EP4256537A1 - Einrichtung zur kontrolle von zugangsberechtigungen - Google Patents

Einrichtung zur kontrolle von zugangsberechtigungen

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Publication number
EP4256537A1
EP4256537A1 EP21831210.6A EP21831210A EP4256537A1 EP 4256537 A1 EP4256537 A1 EP 4256537A1 EP 21831210 A EP21831210 A EP 21831210A EP 4256537 A1 EP4256537 A1 EP 4256537A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
access
antenna
bluetooth
threshold
authorization
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP21831210.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Stoyan Iliev
Volker SHOENIG
Thomas Brunner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Axess AG
Original Assignee
Axess AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Axess AG filed Critical Axess AG
Publication of EP4256537A1 publication Critical patent/EP4256537A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G07—CHECKING-DEVICES
    • G07C—TIME OR ATTENDANCE REGISTERS; REGISTERING OR INDICATING THE WORKING OF MACHINES; GENERATING RANDOM NUMBERS; VOTING OR LOTTERY APPARATUS; ARRANGEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS FOR CHECKING NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • G07C9/00—Individual registration on entry or exit
    • G07C9/20—Individual registration on entry or exit involving the use of a pass
    • G07C9/27—Individual registration on entry or exit involving the use of a pass with central registration
    • G—PHYSICS
    • G07—CHECKING-DEVICES
    • G07C—TIME OR ATTENDANCE REGISTERS; REGISTERING OR INDICATING THE WORKING OF MACHINES; GENERATING RANDOM NUMBERS; VOTING OR LOTTERY APPARATUS; ARRANGEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS FOR CHECKING NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • G07C9/00—Individual registration on entry or exit
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    • G07C9/00—Individual registration on entry or exit
    • G07C9/10—Movable barriers with registering means
    • G07C9/15—Movable barriers with registering means with arrangements to prevent the passage of more than one individual at a time
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W4/00—Services specially adapted for wireless communication networks; Facilities therefor
    • H04W4/80—Services using short range communication, e.g. near-field communication [NFC], radio-frequency identification [RFID] or low energy communication
    • G—PHYSICS
    • G07—CHECKING-DEVICES
    • G07C—TIME OR ATTENDANCE REGISTERS; REGISTERING OR INDICATING THE WORKING OF MACHINES; GENERATING RANDOM NUMBERS; VOTING OR LOTTERY APPARATUS; ARRANGEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS FOR CHECKING NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • G07C2209/00—Indexing scheme relating to groups G07C9/00 - G07C9/38
    • G07C2209/60—Indexing scheme relating to groups G07C9/00174 - G07C9/00944
    • G07C2209/63—Comprising locating means for detecting the position of the data carrier, i.e. within the vehicle or within a certain distance from the vehicle

Definitions

  • Ticket systems are known in various applications, a distinction being made between applications with access control (gated area) and systems without access control (be in/be out). Both methods can also be combined.
  • a ticket is an entitlement that allows access to a specific service and/or location, whereby access can be specific in terms of time, location or value and personal (non-transferable) or transferable.
  • the ticket can be stored in the classic way on media and/or it is stored in a database as an authorization.
  • the present invention deals with applications in which access control is at least partially required, such as in the case of ski lifts, but is not restricted to this application.
  • the entrances are usually organized by mechanical guide devices in one or more access lanes, readers for tickets being arranged in each access lane.
  • the readers record the ticket of the person entering, check the access authorization and, after positive validation, give a release signal to a barrier in the access lane.
  • the barrier can be a turnstile, a swing gate, an optical signal, etc.
  • NFC Near Field Communication
  • Bluetooth Bluetooth
  • Bluetooth is a standardized technology for data transmission in the 2.4 GHz ISM band and was developed to network devices in an area of up to 10 meters. Bluetooth is used in particular for the transmission of audio data. In the first Bluetooth versions, the power consumption was very high, with the introduction of a further development from version 4 this was improved (Bluetooth Low Energy). Newer Bluetooth versions under 5.x, which also provide location functions, have recently become available. On the one hand, the functionality for locating is not mature, on the other hand, it is only included in very few smartphone models. Using Bluetooth as a communication channel between a mobile data carrier (ticket) and the reader in an access lane has not yet caught on.
  • ticket mobile data carrier
  • US Pat. No. 10,163,178 describes a system for using mobile data carriers (smartphones) which contains readers for individual access tracks, each reader containing a Bluetooth antenna array.
  • a common long-range Bluetooth location transmitter precedes the readers for the individual access lanes. If a mobile data carrier approaches the location of the access control, it receives the signals from the location transmitter and should transmit its ticket data after the connection has been established (check-in process). If the mobile data carrier subsequently reaches an access gate, the Bluetooth antenna array arranged there should determine the position of the data carrier.
  • the Bluetooth antenna array uses directional antenna lobes and measures the received field strength (RSSI). If the validation by the location transmitter and the position check by the antenna array in the access gate are positive, access is granted.
  • RSSI received field strength
  • the invention has therefore set itself the task of enabling the use of a smartphone or comparable mobile medium for access control in gated areas with simple handling.
  • the invention is based on a device for checking access authorizations in an access area with control devices for forming an access lane for the isolation of people or objects, in which blocking and/or signaling means define an access threshold, with a gate controller with a Bluetooth radio interface for Reading out an access authorization from mobile data carriers, with positive validation of the access authorization by the access controller releasing the blocking and/or signaling means and thus enabling individual passage of the access threshold, and with an access track being assigned a multi-phase antenna group whose transmitting/receiving antennas are connected via an antenna feed network are controlled by a Bluetooth transceiver module in such a way that at least two antenna lobes are formed which, seen in the access direction, have different distances from the access threshold.
  • the gate controller continuously sends short signals (advertising events) in idle mode via the antenna lobe, which is at a greater distance from the access threshold when viewed in the access direction, and in this way activates the Bluetooth radio interface of an approaching mobile data carrier.
  • a unique authorization identifier (UID or authorization ID) is assigned to each access-authorized data carrier, which can be read via a ticket app that can be activated using the Bluetooth service.
  • the gate controller uses the antenna lobe that is closer to the access threshold to determine the UID of the ticket app and measures the received field strength (RSSI) of the signal sent by the data carrier. If the reception field strength (RSSI) is evaluated positively and the authorization (UID) is validated positively, the access controller generates the release signal for the blocking and/or signaling means.
  • RSSI received field strength
  • the invention is based on the knowledge that creating an optimally functioning system not only requires the precise determination of the position of the data carrier that has been read, but above all that the time sequences in the system must also be matched to the expected behavior of the person entering. If the access gate is not released as soon as it is reached, this leads to extreme process disruptions and even complete confusion.
  • the device according to the invention and its processes ensure a practicable function that corresponds to the desired behavior of the person entering.
  • the gate opens when the person to be screened arrives in front of the access threshold.
  • the Bluetooth transceiver determines a release condition from position information from the evaluation of triangulation values of the antenna group.
  • the Bluetooth antenna array comprises at least two and preferably four antenna modules, which are arranged at a distance of ⁇ /2 of the wavelength from one another, seen in the access direction, with switches and phase shifters between the input of the antenna network and the antenna modules directed antenna lobes can be generated.
  • the Bluetooth transceiver controls the switches and phase shifters in the multiplex, and query signals with unique identifiers are stamped on the antenna lobes.
  • the guidance devices delimit an access lane with a width of less than one meter, preferably 60 cm, and a Bluetooth antenna array is arranged on at least one side of the access lane immediately in front of, preferably within one meter in front of, the access threshold.
  • the antenna group consists of at least two, preferably four, antenna elements which, seen from each other in the access direction, have a center distance of X/2 the wavelength of the Bluetooth frequency, and an antenna feed network for feeding the antenna elements generates two directional antenna lobes within one meter in front of the access threshold, the first is closer to the access threshold and the second of which is at a greater distance from the access threshold, viewed in the direction of access.
  • Figure 1 shows an oblique view of an access track for checking access authorizations on a ski lift
  • Figure 2 shows a schematic top view of the configuration of an access track
  • Figure 3 shows a front view in the direction of access
  • Figure 4 shows a block diagram with essential circuit elements
  • Figure 5 shows a block diagram of an antenna feed network.
  • Bluetooth is on standardized radio transmission method in the 2.4 GHz ISM band, with which devices can be networked within a range of 10 meters. In the following description it is assumed that the communication processes of the standardized Bluetooth method are known, without being restricted to the methods known under this term. The invention can also be applied to comparable radio communication methods.
  • Each mobile data carrier 1 is assigned a ticket app (a program module) that can be activated under Bluetooth and an authorization ID that can be read out via this.
  • the authorization ID can be a unique number in the system, which refers to the actual authorization data such as valid place, valid period, valid value of the authorization, or also valid personal data.
  • the authorization ID can also contain some or all of this authorization data directly.
  • FIG. 1 shows an access track in an oblique view, with the arrow 7 symbolizing the access direction.
  • the access lane 7 is bordered on both sides by equipment columns 10 and 11 with a width of approx. 60 cm, so that only one person can enter at a time.
  • Motorized swiveling locking arms 12, 13 form an access threshold 3 when closed (see also FIG. 2). Further details on such a structure are described in EP 1990777, for example.
  • a skier 20 is directly in front of the access threshold 3
  • his access authorization is stored in a smartphone 1 with a Bluetooth interface.
  • the arrangement is intended to ensure isolated access, that is to say the data of a second person in the queue should not be checked instead of the data of the skier 20 directly in front of the access threshold 3.
  • the smartphone 1 connects via its Bluetooth interface and the transmitting/receiving antenna 2 in the access lane 7.
  • the access authorization is checked and, if the validation is positive, the locking arms 12, 13 pivot in the direction of access and release the access lane 7 .
  • the Skier 20 passes the access threshold 3 and the barrier arms 12, 13 close immediately thereafter. The closure is triggered by light barriers in the access lane 7, which are not shown here.
  • FIG. 2 shows the top view of the access lane 7 for people.
  • the access lane is 60 cm wide and is formed on both sides by mechanical guide devices, in the case shown by a left-hand device column 10 and a right-hand device column 11.
  • the device columns 10 and 11 each carry a drive for blocking arms 12 and 13, not shown in detail here, which in the closed , state shown form the access threshold 3.
  • the left device column 10 has an antenna support plate 14 with a Bluetooth multiphase antenna group 2 which is arranged at a distance of up to one meter in front of the access threshold 3 .
  • This Bluetooth multi-phase antenna group 2 generates two directional antenna lobes, of which the first antenna lobe 5 points directly in front of the access threshold 3 .
  • the second antenna lobe 6 is at a greater distance from the access threshold 3 when viewed in the access direction.
  • FIG. 3 shows this device in a front view in the direction of access.
  • the device columns 12, 13 are not mounted hanging here, but attached to the floor.
  • FIG. 3 also shows a variant in which the right-hand device column 11 also has a Bluetooth multi-phase antenna group 2 .
  • This mirrored configuration can be advantageous in order to be able to more easily detect a smartphone 1 carried on the right side of the user's body 20 .
  • the user 20 a skier in the example according to FIG. 1—has a smartphone 1 and can carry it comfortably in the pocket on the body.
  • a ticket app program application
  • UUID Universal Unique Identifier
  • the access authorization (ticket) is assigned to this UUID.
  • the parameters (i.e. time, location, personal, value restrictions) of the access authorization can be stored directly in the app, or these parameters are assigned to the UUID in a database and can be retrieved from there for validation.
  • FIG. 4 shows a block diagram of circuit elements essential to the invention.
  • the access control function is monitored and controlled by an access controller 9.
  • the access controller 9 is connected to a Bluetooth transmitter/receiver 8, which contains the transmitter and receiver amplifiers for Bluetooth communication.
  • the evaluation of the field strength of the radio signal i.e. the RSSI (Received Signal Strength Indicator), is essential for the function. This signal is an indicator of the distance of the smartphone 1 relative to the access threshold 3.
  • RSSI Receiveived Signal Strength Indicator
  • the Bluetooth transmitter/receiver 8 controls the antenna group 2 via an antenna feed network 4 .
  • Antenna feed network 4 and antenna group 2 are designed in such a way that at least two directional antenna lobes 5 and 6 are formed. Seen in the access direction, the first antenna lobe 5 points in an area directly in front of the access threshold 3. The second antenna lobe 6 is aligned in such a way that, viewed in the access direction, it is at a greater distance in front of the access threshold 3 than the first antenna lobe 5.
  • the blocking Z signal means 21 are closed.
  • the Bluetooth transceiver 8 continuously generates what are known as advertising events and sends them out via the antenna beam 6 , which is at a greater distance from the access threshold 3 . If a person now moves into the waiting position, i.e. in the direction of the access threshold 3, their smartphone 1 receives these radio signals via the Bluetooth interface (22) and activates the readiness for communication.
  • the smartphone 1 enters the reception area of the antenna lobe 5 and the gate controller 9 retrieves validity data by the ticket app of the smartphone 1 Authorization ID submitted. If the validity data correspond to the predetermined criteria for the respective access, the access authorization is considered validated.
  • the gate controller 9 evaluates the field strength of the signal (RSSI) sent by the smartphone 1 and received via the antenna beam 5 and forms a criterion for the direct approach of the person (20), the data carrier (1) to the access threshold (3).
  • RSSI field strength of the signal
  • the smartphone 1 or its user 20 is now directly in front of the access threshold 3. If both checks are positive, the access authorization is positive and the position determination is positively validated, then the access controller 9 sends a release signal to the controller 20 of the signaling or blocking means 21 and waits with the next query until the person 20 has passed the access threshold 3.
  • the logical operations can be freely assigned to the circuit elements.
  • the validation can be done, for example, by querying the system's database, in which case the validity data is stored in the host, for example.
  • the check can also be carried out locally by the app installed in the smartphone transmitting the validity parameters via the Bluetooth interface, or the app checks autonomously and internally by determining whether your access parameters are valid for the location of the access point (access number).
  • FIG. 5 shows the antenna feed network 4 in connection with elements of the Bluetooth antenna array 2.
  • the antenna group 2 uses four round patch antennas 30, 30', 30", 30'", which are at a distance from each other when viewed in the access direction of ⁇ /2 the wavelength of the Bluetooth frequency.
  • the patch antennas 30 are driven via 90° hybrid dividers 32 which are terminated with 50 ohm resistors 34 .
  • the external patch antennas 30 and 30'' are each preceded by 6 dB attenuators 33 and 33'' in order to enable the side lobes to be suppressed.
  • the input of the antenna feed network 4 is formed by a 3-way changeover switch 37 with the outputs a, b, c.
  • the output 37a is connected to a double switch 35a, the output 37c with a double switch 35b, the output 37b with a power divider 36.
  • the power divider 36 has 4 outputs a, b, c, d and two states. In the first state, the phase at the outputs a to d is shifted by +90°, in the second state by -90°.
  • Output 36a controls patch antenna 30, output 36d controls patch antenna 30''.
  • the outputs 36b and 36c can be connected to the internal patch antennas 30' and 30'' via switches 35a and 35b.
  • the antenna network shown here can emit a circularly polarized electromagnetic wave in order to establish a more position-independent coupling with the smartphone.
  • the two directional antenna lobes 5 and 6 are generated by changing the power divider 36 from the first state to its second state.
  • the internal patch antennas 30' and 30'' can also be connected directly to the switch 37 via the switches 35a and b.
  • the antenna network thus makes it possible, in addition to determining the position using the directed antenna lobes 5, 6, to also use the phase difference of the signals at these antennas.

Landscapes

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  • Signal Processing (AREA)
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  • Devices For Checking Fares Or Tickets At Control Points (AREA)
  • Time Recorders, Dirve Recorders, Access Control (AREA)

Abstract

Eine Einrichtung zur Kontrolle von Zugangsberechtigungen umfasst einem Zugangsbereich mit Leiteinrichtungen zur Bildung einer Zugangspur für die Vereinzelung von Personen oder Objekten, in welcher Sperr- und/oder Signalmittel eine Zugangsschwelle definieren. Ein Gate-Controller mit Bluetooth Funkschnittstelle ermöglicht das Auslesen einer Zugangsberechtigung von mobilen Datenträgern, wobei bei positiver Validierung der Zugangsberechtigung der Zugangscontroller die Sperr- und/oder Signalmittel freigibt und so die vereinzelte Passage der Zugangsschwelle ermöglicht. Einer Zugangsspur ist dabei eine Mehrphasen-Antennengruppe zugeordnet deren Sende-/Empfangsantennen über ein Antennenspeisenetzwerk von einem Bluetooth Sende-Empfängermodul dergestalt angesteuert sind, dass sich zumindest zwei Antennenkeulen ausbilden, die in Zugangsrichtung gesehen unterschiedliche Abstände zur Zugangsschwelle aufweisen. Der Gate-Controller (9) sendet im Leerlauf laufend kurze Signale (advertising events) über die in Zugangsrichtung gesehen einen größeren Abstand zur Zugangsschwelle (3) aufweisende Antennenkeule (6) aus und aktiviert die Bluetooth-Funkschnittstelle eines sich nähernden mobilen Datenträgers (1). Jedem zugangsberechtigten Datenträger (1) ist eine eindeutige Berechtigungskennung (UID oder Berechtigungs ID) zugeordnet die über eine mittels der Bluetooth-Schnittstelle aktivierbare Ticket-App lesbar ist. Der Gate-Controller (9) liest über die einen kürzeren Abstand zur Zugangsschwelle (3) liegende Antennenkeule (5) die Berechtigungskennung und misst die Empfangsfeldstärke (RSSI) des vom Datenträger (1) gesendeten Signals an dieser Antennenkeule (5). Bei positiver Bewertung der Empfangsfeldstärke (RSSI) und positiver Validierung der Berechtigung (UID) generiert der Zugangscontroller (9) das Freigabesignal für die Sperr- und/oder Signalmittel (12, 13).

Description

Einrichtung zur Kontrolle von Zugangsberechtigungen
Ticketsysteme sind in unterschiedlichen Anwendungen bekannt, wobei man zwischen Anwendungen mit Zugangskontrolle (gated area) und Systemen ohne Zugangskontrolle (Be in/ Be out) unterscheidet. Beide Verfahren können auch kombiniert werden.
Als Ticket wird eine Berechtigung bezeichnet, die Zugang zu einem bestimmten Service und / oder Ort ermöglicht, wobei der Zugang zeitlich, örtlich oder wertmäßig bestimmt und persönlich (nicht übertragbar) oder übertragbar sein kann. Das Ticket kann klassisch auf Medien gespeichert sein und / oder es ist in einer Datenbank als Berechtigung hinterlegt.
Die gegenständliche Erfindung befasst sich mit Anwendungen in denen zumindest teilweise Zugangskontrolle erforderlich ist wie beispielsweise bei Skiliften, ist jedoch nicht auf diese Applikation eingeschränkt. Für Skilifte werden die Zugänge üblicherweise durch mechanische Leiteinrichtungen in ein oder mehreren Zugangsspuren organisiert, wobei in jeder Zugangsspur Lesegeräte für Tickets angeordnet sind. Die Lesegeräte erfassen das Ticket der zutretenden Person, prüfen die Zugangsberechtigung und geben nach positiver Validierung an eine in der Zugangsspur befindliche Sperre ein Freigabesignal. Die Sperre kann ein Drehkreuz, eine Schwenktüre, ein optisches Signal etc. sein.
In den ersten Generationen solcher Skipass Systeme wurde als Ticketmedium Barcode Tickets oder Magnetkarten eingesetzt, die Lesegeräte waren dementsprechend Einsteckleser für Barcode oder Magnetstreifen-Karten.
Um den Wartungsbedarf mechanischer Lesegeräte zu beseitigen wurden diese Lesegeräte in der Folge durch kontaktlose RFID Transponder ersetzt, wobei als RFID Technologie LF (125kHz), HF (13,56 MHz) und in neuesten Systemen auch UHF (900 MHz) bekannt sind. Ein allgemeiner Nachteil von Ticketsystemen mit Ticketmedien ist eben die Notwendigkeit, Ticketmedien und geeignete Ticketdrucker vorzuhalten um den Ticketverkauf zu organisieren. Nachdem heute bereits ein überwiegender Anteil der Gäste / Zugangsberechtigten über Smartphones verfügt, wäre die Nutzung eines Smartphones als Ticketmedium von Vorteil. Für das Boarding am Flughafen wird das bereits verwendet, das Boarding Ticket ist in Form eines Barcodes im Smartphone gespeichert.
In Anwendungen in denen ein Zugang mehrfach passiert werden muss wie beispielsweise am Skilift, wäre diese Methode aber nicht geeignet. Für den Zugang muss das Smartphone aus der Tasche genommen, das Ticket aufgerufen und einem optischen Lesegerät präsentiert werden. Es ist offensichtlich, dass das beschriebene Handling mit Skikleidung und oftmaliger Benutzung des Zuganges zu kompliziert wäre.
Es wurde auch schon vorgeschlagen, die in Smartphones verfügbaren Funktechnologien wie NFC (Near Field Communication) oder Bluetooth für das Ticketing einzusetzen. NFC hat mit einigen Zentimetern eine zu kurze Reichweite und ist daher unhandlich.
Bluetooth ist eine standardisierte Technologie zur Datenübertragung im 2,4 GHz ISM Band und wurde entwickelt, um Geräte in einer Umgebung bis zu 10 Metern zu vernetzen. Verwendet wird Bluetooth insbesondere zur Übertragung von Audio Daten. In den ersten Bluetooth Versionen war der Stromverbrauch sehr hoch, mit Einführung einer Weiterentwicklung ab Version 4 wurde das verbessert (Bluetooth Low Energy). Seit kurzem verfügbar sind noch neuere Bluetooth-Versionen unter 5.x welche auch Ortungsfunktionen bereitstellen. Die Funktionalität zur Ortung ist einerseits nicht ausgereift, anderseits nur in sehr wenigen Smartphone Modellen enthalten. Bluetooth als Kommunikationskanal zwischen einem mobilen Datenträger (Ticket) und dem Lesegerät in einer Zugangsspur zu verwenden konnte sich bislang noch nicht durchsetzen. Ein Grund dafür ist, dass - bedingt durch die hohe Reichweite - nicht sichergestellt ist, dass die Daten der richtigen Person (Smartphone) gelesen und verarbeitet werden. In der US PS 10,163,178 ist ein System zur Verwendung von mobilen Datenträgern (Smartphones) beschrieben, welches Lesegeräte für einzelne Zugangsspuren enthält, wobei jedes Lesegerät ein Bluetooth-Antennen-Array enthält. Den Lesegeräten für die einzelnen Zugangsspuren ist ein gemeinsamer Bluetooth-Standort-Sender mit großer Reichweite vorgeordnet. Nähert sich ein mobiler Datenträger dem Standort der Zugangskontrolle, so empfängt er die Signale aus dem Standort-Sender und soll nach Kopplung der Verbindung seine Ticketdaten übermitteln (Check-In Prozess). Erreicht der mobile Datenträger in weiterer Folge ein Zugangsgate soll das dort angeordnete Bluetooth-Antennen-Array die Position des Datenträgers ermitteln. Dazu verwendet das Bluetooth-Antennen-Array gerichtete Antennenkeulen und misst die empfangene Feldstärke (RSSI). Wenn die Gültigkeitsprüfung durch den Standort-Sender und die Positionsprüfung durch das Antennen-Array im Zugangsgate positiv waren, wird der Zugang freigegeben. Das hier beschriebene System zur Verwendung von Bluetooth in der Zugangskontrolle zeigt in der Praxis eine ungenügende Abfertigungsleistung, die erforderlichen Zeiten für die Passage sind zu lange und Personen denen ein Zugang nicht unmittelbar bei Erreichen des Zugangsgates ermöglicht wird stören den Ablauf stark.
Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, die Nutzung eines Smartphones oder vergleichbaren mobilen Mediums für die Zugangskontrolle in Gated Areas mit einfacher Handhabung zu ermöglichen.
Dazu geht die Erfindung aus von einer Einrichtung zur Kontrolle von Zugangsberechtigungen in einem Zugangsbereich mit Leiteinrichtungen zur Bildung einer Zugangspur für die Vereinzelung von Personen oder Objekten, in welcher Sperr- und/oder Signalmittel eine Zugangsschwelle definieren, mit einem Gate-Controller mit Bluetooth Funkschnittstelle zum Auslesen einer Zugangsberechtigung von mobilen Datenträgern, wobei bei positiver Validierung der Zugangsberechtigung der Zugangscontroller die Sperr- und/oder Signalmittel freigibt und so die vereinzelte Passage der Zugangsschwelle ermöglicht, und wobei einer Zugangsspur eine Mehrphasen-Antennengruppe zugeordnet ist, deren Sende-ZEmpfangsantennen über ein Antennenspeisenetzwerk von einem Bluetooth Sende-Empfängermodul dergestalt angesteuert sind, dass sich zumindest zwei Antennenkeulen ausbilden, die in Zugangsrichtung gesehen unterschiedliche Abstände zur Zugangsschwelle aufweisen. Erfindungsgemäß sendet der Gate-Controller im Leerlauf laufend kurze Signale (advertising events) über die in Zugangsrichtung gesehen einen größeren Abstand zur Zugangsschwelle aufweisende Antennenkeule und aktiviert dergestalt die Bluetooth- Funkschnittstelle eines sich nähernden mobilen Datenträgers. Jedem zugangsberechtigten Datenträger ist eine eine eindeutige Berechtigungskennung (UID oder Berechtigungs-ID) zugeordnet die über eine mittels Bluetooth-Service aktivierbare Ticket-App lesbar ist. Über die einen kürzeren Abstand zur Zugangsschwelle aufweisende Antennenkeule ermittelt der Gate-Controller die UID der Ticket-App und misst die Empfangsfeldstärke (RSSI) des vom Datenträger gesendeten Signals. Bei positiver Bewertung der Empfangsfeldstärke (RSSI) und positiver Validierung der Berechtigung (UID) generiert der Zugangscontroller das Freigabesignal für die Sperr- und/oder Signalmittel.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass für die Schaffung eines optimal funktionierenden Systems nicht nur die genaue Positionsbestimmung des gelesenen Datenträgers erforderlich ist, sondern vor allem auch die zeitlichen Abläufe im System auf das erwartete Verhalten der zutretenden Person abgestimmt sein müssen. Wird das Zutrittsgate nicht unmittelbar bei Erreichen freigegeben, so führt das zu extremen Ablaufstörungen bis hin zur völligen Konfusion.
In die Kommunikationsprozesse von Bluetooth kann extern nur sehr beschränkt eingegriffen werden und Zeitabschnitte um Kommunikationsschritte zu initiieren sind weitgehend vom Betriebssystem vorgegeben. Die erfindungsgemäße Einrichtung und deren Abläufe stellen eine praxistaugliche, dem gewünschten Verhalten der zutretenden Person entsprechende Funktion sicher. In anderen Worten, das Gate öffnet beim Eintreffen der zu kontrollierenden Person vor der Zugangsschwelle.
Alternativ ermittelt der Bluetooth Sende-ZEmpfänger ein Freigabebedingung aus Positionsinformationen aus der Auswertung von Triangulationswerten der Antennengruppe. Eine bevorzugte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass das Bluetooth- Antennen-Array mindestens zwei und vorzugsweise vier Antennenmodule umfasst, die in Zugangsrichtung gesehen im Abstand von λ/2 der Wellenlänge zueinander angeordnet sind, wobei mittels Umschaltern und Phasenschiebern zwischen dem Eingang des Antennennetzwerkes und den Antennenmodulen gerichtete Antennenkeulen erzeugbar sind.
Der der Bluetooth Transceiver steuert die Umschalter und Phasenschieber im Multiplex an, und den Antennenkeulen sind Abfragesignale mit eindeutigen Kennungen aufgeprägt.
Vorteilhaft begrenzen die Leiteinrichtungen eine Zugangsspur mit einer Breite von unter einem Meter, vorzugsweise 60 cm, und an zumindest einer Seite der Zugangsspur ist eine Bluetooth-Antennengruppe unmittelbar vor, vorzugsweise innerhalb eines Meters vor der Zugangsschwelle angeordnet. Die Antennengruppe besteht aus zumindest aus zwei, vorzugsweise vier Antennenelementen, welche voneinander in Zugangsrichtung gesehen einen Mittenabstand von X/2 der Wellenlänge der Bluetooth Frequenz aufweisen, und ein Antennenspeisenetzwerk zur Anspeisung der Antennenelemente erzeugt innerhalb eines Meters vor der Zugangsschwelle zwei gerichtete Antennenkeulen, deren erste näher zur Zugangsschwelle liegt und deren zweite einen in Zugangsrichtung gesehen größeren Abstand zur Zugangsschwelle aufweist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und unter Bezug auf die Zeichnungsfiguren näher beschrieben. Die Figur 1 zeigt die Schrägansicht einer Zugangsspur zur Kontrolle von Zugangsberechtigungen an einem Skilift, die Figur 2 eine schematische Draufsicht auf die Ausgestaltung einer Zugangsspur, die Figur 3 eine Frontansicht in Zugangsrichtung, die Figur 4 ein Blockschaltbild mit wesentlichen Schaltungselementen und die Figur 5 ein Blockschaltbild eines Antennenspeisenetzwerkes.
Allgemeine Eigenschaften der Bluetooth Technologie sind beispielsweise unter „https://en.wikipedia.org/wiki/Bluetooth_Low_Energy“ beschrieben. Bluetooth ist ein standardisiertes Funkübertragungsverfahren im 2,4 GHz ISM Band, mit dem sich Geräte in einer Umgebung von 10 Metern vernetzen lassen. In der folgenden Beschreibung wird vorausgesetzt, dass die Kommunikationsprozesse des standardisierten Bluetooth-Verfahrens bekannt sind, ohne auf die unter diesem Terminus bekannten Verfahren eingeschränkt zu sein. Die Erfindung ist auch auf vergleichbare Funk-Kommunikations-verfahren anwendbar.
Jedem mobilen Datenträger 1 ist eine unter Bluetooth aktivierbare Ticket App (ein Programm-Modul) und eine über diese auslesbare Berechtigungs ID zugeordnet. Die Berechtigungs ID kann eine im System eindeutige Nummer sein, welche auf die eigentlichen Berechtigungsdaten wie gültiger Ort, gültiger Zeitraum, gültiger Wert der Berechtigung, oder auch gültige Personendaten referenziert. Die Berechtigungs ID kann einzelne oder alle dieser Berechtigungsdaten auch direkt enthalten.
In Figur 1 ist eine Zugangsspur in Schrägansicht dargestellt, wobei hier mit der Pfeil 7 die Zugangsrichtung symbolisiert. Die Zugangsspur 7 wird an beiden Seiten durch Gerätesäulen 10 und 11 in einer Breite von ca. 60 cm begrenzt, sodass nur jeweils eine Person eintreten kann. Motorisch verschwenkbare Sperrarme 12, 13 bilden im geschlossenen Zustand (siehe auch Figur 2) eine Zugangsschwelle 3. Der Raum vor der Zugangsschwelle 3 ist der Warte- bzw. Prüfbereich, der Raum hinter der Schwelle soll nur mit gültiger Zugangsberechtigung erreichbar sein. Weitere Details zu einem solchen Aufbau sind beispielsweise in der EP 1990777 beschrieben. Im hier gezeigten Zustand befindet sind ein Skifahrer 20 unmittelbar vor der Zugangsschwelle 3, seine Zugangsberechtigung ist in einem Smartphone 1 mit Bluetooth Schnittstelle gespeichert. Die Anordnung soll den vereinzelten Zugang sicherstellen, das heißt es sollen nicht die Daten einer zweite Person in der Warteschlange anstelle der Daten des Skifahrers 20 unmittelbar vor der Zugangsschwelle 3 kontrolliert werden.
Wie nachfolgend noch erläutert wird, verbindet sich das Smartphone 1 über seine Bluetooth Schnittstelle und die Sende-/Empfangsantenne 2 in der Zugangsspur 7. Die Zugangsberechtigung wird geprüft und bei positiver Validierung schwenken die Sperrarme 12, 13 in Zugangsrichtung auf und geben die Zugangsspur 7 frei. Der Skifahrer 20 passiert die Zugangsschwelle 3 und die Sperrarme 12, 13 schließen unmittelbar darauf. Die Schließung wird durch hier nicht dargestellte Lichtschranken in der Zugangsspur 7 ausgelöst.
In der Figur 2 ist die Draufsicht auf die Zugangsspur 7 für Personen dargestellt. Die Zugangsspur ist 60 cm breit und wird beidseitig durch mechanische Leiteinrichtungen gebildet, im dargestellten Fall durch eine linke Gerätesäule 10 und eine rechte Gerätesäule 11. Die Gerätesäulen 10 und 11 tragen jeweils einen hier nicht näher dargestellten Antrieb für Sperrarme 12 und 13, welche im geschlossenen, dargestellten Zustand die Zugangsschwelle 3 bilden. In Zugangsrichtung 7 gesehen ist der Bereich vor der Zugangsschwelle 3 der Wartebereich für die Prüfung und Validierung der Zugangsberechtigung. Wird eine Zugangsberechtigung positiv validiert, so schwenken die Sperrarme 12, 13 in Zugangsrichtung auf, in der Zeichnung ist diese Bewegung durch strichlierte Pfeile symbolisiert.
Die linke Gerätesäule 10 verfügt über eine Antennenträgerplatte 14 mit einem Bluetooth-Mehrphasen-Antennengruppe 2 die in einem Abstand von bis zu einem Meter vor der Zugangsschwelle 3 angeordnet ist. Diese Bluetooth-Mehrphasen- Antennengruppe 2 erzeugt zwei gerichtete Antennenkeulen, von denen die erste Antennenkeule 5 unmittelbar vor die Zugangsschwelle 3 zeigt. Die zweite Antennenkeule 6 weist in Zugangsrichtung gesehen einen größeren Abstand zur Zugangsschwelle 3 auf.
Die Figur 3 zeigt diese Einrichtung in der Frontansicht in Zugangsrichtung. Die Gerätesäulen 12, 13 sind hier nicht hängend montiert, sondern am Boden befestigt. Weiters ist in Figur 3 eine Variante dargestellt, bei der auch die rechte Gerätesäule 11 über eine Bluetooth-Mehrphasen-Antennengruppe 2 verfügt. Diese gespiegelte Ausgestaltung kann vorteilhaft sein, um ein auf der rechten Körperseite des Benutzers 20 getragenes Smartphone 1 leichter erfassen zu können.
Der Benutzer 20 - im Beispiel nach Figur 1 ein Skifahrer - verfügt über ein Smartphone 1 und kann dies bequem in der Tasche am Körper tragen. Im Smartphone 1 ist eine Ticket-App (Programmapplikation) installiert, die über eine UUID (Universal Unique Identifier) eindeutig identifizierbar ist. Dieser UUID ist die Zugangsberechtigung (Ticket) zugeordnet. Die Parameter (also zeitliche, örtliche, persönliche, wertmäßige Einschränkungen) der Zugangsberechtigung könne dabei direkt in der App gespeichert sein, oder diese Parameter sind der UUID in einer Datenbank zugeordnet und können von dort zur Validierung abgerufen werden.
Die Figur 4 zeigt ein Blockschaltbild von für die Erfindung wesentlichen Schaltungselementen. Die Zugangskontrollfunktion wird von einem Zugangscontroller 9 überwacht und gesteuert. Der Zugangscontroller 9 ist mit einem Bluetooth-Sender/Empfänger 8 verbunden, welcher die Sende- und Empfangsverstärker für die Bluetooth Kommunikation enthält. Wesentlich für die Funktion ist die Auswertung der Feldstärke des Funksignals, also des RSSI (Received Signal Strength Indicator). Dieses Signal ist ein Indikator für die Distanz des Smartphones 1 relativ zur Zutrittsschwelle 3.
Der Bluetooth Sender/Empfänger 8 steuert über ein Antennenspeisenetzwerk 4 die Antennen-Gruppe 2 an. Antennenspeisenetzwerk 4 und Antennen Gruppe 2 sind so ausgebildet, dass zumindest zwei gerichtete Antennenkeulen 5 und 6 entstehen. Die erste Antennenkeule 5 zeigt in Zugangsrichtung gesehen in einen Bereich unmittelbar vor der Zugangsschwelle 3. Die zweite Antennenkeule 6 ist so ausgerichtet, dass sie in Zugangsrichtung gesehen einen größeren Abstand vor der Zugangsschwelle 3 aufweist als die erste Antennenkeule 5.
In Warteposition sind die Sperr-ZSignalmittel 21 geschlossen. Der Bluetooth Transceiver 8 erzeugt laufend sogenannte Advertising Events und sendet diese über die Antennenkeule 6, welche einen größeren Abstand zur Zugangsschwelle 3 aufweist aus. Bewegt sich nun eine Person in die Warteposition, also in Richtung der Zugangsschwelle 3, so empfängt sein Smartphone 1 über die Bluetooth-Schnittstelle (22) diese Funksignale und aktivieren die Kommunikationsbereitschaft.
Bewegt sich die Person (20) weiter in Richtung Zugangsschwelle 3 gelangt das Smartphone 1 in den Empfangsbereich der Antennenkeule 5 und der Gatecontroller 9 ruft Gültigkeitsdaten ab, indem die Ticket-App des Smartphones 1 die Berechtigungs ID übermittelt. Entsprechen die Gültigkeitsdaten den vorbestimmten Kriterien des jeweiligen Zuganges so gilt die Zugangsberechtigung als validiert.
Zusätzlich bewertet der Gatecontroller 9 die Feldstärke des vom Smartphone 1 gesendeten und über die Antennenkeule 5 empfangenen Signals (RSSI) und bildet daraus ein Kriterium für die unmittelbare Annäherung der Person (20), des Datenträgers (1 ) an die Zugangsschwelle (3).
Das Smartphone 1 bzw. sein Benutzer 20 befinden sich jetzt unmittelbar vor der Zugangsschwelle 3. Sind beide Prüfungen positiv, die Zugangsberechtigung ist positiv und die Positionsbestimmung ist positiv validiert, dann sendet der Zugangscontroller 9 ein Freigabesignal an die Steuerung 20 der Signal- oder Sperrmittel 21 und wartet mit der nächsten Abfrage bis die Person 20 die Zugangsschwelle 3 passiert hat.
Die logischen Operationen können grundsätzlich den Schaltungselementen frei zugeordnet werden. Die Validierung kann beispielsweise erfolgen durch Abfrage in der Datenbank des Systems, in diesem Fall sind die Gültigkeitsdaten z.B. im Host hinterlegt. Die Prüfung kann aber auch lokal erfolgen indem die im Smartphone installierte App die Gültigkeitsparameter über die Bluetooth Schnittstelle übermittelt, oder die App prüft autonom und intern indem sie ermittelt, ob ihre Zugangsparameter für den Ort der Zugangsstelle (Zugangs Nummer) gültig sind.
Die Figur 5 zeigt das Antennenspeisenetzwerk 4 in Verbindung mit Elementen des Bluetooth-Antennen-Arrays 2. Die Antennen-Gruppe 2 verwendet vier runde Patch- Antennen 30, 30' , 30“, 30‘“, die in Zugangsrichtung gesehen voneinander jeweils einen Abstand von A/2 der Wellenlänge der Bluetooth Frequenz aufweisen. Die Patch-Antennen 30 werden über 90° Hybrid-Teiler 32 angesteuert, die mit 50 Ohm Widerständen 34 abgeschlossen sind. Den außen liegenden Patch-Antennen 30 und 30‘“ sind jeweils 6dB Dämpfungsglieder 33 und 33‘“ vorgeschaltet um eine Unterdrückung der Nebenkeulen zu ermöglichen. Den Eingang des Antennenspeisenetzwerkes 4 bildet ein 3-fach Umschalter 37 mit den Ausgängen a, b, c. Der Ausgang 37a ist mit einem 2-fach Umschalter 35a verbunden, der Ausgang 37c mit einem 2-fach Umschalter 35b, der Ausgang 37b mit einem Leistungsteiler 36.
Der Leistungsteiler 36 verfügt über 4 Ausgänge a, b, c, d und zwei Zustände. Im ersten Zustand ist die Phase an den Ausgängen a bis d um jeweils +90°, im zweiten Zustand um jeweils -90° verschoben. Der Ausgang 36a steuert die Patch-Antenne 30, der Ausgang 36 d die Patch-Antenne 30‘“ an. Die Ausgänge 36b und 36c können über Umschalter 35a und 35b mit den innenliegenden Patch-Antennen 30' und 30“ verbunden werden.
Das hier dargestellte Antennennetzwerk kann eine zirkular polarisierte elektromagnetische Welle abstrahlen, um eine positionsunabhängigere Kopplung mit dem Smartphone herzustellen.
Durch Wechsel des Leistungsteilers 36 vom ersten Zustand in seinen zweiten Zustand werden die beiden gerichteten Antennenkeulen 5 und 6 erzeugt. Über die Umschalter 35 a und b können zusätzlich die inneren Patch-Antennen 30' und 30“ direkt mit dem Umschalter 37 verbunden werden. Das Antennennetzwerk ermöglicht somit, neben der Positionsermittlung unter Verwendung der gerichteten Antennenkeulen 5, 6 auch die Phasendifferenz der Signale an diesen Antennen heranzuziehen.

Claims

Patentansprüche:
1. Einrichtung zur Kontrolle von Zugangsberechtigungen in einem Zugangsbereich mit Leiteinrichtungen zur Bildung einer Zugangspur für die Vereinzelung von Personen oder Objekten, in welcher Sperr- und/oder Signalmittel eine Zugangsschwelle definieren, mit einem Gate-Controller mit Bluetooth Funkschnittstelle zum Auslesen einer Zugangsberechtigung von mobilen Datenträgern, wobei bei positiver Validierung der Zugangsberechtigung der Zugangscontroller die Sperr- und/oder Signalmittel freigibt und so die vereinzelte Passage der Zugangsschwelle ermöglicht, und wobei
- einer Zugangsspur eine Mehrphasen-Antennengruppe zugeordnet ist deren Sende-/Empfangsantennen über ein Antennenspeisenetzwerk von einem Bluetooth Sende-Empfängermodul dergestalt angesteuert sind, dass sich zumindest zwei Antennenkeulen ausbilden, die in
Zugangsrichtung gesehen unterschiedliche Abstände zur
Zugangsschwelle aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass
- der Gate-Controller (9) im Leerlauf laufend kurze Signale (advertising events) über die in Zugangsrichtung gesehen einen größeren Abstand zur Zugangsschwelle (3) aufweisende Antennenkeule (6) aussendet und dergestalt die Bluetooth-Funkschnittstelle eines sich nähernden mobilen Datenträgers (1 ) aktiviert
- dass jedem zugangsberechtigten Datenträger (1) eine eindeutige Berechtigungskennung (UID oder Berechtigungs-ID) zugeordnet ist, die über eine mittels der Bluetooth-Schnittstelle aktivierbare Ticket-App lesbar ist
- dass der Gate-Controller (9) über die einen kürzeren Abstand zur Zugangsschwelle (3) liegende Antennenkeule (5) die Berechtigungskennung (UID) der Ticket-App abfragt und die Empfangsfeldstärke (RSSI) des vom Datenträger (1) gesendeten Signals an dieser Antennenkeule misst - und dass bei positiver Bewertung der Empfangsfeldstärke (RSSI) und positiver Validierung der Berechtigung (UID) der Zugangscontroller (9) das Freigabesignal für die Sperr- und/oder Signalmittel (12, 13) generiert.
2. Einrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Bluetooth Sende-/Empfänger (8) ein Freigabesignal unter Verknüpfung von Validierungsinformationen und einer Positionsinformation aus der Auswertung von Triangulationswerten (AoA) der Antennengruppe (2) generiert.
3. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, dass die Bluetooth-Antennengruppe (2) mindestens zwei und vorzugsweise vier Antennenmodule (30) umfasst, die in Zugangsrichtung gesehen im Abstand von Ä/2 der Wellenlänge zueinander angeordnet sind, wobei mittels Umschaltern (35. 37) und Phasenschiebern (36) zwischen dem Eingang des Antennennetzwerkes (4) und den Antennenmodulen (30) gerichtete Antennenkeulen (5,6) eczeugbar sind.
4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiteinrichtungen (10, 11) eine Zugangsspur (7) mit einer Breite von unter einem Meter, vorzugsweise 60 cm begrenzen, dass an zumindest einer Seite der Zugangsspur (7) eine Bluetooth-Antennengruppe (2) unmittelbar vor, vorzugsweise innerhalb eines Meters vor der Zugangsschwelie (3) angeordnet ist, dass die Antennengruppe (2) zumindest aus zwei, vorzugsweise vier Antennenelementen (30, 30‘, 30“, 30‘“) besteht, welche voneinander in Zugangsrichtung gesehen einen Mittenabstand von Ä/2 der Wellenlänge der Bluetooth Frequenz aufweisen, und dass ein Antennenspeisenetzwerk (4) zur Anspeisung der Antennenelemente (30, 30'. 30“, 30“') innerhalb eines Meters vor der Zugangsschwelle (3) zwei gerichtete Antennenkeulen (5, 6) erzeugt, deren erste näher zur Zugangsschwelle (3) liegt und deren zweite einen in Zugangsrichtung (7) gesehen größeren Abstand zur Zugangsschwelle (3) aufweist.
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