichtungen 6 und damit auch der Abstände zwischen den Funkeinrichtungen 6 können die ermittelten Empfangssignalstärkeindikatoren RSSE verwendet werden, um für alle Funkeinrichtungen 6 die entsprechenden
Verlustkoeffizienten m zu bestimmen. Ein Vorteil der Selbstkalibrierung ist, dass sie ohne grossen Aufwand automatisiert und bei Bedarf wiederholt werden kann, z. B. bei Änderungen in der Umgebung. Sie kann z. B. Verwendung finden, wenn sich wegen der Gebäudesituation das Mobilfünkgerät 2 in der Nähe der Funkeinrichtungen 6 befindet (z. B. eine Gebäudetür führt direkt in den Überwachungsbereich), wenn dessen Position zu bestimmen ist; dies kann z. B. durch das genannte Funk-Fingerprinting detektiert werden, um damit den Modus der Selbstkalibrierung zu wählen.
Der automatisierte Echtzeit-Kalibrierungsmodus hat den Vorteil, dass er mit reduziertem oder keinem Vorwissen auskommt und somit den Installationsaufwand reduziert. In einer Ausgestaltung kommt der automatisierte Echtzeit-Kalibrierungsmodus ohne eine spezielle Kalibrierungsphase aus. Dabei wird die Position des Mobilfünkgeräts 2 ohne Vorwissen ausser den Standorten der Funkeinrichtungen 6 bestimmt. Anstatt die
Parameter des für die Positionsbestimmung verwendeten Kanalmodells in einer vorgängigen Kalibrierungsphase zu schätzen, werden diese Parameter als Störparameter betrachtet und in Echtzeit gemeinsam mit der Position des Mobilfünkgeräts 2 bestimmt. Dieser Ansatz beseitigt die Notwendigkeit einer Kalibrierung, da die entsprechende Optimierung nicht von den Referenz-RSSI-Werten oder den Verlustkoeffizienten a, abhängt. Dadurch kann sich der Algorithmus an neue Ausbreitungsumgebungen oder an ein Antennenmuster des Mobilfünkgeräts 2 anpassen. In einem Ausführungsbeispiel kann die Genauigkeit verbessert werden, wenn nur die Verlustkoeffizienten a, als
Störparameter betrachtet werden, der mittlere Empfangssignalstärkeindikator M(RSSIdo) beim Referenzabstand dojedoch bekannt ist. In einem Ausführungsbeispiel bestimmt der automatisierte Echtzeit-Kalibrierungsmodus die Trajektorie der Bewegung vom Beginn der Messung bis hin zum momentanen Zeitpunkt.
In einer anderen Ausgestaltung ist der automatisierte Echtzeit-Kalibrierungsmodus iterativ; er basiert auf der Annahme, dass die erste Position des Nutzers 4 bekannt ist. Wie oben ausgeführt, kann dies der Fall sein, wenn der Nutzer 4 durch eine Stockwerktür oder Aufzugstür direkt in den Überwachungsbereich kommt und sich von dieser
Anfangsposition aus weiterbewegt. Mittels einer einzigen Ermittlung des
Empfangssignalstärkeindikators RSSE für jede Funkeinrichtung 6, kann für jede
Funkeinrichtung 6 der Verlustkoeffizient a, bestimmt werden. Die so ermittelten
Verlustkoeffizienten m werden dann zum Ermitteln der (neuen) Position des Nutzers 4 genutzt. Diese neue Positionsbestimmung wird dann verwendet, um auf Basis von zwei Empfangssignalstärkeindikatoren RSSE pro Funkeinrichtung 6 neue Verlustkoeffizienten ai zu ermitteln. Dieser Vorgang wird dann iterativ für die gesamte Wegstrecke fortgesetzt.
In einer weiteren Ausgestaltung des automatisierten Echtzeit-Kalibrierungsmodus können die durch dieses iterative Vorgehen gewonnenen (alten) Daten in einer Erweiterung genutzt werden, um anfangs eine gewisse Mindeststabilität der Positionsbestimmung zu erreichen. Dieser Algorithmus stützt sich somit auf frühere, aber veraltete Information zu den Verlustkoeffizienten a. Während diese zu ungenauen Positionsbestimmungen führen, ist ihre Genauigkeit jedoch den anfänglichen, mittels des iterativen Vorgehens zu Beginn eines Laufs bestimmten Positionen oft überlegen. Beispielsweise können die ersten 10-30 Messungen, insbesondere die ersten 20-25 Messungen verwendet werden. Diese Anzahl
von Messungen reicht aus, um vorläufige und stabile Positionen für eine korrekte Abschätzung der Verlustkoeffizienten a zu erhalten.
In einem Ausführungsbeispiel des Zugangskontrollsystems 1 ist eine Kalibrierungsphase vorgesehen, die z. B. bei einer vor Ort Inbetriebnahme des Zugangskontrollsystems 1 durchgeführt wird. In dieser Kalibrierungsphase können eine Referenz-Konstante (Mittelwert M(RSSIdo)) und mehrere Verlustkoeffizient a, bestimmt werden. Alternativ zur Kalibrierung bei der Inbetriebnahme vor Ort kann die Kalibrierung, insbesondere bzgl. der Referenz-Konstanten M(RSSIdo), zentral durchgeführt werden, wenn die Funkeinrichtungen 6 baugleich und im Wesentlichen identische Funkeigenschaften haben, beispielsweise beim Hersteller bzw. Lieferanten des Zugangskontrollsystems 1. Bei Bedarf kann die Kalibrierungsphase nach der Inbetriebnahme wiederholt werden.
Im Folgenden wird der auf dem Referenz-Mobilfunkgerät 2a gestützte
Kalibrierungsmodus erläutert. Dabei wird das Referenz-Mobilfunkgerät 2a in der Kalibrierungsphase entlang einer festgelegten Wegstrecke (und somit bekannter Positionsinformation) geführt und Empfangssignalstärkeindikatoren RSSE werden zusammen mit der bekannten Positionsinformation gemessen und gespeichert. Dabei ist es nicht erforderlich, dass die Wegstrecke exakt bekannt ist, es genügt, dass sie grob festgelegt ist, mit Anfang, Ende und konstanter Geschwindigkeit zwischen Anfang und Ende. In einem Ausführungsbeispiel ist dieser Ansatz dadurch erweitert, dass die Wegstrecke in einzelne Wegsegmente (k) aufgeteilt wird, um unterschiedliche
Verlustkoeffizienten a, für den Pfadverlust für jede Funkeinrichtung 6 und jedes Wegsegment (k) zu ermitteln. Für einen Nutzer 4, dessen Position zu ermitteln ist, wählt der Algorithmus das Wegsegment (k) aus, in dem sich der Nutzer 4 befinden könnte (ermittelt mittels Funk-Fingerprinting), und weist folglich jeder Funkeinrichtung 6 den entsprechenden Verlustkoeffizient a, für dieses Wegsegment (k) zu. Weitere
Ausführungen hierzu erfolgen in Verbindung mit Fig. 5.
Fig. 4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Betreiben des Zugangskontrollsystems 1, wobei in einer Anwendungsphase die Position des Nutzers 4 bestimmt wird. Für ein in dieser Anmeldung dargestelltes Ablaufdiagramm mittles einzelner Schritte gilt allgemein, dass die Aufteilung in die dargestellten Schritte beispielhaft ist und dass in einer anderen Darstellung einer oder mehrere dieser Schritte in
einen oder mehrere Teilschritte aufgeteilt oder mehrere der Schritte zu einem Schritt zusammengefasst werden können. Die gewählte Darstellung eines Ablaufdiagramms ist daher nicht als Einschränkung zu verstehen.
Der Nutzer 4 befindet sich, wie in Fig. 1 und Fig. 2 beispielhaft gezeigt, mit dem Mobilfimkgerät 2 in der Umgebung der Schleuse 14. Obwohl nur der Nutzer 4 dargestellt ist, erkennt der Fachmann, dass weitere Nutzer und Mobilfimkgeräte anwesend sein können. Die Bluetooth-Funktion des Mobilfunkgeräts 2 und eine eventuell dazugehörige Softwareanwendung sind aktiviert, und eine Kalibrierungsphase ist abgeschlossen. Die Speichereinrichtung 18 ist für die hier beschriebene Technologie konfiguriert; sie speichert insbesondere Gebäudedaten (z. B. Gebäude- oder Stockwerkpläne) und Verarbeitungsinstruktionen für die genannten situationsspezifischen Kalibrierungsmodi. Die Verarbeitungsinstruktionen umfassen Algorithmen für die verschiedenen
Kalibrierungsmodi, Algorithmen für die Positionsbestimmung, in einer
Kalibrierungsphase ermittelte Daten (z. B. Referenz-Distanz do, Referenz- Funksignalmuster, Referenz-Empfangssignalstärkeindikatoren). Der Fachmann erkennt, dass die Speichereinrichtung 18 zudem in der Anwendungsphase ermittelte Daten (online) speichert.
Der Nutzer 4 bewegt sich beispielsweise entlang der Wegstrecke 26 von der öffentlichen Zone 22 in Richtung der zugangsbeschränkten Zone 20. Dabei ist angenommen, dass sich das Mobilfimkgerät 2 bereits in Funkreichweite zu den Funkeinrichtungen 6 (RFi - RF4) befindet. Das Verfahren beginnt in einem Schritt TI und endet in einem Schritt T6.
In einem Schritt T2 wird eine Funkkommunikation im Überwachungsbereich durch die Signalverarbeitungseinrichtung 8 ausgewertet. Für die hier beschriebene Technologie stellt diese Funkkommunikation die Gesamtheit der im Überwachungsbereich übertragenen und in Betracht gezogenen Funksignale (Bluetooth Technologie) dar. Dazu gehören u. a. beispielsweise Funksignale, die die genannten Aufmerksamkeitshinweise (advertising events) übertragen und Funksignale, die darauf antworten. Die
Signalverarbeitungseinrichtung 8 ermittelt daraus beispielsweise die Kennungen der anwesenden Mobilfimkgeräte 2.
Die Signalverarbeitungseinrichtung 8 erfasst auch, mit welcher Signalstärke die
Funksignale von den Funkeinrichtungen 6 und/oder den anwesenden Mobilfunkgeräten 2 empfangen werden. In einem Ausführungsbeispiel wird dafür für jede Funkeinrichtung 6 ein Empfangssignalstärkeindikator RSSIi basierend auf einer Funkkommunikation mit einem Mobilfunkgerät 2 von der Signalverarbeitungseinrichtung 8 erfasst.
In einem Schritt T3 wird durch die Signalverarbeitungseinrichtung 8 mindestens ein Situationsindikator ermittelt, der eine im Überwachungsbereich vorherrschende
Funksituation anzeigt. Der Situationsindikator wird basierend auf der im Schritt T2 erfolgten Auswertung ermittelt. Beispielhafte Situationsindikatoren sind oben genannt.
In einem Schritt T4 wird mindestens ein dem Situationsindikator zugeordneter
Kalibrierungsmodus gewählt. Dafür ist im Zugangskontrollsystem 1, insbesondere in einem Computerprogramm und/oder einem Prozessor der Signalverarbeitungseinrichtung 8, mindestens eine Regel festgelegt. Der Fachmann erkennt, dass mehrere Regeln festgelegt sein können. Im Folgenden sind Beispiele für eine solche Regel genannt:
Zeigen die Situationsindikatoren z. B. den Typ des Mobilfunkgeräts 2 und den Eintrittsort in den Überwachungsraum an, wird geprüft, ob dafür in der
Speichereinrichtung 18 ein Kalibrierdatensatz (Verarbeitungsinstruktionen) für den Referenz-Mobilfunkgerät gestützten Kalibrierungsmodus vorhanden ist. Dieser Kalibiermodus kann insbesondere dann gewählt werden, wenn der Eintrittsort der Ausgangspunkt eines Kalibrierungslaufs ist.
Zeigen die Situationsindikatoren zusätzlich oder alternativ zu den in der vorhergehenden Regel genannten Situationsindikatoren eine Nutzer-Kennung und die Uhrzeit an, wird geprüft, ob für diesen Nutzer 4 für eine ähnliche Uhrzeit bereits eine Positionsbestimmung gemäss einem Kalibrierungsmodus erfolgte. Ist dies der Fall, kann dieser Kalibrierungsmodus erneut gewählt werden.
Zeigen die Situationsindikatoren die Anzahl der Nutzer 4 im
Überwachungsbereich an, und ist diese Anzahl signifikant höher als die Anzahl, die während eine Kalibrierungslaufs vorhanden war, dann bieten sich z. B. der Mobilfunkgerät unabhängige Kalibrierungsmodus (Selbstkalibrierung) oder der automatisierte Echtzeit-Kalibrierungsmodus an.
Ist für eine durch die Situationsindikatoren angezeigte Funksituation kein für einen speziellen Kalibrierungsmodus passend scheinender Kalibrierdatensatz
vorhanden, dann bieten sich z. B. der Mobilfünkgerät unabhängige
Kabbrierungsmodus (Selbstkalibrierung) oder der automatisierte Echtzeit- Kabbrierungsmodus an. Zeigt aber z. B. ein Situationsindikator die Uhrzeit an und ist bekannt, dass dies einer Stosszeit mit vielen anwesenden Nutzem 4 entspricht, kann die Selbstkalibrierung gewählt werden, weil sie sich an geänderte Umgebungsverhältnisse anpassen kann.
Je nach Situation im Gebäude kann das Zugangskontrollsystem 1 bzw. dessen Computersystem mehr oder weniger ausgelastet sein bzw. weniger oder mehr Rechenleistung zu Verfügung haben. Wird die verfügbare Rechenleistung als Situationsindikator genutzt, kann z. B. der rechenintensivere automatisierte Echtzeit-Kalibrierungsmodus gewählt werden, wenn das Computersystem genügend Rechenleistung zur Verfügung hat.
Der Fachmann erkennt, dass andere und/oder zusätzliche Regeln festgelegt werden können.
Ist der Kalibrierungsmodus gewählt, liest die Signalverarbeitungseinrichtung 8 die diesem Kalibrierungsmodus zugeordneten Verarbeitungsinstruktionen aus der
Datenspeichereinrichtung 18.
In einem Schritt T5 wird die Position P' des ersten Mobilfunkgeräts 2 gemäss den gelesenen Verarbeitungsinstruktionen ermittelt. Die Ermittlung der Position' gemäss einem Ausführungsbeispiel erfolgt wie in Verbindung mit Fig. 7 beschrieben. In Verbindung mit Fig. 7 ist zudem ein Ausführungsbeispiel für eine Nutzung der ermittelten Position P' angegeben. Das Verfahren endet im Schritt T6.
Fig. 5 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines
Kalibrierungsverfahrens zur Bestimmung eines Mittelwerts der Referenz-Konstanten RSSIdo; dieser Mittelwert der Referenz -Konstante ist als M(RSSIdo) bezeichnet. Die Beschreibung des Kabbrierungsverfahrens erfolgt mit Bezug auf die in Fig. 1 und Fig. 2 gezeigten Situationen, wobei in der Kalibrierungsphase das Referenz-Mobilfunkgerät 2a verwendet wird (dieses kann baugleich zum Mobilfünkgerät 2 sein). Das Verfahren beginnt in einem Schritt S1 und endet in einem Schritt S6.
In einem Schritt S2 wird eine Referenz-Distanz do festgelegt. Die Referenz-Distanz do ist die Entfernung zwischen dem Referenz-Mobilfunkgerät 2a und einer ausgewählten Funkeinrichtung 6 (in Fig. 1 ist dies die als RFi bezeichnete Funkeinrichtung 6). Die Referenz-Distanz do ist vorzugsweise gleich oder kleiner als 1 m; in einem
Ausführungsbeispiel ist do = 1 m. Ist die Referenz-Distanz do gewählt, wird das Referenz- Mobilfunkgerät 2a in dieser Distanz zur gewählten Funkeinrichtung 6 positioniert.
Sind das Referenz-Mobilfunkgerät 2a und die gewählte Funkeinrichtung 6 eingeschaltet, so dass sie in Funkkommunikation gemäss der BLE Technologie sind, wird in einem Schritt S3 eine Vielzahl von Empfangssignalstärkeindikatoren RSSIdo bestimmt. In einem Ausführungsbeispiel wird jeder Empfangssignalstärkeindikator RSSIdo bezogen auf das bei der Funkeinrichtung 6 ankommende Funksignal gemessen. Bei unveränderter Referenz-Distanz do wird das Referenz-Mobilfunkgerät 2a gedreht bzw. um die gewählte Funkeinrichtung 6 herumbewegt. Eine Antenne des Referenz-Mobilfunkgeräts 2a nimmt dadurch verschiedene Antennenausrichtungen bezogen auf die gewählte Funkeinrichtung 6 ein (angulare Diversität). Zusätzlich ergibt sich dadurch eine hohe (räumliche) Diversität. Nach jeder Änderung der Antennenausrichtung wird dafür mindestens ein Empfangssignalstärkeindikator RSSIdo bestimmt und in der Speichereinrichtung 18 gespeichert. Die Anzahl der Messungen und die Anzahl der geänderten
Antennenausrichtungen können in einer Kalibrierungsspezifikation festgelegt sein.
Sind im Schritt S3 die festgelegten Messungen durchgeführt worden, wird in einem Schritt S4 der Mittelwert der im Schritt S3 gemessenen und gespeicherten
Empfangssignalstärkeindikatoren RSSId (in dBm) ermittelt. Diese Mittelwert M(RSSIdo) der Referenz -Konstanten RSSIdo wird in einem Schritt S5 in der Speichereinrichtung 18 gespeichert und steht für eine Positionsbestimmung in einer Anwendungsphase zur Verfügung. Danach können das Referenz-Mobilfunkgerät 2a und die gewählte
Funkeinrichtung 6 deaktiviert werden und das Verfahren endet im Schritt S6.
Fig. 6 zeigt ein Ablaufdiagram eines Ausführungsbeispiels eines Kalibrierungsverfahrens zur Bestimmung der Verlustkoeffizienten a. Die Beschreibung des
Kalibrierungsverfahrens erfolgt ebenfalls mit Bezug auf die in Fig. 1 und Fig. 2 gezeigten Situationen und dem Referenz-Mobilfunkgerät 2a. Das Verfahren beginnt in einem Schritt Al und endet in einem Schritt A9.
In diesem Kalibrierungsverfahren wird eine Vielzahl von Messungen der
Empfangssignalstärke (RSSI Messungen) durchgeführt, während das Referenz- Mobilfünkgerät 2a im Gebäude entlang einer festgelegten Wegstrecke bewegt wird.
Dafür wird in einem Schritt A2 die Wegstrecke für die im Gebäude gegebene Situation festgelegt. Für die Kalibrierung kann z. B. die in Fig. 1 gezeigte Wegstrecke 26 gewählt werden.
In einem Schritt A3 wird die Wegstrecke 26 in eine Anzahl (Nk) von Wegsegmenten aufgeteilt. Der Fachmann erkennt, dass es sich dabei um eine für die Kalibrierung gedachte Aufteilung handelt. Je nach Weg und Gebäude Situation können die
Wegsegmente gleich oder unterschiedlich lang sein. Nach dieser Aufteilung hat die Wegstrecke 26 ein erstes Wegsegment (k=l), ein zweites Wegsegment (k=2), allgemein ein k-tes Wegsegment. Im Folgenden gibt der Index k an, für welches dieser
Wegsegmente ein RSSI-Messwert bestimmt wurde.
Das eingeschaltete Referenz-Mobilfunkgerät 2a befindet sich anfangs am Beginn der Wegstrecke 26 und wird von dort aus mit konstanter Geschwindigkeit entlang der Wegstrecke 26 bewegt. Befindet sich das Referenz-Mobilfunkgerät 2a in einem der Wegsegmente (Index k), wird in einem Schritt A4 für jede Funkeinrichtung 6 (Index i) der Empfangssignalstärkeindikator RSSI, k bestimmt und gespeichert, und zwar so oft (Index j, Anzahl der Messungen je Wegsegment), bis das Referenz-Mobilfunkgerät 2a das Ende des momentanen Wegsegments erreicht. Am Ende des momentanen
Wegsegments sendet das Referenz-Mobilfunkgerät 2a gemäss einem Ausführungsbeispiel ein Segmentsignal. Die Signalisierung des Endes eines Wegsegments stellt sicher, dass die RSSI-Messwerte richtig zugeordnet, weiterverarbeitet und gespeichert werden können. Wird z. B. für jede Funkeinrichtung 6 (Index i) und innerhalb eines
Wegsegments (Index k) der Empfangssignalstärkeindikator Nj.k-mal (Index j) bestimmt, ergibt sich die Menge der Messwerte zu {RSSIyy}, die z. B. in der Speichereinrichtung 18 gespeichert wird. Ist das Ende der Wegstrecke 26 noch nicht erreicht, schliesst sich daran das nächste Wegsegment an und der beschriebene Messvorgang wird wiederholt.
In einem Schritt A5 wird über alle Messungen (Index j) eines jeweiligen Wegsegments (Index k) für jede einzelne Funkeinrichtung 6 (Index i) ein Mittelwert der RSSI, k-
Messwerte gebildet. Dieser Mittelwert ist im Folgenden als M(RSSI,.k) bezeichnet. Dessen Bestimmung erfolgt gemäss:
wobei j = 1, ..., N,.k die j-te Messung im entsprechenden k-ten Wegsegment für die i-te Funkeinrichtung 6 bezeichnet.
In einem Schritt A6 wird mittels der im Schritt A5 ermittelten Mittelwerte M(RSSI,.k) für jede Funkeinrichtung 6 und jedes Wegsegment ein Verlustkoeffizient a,.k bestimmt. Die Bestimmung erfolgt gemäss:
wobei j = 1, ..., N,.k die j-te Messung im entsprechenden k-ten Wegsegment für die i-te Funkeinrichtung 6 bezeichnet. Bei bekannten Standorten der Funkeinrichtungen 6 ergibt sich daraus für jede Funkeinrichtung 6 die Distanz dl.k.J zum Mobilfünkgerät 2a (für das Tupel (i,k,j).
In einem Schritt A7 wird eine empirische Kovarianzmatrix I'w über die gesamte Wegstrecke 26 bestimmt. Die Werte o der Hauptdiagonalen dieser Matrix werden gespeichert. Diese Diagonalelemente sind ein Mass für die unterschiedliche
Modellfehler-Varianz der einzelnen Funkeinrichtungen 6. Die Kovarianzmatrix I'w bezieht sich hierbei auf den verbleibenden Modellfehler 8k,j :
In einem Schritt A8 werden die Mittelwerte M(RSSI,.k). die Verlustkoeffizienten a,.k und die Kovarianzmatrix I'w gespeichert. Sie stehen dann für eine Positionsbestimmung in der Anwendungsphase zur Verfügung. Danach können das Referenz-Mobilfunkgerät 2a und die gewählte Funkeinrichtung 6 deaktiviert werden und das Verfahren endet im Schritt S6.
In einem Ausführungsbeispiel der hier beschriebenen Technologie wird die in der Kalibrierungsphase gewonnene und gespeicherte Information in der Anwendungsphase genutzt, um eine momentane Position P1 des Nutzers 4 zu bestimmen. Da sich der Nutzer 4 im Gebäude bewegt, kann dessen Bewegung verfolgt werden, wenn die
Positionsbestimmung in zeitlich aufeinanderfolgenden Abständen wiederholt wird. Die so ermittelten Positionen P1 ergeben die genannte Trajektorie (Positionspfad). Die
Zeitabstände können je nach Bedarf gewählt werden.
Fig. 7 zeigt ein Ablaufdiagram eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Betreiben des Zugangskontrollsystems 1, wobei in der Anwendungsphase die Position P1 (bzw. eine Vielzahl von Positionen) des Nutzers 4 bestimmt wird. Der Nutzer 4 befindet sich mit dem Mobilfunkgerät 2 in der Umgebung der Schleuse 14, wobei die Bluetooth- Funktion des Mobilfünkgeräts 2 aktiviert ist. Eine eventuell dazugehörige
Softwareanwendung ist ebenfalls aktiviert. Der Nutzer 4 bewegt sich beispielsweise entlang der Wegstrecke 26 von der öffentlichen Zone 22 in die zugangsbeschränkte Zone 20. Dabei ist angenommen, dass sich das Mobilfunkgerät 2 bereits in Funkreichweite zu den Funkeinrichtungen 6 (RFi - RF4) befindet. Im hier beschriebenen
Ausführungsbeispiel sendet das Mobilfünkgerät 2 als Funksignal den als Advertising Event bezeichneten Aufmerksamkeitshinweis aus, und alle in Funkreichweite befindlichen Funkeinrichtungen 6 empfangen dieses Funksignal. Das Verfahren beginnt in einem Schritt Bl und endet in einem Schritt B12.
Kommuniziert das Mobilfünkgerät 2 mit einem der Funkeinrichtungen 6, überträgt das Mobilfünkgerät 2 dabei auch eine spezifische Kennung. In Fig. 7 wird diese Kennung in einem Schritt BIO ermittelt. Die Kennung kann eine Telefonnummer, eine Geräteadresse (Media Access Control (MAC) Adresse) oder ein anderer Identifikator, der das
Mobilfünkgerät 2 eindeutig kennzeichnet, sein. Da ein Mobilfünkgerät 2 einem Nutzer 4
in der Regel fest zugeordnet ist, ist die Kennung des Mobilfunkgeräts 2 indirekt auch dem Nutzer 4 zugeordnet. Das Zugangskontrollsystem 1 speichert die Kennungen der den zugangsberechtigten Nutzem 4 zugeordneten Mobilfünkgeräte 2, beispielsweise in der Speichereinrichtung 18, in der für jeden Nutzer 4 ein Nutzerprofil angelegt ist. Im Nutzerprofil können der Name des Nutzers 4 und dessen Zugangsberechtigungen festgelegt sein, beispielsweise zu welchen Räumen 24 er Zutritt hat. Es kann auch festgelegt sein, an welchen Tagen und zu welchen Tageszeiten die Zutrittsberechtigung besteht. Die ermittelte Kennung wird in einem Ausführungsbeispiel in der
Speichereinrichtung 18 gespeichert. In der Speichereinrichtung 18 können der Kennung beispielsweise für diesen Nutzer 4 gemessene und/oder berechnete Werte eindeutig zugeordnet werden
In einem Schritt B2 wird für jede der Funkeinrichtung 6 ein
Empfangssignalstärkeindikator RSSIi bestimmt. Die Bestimmung der
Empfangssignalstärkeindikatoren RSSIi erfolgt im hier beschriebenen
Ausführungsbeispiel durch die Funkeinrichtungen 6, wobei die Bestimmung synchron erfolgt, d. h. die Funkeinrichtungen 6 haben eine gemeinsame Zeitreferenz (z. B. gleiche Uhren, die die gleichzeitige Bestimmung der Empfangssignalstärkeindikatoren RSSIi erlaubt). Das Mobilfünkgerät 2 befindet sich dabei an einer momentanen Position, sodass für die momentane Position z. B. vier Empfangssignalstärkeindikatoren RSSIi (i = 1, 2, 3, 4) vorliegen. Bei jeder darauffolgenden Messung werden erneut vier
Empfangssignalstärkeindikatoren RSSI gemessen. Die Empfangssignalstärkeindikatoren RSSE werden in einem Ausführungsbeispiel in der Speichereinrichtung 18 gespeichert, z. B. je Messung eine Gruppe von vier Empfangssignalstärkeindikatoren RSSIi.
In einem Schritt B3 wird ein aktuelles Funkmuster (FP in Fig. 2) ermittelt. Ein solches Funkmuster (auch als Funk-Fingerprint bezeichnet) ergibt sich aus der Gesamtheit der von den Funkeinrichtungen 6 im Schritt B2 bestimmten Empfangssignalstärkeindikatoren RSSE während sich das Mobilfünkgerät 2 an einem bestimmten Ort befindet. Das heisst, befindet sich das Mobilfünkgerät 2 an dem bestimmten Ort, hegen dafür vier
Empfangssignalstärkeindikatoren RSSIi vor, die für diesen Ort den Funk-Fingerprint darstellen.
In einem Schritt B4 wird ein Wegsegment (k) ermittelt, und zwar das Wegsegment (k), in dem sich der Nutzer 4 momentan befindet. Dafür wird der im Schritt B3 ermittelte aktuelle Funk-Fingerprint genutzt, um die Speichereinrichtung 18 nach dem gleichen oder zumindest sehr ähnlichen Funk-Fingerprint zu durchsuchen. Wie in Verbindung mit den Schritten A4 und A5 der Fig. 6 ausgeführt, ist jeder Funkeinrichtung 6 ein Mittelwert (M(RSSI,.k.|)) der für ein bestimmtes Wegsegment (k) gemessenen
Empfangssignalstärkeindikatoren RSSEi j zugeordnet, der in der Speichereinrichtung 18 gespeichert ist. Deckt sich der aktuelle Funk-Fingerprint (bzw. dessen
Empfangssignalstärkeindikatoren) mit dem für ein Wegsegment (k) gespeicherten Funk- Fingerprint (bzw. dessen gemittelten Empfangssignalstärkeindikatoren (M(RSSEk.j)) zu einem gewissen Grad, ergibt sich daraus das Wegsegment (k), in dem sich der Nutzer 4 momentan befindet. Eine exakte Deckung ist nicht erforderlich, das Verfahren sucht den gespeicherte Funk-Fingerprint, der dem aktuellen Funk-Fingerprint am ähnlichsten ist.
In einem Schritt B5 werden die Verlustkoeffizienten a^k gelesen, die dem im Schritt B4 ermittelten Wegsegment (k) zugeordnet sind. Die Verlustkoeffizienten a^k sind in der Speichereinrichtung 18 gespeichert, wie in Verbindung mit Schritt A8 der Fig. 6 ausgeführt. Das Lesen erfolgt somit dadurch, dass mittels des ermittelten Wegsegments (k) die Speichereinrichtung 18 nach den ihm zugeordneten Verlustkoeffizienten a,.k durchsucht wird. Ein Verlustkoeffizient a,.k ist spezifisch für jedes Wegsegment (k) und spezifisch für jede der Funkeinrichtungen 6.
In einem Schritt B6 wird ein Gewichtungsfaktor Wi ermittelt. Der Gewichtungsfaktor w gibt an, welchen Einfluss die Messung eines Empfangssignalstärkeindikators RSSE bezogen auf eine i-te Funkeinrichtung 6 auf die Positionsbestimmung hat. In einem Ausführungsbeispiel werden lediglich die stärksten Funksignale, d. h., die die höchsten Empfangssignalstärkeindikatoren RSSE haben, berücksichtigt. So können beispielsweise die drei (oder vier) höchsten Empfangssignalstärkeindikatoren RSSE ausgewählt werden, d. h. für diese drei (oder vier) Funksignale ist der Gewichtungsfaktor w; jeweils Wi = 1, für die restlichen Funksignale ist Wi = 0. Allgemein kann der Gewichtungsfaktor Wi durch folgende Gleichung bestimmt werden: wi
mit
In einem Schritt B7 wird die momentane Position P' des Nutzers ermittelt. Die momentane Position P' ist ein Vektor und gibt die x-y Positionskoordinaten zu einem bestimmten Zeitpunkt an. Die so ermittelte momentane Position P' kann gleich der tatsächlichen Position P des Nutzers 4 sein, sie kann aber auch davon zu einem gewissen Grad abweichen, vor allem unter realen Bedingungen im Gebäude. Die Ermittlung erfolgt gemäss folgender Gleichung: (log di(p) - log d'j)2,
wobei:
NA: Zahl der Funkeinrichtungen 6,
d'j: geschätzte Distanz zwischen dem Mobilfunkgerät 2 und einer i-ten
Funkeinrichtung 6, und
p: eine Optimierungsvariable,
di (p) : Euklidische Distanz zwischen p und i-ter Funkeinrichtung.
Die entsprechende aus den Messwerten berechnete Distanz d'i ergibt sich zu:
M(RSSIdo) - RSSIj
d'i = do10 oa , wobei RSSE ein aktueller Messwert an der i-ten Funkeinrichtung 6 ist.
Die Position P' entspricht einer Momentaufnahme während sich der Nutzer 4 entlang der Wegstrecke 26 bewegt. Der Fachmann erkennt, dass sich aus der wiederholten
Bestimmung von Positionen P' die Bewegung des Nutzers 4 verfolgen lässt. Graphisch kann dies beispielsweise wie in Box 40 der Fig. 3 gezeigt dargestellt werden.
In einem Ausführungsbeispiel kann die im Schritt B7 ermittelte Position P'
weiterverarbeitet werden. Diese Weiterverarbeitung kann eine zeitliche Filterung, wie in Box 34 der Fig. 3 gezeigt, eine Berücksichtigung von Sensorwerten, wie in Box 32 der Fig. 3 gezeigt, oder deren Kombination umfassen. In Fig. 7 ist dies in einem Schritt B8 dargestellt.
Eine zeitliche Filterung kann gemäss einem Ausführungsbeispiel vorgenommen werden, weil eine Vielzahl von aufeinanderfolgenden Positionsbestimmungen durchgeführt wird. Dementsprechend wird eine Vielzahl von Positionen P' ermittelt, wobei sich darunter auch Ausreisser, d. h. Positionen, die zu sehr von Nachbarwerten abweichen, befinden können. Der Einfluss dieser Ausreisser kann durch eine zeitliche Filterung reduziert werden. In einem Ausführungsbeispiel wird ein Mittelwert über fünf bestimmte
Positionen P' bestimmt.
In einem Ausführungsbeispiel kann ein Kalman Filter, insbesondere ein sogenannter Erweiterter Kalman Filter (EKF) verwendet werden. Kalman-Filter und Erweiterte Kalman Filter sind dem Fachmann bekannt, z. B. aus I. Guvenc, et al., "Enhancements to RSS Based Indoor Tracking Systems Using Kalman Filters", International Signal Processing Conference (ESPC) and Global Signal Processing Expo (GPSx), 2003. Ein Kalman-Filter dient allgemein dazu, Fehler in realen Messwerten zu reduzieren und Schätzungen für nicht messbare Systemgrössen zu liefern. Voraussetzung dabei ist, dass die interessierenden Werte durch ein mathematisches Modell beispielsweise in Form von Bewegungsgleichungen beschrieben werden können. Kalman-Filter arbeiten mit abwechselnden Prädiktions- und Messschritten, die einen Zustandsraumvektor x, eine vektorielle Zustandsaktualisierungsfünktion f und einen Beobachtungsraumvektor z bzw. eine vektorielle Messfünktion h erfordern.
Als Zustand eines Systems wird dabei häufig der kleinste, das System vollständig beschreibende Satz von Bestimmungsstücken verstanden. Dieser wird im Rahmen der Modellbildung in Form eines mehrdimensionalen Vektors x mit entsprechender
Bewegungsgleichung f, der sogenannten Zustandsgleichung, dargestellt. Diese
Vektorfünktion fm beschreibt die, laut Bewegungsmodell angenommenen, erwarteten Übergänge zwischen zeitlich aufeinanderfolgenden Zuständen (xm-i und xm) zu jedem Zeitpunkt m. Der Prozess der Beobachtungen zm der wahren Systemzustände spiegelt die Eigenschaften des Beobachters bzw. der Messapparatur wider. Diese werden mit den laut Bewegungsgleichung erwarteten Systemzuständen über die sogenannte
Beobachtungsgleichung hm verknüpft. Die entsprechende Modellierung der Zustands- und Beobachtungsprozesse ist im Folgenden angegeben.
Die Zustandsraumvektoren xm_i . xm sollen möglichst genau ermittelt werden. Diese beinhalten zu einem jeweiligen Zeitpunkt (m) die zeitlich aufeinanderfolgenden
Positionen P des Nutzers 4, seine absolute Geschwindigkeit (||v||) und seine Ausrichtung (Q). Sind diese geschätzt, wird vorausgesagt (pred.), wie dieser Zustandsraumvektor im nächsten Zeitschritt (z. B. vom Zeitpunkt m-1 zum Zeitpunkt m) aussehen könnte (vorhergesagter Zustandsraumvektor xj,red). Hierfür wird die Vektorfunktion /m(xm_i) genutzt. In einem Ausführungsbeispiel ist die Vektorfunktion fm in jedem Zeitschritt so gewählt, dass davon ausgegangen werden kann, dass der Nutzer 4 sich mit konstanter Geschwindigkeit und gleicher Ausrichtung fortbewegt.
In einem nächsten Schritt soll der vorhergesagte Zustandsraumvektor x^red, welcher bisher nur auf dem letzten Zustand und der Übergangsfunktion basiert, verbessert werden, und zwar indem aktuelle Messungen benutzt werden. Hierfür können zwei verschiedene Ausführungsbeispiele verwendet werden (die beiden Ausführungsbeispiele unterscheiden sich in den vektoriellen Messfunktionen hm und den entsprechenden
Beobachtungsraumvektoren bzw. Messvektoren zm).
Im ersten Ausführungsbeispiel (tri) werden die Positionsbestimmungen (Positionen P') aus den vorherigen Positionsbestimmungsverfahren als Messung genutzt. Mit diesen Positionsbestimmungen wird der vorhergesagte Zustandsraumvektor xj,red korrigiert. Damit folgt:
Im zweiten Ausführungsbeispiel wird über die vektorielle Messfunktion hm ^r (welche dem Kanalmodell zugrunde liegt) berechnet, welche RSSI Werte erwarten werden können, falls der Nutzer 4 sich wirklich in einem durch den vorhergesagten
Zustandsraumvektor xj,red definierten Zustand befinden würde. Diese erwarteten RSSI
Werte werden dann direkt ("dir" in den folgenden Gleichungen) mit den gemessenen RSSI Werten korrigiert. Damit folgt:
pred
R m
pred
xm lluJpr i ll
pred
Q 1
m
In einem Ausführungsbeispiel berücksichtigt das Verfahren bei der Positionsbestimmung Sensorwerte. Das Mobilfunkgerät 2 enthält in diesem Ausführungsbeispiel eine inertiale Messeinheit (Inertial Measurement Unit, IMU) (IMU Messeinheit). Ist das
Mobilfunkgerät 2 als sogenanntes Smartphone ausgestaltet, enthält dieses üblicherweise eine IMU Messeinheit. Die IMU Messeinheit ist eine räumliche Kombination mehrerer Inertialsensoren, z. B. Beschleunigungssensoren, Magnetometer, Pedometer und
Drehratensensoren. Bei einem Smartphone erkennt die IMU Messeinheit z. B. dessen Neigung, Uage und/oder Drehung. Bekannt ist dies z. B. durch eine Kompass-Funktion des Smartphones oder eine Funktion, die die Bildschirmdarstellung dreht, je nachdem, wie das Smartphone vom Nutzer 4 gehalten wird.
Mit der IMU Messeinheit bestimmt das Mobilfunkgerät 2 beispielsweise die
Bewegungsrichtung des Nutzers 4 und die Beschleunigung, die es erfährt, wenn der Nutzer 4 entlang der Wegstrecke 26 geht. Aus den Beschleunigungswerten können die Schritte des Nutzers 4 gezählt werden. In einem Ausführungsbeispiel wird das bekannte Koppelnavigations-Verfahren (dead reckoning) genutzt, um aus der Bewegungsrichtung und den gezählten Schritten die Bewegungsgeschwindigkeit des Nutzers 4 zu bestimmen. Die Koppelnavigation erlaubt die laufende näherungsweise Ortsbestimmung eines bewegten Objekts aufgrund von Bewegungsrichtung und Geschwindigkeit. In einem Ausführungsbeispiel (Mobilfunkgerät 2 sendet die Advertising Event Pakets) empfängt die Signalverarbeitungseinrichtung 8 die Messwerte der IMU Messeinheit. Nach der
Messung wurden die IMU-Daten zusammen mit den RSSI-Messungen an die
Signalverarbeitungseinrichtung 8 übertragen.
Durch Hinzufügen der Bewegungsgeschwindigkeit des Nutzers 4 und des IMU- Kompasswinkels zu den Beobachtungsräumen und der Messfunktion des Filters werden die Sensordaten mit der Position und dem Empfangssignalstärkeindikator RSSI verschmolzen. Dadurch kann insbesondere die zeitliche Änderung der Bewegung des Nutzers 4 besser verfolgt werden. Ändert der Nutzer 4 beispielsweise die
Bewegungsrichtung, kann dies früher erkannt werden, so dass z. B. das Freigeben der Schleuse 14 unterbleiben kann.
In einem Schritt B9 wird geprüft, ob eine im Zugangskontrollsystem 1 festgelegte Regel erfüllt ist. Für die Prüfung der Regel wird mittels der in Schritt BIO ermittelten Kennung geprüft, ob für den Nutzer 4 ein Nutzerprofil besteht. Besteht ein Nutzerprofil, ist der Nutzer 4 im Zugangskontrollsystem 1 bekannt und es kann geprüft werden, ob er zu diesem Zeitpunkt zugangsberechtigt ist. Ist die Kennung im Zugangskontrollsystem 1 dagegen nicht gespeichert, besteht für den Nutzer 4 keine Zugangsberechtigung.
Als Regel kann beispielsweise festgelegt sein, dass die Schleuse 14 freizugeben ist, wenn der Nutzer 4 zugangsberechtigt ist. Handelt es sich um eine barrierefreie Schleuse, kann die Regel besagen, dass keine Massnahmen (z. B. Alarm) zu ergreifen sind. Ist der Nutzer 4 dagegen nicht zugangsberechtigt, kann die Regel vorschreiben, dass die Schleuse 14 blockiert bleibt und/oder eine Sicherheitsmassnahme einzuleiten ist (z. B.
Benachrichtigung von Sicherheitspersonal). Je nach Gebäude kann die Regel zudem festlegen, dass für den (zugangsberechtigten) Nutzer 4 eine in seinem Nutzerprofil spezifizierte Gebäudeaktionen auszuführen ist. Die Gebäudeaktion kann beispielsweise darin bestehen, dass für den Nutzer 4 ein Zielruf (gemäss den Daten des für diesen Nutzer 4 bestehenden Nutzerprofils) ausgelöst wird, diesem Zielruf durch die Aufzugssteuerung 10 ein Aufzug zugewiesen wird und der zugewiesene Aufzug dem Nutzer 4 an der Schleuse 14 oder dem Mobilfunkgerät 2 angezeigt wird. In einem Schritt Bll wird die Gebäudeaktion ausgeführt. Der Fachmann erkennt, dass mehrere Gebäudeaktionen auch in Kombination ausgeführt werden können, z. B. Entriegeln der Schleuse 14 und Auslösen eines Aufzugsrufs. Das Verfahren endet im Schritt B12.
In einem Ausführungsbeispiel kann in dem Verfahren eine Plausibilitätsprüfung vorgesehen sein. Durch eine solche Prüfung soll erkannt werden, ob eine ermittelte Position überhaupt plausibel sein kann, d. h. es soll eine gegebenenfalls vorhandene offensichtliche Unrichtigkeit erkannt werden. Eine offensichtliche Unrichtigkeit kann beispielsweise darin bestehen, dass die ermittelte Position ausserhalb des
Überwachungsbereichs liegt oder dass sich zwei Nutzer an der gleichen Position befinden und somit angeblich aufeinander stehen. Als Reaktion darauf kann die ermittelte Position als Ausreisser betrachtet und verworfen werden.
Fig. 8 zeigt ein Ablaufdiagram eines zusätzlichen Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Betreiben eines Zugangskontrollsystems, das in einem Schritt CI beginnt und in einem Schritt C18 endet. Dabei geht insbesondere hervor, dass sich das Verfahren nach einer Wahl des Kalibrierungsmodus in einem Schritt C3 in zwei Verfahrenszweige teilt. Ein erster Verfahrenszweig (Schritte C4 - C8) bestimmt die Position eines Nutzers 4 gemäss dem automatisierten Echtzeit-Kalibrierungsmodus, und ein zweiter
Verfahrenszweig (Schritte CIO - C14) bestimmt die Position des Nutzers 4 gemäss dem Referenz -Mobilfunkgerät gestützter Kalibrierungsmodus, der auf einem Kalibrierungslauf mit einem Referenz-Mobilfünkgerät 2a in einer Kalibrierungsphase beruht. Der Referenz- Mobilfünkgerät gestützte Kalibrierungsmodus ist in Verbindung mit Fig. 6 und Fig. 7 beschrieben, wobei die in Fig. 7 gezeigten Schritte B3 - B7 im Wesentlichen den in
Fig. 8 gezeigten Schritten CIO - C14 entsprechen, so dass diese an dieser Stelle nicht erneut beschrieben sind. Dies gilt auch für den Schritt C15, der dem Schritt BIO
entspricht, den Schritt C2, der dem Schritt B2 entspricht, und die Schritte C9, C16 und C17, die jeweils den Schritten B8, B9 und Bll entsprechen.
Im ersten Verfahrenszweig (Schritte C4 - C8) wird im Schritt C3 der
Kalibrierungsmodus gewählt. Die Wahl erfolgt analog zur im Schritt T4 der Fig. 4 offenbarten Wahl basierend auf mindesten einem Situationsindikator, der die
Funksituation im Überwachungsbereich anzeigt.
Wird der automatisierte Echtzeit-Kalibrierungsmodus gewählt, werden in einem Schritt C4 die im Schritt C2 bezogen auf den Nutzer 4 ermittelten
Empfangssignalstärkeindikatoren RSSE gespeichert. Die Speicherung erfolgt z. B. in der Speichereinrichtung 18.
In einem Schritt C5 werden alle im Schritt C4 für den Nutzer 4 gespeicherten
Empfangssignalstärkeindikatoren RSSIi zu einem Signalstärkevektor kombiniert.
In einem Schritt C6 wird der in der Kalibrierungsphase ermittelte Mittelwert der Referenz -Empfangssignalstärkeindikatoren M(RSSIdo) aus der Speichereinrichtung 18 gelesen.
In einem Schritt C8 wir die Position des Nutzers 4 bestimmt. Mit den in den Schritten C2 und C4 - C6 ermittelten Indikatoren für die Empfangssignalfeldstärken RSSE, dem Mittelwert der Referenz-Empfangssignalstärkeindikatoren M(RSSIdo) und den bekannten Standorten der Funkeinrichtungen 6 kann die Position P' mittels einer
Kostenoptimierungsfünktion bestimmt werden. Dabei werden die Verlustkoeffizienten a, mittels einer Maximum-Likelihood-Schätzung basierend auf einem bisher möglichen Positionspfad ermittelt. Die Maximum-Likelihood-Schätzung ist dem Fachmann bekannt und bezeichnet in der Statistik ein parametrisches Schätzverfahren. Dabei wird - vereinfacht ausgedrückt - derjenige Parameter als Schätzung ausgewählt, gemäss dessen Verteilung die Realisierung der beobachteten Daten am plausibelsten erscheint. Die sich daraus ergebenden Restkosten, gemäss einer negativen Log-Likelihood-Funktion, werden unter Einbeziehung der ermittelten Verlustkoeffizienten m in Abhängigkeit des
Positionspfads ermittelt. Die Restkosten werden im Anschluss über mögliche
Positionspfade minimiert. Die Minimierung kann mittels Minimierungsalgorithmen durchgeführt werden, die dem Fachmann bekannt sind, beispielsweise mittels des bekannten Levenberg -Marquardt- Algorithmus. Zur Durchführung der
Kostenoptimierungsfünktion kann beispielsweise das Softwareprodukt MATLAB von The MathWorks, Ine., USA, genutzt werden. Das aktuellste Element des so gefündenen Positionspfads wird dann als ermittelte momentane Position P' genutzt.
Mit der so ermittelten Position des Nutzers 4 kann das Verfahren die weiteren Schritte C9, C16 und C17 ausführen. Im Schritt C18 endet das Verfahren.
In einem Ausführungsbeispiel ist die Signalverarbeitungseinrichtung 8 ausgestaltet, um die hier beschriebene Technologie in Verbindung mit einem oder mehreren Algorithmen für Maschinelles Lernen (auch als Machine Leaming bezeichnet) anzuwenden, mit dem
Ziel, die Genauigkeit der Positionsbestimmung oder Positionsverfolgung automatisch weiterzuentwickeln. Ein in der Signalverarbeitungseinrichtung 8 installiertes
Computerprogramm ist programmiert, um den oder die entsprechenden Algorithmen auszuführen. Algorithmen für Maschinelles Lernen bestehen typischerweise aus einer Trainingsphase und einer Einsatzphase. Bei der Ausführung während der Einsatzphase greift das Computerprogramm auf einen oder mehrere in der Speichereinrichtung 18 gespeicherte Datensätze zu, die in der Trainingsphase angelegt wurden. Ein solcher Datensatz enthält Daten zu bereits erfolgten Positionsbestimmungen (z. B.
Situationsindikatoren, Empfangssignalstärkeindikatoren RSSE), beispielsweise auch, ob eine Positionsbestimmung oder Positionsverfolgung erfolgreich waren. Ob eine
Positionsverfolgung erfolgreich war, kann beispielsweise im Nachhinein verifiziert werden, wenn der Nutzer 4, der durch eine Tür A hereinkam, tatsächlich durch eine Tür B hindurchgeht. In der Anwendungsphase werden aktuell ermittelte Daten (Funksituation, momentane Empfangssignalstärkeindikatoren RSSIi) in Verbindung mit den in der Trainingsphase ermittelten Daten durch das Computerprogramm analysiert, um eine Funktion zu ermitteln, die anhand der aktuell ermittelte Daten die momentane Position bzw. deren Trajektorie abbildet.
Das Mobilfunkgerät 2 kann z. B. eine anwendungsspezifische Softwareanwendung (auch als App bezeichnet) aufweisen, die beispielsweise durch den Nutzer 4 aktivierbar ist. Die anwendungsspezifische Softwareanwendung wird in einem Ausführungsbeispiel in Verbindung mit der Zugangskontrolle und der Nutzung von Aufzügen verwendet. Die anwendungsspezifische Software steuert in einem Ausführungsbeispiel das Erzeugen und Senden des Funksignals. Je nach Ausgestaltung kann diese Software auch die Kennung des Mobilfünkgeräts 2 erzeugen, beispielsweise eine für das Mobilfünkgerät 2 einzigartige und zeitlich unveränderliche Kennung. Eine solche durch Software erzeugte Kennung stellt eine Alternative zu einer Geräteidentifikationsnummer und einer Telefonnummer, die ebenfalls als Kennung verwendet werden können, dar.
Das Mobilfunkgerät 2 kann beispielsweise ein Mobiltelefon, ein Smartphone oder ein Tablet PC sein, wobei diese Geräte üblicherweise mit Hardware ausgestattet sind, die eine Funkkommunikation ermöglichen. Das Mobilfünkgerät 2 kann aber auch eine Brille mit Miniaturcomputer oder ein anderes am Körper getragenes, computergestütztes Gerät (auch als "Wearable Device" bezeichnet), insbesondere eine Smartwatch, sein. Je nach
Ausgestaltung des Mobilfunkgeräts 2 kann es z. B. über ein graphisches Nutzerinterface (auch als Graphical User Interface, GUI, bezeichnet) verfügen, um das Mobilfunkgerät 2 zu bedienen und dessen Funktionen selektiv aktivieren und deaktivieren zu können.
Zusammenfassend betrifft ein Aspekt der hier beschriebenen Technologie ein System zur Kontrolle eines Zugangs zu einer zugangsbeschränkten Zone in einem Gebäude, und ein anderer Aspekt betrifft ein Verfahren zur Kontrolle eines Zugangs zu einer
zugangsbeschränkten Zone in einem Gebäude. Weitere Aspekte der hier beschriebenen Technologie betreffen ein System und ein Verfahren zur Bestimmung einer Position bzw. eines zeitlichen Verlaufs der Position eines Nutzers, wie beispielsweise in Verbindung mit Fig. 4 und Fig. 7 beschrieben. Die Bestimmung der Position bzw. deren zeitlichen Verlaufs kann unabhängig von der Kontrolle eines Zugangs zu einer
zugangsbeschränkten Zone in einem Gebäude erfolgen und beansprucht werden.
Zusätzliche Aspekte der hier beschriebenen Technologie betreffen ein System und ein Verfahren zur Kalibrierung von Parametern für die Positionsbestimmung, wie beispielsweise in Verbindung mit Fig. 5 und Fig. 6 beschrieben. Diese Kalibrierung kann unabhängig von der Zugangskontrolle und unabhängig von der Bestimmung der Position bzw. deren zeitlichen Verlaufs erfolgen und beansprucht werden. Ausserdem betrifft ein Aspekt der hier beschriebenen Technologie ein System, in dem ein oder mehrere Algorithmen für Maschinelles Uemen (Machine Ueaming) zur Anwendung kommen, um die Genauigkeit der Positionsbestimmung oder Positionsverfolgung automatisch weiterzuentwickeln .
Claims
1. System (1) zur Kontrolle eines Zugangs zu einer zugangsbeschränkten Zone (20) in einem Gebäude, in dem eine Schleuse (14) die zugangsbeschränkte Zone (20) von einer öffentlichen Zone (22) trennt, umfassend:
Funkeinrichtungen (6), die jeweils an einem Standort mit einer festgelegten Entfernung zur Schleuse (14) angeordnet sind und einen Überwachungsbereich definieren, wobei die Funkeinrichtungen (6) für eine Funkkommunikation mit in
Funkreichweite befindlichen und Nutzem (4) zugeteilten Mobilfunkgeräten (2) ausgestaltet sind, wobei ein erstes Mobilfunkgerät (2) an einer Position (P) eines ersten Nutzers (4) zu jeder der Funkeinrichtungen (6) eine Distanz (di) hat,
eine Steuereinrichtung (10, 12), die mit einer Gebäudeeinrichtung (16)
kommunikativ verbunden ist,
eine Datenspeichereinrichtung (18), in der Verarbeitungsinstruktionen für situationsspezifische Kalibrierungsmodi gespeichert sind; und
eine Signalverarbeitungseinrichtung (8), die mit der Datenspeichereinrichtung (18), den Funkeinrichtungen (6) und der Steuereinrichtung (10, 12) kommunikativ verbunden ist, wobei die Signalverarbeitungseinrichtung (8) ausgestaltet ist,
- die Funkkommunikation im Überwachungsbereich auszuwerten und daraus mindestens einen Situationsindikator zu ermitteln, der eine im
Überwachungsbereich vorherrschende Funksituation anzeigt;
- für jede Funkeinrichtung (6) einen Indikator für eine Empfangssignalfeldstärke (RSSE) basierend auf einer Funkkommunikation mit dem ersten Mobilfunkgerät (2) zu erfassen;
- den dem mindestens einen Situationsindikator zugeordneten Kalibrierungsmodus zu wählen und die dem gewählten Kalibrierungsmodus zugeordneten
Verarbeitungsinstruktionen aus der Datenspeichereinrichtung (18) zu lesen; und
- eine momentane Position (R') des ersten Mobilfunkgeräts (2) als Funktion der erfassten Indikatoren für die Empfangssignalfeldstärken (RSSE) gemäss den gelesenen Verarbeitungsinstruktionen zu ermitteln.
2. System (1) nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine Situationsindikator einen Mobilfunkgerätetyp, eine Anzahl von Mobilfunkgeräten (2) im Überwachungsbereich, eine räumliche Orientierung eines Mobilfunkgeräts (2), einen Eintrittsort des Nutzers (4)
in den Überwachungsbereich, von einem Mobilfünkgerät (2) erzeugte Sensordaten, eine Uhrzeit, eine Anzahl der Funkeinrichtungen (6), eine verfügbare Rechenleistung, eine Dichte der Funkeinrichtungen (6) oder eine Raumgrösse anzeigt.
3. System (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei in der Datenspeichereinrichtung (18) ausserdem gespeichert sind:
- ein Funksignalstärke-Referenzwert (M(RSSIdo)), der aus einer Funkkommunikation zwischen einer der Funkeinrichtungen (6) und einem dazu in einer Referenz- Distanz (do) angeordneten Referenz-Mobilfunkgerät (2a) in einer
Kalibrierungsphase ermittelt ist,
- ein Referenz-Funksignalmuster (FP) als Funktion einer Position des Referenz- Mobilfunkgeräts (2a), wobei das Referenz-Funksignalmuster (FP) aus der Funkkommunikation der Funkeinrichtungen (6) mit dem Referenz-Mobilfunkgerät (2a) in einer Kalibrierungsphase ermittelt ist, und
- ein in der Kalibrierungsphase ermittelter Verlustkoeffizient (a,) für jede der
Funkeinrichtungen (RFi) als Funktion der Referenz-Position des Referenz- Mobilfunkgeräts (2a).
4. System (1) nach Anspruch 3, wobei erste Verarbeitungsinstruktionen für einen ersten Kalibrierungsmodus eine Positionsbestimmung gemäss
(log di (p) - log d'j)2
festlegen, wobei NA eine Zahl der Funkeinrichtungen (6) und di(p) eine Euklidische Distanz zwischen einer i-ten Funkeinrichtung (6) und einer variablen Position (p) des Nutzers (4) bedeuten, wobei sich eine mittels des Referenz-Funksignalmusters (FP) ermittelte Distanz (d'i) zwischen dem Mobilfünkgerät (2) und einer i-ten Funkeinrichtung (6) wie folgt ergibt:
M(RSSIdo) - RSSIj
d'i = do10 loa
5. System (1) nach Anspruch 4, wobei der Verlustkoeffizient (a,.k) gemäss
definiert ist, wobei j = 1, ..., Nj k die j-te Messung in einem k-ten Wegsegment einer festgelegten Wegstrecke für die i-te Funkeinrichtung (6) bezeichnet, wobei die
Wegsegmente in einer Kalibrierungsphase festgelegt sind.
6. System (1) nach einem der Ansprüche 3 - 5, wobei zweite
Verarbeitungsinstruktionen für einen zweiten Kalibrierungsmodus eine Ermittlung einer Trajektorie einer Bewegung des Nutzers (4) festlegen, wobei die Ermittlung auf den festgelegten Standorten der Funkeinrichtungen (6), den erfassten Indikatoren für die Empfangssignalfeldstärken (RSSIi) und dem Funksignalstärke-Referenzwert (M(RSSIdo)) basiert, wobei Verlustkoeffizienten (a,) mittels einer Maximum-Likelihood-Schätzung ermittelt sind, wobei Restkosten gemäss einer negativen Log-Likelihood-Funktion unter Einbeziehung der ermittelten Verlustkoeffizienten (m) ermittelt sind und wobei die Restkosten über den Positionspfad minimiert sind.
7. System (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in der
Datenspeichereinrichtung (18) ausserdem eine individuelle Kennung des ersten
Mobilfunkgeräts (2) gespeichert ist, wobei die individuelle Kennung vom ersten
Mobilfunkgerät (2) ausgesendet wird.
8. System (1) nach Anspruch 7, wobei die Signalverarbeitungseinrichtung (8) ausgestaltet ist, der Steuereinrichtung (12) ein Steuersignal zuzuführen, wenn basierend auf der Kennung und der ermittelten momentanen Position (R') des Mobilfunkgeräts (2) eine festgelegte Regel erfüllt ist, wobei die Steuereinrichtung (12) ausgestaltet ist, eine der festgelegten Regel entsprechende Gebäudeaktion zu veranlassen, insbesondere die Schleuse (14) freizugeben.
9. System (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die
Funkeinrichtungen (6) und die Mobilfunkgeräte (2) für eine Funkkommunikation gemäss einer Bluetooth-Technologie ausgestaltet sind.
10. Verfahren zum Betreiben eines Systems (1) zur Kontrolle eines Zugangs zu einer zugangsbeschränkten Zone (20) in einem Gebäude, in dem eine Schleuse (14) die zugangsbeschränkte Zone (20) von einer öffentlichen Zone (22) trennt, wobei das System (1) umfasst:
Funkeinrichtungen (6), die jeweils an einem Standort mit einer festgelegten Entfernung zur Schleuse (14) angeordnet sind und einen Überwachungsbereich
definieren, wobei die Funkeinrichtungen (6) für eine Funkkommunikation mit in
Funkreichweite befindlichen und Nutzem (4) zugeteilten Mobilfimkgeräten (2) ausgestaltet sind, wobei ein erstes Mobilfimkgerät (6) an einer ersten Position (P) eines ersten Nutzers (4) zu jeder der Funkeinrichtungen (6) eine Distanz (di) hat,
eine Steuereinrichtung (10, 11), die mit einer Gebäudeeinrichtung (16) kommunikativ verbunden ist,
eine Datenspeichereinrichtung (18), in der Verarbeitungsinstruktionen für situationsspezifische Kalibrierungsmodi gespeichert sind, und
eine Signalverarbeitungseinrichtung (8), die mit der Datenspeichereinrichtung (18), den Funkeinrichtungen (6) und der Steuereinrichtung (10, 11) kommunikativ verbunden ist, wobei das Verfahren umfasst:
Auswerten von Funkkommunikation im Überwachungsbereich und basierend auf der Auswertung Ermitteln eines Situationsindikators, der eine dort vorherrschende Funksituation anzeigt;
- Erfassen für jede Funkeinrichtung (6) eines Indikators für eine
Empfangssignalfeldstärke (RSSE) basierend auf einer Funkkommunikation mit dem ersten Mobilfimkgerät (2);
- Wählen eines dem Situationsindikator zugeordneten Kalibrierungsmodus und Lesen der ihm zugeordneten Verarbeitungsinstruktionen aus der
Datenspeichereinrichtung (18); und
- Ermitteln einer momentanen Position (R') des ersten Mobilfünkgeräts (2) als
Funktion der erfassten Indikatoren für die Empfangssignalfeldstärken (RSSE) gemäss den gelesenen Verarbeitungsinstruktionen.
11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Situationsindikator anzeigt, einen
Mobilfünkgerätetyp, eine Anzahl von Mobilfimkgeräten (2) im Überwachungsbereich, eine räumliche Orientierung eines Mobilfünkgeräts (2), einen Eintrittsort des Nutzers (4) in den Überwachungsbereich, von einem Mobilfimkgerät (2) erzeugte Sensordaten, eine Uhrzeit, eine Anzahl der Funkeinrichtungen (6), eine verfügbare Rechenleistung, eine Dichte der Funkeinrichtungen (6) oder eine Raumgrösse anzeigt.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, wobei in der Datenspeichereinrichtung (18) ausserdem gespeichert sind:
- ein Funksignalstärke-Referenzwert (M(RSSfio)). der aus einer Funkkommunikation
zwischen einer der Funkeinrichtungen (6) und einem dazu in einer Referenz- Distanz (do) angeordneten Referenz-Mobilfunkgerät (2a) ermittelt ist,
- ein Referenz-Funksignalmuster (FP) als Funktion einer Position des Referenz- Mobilfünkgeräts (2a), wobei das Referenz-Funksignalmuster (FP) aus der Funkkommunikation der Funkeinrichtungen (6) mit dem Referenz-Mobilfünkgerät
(2a) ermittelt ist, und
- ein in der Kalibrierungsphase ermittelter Verlustkoeffizient (m) für jede der
Funkeinrichtungen (RFi) als Funktion der Referenz-Position des Referenz- Mobilfünkgeräts (2a).
13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei eine Positionsbestimmung gemäss ersten Verarbeitungsinstruktionen für einen ersten Kalibrierungsmodus gemäss
(log di (p) - log d'j)2
erfolgt, wobei NA eine Zahl der Funkeinrichtungen (6) und di(p) eine Euklidische Distanz zwischen einer i-ten Funkeinrichtung (6) und einer variablen Position (p) des Nutzers (4) bedeuten, wobei sich eine mittels des Referenz-Funksignalmusters (FP) ermittelte Distanz (d'i) zwischen dem Mobilfünkgerät (2) und einer i-ten Funkeinrichtung (6) wie folgt ergibt:
M(RSSIdo) - RSSIj
d'i = do10 loa
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 oder 13, wobei der Verlustkoeffizient (ai k) gemäss
bestimmt wird, wobei j = 1, ..., Nj k die j-te Messung in einem k-ten Wegsegment einer festgelegten Wegstrecke für die i-te Funkeinrichtung (6) bezeichnet, wobei die
Wegsegmente in einer Kalibrierungsphase festgelegt sind.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 - 14, wobei zweite
Verarbeitungsinstruktionen für einen zweiten Kalibrierungsmodus eine Ermittlung einer Trajektorie einer Bewegung des Nutzers (4) festlegen, wobei die Ermittlung auf den festgelegten Standorten der Funkeinrichtungen (6), den erfassten Indikatoren für die Empfangssignalfeldstärken (RSSE) und dem Funksignalstärke-Referenzwert (M(RSSIdo))
basiert, wobei Verlustkoeffizienten (a,) mittels einer Maximum-Likelihood-Schätzung ermittelt werden, wobei Restkosten gemäss einer negativen Log-Likelihood-Funktion unter Einbeziehung der ermittelten Verlustkoeffizienten (a,) ermittelt werden und wobei die Restkosten über den Positionspfad minimiert werden.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 10-15, wobei in der
Datenspeichereinrichtung (18) ausserdem eine individuelle Kennung des ersten Mobilfunkgeräts (2) gespeichert ist, wobei die individuelle Kennung vom ersten Mobilfunkgerät (2) bei einer Funkkommunikation mit einer Funkeinrichtung (6) ausgesendet wird, wobei durch die Signalverarbeitungseinrichtung (8) ein Steuersignal für die Steuereinrichtung (12) erzeugt wird, wenn basierend auf der Kennung und der ermittelten momentanen Position (R') des Mobilfunkgeräts (2) eine festgelegte Regel erfüllt ist, und wobei durch die Steuereinrichtung (12) eine der festgelegten Regel entsprechenden Gebäudeaktion, insbesondere eine Freigabe der Schleuse (14) veranlasst wird.
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