Verfahren und Vorrichtung zur Zutrittskontrolle

Abstract

 Verfahren zur Zutrittskontrolle insbesondere in Gebäuden, bei dem eine bidirektionale Datenübermittlung zwischen einem elektronischen Schlüssel und einer Zutrittskontrollvorrichtung stattfindet, wobei die Datenübermittlung das Aussenden eines Aufwecksignals durch die Zutrittskontrollvorrichtung umfasst, um den elektronischen Schlüssel aus einem Schlafmodus aufzuwecken, wobei die Übermittlung des Aufwecksignals über eine kapazitive Kopplung erfolgt, wobei die Datenübermittlung weiters ein Authentifizierungs- und/oder Identifizierungsprotokoll zur Feststellung der Zutrittsberechtigung des elektronischen Schlüssels umfasst, wobei das Aussenden des Aufwecksignals über eine erste Trägerfrequenz und die Durchführung des Authentifizierungs- und/oder Identifizierungsprotokolls über eine zweite Trägerfrequenz erfolgt.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Zutrittskontrolle insbesondere in Gebäuden, bei dem eine bidirektionale Datenübermittlung zwischen einem elektronischen Schlüssel und einer Zutrittskontrollvorrichtung stattfindet, wobei die Datenübermittlung das Aussenden eines Aufwecksignals durch die Zutrittskontrollvorrichtung und das Empfangen des Aufwecksignals in einer Empfangsschaltung des elektronischen Schlüssels umfasst, um den elektronischen Schlüssel aus einem Schlafmodus aufzuwecken und in einen Betriebsmodus zu schalten, wobei die Übermittlung des Aufwecksignals über eine kapazitive Kopplung zwischen dem elektronischen Schlüssel und der Zutrittskontrollvorrichtung erfolgt, wobei die Datenübermittlung nach dem Umschalten in den Betriebsmodus weiters ein Authentifizierungs- und/oder Identifizierungsprotokoll zur Feststellung der Zutrittsberechtigung des elektronischen Schlüssels umfasst, wobei in Abhängigkeit von der festgestellten Zutrittsberechtigung der Zutritt freigeben oder gesperrt wird.

[0002] Die Erfindung betrifft weiters eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens nach dem Oberbegriff des Anspruchs 12.

[0003] Ein Verfahren und eine Vorrichtungen dieser Art sind aus der EP 2584540 A2 bekannt geworden.

[0004] Unter elektronischen Schlüsseln werden nachfolgend unterschiedliche Ausbildungen von Identmedien verstanden, die einen elektronischen Code bzw. Identifikationsdaten gespeichert haben, z.B. in der Form von Karten, Schlüsselanhängern und Kombinationen aus mechanischen und elektronischen Schlüsseln.

[0005] Der elektronische Schlüssel und ggf. die Zutrittskontrollvorrichtung benötigen zur Stromversorgung einen Energiespeicher, insbesondere eine Batterie. Damit die batteriebetriebenen Komponenten bis zum Batteriewechsel eine möglichst lange Betriebsdauer haben, ist man bestrebt, den Energieverbrauch zu minimieren.

[0006] Um Energie zu sparen, verfügen verschiedene Geräte über eine Funktion zur automatischen Teilabschaltung bei Inaktivität. Eine solche Funktion wird auch Bereitschaftsbetrieb, Standby-Betrieb oder Schlafmodus genannt. In diesem Zustand eines technischen Gerätes ist dessen Nutzfunktion zwar temporär deaktiviert, aber jederzeit und ohne Vorbereitungen oder längere Wartezeiten wieder aktivierbar. Damit ersetzt der Schlafmodus nicht das vollständige Ausschalten des Geräts, sondern hilft, in der nutzungsfreien Zeit die Leistungsaufnahme des Geräts zu senken.

[0007] Um den Energieverbrauch zu senken und die Batterielebensdauer entsprechend zu erhöhen, wird in der EP 2584540 A2 ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem der elektronische Schlüssel aus einem Schlafmodus aufgeweckt wird, um in einen Betriebsmodus zu gelangen, wobei in der Zutrittskontrollvorrichtung eine Sendeschaltung zum Aussenden eines Aufwecksignals vorgesehen ist und im elektronischen Schlüssel während des Schlafmodus eine Empfangsschaltung zum Empfangen des Aufwecksignals betrieben wird, wobei der Aufweckvorgang folgende Schritte umfasst:

• Aussenden eines Aufwecksignals durch die Sendeschaltung der Zutrittskontrollvorrichtung, insbesondere wenn sich eine Person der Zutrittskontrollvorrichtung nähert oder diese berührt,
• Empfangen des Aufwecksignals in der Empfangsschaltung des elektronischen Schlüssels,
• Umschalten des elektronischen Schlüssels vom Schlafmodus in den Betriebsmodus.

[0008] Es wird bei schließtechnischen Einrichtungen somit eine Stromsparfunktion dadurch realisiert, dass der elektronische Schlüssel sich die meiste Zeit in einem Schlafmodus befindet, in dem lediglich eine Empfangsschaltung betrieben wird, die wenig Strom verbraucht und die dafür verantwortlich ist, den elektronischen Schlüssel in den Betriebsmodus umzuschalten, sobald ein Aufwecksignal einer zugehörigen Zutrittskontrollvorrichtung dadurch empfangen wird, dass sich die den elektronischen Schlüssel tragende Person der Zutrittskontrollvorrichtung nähert oder diese berührt. Eine besonders effiziente Reduzierung des Stromverbrauchs ergibt sich, wie in der EP 2584540 A2 beschrieben, dadurch, dass das Aufwecksignal über eine kapazitive Kopplung übertragen wird. Für die Übermittlung des Aufwecksignals wird somit ein im Wesentlichen elektrisches Nahfeld benutzt. Die Reichweite des elektrischen Nahfelds ist hierbei auf wenige Meter, insbesondere auf < 1m begrenzt, sodass das Aufwecksignal tatsächlich nur den oder die elektronischen Schlüssel erreicht, die sich in unmittelbarer Nähe zur Zutrittskontrollvorrichtung befinden. Da der Empfang eines Aufwecksignals im elektronischen Schlüssel einen Energieverbrauch verursacht, ergibt sich aus der begrenzten Reichweite des kapazitiv übermittelten Signals der Vorteil, dass kein Energieverbrauch in Schlüsseln verursacht wird, deren Inhaber gar keine Zutrittsabsicht haben.

[0009] Nachteilig beim Stand der Technik ist jedoch der Umstand, dass der Aufweckprozess selbst auch bei Nutzung eines elektrischen Nahfelds einen Energieverbrauch verursacht, der insbesondere bei oftmaliger Durchführung erheblich sein kann.

[0010] Die vorliegende Erfindung zielt daher darauf ab, den Stromverbrauch für den Aufweckprozess zu reduzieren.

[0011] Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung bei einem Verfahren der eingangs genannten Art vor, dass das Aussenden des Aufwecksignals über eine erste Trägerfrequenz und die Durchführung des Authentifizierungs- und/oder Identifizierungsprotokolls über eine zweite Trägerfrequenz erfolgt, wobei die erste und die zweite Trägerfrequenz voneinander verschieden sind. Dadurch, dass das Aufwecksignal über eine eigene Trägerfrequenz übermittelt wird, kann die Empfangsschaltung des elektronischen Schlüssels allein anhand der Frequenz des empfangenen Signals feststellen, ob es sich um ein Aufwecksignal einer Zutrittskontrollvorrichtung handelt. Es ist daher nicht zwingend erforderlich, dass eine Demodulierung des erhaltenen Signals erfolgt, um einen Datenstrom zu erhalten, der dann hinsichtlich des Vorliegens einer Aufweckkennung ausgewertet wird. Vielmehr kann das Aufwecksignal als reine Trägerwelle mit der ersten Trägerfrequenz vorliegen.

[0012] Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass bei einer Schließanlage mit einer Mehrzahl von Zutrittskontrollvorrichtungen die erste Trägerfrequenz in den einzelnen Zutrittskontrollvorrichtungen untereinander verschieden ist.

[0013] Eine besondere Energieersparnis ergibt sich bevorzugt dadurch, dass die erste Trägerfrequenz niedriger ist als die zweite Trägerfrequenz. Insbesondere beträgt das Verhältnis von zweiter Trägerfrequenz zu erster Trägerfrequenz wenigstens 6:5, bevorzugt wenigstens 4:3, besonders bevorzugt wenigstens 2:1.

[0014] Bevorzugt werden Frequenzen für die erste und die zweite Trägerfrequenz eingesetzt, die keiner behördlichen Einzel-Frequenzzuweisung bzw. Genehmigung bedürfen. Bevorzugt handelt es sich dabei um Trägerfrequenzen in den Frequenzbereichen gemäß ISM (Industrial, Scientific and Medical Band). Es handelt sich dabei insbesondere um die Frequenzbereiche 6,765 - 6,795 MHz, 13,553 - 13,567 MHz, 26,957 - 27,283 MHz, 40,66 - 40,70 MHz, 433,05 - 434,79 MHz und 902 - 928 MHz.

[0015] Grundsätzlich beträgt die erste Trägerfrequenz bevorzugt weniger als 1 GHz, weil Bauteile mit einer Ausdehnung, wie sie übelicherweise bei Zutrittskontrollvorrichtungen zum Einsatz kommen (d.h. einige Zentimeter), bei höheren Frequenzen auf Grund der kürzeren Wellenlänge einen Antenneneffekt aufweisen können, wodurch es zur Abstrahlung von elektromagnetischen Wellen kommen würde.

[0016] Erfindungsgemäß wird für die Datenübermittlung Nahfeldkommunikation verwendet.

[0017] Die Umschaltung des elektronischen Schlüssels in den Betriebsmodus kann bevorzugt dann erfolgen, wenn in der Empfangsschaltung ein Aufwecksignal mit einer der ersten Trägerfrequenz entsprechenden Frequenz detektiert wird, sodass keine weitere Auswertung des Aufwecksignals erfolgen muss. Weiters kann bevorzugt so vorgegangen werden, dass die Anzahl der in der Empfangsschaltung des elektronischen Schlüssels empfangenen Schwingungen des die erste Trägerfrequenz aufweisenden Aufwecksignals erfasst wird und die Umschaltung des elektronischen Schlüssels in den Betriebsmodus erfolgt, wenn die Anzahl der detektierten Schwingungen einen definierten Grenzwert überschreitet. Es erfolgt somit ein Aufsummieren der Schwingungen des Aufwecksignals, sodass eine Auswertung erfolgen kann, wie viele Schwingungen in einem bestimmten Zeitintervall empfangen werden. Dies ermöglicht eine Aussage über die Qualität des erhaltenen Signals bzw. der kapazitiven Kopplung ohne dass eine Demodulation erfolgen muss.

[0018] Alternativ oder zusätzlich kann das erhaltene Aufwecksignal aber auch nach anderen Parametern ausgewertet werden, um zu verhindern, dass der elektronische Schlüssel möglicherweise irrtümlich allein auf Grund des Vorhandenseins der ersten Trägerfrequenz aufgeweckt wird. Dazu wird bevorzugt so vorgegangen, dass das Aufwecksignal gepulst ausgesendet wird und die Umschaltung des elektronischen Schlüssels in den Betriebsmodus erfolgt, wenn das Pulsmuster des Aufwecksignals einem vorgegebenen Muster entspricht.

[0019] Alternativ oder zusätzlich kann so vorgegangen werden, dass das Aufwecksignal Frequenz- und/oder Amplitudenmodulationen aufweist. Diese sind somit in das Aufwecksignal eingeprägt und dienen als Erkennungsmerkmale, die vom Schlüssel erkannt werden, damit nicht jedes Signal auf der Aufweckfrequenz des Schlüssels zu einem Aufwecken des Schlüssels führt, sodass der Stromverbrauch des Schlüssels besonders niedrig gehalten werden kann. Insbesondere kann das Aufwecksignal eine auf das Trägerfrequenz aufmodulierte Kennung umfassen, wobei das Aufwecksignal in der Empfangsschaltung demoduliert wird, wobei die Umschaltung des elektronischen Schlüssels in den Betriebsmodus erfolgt, wenn die mit dem Aufwecksignal übermittelte und in der Empfangsschaltung empfangene Kennung einem vorgegebenen Wert entspricht. Durch die Übertragung der Kennung kann gleichzeitig eine Identifizierung der Zutrittskontrollvorrichtung erfolgen.

[0020] Die Empfangsschaltung des elektronischen Schlüssels muss grundsätzlich nicht ständig empfangsbereit sein. Vielmehr kann die Empfangsschaltung bevorzugt so betrieben werden, dass sie während des Schlafmodus periodisch zwischen einem Empfangsmodus, in dem sie empfangsbereit ist, und einem Ruhemodus, in dem sie nicht empfangsbereit ist, hin- und hergeschaltet wird, wodurch der Stromverbrauch weiter reduziert werden kann. Bei der Empfangsschaltung kann es sich um die Sende-/Empfangseinrichtung des elektronischen Schlüssels handeln, über welche die Datenübertragung im Betriebsmodus erfolgt, oder es kann sich um eine gesonderte, besonders einfach gebaute und deshalb stromsparende Schaltung handeln, die ausschließlich dem Empfang des Aufwecksignals dient.

[0021] Bevorzugt wird der Zutrittskontrollvorrichtung der erfolgreiche Aufweckvorgang dadurch mitgeteilt, dass der elektronische Schlüssel nach Erreichen des Betriebsmodus eine Bestätigungsnachricht an die Zutrittskontrollvorrichtung übermittelt.

[0022] Um auch auf der Seite der Zutrittskontrollvorrichtung Strom zu sparen, wird bevorzugt so vorgegangen, dass das Aufwecksignal periodisch ausgesendet wird. Das Aufwecksignal wird hierbei bevorzugt mehrmals pro Sekunde ausgesendet, damit der Aufweckvorgang keine große Verzögerung des Zutrittsvorganges mit sich bringt.

[0023] Sobald der elektronische Schlüssel in den Betriebsmodus gewechselt ist, erfolgt die weitere Datenkommunikation über die zweite Trägerfrequenz, wobei in der Regel ein vorgegebenes Authentifizierungs- und/oder Identifizierungsprotokoll durchgeführt wird, um die Gültigkeit der Kommunikationspartner und die Zutrittsberechtigung des Schlüssels zu überprüfen. Die Authentifizierung kann eine "Challenge-Response"-Authentifizierung umfassen. Grundsätzlich kann die für das Authentifizierungs- und/oder Identifizierungsprotokoll erforderliche bidirektionale Datenübertragung über beliebige Nah- oder Fernfeldkommunikationswege erfolgen. Beispielsweise können die Daten über ein elektromagnetisches Feld, also per Funk übermittelt werden. Bevorzugt ist jedoch vorgesehen, dass die Durchführung des Authentifizierungs- und/oder Identifizierungsprotokolls zumindest teilweise über eine kapazitive Kopplung zwischen dem elektronischen Schlüssel und der Zutrittskontrollvorrichtung erfolgt, d.h. also über ein im Wesentliches elektrisches Feld.

[0024] Die der Erfindung zugrunde liegende Idee der Verwendung von unterschiedlichen Trägerfrequenzen kann in besonders vorteilhafter Weise auch für die Arbitrierung der Kommunikation im Falle von mehreren Zutrittskontrollvorrichtungen im Empfangsbereich eines elektronischen Schlüssels und/oder im Falle von mehreren elektronischen Schlüsseln im Empfangsbereich einer Zutrittskontrollvorrichtung genutzt werden. Zugriffskonflikte können dabei besonders vorteilhaft dadurch gelöst werden, dass die Zutrittskontrollvorrichtung während der Datenkommunikation mit dem elektronischen Schlüssel ein Besetztsignal über eine dritte Trägerfrequenz aussendet, wobei die dritte Trägerfrequenz von der ersten und der zweiten Trägerfrequenz verschieden ist. Bevorzugt übermittelt die Empfangsschaltung des elektronischen Schlüssels bei Detektieren eines Besetztsignals keine weiteren Signale an die entsprechende Zutrittskontrollvorrichtung. Die Zutrittskontrollvorrichtung arbeitet somit zum Beispiel gleichzeitig auf der zweiten Trägerfrequenz und auf der dritten Trägerfrequenz, um all den anderen Schlüsseln im Empfangsbereich zu signalisieren, dass diese für eine zusätzliche Kommunikation gegenwärtig nicht zur Verfügung steht. Auf diese Weise wird die laufende Kommunikation auf der zweiten Trägerfrequenz nicht durch Kommunikationsversuche anderer Schlüssel gestört.

[0025] Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung vorgeschlagen, umfassend eine Zutrittskontrollvorrichtung und einen elektronischen Schlüssel, die jeweils eine Sende-/Empfangseinrichtung aufweisen, um eine bidirektionale Datenübermittlung zwischen dem elektronischen Schlüssel und der Zutrittskontrollvorrichtung zu ermöglichen, wobei der elektronische Schlüssel einen Speicher für Identifikationsdaten aufweist, der mit der Sende-/Empfangseinrichtung des Schlüssels zur Durchführung eines Authentifizierungs- und/oder Identifizierungsprotokolls zusammenwirkt, wobei die Zutrittskontrollvorrichtung eine Auswerteschaltung zur Feststellung der Zutrittsberechtigung auf Grund des Authentifizierungs- und/oder Identifizierungsprotokolls aufweist, um den Zutritt wahlweise freizugeben oder zu sperren, wobei die Sende-/Empfangseinrichtung der Zutrittskontrollvorrichtung zum Aussenden eines Aufwecksignals ausgebildet ist und im elektronischen Schlüssel eine Empfangsschaltung zum Empfangen des Aufwecksignals während eines Schlafmodus vorgesehen ist, wobei die Empfangsschaltung mit einer Aufweckschaltung zusammenwirkt, um den elektronischen Schlüssel vom Schlafmodus in einen Betriebsmodus umzuschalten, wenn die Empfangsschaltung das Aufwecksignal empfängt, wobei die Sende-/Empfangseinrichtung des elektronischen Schlüssels und der Zutrittskontrollvorrichtung jeweils ein wenigstens eine kapazitive Koppelfläche aufweisendes kapazitives Datenübertragungsmodul aufweist, wobei die Übermittlung des Aufwecksignals über eine kapazitive Kopplung zwischen dem elektronischen Schlüssel und der Zutrittskontrollvorrichtung erfolgt. Die Erfindung sieht dabei vor, dass die Sende-/Empfangseinrichtung der Zutrittskontrollvorrichtung ausgebildet ist, um das Aufwecksignal über eine erste Trägerfrequenz auszusenden und um das Authentifizierungs- und/oder Identifizierungsprotokoll über eine zweite Trägerfrequenz durchzuführen, wobei die erste und die zweite Trägerfrequenz voneinander verschieden sind.

[0026] Bevorzugte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Unteransprüchen definiert.

[0027] Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die erste Trägerfrequenz niedriger ist als die zweite Trägerfrequenz.

[0028] Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass das Verhältnis von zweiter Trägerfrequenz zu erster Trägerfrequenz wenigstens 6:5, bevorzugt wenigstens 4:3, besonders bevorzugt wenigstens 2:1 beträgt.

[0029] Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die erste Trägerfrequenz und ggf. die zweite Trägerfrequenz in den Frequenzbereichen gemäß ISM (Industrial, Scientific and Medical Band) liegt, insbesondere in den Frequenzbereichen 6,765 - 6,795 MHz, 13, 553 - 13,567 MHz, 26,957 - 27,283 MHz, 40, 66 - 40, 70 MHz, 433,05 - 434,79 MHz und 902 - 928 MHz.

[0030] Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die Aufweckschaltung ausgebildet ist, um den elektronischen Schlüssel in den Betriebsmodus umzuschalten, wenn in der Empfangsschaltung ein Aufwecksignal mit einer der ersten Trägerfrequenz entsprechenden Frequenz detektiert wird.

[0031] Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die Aufweckschaltung ausgebildet ist, um die Anzahl der in der Empfangsschaltung des elektronischen Schlüssels empfangenen Schwingungen des die ersten Trägerfrequenz aufweisenden Aufwecksignals zu erfassen und den elektronischen Schlüssel in den Betriebsmodus umzuschalten, wenn die Anzahl der detektierten Schwingungen einen definierten Grenzwert überschreitet.

[0032] Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die Sende-/Empfangseinrichtung der Zutrittskontrollvorrichtung ausgebildet ist, um das Aufwecksignals gepulst auszusenden und die Aufweckschaltung bevorzugt ausgebildet ist, um den elektronischen Schlüssel in den Betriebsmodus umzuschalten, wenn das Pulsmuster des Aufwecksignals einem vorgegebenen Muster entspricht.

[0033] Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die Sende-/Empfangseinrichtung der Zutrittskontrollvorrichtung einen Modulator umfasst, um eine Kennung auf die Trägerfrequenz des Aufwecksignals aufzumodulieren, und dass die Empfangsschaltung einen Demodulator zum Demodulieren des Aufwecksignals umfasst, wobei die Umschaltung des elektronischen Schlüssels in den Betriebsmodus erfolgt, wenn die mit dem Aufwecksignal übermittelte und in der Empfangsschaltung empfangene Kennung einem vorgegebenen Wert entspricht.

[0034] Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass das kapazitive Datenübertragungsmodul des elektronischen Schlüssels und der Zutrittskontrollvorrichtung jeweils ausgebildet sind, um das Authentifizierungs- und/oder Identifizierungsprotokoll zumindest teilweise über eine kapazitive Kopplung zwischen dem elektronischen Schlüssel und der Zutrittskontrollvorrichtung durchzuführen.

[0035] Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die Empfangsschaltung während des Schlafmodus periodisch zwischen einem Empfangsmodus, in dem sie empfangsbereit ist, und einem Ruhemodus, in dem sie nicht empfangsbereit ist, hin- und hergeschalten wird.

[0036] Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die Zutrittskontrollvorrichtung ausgebildet ist, um während der Datenkommunikation mit dem elektronischen Schlüssel ein Besetztsignal über eine dritte Trägerfrequenz auszusenden, wobei die dritte Trägerfrequenz von der ersten und der zweiten Trägerfrequenz verschieden ist.

[0037] Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die Empfangsschaltung des elektronischen Schlüssels ausgebildet ist, um bei Detektieren eines Besetztsignals keine weiteren Signale an die entsprechende Zutrittskontrollvorrichtung zu übermitteln.

[0038] Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die Empfangsschaltung des elektronischen Schlüssels von der Sende-/Empfangseinrichtung des elektronischen Schlüssels gesondert ausgebildet ist.

[0039] Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass das kapazitive Datenübertragungsmodul der Zutrittskontrollvorrichtung wenigstens zwei Koppelelektroden aufweist, die mit der Sende-/Empfangseinrichtung der Zutrittskontrollvorrichtung derart zusammenwirken, dass das Aufwecksignal, die für das Authentifizierungs- und/oder Identifizierungsprotokolls erforderlichen Daten und ggf. das Besetztsignal über die zwei Koppelelektroden ausgesendet werden.

[0040] Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass der elektronische Schlüssel Verarbeitungsmittel aufweist, die mit der Sende-/Empfangseinrichtung zusammenwirken und so eingerichtet sind, dass die Sende-/Empfangseinrichtung nach Erreichen des Betriebsmodus eine Bestätigungsnachricht an die Zutrittskontrollvorrichtung übermittelt. Die Verarbeitungsmittel können beispielsweise von einem aus dem Stand der Technik bekannten Mikrokontroller gebildet sein.

[0041] Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die Zutrittskontrollvorrichtung Verarbeitungsmittel aufweist, die mit der Sende-/Empfangsschaltung zusammenwirken und so eingerichtet sind, dass das Aufwecksignal periodisch ausgesendet wird.

[0042] Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die Verarbeitungsmittel so eingerichtet sind, dass das Aufwecksignals Frequenz- und/oder Amplitudenmodulationen aufweist. Diese sind somit in das Aufwecksignal eingeprägt und dienen als Erkennungsmerkmale, die vom Schlüssel erkannt werden, damit nicht jedes Signal auf der Aufweckfrequenz des Schlüssels zu einem Aufwecken des Schlüssels führt, sodass der Stromverbrauch des Schlüssels besonders niedrig gehalten werden kann.

[0043] Grundsätzlich kann vorgesehen sein, dass die Sende-/Empfangseinrichtung des elektronischen Schlüssels und der Zutrittskontrollvorrichtung jeweils ein Funkübertragungsmodul und ein kapazitiv arbeitendes Datenübertragungsmodul und eine Steuerschaltung aufweisen, die eingerichtet ist, um Daten im Zuge des Authentifizierungs- und/oder Identifizierungsprotokolls in Abhängigkeit von Steuerinformationen entweder über das Funkübertragungsmodul oder über das kapazitive Datenübertragungsmodul oder über beide Module zu empfangen oder zu senden.

[0044] Bevorzugt werden aber sowohl das Aufwecksignal als auch die im Rahmen des Authentifizierungs- und/oder Identifizierungsprotokolls ausgetauschten Daten über eine kapazitive Kopplung übermittelt. In diesem Fall ist bevorzugt vorgesehen, dass das kapazitive Datenübertragungsmodul der Zutrittskontrollvorrichtung wenigstens zwei Koppelelektroden aufweist, die mit der Sende-/Empfangseinrichtung der Zutrittskontrollvorrichtung derart zusammenwirken, dass das Aufwecksignal, die für das Authentifizierungs- und/oder Identifizierungsprotokolls erforderlichen Daten und ggf. das Besetztsignal über die zwei Koppelelektroden ausgesendet werden. Es werden somit die gleichen Elektroden für die Signalaussendung über alle Trägerfrequenzen verwendet.

[0045] Eine vorteilhafte Ausbildung ergibt sich, wenn wenigstens eine Elektrode der Koppelkapazität der Zutrittskontrollvorrichtung in eine Betätigungseinrichtung der Zutrittskontrollvorrichtung, insbesondere in einen Knauf oder einen Drücker integriert ist oder diesen ausbildet. Bevorzugt ist eine weitere Elektrode der Koppelkapazität der Zutrittskontrollvorrichtung in einen Beschlag der Zutrittskontrollvorrichtung integriert. Insbesondere kann das Beschlagsschild als die eine Elektrode und der zugehörige Drücker oder Knauf als die zweite Elektrode der Koppelkapazität ausgebildet sein.

[0046] Die zwei Koppelelektroden des elektronischen Schlüssels sind bevorzugt parallel zueinander angeordnet. Dadurch ergibt sich bei der dem Körper des Benutzers zugewandten Elektrode eine besonders gute kapazitive Kopplung mit dem Körper, wobei die dem Körper abgewandte Elektrode gut in die Umgebung koppelt.

[0047] Die Aufweckschaltung des elektronischen Schlüssels kann bevorzugt als im Wesentlichen analoger Schaltkreis ausgebildet sein. Es ist aber auch eine Ausbildung als digitaler Schaltkreis oder als gemischter Schaltkreis mit analogen und digitalen Bauelementen möglich.

[0048] Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In dieser zeigen Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Datenübermittlung zwischen einem elektronischen Schlüssel und einer Zutrittskontrollvorrichtung kapazitiv erfolgt, Fig. 2 ein Ablaufschema der Datenübertragung zwischen dem elektronischen Schlüssel und der Zutrittskontrollvorrichtung und Fig. 3 bis 5 verschiedene Betriebsmodi der Zutrittskontrollvorrichtung im Zusammenwirken mit dem elektronischen Schlüssel.

[0049] In Fig. 1 ist die Zutrittskontrollvorrichtung mit 1 und der elektronische Schlüssel mit 2 bezeichnet. Die Zutrittskontrollvorrichtung 1 umfasst eine Sende-/Empfangseinrichtung 3 mit einem kapazitiven Datenübertragungsmodul 4, welches Daten über eine kapazitive Kopplung überträgt. Das kapazitive Datenübertragungsmodul 4 umfasst eine Koppelkapazität z.B. in der Form eines Kondensators mit wenigstens einer Koppelelektrode. Die von der Sende-/Empfangseinrichtung 3 über eine kapazitive Kopplung mit dem Schlüssel 2 erhaltenen Daten werden Verarbeitungsmitteln in der Form eines Mikrokontrollers 5 zugeführt, in dem die Daten verarbeitet werden. Im Mikrokontroller 5 ist eine Auswerteschaltung 6 realisiert, mit welcher festgestellt wird, ob sich aus den vom Schlüssel 2 empfangenen Identifikationsdaten eine Zutrittsberechtigung ergibt. Bei positiver Überprüfung der Zutrittsberechtigung steuert der Mikrokontroller 5 ein Freigabeelement 7 an, sodass ein Sperrglied einer nicht dargestellten Schließeinrichtung freigegeben wird.

[0050] Im Zuge eines Zutrittswunsches erfolgt eine bidirektionale Übertragung von Daten zwischen dem Schlüssel 2 und der Zutrittskontrollvorrichtung 1. Eine bidirektionale Verbindung ist beispielsweise für die erfindungsgemäße Aufweckfunktion, für den Austausch von Authentifizierungsdaten beim Aufbau einer sicheren Verbindung zwischen dem Schlüssel 2 und der Zutrittskontrollvorrichtung 1 und für den Austausch von Statusdaten und Prüfdaten od. dgl. erforderlich. Die für die Versendung von der Zutrittskontrollvorrichtung 1 an den Schlüssel 2 vorgesehenen Daten, wie z.B. das Aufwecksignal, werden in dem Mikrokontroller 5 generiert und aufbereitet und der Sende-/Empfangseinrichtung 3 zugeführt. Eine in der Sende-/Empfangseinrichtung 3 ausgebildete Schaltung ist dabei dafür verantwortlich, eine Trägerfrequenz zu generieren, mit welcher die Signale ausgesendet werden. Auch die Signalstärke kann angepasst werden, wobei die genannte Schaltung grundsätzlich auch im Mikrokontroller 5 vorgesehen sein kann. Die Schaltung ist derart angepasst, dass die Sende-/Empfangseinrichtung 3 ein Aufwecksignal über eine erste Trägerfrequenz an den elektronischen Schlüssel 2 übermittelt und dass sie die für die Durchführung eines Authentifizierungs- und/oder Identifizierungsprotokolls zur Feststellung der Zutrittsberechtigung erforderlichen Daten über eine zweite Trägerfrequenz übermittelt.

[0051] Der elektronische Schlüssel 2 weist ebenfalls Verarbeitungsmittel in der Form eines Mikrokontrollers 8 und eine mit dem Mikrokontroller 8 verbundene Sende-/Empfangseinrichtung 9 mit einem kapazitiven Datenübertragungsmodul 10 auf. Der Mikrokontroller umfasst einen Speicher 11 für Identifikationsdaten.

[0052] Zur Realisierung der erfindungsgemäßen Aufweckfunktion weist der elektronische Schlüssel 2 eine Empfangsschaltung 12 auf, die einfach aufgebaut ist und daher sehr wenig Strom verbraucht. Diese Empfangsschaltung 12 ist entweder dauerhaft im empfangsbereiten Zustand oder wechselt periodisch zwischen einem empfangsbereiten und einem nicht-empfangsbereiten Zustand hin und her. Die Empfangsschaltung 12 wirkt mit einer Aufweckschaltung 13 zusammen, die bei Empfang eines Aufwecksignals durch die Empfangsschaltung 12 dafür sorgt, dass die restlichen Komponenten des Schlüssels 2 aufgeweckt, d.h. in den Betriebsmodus umgeschaltet werden.

[0053] Im Zuge eines Zutrittswunsches kann die im nachfolgenden Beispiel (Fig. 2) angegebene Datenkommunikation stattfinden. Die Zutrittskontrollvorrichtung (z.B. im Beschlag integriert) sendet zu Beginn periodisch ein Aufwecksignal für einen elektronischen Schlüssel (z.B. ein Identmedium) auf einer ersten Trägerfrequenz aus. Sobald ein Identmedium dieses Signal erfolgreich erkennt, wird von beiden Seiten aktiv eine Kommunikation aufgebaut, wobei die Datenübermittlung in der Folge über eine zweite Trägerfrequenz erfolgt, die von der ersten Trägerfrequenz verschieden ist. Fig. 2 zeigt den Ablauf einer Datenübertragung. Der Beschlag sendet zu Beginn ein Aufwecksignal, um das Identmedium aufzuwecken, d.h. in den Betriebsmodus umzuschalten und um festzustellen, ob das Identmedium sich in der Nähe befindet und betriebsbereit ist. Sobald das Identmedium dieses Signal erfolgreich erkennt, sendet es ein Acknowledge-Signal (ACK) zurück zum Beschlag. Darauf erfolgt eine "Challenge-Response"-Authentifizierung:

Beschlag		Identmedium
Der Beschlag sendet einen Authentifizierungsbefehl an das Identmedium	→
	1 Byte
	←	Das Identmedium generiert eine 8 Byte Zufallszahl (RndNrI), verschlüsselt diese mit seinem Schlüssel SI und sendet sie an den Beschlag.
	SI(RndNrI) 8 Byte
Der Beschlag entschlüsselt die empfangenen 8Byte Daten mit seinem Schlüssel (SB) und generiert zudem eine weitere 8 Byte Zufallszahl (RndNrB). Die Daten RndNrI und RndNrB werden verschlüsselt und an das Identmedium gesendet	→
	SB(RndNrI +RndNrB) 16 Byte
	←	Das Identmedium entschlüsselt alle empfangenen Bytes und kontrolliert RndNrI. Haben sich diese Daten geändert, so sind SI und SB unterschiedlich und das Identmedium sendet eine Fehlermeldung zum Beschlag.
	SI(RndNrB) 8Byte o. Fehler
		Ist der Block RndNrI korrekt wird RndNrB verschlüsselt an den Beschlag zurückgesendet.
Der Beschlag entschlüsselt die empfangenen Daten und kontrolliert diese. Sind die empfangen Daten gleich der generierten Zufallszahl RndNrB ist die Authentifizierung
vollständig.

[0054] Am Ende hat sowohl der Beschlag als auch das Identmedium erfolgreich erkannt, dass der jeweilige Gesprächspartner gültig ist. Unvollständige Daten, eine zu lange Wartezeit auf die Response und ungültige Daten führen sofort zu einem Kommunikationsabbruch.

[0055] In weiterer Folge kann ein 8 Byte Session-Schlüssel (SK) auf beiden Seiten generiert werden. Diese werden über einen festgelegten Berechnungsalgorithmus aus RndNrI und RndNrB generiert. Durch die Verwendung der generierten Zufallszahlen ist sichergestellt, dass bei jeder Authentifizierung ein anderer Schlüssel verwendet wird, welches Replay-Attacken ausschließt und Hack-Versuche die geheimen Schlüssel SI und SB zu errechnen sehr aufwendig gestaltet. Der Session-Schlüssel dient dazu, um in weiterer Folge Daten verschlüsselt auszutauschen (siehe Fig. 2 "Session"). Diese sind nötig um Informationen wie z.B. Batteriestatus, Schlüssel, usw. zu lesen bzw. zu schreiben und sind beliebig erweiterbar. Eine Session wird durch ein End-Of-Session Signal (EOS) beendet. Ein Verbindungsabbruch, zu lange Berechnungszeiten und eine zu große Anzahl von Versuchswiederholungen führen automatisch zu einer Beendigung der Session. Nach einer Beendigung der Session, sowie durch ein EOS Signal als auch durch einen Fehler, muss der Session-Schlüssel neu erzeugt werden.

[0056] In den Fig. 3 bis 5 sind verschiedene Betriebsmodi der Zutrittskontrollvorrichtung 1 im Zusammenwirken mit dem elektronischen Schlüssel 2 dargestellt. Die Zutrittskontrollvorrichtung 1 ist jeweils in einen Beschlag samt Drücker integriert, wobei das integrierte kapazitive Datenübertragungsmodul eine erste Koppelelektrode E1 und eine zweite Koppelelektrode E2 umfasst. Die erste Koppelelektrode E1 ist an oder im Beschlagsschild angeordnet oder wird von diesem ausgebildet. Die zweite Koppelelektrode E2 ist an oder im Drücker angeordnet oder wird von diesem ausgebildet. Der elektronische Schlüssel 2 ist als tragbares Identmedium ausgebildet, und weist ein kapazitives Datenübertragungsmodul mit einer dritten Koppelelektrode E3 und einer vierten Koppelelektrode E4 auf. Die beiden Koppelelektroden E3 und E4 sind plattenförmig ausgebildet und parallel zueinander angeordnet.

[0057] In Fig. 3 ist ein Betriebsmodus dargestellt, in dem die Zutrittskontrollvorrichtung über eine kapazitive Kopplung mit dem Identmedium ein gepulstes Aufwecksignal aussendet, wobei jeder Aufweckpuls eine Mehrzahl von bevorzugt unmodulierten Schwingungen auf der Trägerfrequenz f1 umfasst.

[0058] In Fig. 4 ist ein Betriebsmodus dargestellt, in dem die Zutrittskontrollvorrichtung und das Identmedium über eine Trägerfrequenz f2 miteinander kommunizieren, um ein Authentifizierungs- und/oder Identifizierungsprotokoll durchzuführen.

[0059] In Fig. 5 ist ein Betriebsmodus dargestellt, in dem die Zutrittskontrollvorrichtung und das Identmedium wie in Fig. 4 miteinander über eine Trägerfrequenz f2 kommunizieren, wobei die Zutrittskontrollvorrichtung aber gleichzeitig ein Besetztsignal über eine Trägerfrequenz f3 aussendet, welches anderen Identmedien in der Umgebung signalisiert, dass die Zutrittskontrollvorrichtung nicht für eine Kommunikation zur Verfügung steht.

[0060] Die Trägerfrequenzen f1, f2 und f3 können jeweils in den Bereichen 6,765 - 6,795 MHz, 13,55-3 - 13,567 MHz, 26,957 - 27,283 MHz, 40,66 - 40,70 MHz, 433,05 - 434,79 MHz und 902 - 928 MHz liegen, wobei die Trägerfrequenzen f1, f2 und f3 jedoch in voneinander verschiedenen Bereichen liegen. So liegt die Trägerfrequenz f1 beispielsweise im Bereich 13,553 - 13,567 MHz, die Trägerfrequenz f2 beispielsweise im Bereich 26,957 - 27,283 MHz und die Trägerfrequenz f3 beispielsweise im Bereich 40,66 - 40,70 MHz.

Ansprüche

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

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Trägerfrequenz niedriger ist als die zweite Trägerfrequenz.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von zweiter Trägerfrequenz zu erster Trägerfrequenz wenigstens 6:5, bevorzugt wenigstens 4:3, besonders bevorzugt wenigstens 2:1 beträgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Trägerfrequenz und ggf. die zweite Trägerfrequenz in den Frequenzbereichen gemäß ISM (Industrial, Scientific and Medical Band) liegt, insbesondere in den Frequenzbereichen 6,765 - 6,795 MHz, 13,553 - 13,567 MHz, 26,957 - 27,283 MHz, 40,66 - 40,70 MHz, 433,05 - 434,79 MHz und 902 - 928 MHz.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschaltung des elektronischen Schlüssels in den Betriebsmodus erfolgt, wenn in der Empfangsschaltung ein Aufwecksignal mit einer der ersten Trägerfrequenz entsprechenden Frequenz detektiert wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der in der Empfangsschaltung des elektronischen Schlüssels empfangenen Schwingungen des die erste Trägerfrequenz aufweisenden Aufwecksignals erfasst wird und die Umschaltung des elektronischen Schlüssels in den Betriebsmodus erfolgt, wenn die Anzahl der detektierten Schwingungen einen definierten Grenzwert überschreitet.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufwecksignal gepulst ausgesendet wird und die Umschaltung des elektronischen Schlüssels in den Betriebsmodus erfolgt, wenn das Pulsmuster des Aufwecksignals einem vorgegebenen Muster entspricht.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufwecksignal eine auf das Trägerfrequenz aufmodulierte Kennung umfasst und in der Empfangsschaltung demoduliert wird, wobei die Umschaltung des elektronischen Schlüssels in den Betriebsmodus erfolgt, wenn die mit dem Aufwecksignal übermittelte und in der Empfangsschaltung empfangene Kennung einem vorgegebenen Wert entspricht.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchführung des Authentifizierungs- und/oder Identifizierungsprotokolls zumindest teilweise über eine kapazitive Kopplung zwischen dem elektronischen Schlüssel und der Zutrittskontrollvorrichtung erfolgt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangsschaltung während des Schlafmodus periodisch zwischen einem Empfangsmodus, in dem sie empfangsbereit ist, und einem Ruhemodus, in dem sie nicht empfangsbereit ist, hin- und hergeschaltet wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Zutrittskontrollvorrichtung während der Datenkommunikation mit dem elektronischen Schlüssel ein Besetztsignal über eine dritte Trägerfrequenz aussendet, wobei die dritte Trägerfrequenz von der ersten und der zweiten Trägerfrequenz verschieden ist.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangsschaltung des elektronischen Schlüssels bei Detektieren eines Besetztsignals keine weiteren Signale an die entsprechende Zutrittskontrollvorrichtung übermittelt.

13. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12, umfassend eine Zutrittskontrollvorrichtung und einen elektronischen Schlüssel, die jeweils eine Sende-/Empfangseinrichtung aufweisen, um eine bidirektionale Datenübermittlung zwischen dem elektronischen Schlüssel und der Zutrittskontrollvorrichtung zu ermöglichen, wobei der elektronische Schlüssel einen Speicher für Identifikationsdaten aufweist, der mit der Sende-/Empfangseinrichtung des Schlüssels zur Durchführung eines Authentifizierungs- und/oder Identifizierungsprotokolls zusammenwirkt, wobei die Zutrittskontrollvorrichtung eine Auswerteschaltung zur Feststellung der Zutrittsberechtigung auf Grund des Authentifizierungs- und/oder Identifizierungsprotokolls aufweist, um den Zutritt wahlweise freizugeben oder zu sperren, wobei die Sende-/Empfangseinrichtung der Zutrittskontrollvorrichtung zum Aussenden eines Aufwecksignals ausgebildet ist und im elektronischen Schlüssel eine Empfangsschaltung zum Empfangen des Aufwecksignals während eines Schlafmodus vorgesehen ist, wobei die Empfangsschaltung mit einer Aufweckschaltung zusammenwirkt, um den elektronischen Schlüssel vom Schlafmodus in einen Betriebsmodus umzuschalten, wenn die Empfangsschaltung das Aufwecksignal empfängt, wobei die Sende-/Empfangseinrichtung des elektronischen Schlüssels und der Zutrittskontrollvorrichtung jeweils ein wenigstens eine kapazitive Koppelfläche aufweisendes kapazitives Datenübertragungsmodul aufweist, wobei die Übermittlung des Aufwecksignals über eine kapazitive Kopplung zwischen dem elektronischen Schlüssel und der Zutrittskontrollvorrichtung erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass die Sende-/Empfangseinrichtung der Zutrittskontrollvorrichtung ausgebildet ist, um das Aufwecksignal über eine erste Trägerfrequenz auszusenden und um das Authentifizierungs- und/oder Identifizierungsprotokoll über eine zweite Trägerfrequenz durchzuführen, wobei die erste und die zweite Trägerfrequenz voneinander verschieden sind.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Trägerfrequenz niedriger ist als die zweite Trägerfrequenz.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Sende-/Empfangseinrichtung der Zutrittskontrollvorrichtung ausgebildet ist, um das Aufwecksignal gepulst auszusenden und die Aufweckschaltung bevorzugt ausgebildet ist, um den elektronischen Schlüssel in den Betriebsmodus umzuschalten, wenn das Pulsmuster des Aufwecksignals einem vorgegebenen Muster entspricht.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das kapazitive Datenübertragungsmodul des elektronischen Schlüssels und der Zutrittskontrollvorrichtung jeweils ausgebildet sind, um das Authentifizierungs- und/oder Identifizierungsprotokoll zumindest teilweise über eine kapazitive Kopplung zwischen dem elektronischen Schlüssel und der Zutrittskontrollvorrichtung durchzuführen.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Zutrittskontrollvorrichtung ausgebildet ist, um während der Datenkommunikation mit dem elektronischen Schlüssel ein Besetztsignal über eine dritte Trägerfrequenz auszusenden, wobei die dritte Trägerfrequenz von der ersten und der zweiten Trägerfrequenz verschieden ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangsschaltung des elektronischen Schlüssels ausgebildet ist, um bei Detektieren eines Besetztsignals keine weiteren Signale an die entsprechende Zutrittskontrollvorrichtung zu übermitteln.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das kapazitive Datenübertragungsmodul der Zutrittskontrollvorrichtung wenigstens zwei Koppelelektroden aufweist, die mit der Sende-/Empfangseinrichtung der Zutrittskontrollvorrichtung derart zusammenwirken, dass das Aufwecksignal, die für das Authentifizierungs- und/oder Identifizierungsprotokolls erforderlichen Daten und ggf. das Besetztsignal über die zwei Koppelelektroden ausgesendet werden.

Zeichnung