Система учета и контроля
Изобретение относится к области регистрации или опознавания железнодорожного подвижного состава. Система содержит установленные в местах контроля контрольно-учетные станции, а на контролируемых объектах идентификаторы. Каждая контрольно-учетная станция содержит считыватель, выход которого через контроллер подключен к устройствам индикации и ввода информации, а каждый идентификатор содержит антенну, подключенную к приемнику сигнала, выход которого через интерфейс ввода-вывода соединен с одной шиной ввода-вывода микропроцессора, другие информационные шины которого соединены соответственно с оперативным запоминающим устройством, постоянным запоминающим устройством и перепрограммируемым запоминающим устройством. В каждый идентификатор введены вибрационный преобразователь колебаний в электрический сигнал, выпрямитель и фильтр, входы выпрямителя и фильтра подключены к выходу вибрационного преобразователя, выход фильтра подключен к разрешающему входу микропроцессора, а выход выпрямителя - к шине питания идентификатора. Техническим результатом является создание криптостойкой системы учета и контроля грузов, перемещаемых железнодорожным транспортом, обеспечивающей запоминание и неограниченно долгое хранение постоянной и оперативной информации без необходимости обслуживания устройства во все время его эксплуатации. 3 ил.
Изобретение относится к области регистрации или опознавания подвижного состава, учета перемещения товаров, в особенности на грузовом железнодорожном транспорте, и может быть использовано, например, для контроля перемещения наливных железнодорожных цистерн.
В настоящее время данная задача решается использованием сопроводительной документации на каждую единицу товара или транспорта, в которую заносятся сведения о характере и количестве, массе груза, а также о самом вагоне (см., напр. Перевозные документы» EDI-Press&Web Mission). Введение, запоминание и считывание информации производится непосредственно оператором или с помощью различных технических средств.
Недостатком этого технического решения является сложность автоматизации процесса контроля и недостаточная криптостойкость сопроводительной информации.
Известна система идентификации различных объектов, содержащая прикрепленную к контролируемому объекту штриховую метку и расположенный на месте контроля считыватель информации (лазерный сканер), выход которого подключен к интерфейсу с монитором, что обеспечивает расшифровку и индикацию считываемой информации об объекте (см., напр., проспект фирмы DATALOGIC s.p.a Laser Barcode Reader Quick Reference Guide DS2400A. Изд. Lippo di Calderara, 24.02.04). Недостатками этого технического решения является невозможность оперативного внесения изменений в информационную штриховую метку, незащищенность этой метки от повреждения как из-за внешних условий, так и злоумышленником.
Наиболее близким техническим решением к предложенному являются системы идентификации для контроля доступа и электронные платежные системы, содержащие в качестве идентификатора «смарт-карты» и считыватели информации.
В зависимости от степени защиты информации, хранящейся на картах, и области применения, смарт-карты делятся на три группы:
1. Карты с модулем памяти. Эти смарт-карты имеют свободную память и позволяют перезаписывать хранящуюся на них информацию. Они могут использоваться в неограниченном числе приложений, включая идентификацию людей, контроль доступа, хранение личной информации и т.д.
2. Карты с модулем памяти и логикой обеспечения безопасности. Память смарт-карт этой группы может иметь три механизма защиты данных: плавким предохранителем, секретным кодом и PIN-кодом. По сравнению с первой группой эти смарт-карты предоставляют большие возможности и могут использоваться в качестве карты предоплаты или электронного кошелька. Они сочетают в себе такие функции, как хранение данных, механизмы счета и защиты, и могут применяться в большом числе разнообразных приложений.
3. Карты с модулем памяти и центральным процессорным устройством (ЦПУ. Благодаря наличию ЦПУ смарт-карты из этой группы обеспечивают наибольший уровень безопасности, поскольку используют специальные алгоритмы шифрования и совместимы со многими сложными приложениями. Данные смарт-карты могут применяться в качестве платежного средства в банках, пенсионных фондах, для коммунальных платежей, в торговых системах, а также для идентификации личности и защиты компьютерной сети. Кроме того, существуют смарт-карты, работающие с различными программными приложениями, написанными с использованием современных языков программирования для внутренних нужд компании, например для персональной идентификации, доступа к электронным сетям или мобильной цифровой связи.
В настоящее время производятся как контактные, так и бесконтактные смарт-карты. Контактные смарт-карты имеют позолоченную контактную площадку с 8 контактами. Такая конструкция требует точное совмещение карты со считывателем, для чего обычно вставляют карту в щель считывателя. Данное техническое решение нельзя использовать, если карта прикреплена к крупногабаритному транспортному средству.
Бесконтактные смарт-карты могут иметь встроенную батарею. Они могут функционировать в одноразовом исполнении только до израсходования энергии батареи, а при возможности смены источника питания неизбежно обеспечивается доступ к индентификатору. Это техническое решение неприемлемо для использования на транспортных средствах, тем более на грузовых железнодорожных вагонах, которые могут некоторое время находится на неохраняемых участках дороги и поэтому должны быть выполнены без возможности физического доступа к ним.
Наиболее близким к предложенному техническим решением являются смарт-карты, использующие для «собственных нужд» энергию низкочастотного электромагнитного излучения считывателя, которая поступает через контур индуктивности карты. Поэтому надежность технических систем, использующих бесконтактные смарт-карты, определяется надежностью микросхем. Бесконтактные смарт-карты используют технологию дистанционного считывания информации и не ограничены числом считываний, они нашли широкое применение для решения различных задач. Эти обстоятельства обеспечивают существенное снижение эксплуатационных расходов на систему.
Среди бесконтактных смарт-карт компании HID Corporation можно выделить широко используемые смарт-карты MIFARE и их последнюю модификацию - смарт-карты iCLASS. HID Corporation (см., напр., armosvstems@armo.ru)
Таким образом, недостатком «активной» смарт-карты является недостаточный срок службы системы, ограниченный сроком службы источника питания смарт-карты, а «пассивная» смарт-карта не обеспечивает необходимое расстояние действия между картой и считывателем. Кроме того, в обоих случаях не обеспечивается необходимая криптостойкость системы, так как не исключается возможность изменения хранящейся информации квалифицированным злоумышленником.
Целью изобретения является создание криптостойкой системы учета и контроля грузов, перемещаемых железнодорожным транспортом, обеспечивающей запоминание и неограниченно долгое хранение постоянной и оперативной информации без необходимости обслуживания идентификатора во все время его эксплуатации на транспортном средстве, в частности на железнодорожном товарном вагоне.
С этой целью предлагается система учета и контроля грузов, перемещаемых железнодорожным транспортом, содержащая установленные в местах контроля контрольно-учетные станции, а на контролируемых объектах идентификаторы, каждая контрольно-учетная станция содержит считыватель, выход которого через контроллер подключен к устройствам индикации и ввода-вывода информации, а каждый идентификатор содержит антенну, подключенную к приемнику сигнала, выход которого через интерфейс ввода-вывода соединен с одной шиной ввода-вывода микропроцессора, другие информационные шины которого соединены соответственно с оперативным запоминающим устройством, постоянным запоминающим устройством и перепрограммируемым запоминающим устройством, в которой каждый идентификатор содержит вибрационный преобразователь колебаний в электрический сигнал, выпрямитель и фильтр, входы выпрямителя и фильтра подключены к выходу вибрационного преобразователя, выход фильтра подключен к разрешающему входу микропроцессора, а выход выпрямителя - к шине питания идентификатора.
Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 показана функциональная схема идентификатора предлагаемой системы учета и контроля грузов, на фиг.2 - функциональная схема контрольно-учетной станции предлагаемой системы учета и контроля грузов, на фиг.3 - конструктивное выполнение вибрационного преобразователя колебаний в электрический сигнал идентификатора.
Система учета и контроля грузов, перемещаемых железнодорожным транспортом содержит идентификаторы (фиг.1), размещенные на транспортных средствах, например на железнодорожных вагонах, и контрольно-учетные станции (фиг.2), число и размещение которых определяется числом станций грузоотправителей и грузополучателей. При этом индентификаторы выполнены в прочных корпусах и неразъемно прикреплены к корпусу транспортного средства, например к раме вагона (на чертежах не показано). Необходимо только, чтобы при движении вагона мимо контрольно-учетной станции идентификатор входил в зону ее действия. Идентификатор (фиг.1) содержит приемопередающую антенну 1, подключенную к приемно-передающему блоку 2, выход которого через интерфейс 3 ввода-вывода соединен с одной шиной ввода-вывода микропроцессора 4, другие информационные шины которого соединены соответственно с оперативным запоминающим устройством 5, постоянным запоминающим устройством 6 и перепрограммируемым запоминающим устройством 7, вибрационный преобразователь 8 колебаний в электрический сигнал, выпрямитель 9 и фильтр 10, входы выпрямителя 9 и фильтра 10 подключены к выходу вибрационного преобразователя 8, выход фильтра 10 подключен к разрешающим входам приемно-передающего блока 2, интерфейса 3 ввода-вывода и микропроцессора 4, а выход выпрямителя 9 соединен шинами питания всех энергопотребляющих блоков идентификатора: приемно-передающего блока 2, интерфейса 3, микропроцессора 4, оперативного запоминающего устройства 5, постоянного запоминающего устройства 6 и перепрограммируемого запоминающего устройства 7.
Контрольно-учетная станция (фиг.2) функционально аналогична идентификатору и содержит приемопередающую антенну 11, подключенную к приемно-передающему блоку 12, выход которого через интерфейс 13 ввода-вывода соединен с одной шиной ввода-вывода микропроцессора 14, другие информационные шины которого соединены соответственно с оперативным запоминающим устройством 15, постоянным запоминающим устройством 16 и перепрограммируемым запоминающим устройством 17, а также блок питания 18, соединенный со всеми энергопотребляющими блоками станции. Микропроцессор 14 в зависимости от выполняемых контрольно-учетной станцией функций может содержать также в своем составе подключенные к микропроцессору 14 электронные весы, средства передачи и отображения информации и т.п. блоки, которые являются обычными для различных копьютеризованных устройств. Их наличие и выполнение не оказывает влияния на предлагаемое техническое решение и не изменяет его существа. Поэтому на чертежах не показано.
Вибрационный преобразователь (фиг.3) колебаний в электрический сигнал содержит установленные в корпусе 19 пружину 20, один конец которой жестко закреплен на корпусе 19 вибропреобразователя, а на другом конце пружины 20 закреплен магнит 21, размещенный с возможностью перемещения внутри обмотки 22, концы которой образуют выход вибропреобразователя и подключены ко входам выпрямителя 9 и фильтра 10.
При изготовлении транспортного средства (железнодорожного вагона) к его днищу или раме прикрепляют идентификатор, выполненный в виде неразъемного необслуживаемого модуля, попытка вскрытия которого приводит к его разрушению. Это может быть обеспечено, например, заливкой электронной части идентификатора эпоксидной смолой и т.п., что не входит в объем притязаний заявителя по данной заявке. При этом при изготовлении модуля в его постоянное запоминающее устройство 6 вводят все необходимые сведения о транспортном средстве (завод-изготовитель, собственная масса вагона, его принадлежность и т.п.).
Система работает следующим образом.
Пружина 20, один конец которой жестко закреплен на корпусе 19 вибропреобразователя, а на другом конце пружины 20 закреплен магнит 21, образует с ним пружинный маятник, а при движении транспортного средства неизбежно возникают вибрации, колебания его элементов, что приводит к колебаниям магнита 21 относительно обмотки 22 и возникновению в ней электродвижущей силы. Частота собственных колебаний маятника пружина 20 - магнит 21 может быть выбрана близкой к частоте колебаний транспортного средства при движении его во время проведения процедур взвешивания на железнодорожных весах. Это обеспечивает зависимость амплитуды колебаний магнита от скорости движения транспортного средства и, соответственно, величины электродвижущей силы в обмотке 22. Следует при этом отметить, что собственная частота колебаний маятника определяется его механическими параметрами и может быть выполнена индивидуальной в некотором частотном диапазоне. Напряжение с выхода обмотки 22 (фактически с выхода вибрационного преобразователя 8 колебаний в электрический сигнал) поступает на входы выпрямителя 9 и фильтра 10. Выпрямитель 9 обеспечивает питанием электронную схему идентификатора, а фильтр 10 анализирует напряжение, поступающее на его вход по частоте и амплитуде. Это позволяет исключить внешнее несанкционированное воздействие на идентификатор.
Контрольно-учетные станции, число и размещение которых определяется числом станций грузоотправителей и грузополучателей, которые при необходимости могут быть объединены какими-либо средствами связи, получают энергопитание от внешнего источника энергии и могут работать поэтому постоянно или по мере необходимости. Когда станция работает, ее антенна 11 постоянно излучает кодированный радиосигнал. При движении транспортного средства идентификатор получает питание с выхода выпрямителя 9, а фильтр 10 производит селекцию сигнала с выхода вибрационного преобразователя 8 по частоте и амплитуде. Выход фильтра 10 подключен к разрешающим входам приемно-передающего блока 2, интерфейса 3 ввода-вывода и микропроцессора 4, поэтому работа идентификатора возможна только при движении транспортного средства с заданной скоростью: если скорость движения отличается от расчетной, то амплитуда колебаний напряжения на обмотке 22 будет меняться, уменьшаясь по сравнению с расчетной. Контроль частоты необходим для исключения возможности влияния на идентификатор 2 внешним полем с целью изменения информации, содержащейся в его перепрограммируемом запоминающем устройстве 7.
Следует заметить, что до тех пор, пока антенна 1 идентификатора не попадает в поле антенны 11 контрольно-учетной станции, идентификатор не потребляет энергии от вибрационного преобразователя 8, так что маятник, образованный пружиной 20 и магнитом 21, не испытывает торможения полем обмотки 22 и имеет высокую добротность. Это позволяет определять его параметры с помощью фильтра 10 с высокой точностью. Когда идентификатор попадает в зону действия контрольно-учетной станции, при наличии разрешающего сигнала с выхода фильтра 10 происходит обмен необходимой информацией между контрольно-учетной станцией и идентификатором. При этом контрольно-учетная станция извлекает любую необходимую информацию, содержащуюся в индентификаторе и, при необходимости, заменяет содержание перепрограммируемого запоминающего устройства 7 идентификатора.
Обращение к идентификатору предлагаемой системы учета и контроля вне зоны реальной контрольно-учетной станции невозможно, так как кроме наличия на входе идентификатора дешифратора секретного кода, стандартно использующего специальные алгоритмы шифрования, если транспортное средство неподвижно, то идентификатор не работает просто в силу отсутствия напряжения питания, а если оно движется со скоростью, отличной от скорости в режиме прохождения контрольной станции, отсутствие разрешающего сигнала с выхода фильтра 10 дополнительно запрещает работу идентификатора и, следовательно, исключает несанкционированное воздействие на него.
Система учета и контроля грузов, перемещаемых железнодорожным транспортом, содержащая установленные в местах контроля контрольно-учетные станции, а на контролируемых объектах идентификаторы, каждая контрольно-учетная станция содержит считыватель, выход которого через контроллер подключен к устройствам индикации и ввода информации, а каждый идентификатор содержит антенну, подключенную к приемнику сигнала, выход которого через интерфейс ввода-вывода соединен с одной шиной ввода-вывода микропроцессора, другие информационные шины которого соединены соответственно с оперативным запоминающим устройством, постоянным запоминающим устройством и перепрограммируемым запоминающим устройством, отличающаяся тем, что в каждый идентификатор введены вибрационный преобразователь колебаний в электрический сигнал, выпрямитель и фильтр, входы выпрямителя и фильтра подключены к выходу вибрационного преобразователя, выход фильтра подключен к разрешающему входу микропроцессора, а выход выпрямителя - к шине питания идентификатора.
