Информационная система для городской среды на основе высокочастотной беспроводной связи с малым радиусом действия
INFORMATION SYSTEM FOR URBAN ENVIRONMENT BASED ON HIGH-FREQUENCY WIRELESS SHORT-RANGE COMMUNICATION

Изобретение относится к области информационных технологий и предназначено для оперативного доступа к информации о местонахождении и характеристиках объектов, находящихся, например, в пределах конкретной городской территории или конкретного территориально распределенного объекта.
Его использование позволит получить технический результат в виде оперативного получения интересующей пользователя информации без использования специальных средств связи и глобальных информационных систем (Интернет, GPS, GIS, ГЛОНАС и т.п.) с помощью обычного мобильного средства (телефона, смартфона, планшета), имеющегося у пользователя, на которое достаточно установить стандартную бесплатную программную утилиту.
В настоящее время существуют различные информационные системы, основанные на интернет-технологиях, спутниковой и мобильной связи, обеспечивающие доступ к разнообразной информации. Однако очень часто, например, в городской среде или на незнакомой территории, пользователю необходима оперативная информация в режиме реального времени об объектах, расположенных вблизи его места нахождения, а существующие системы связи недоступны, не обеспечивают оперативности доступа или полноты необходимой информации, к тому же дорогостоящи.
В последнее время широко внедряется беспроводная технология идентификации различных объектов, основанная на применении радиочастотных меток, представляющих собой миниатюрные электронные устройства, содержащие необходимые сведения об объекте и передающие их по радиочастотному каналу на специальные считыватели информации (технология РЧИ - радиочастотной идентификации или RFID - Radio Frequency Identification). В настоящее время известны информационные системы с применением данной технологии, как глобальные в пределах географических регионов, так и локальные в пределах конкретных территориально размещенных объектов.
Например, известна информационная система-гид для метро (заявка KR 20120116035 от 22.10.2012 г. «А subway station of guidance information system for the transportation disadvantaged))), в которой РЧИ-метка, размещенная на смарт-карте, содержит идентификационную информацию, позволяющую получить доступ к серверу метро с базами данных по различным каналам связи: мобильной, интернет, Wi-Fi или Bluetooth.
Известна также информационная система-гид для выбранного маршрута по территории (прогулка по парку, набережной, лесу, перемещение по территории предприятия и т.п.), которая передает информацию о всех достопримечательностях, встречающихся по ходу перемещения, или по поиску и идентификации нужного объекта (WO 2011004998 от 13.01.2011 г. «System and method for providing ubiquitous trail service using RFID and GIS techniques)), а также KR 1020110003857 от 13.01.2011 г. ((Ubiquitous promenade service system which combines an RFID technology with a GIS technology and a method thereof, capable of providing information about the best route based on a GPS and a GIS»).
Для выбора маршрута используются глобальная система позиционирования (GPS) и географическая информационная система (GIS), а рядом с объектами, которые могут вызвать интерес, устанавливаются идентифицирующие объект РЧИ-метки, которые размещаются на специальных указателях. Подробная информация об объекте хранится на сервере и по запросу посетителя передается на специальный терминал посетителя (UMPC - Ultra Mobile PC), на котором выводится в виде аудио- и видеоинформации, в том числе прокладывается маршрут движения. Специальный терминал объединяет в себе сотовый телефон, карманный персональный компьютер и портативный мультимедийный проигрыватель, обмен информацией с РЧИ-меткой может осуществляться по каналам ближней связи Bluetooth, ZigBee, Rubee и т.п., а с информационным сервером - по каналам мобильной связи WiBro или HSDPA, сети спутниковой связи или беспроводной локальной сети. Положение терминала определяется GPS, а удобный для пользователя маршрут прокладывает GIS.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению (прототипом) является региональная информационная система о торговых и туристических объектах, описанная в заявке KR 1020090112251 от 28.10.2009 г. «Regional information offering method and a system using RFID for convenient shopping and tour».
Предложенная информационная система ориентирована на туристический бизнес и предоставляет пользователю информацию об объектах на территории, где он находится (туристических объектах, транспортных станциях, торговых центрах, ресторанах т.д.). Она позволяет пользователю выбрать оптимальный маршрут своего перемещения по данной территории. Каждый из объектов оснащается активной РЧИ-меткой, содержащей информацию для его идентификации, которая считывается с помощью специально разработанного терминала пользователя при сравнительно небольшом расстоянии до метки (до 100 м). Полученная информация, например графическая, может быть дополнительно выведена с терминала пользователя на специальный монитор для более детального изучения. С помощью терминала пользователь также может запросить дополнительную информацию об интересующем его объекте.
В заявке предлагаются конструкции метки и терминала пользователя.
Специальная активная метка включает модуль памяти и модуль управления, обеспечивающий настройку памяти и обмен информацией между меткой и терминалом пользователя по радиочастотному каналу, а также независимый источник питания, обеспечивающий считывание, хранение и обновление данных в памяти метки.
Терминал включает центральный процессор, постоянное и оперативное запоминающие устройства, флэш-память, слоты для карт памяти, а также устройства связи по различным каналам (модуль RFID-RF, графический контроллер, контроллер IDE и др.) для считывания информации с метки, передачи и воспроизведения файлов изображений, аудио- и видеоинформации, обеспечения навигации и др.
Анализ известных технических решений информационных систем, использующих технологию РЧИ, выявил следующие особенности их реализации:
- РЧИ-метки используются в качестве идентификатора объекта, а подробная информация об объекте, как правило, находится на специальном информационном сервере в базах данных; доступ к информации и передача ее пользователю осуществляется по различным каналам связи (Интернет, мобильная связь, сети спутниковой связи, беспроводные локальные сети и т.п.), создание и эксплуатация которых требует существенных затрат;
- Для получения информации о расположенных на территории объектах и навигации по территории необходим выход на глобальные системы позиционирования (GPS, GIS и др.);
- Информационная система создается, как правило, на специально разрабатываемых устройствах, что также существенно повышает затраты в связи с необходимостью их производства и приобретения.
Целью предлагаемого технического решения является создание простой, удобной при использовании в городской среде и сравнительно дешевой информационной системы на основе технологии РЧИ, которая бы не требовала разработки специальных аппаратных средств и использования дополнительных каналов связи и коммуникаций, помимо высокочастотной беспроводной связи с малым радиусом действия, которая позволяет производить бесконтактный обмен данными между парой устройств, находящихся рядом.
Основными компонентами предлагаемой информационной системы являются информационный центр, формирующий информацию об объектах, записывающий ее на РЧИ-метки и размещающий метки на информационных щитах, собственно информационные щиты с метками, установленные в удобных для доступа пользователей местах, и стандартные мобильные устройства считывания, имеющиеся у пользователей, (телефоны, смартфоны, планшеты и т.п.) с установленной программной утилитой, обеспечивающей их взаимодействие с РЧИ-метками и считывание с них записанной информации.
Технология высокочастотной беспроводной связи малого радиуса действия в последние годы находит широкое применение. В частности, в мобильные телефоны и смартфоны фирмами-производителями активно интегрируется технология «коммуникации ближнего поля» (Near Field Communication - NFC). NFC-технология стандартизована и представляет простое расширение стандарта бесконтактных карт, которое объединяет интерфейс смарт-карты и считывателя в единое NFC-устройство. Ее достоинством является быстрое время установки соединения (менее чем за одну десятую секунды) без сложного процесса согласования. NFC-устройство является активным и может считывать пассивную RFID-метку, поэтому приобретать специальные считыватели нет необходимости, а мобильные телефоны и смартфоны давно стали наиболее распространенными атрибутами среди пользователей, массовым индивидуальным устройством, неразлучным со своим владельцем. Причем в настоящее время большинство производителей мобильных устройств уже поддерживает технологию NFC, а наиболее популярной для NFC-устройств является платформа Android.
Особенностью NFC является то, что сам по себе интерфейс не дает никаких реальных практических сценариев использования или решений. В отличие, например, от Bluetooth, профили которого четко описывают, как передать файл, как подключить гарнитуру или обеспечить сетевой доступ, NFC является только базой, а непосредственные сценарии работы обеспечиваются дополнительным программным обеспечением, которое работает через него. Это открывает широкие возможности для разработчиков при обеспечении взаимодействия разных приложений и устройств, причем некоторые сценарии использования NFC подразумевают удобную автоматизацию действий.
В настоящее время в базе Play Store одних только бесплатных проектов уже сотни. Например, разработаны программные утилиты, обеспечивающие связь NFC-системы с другими более скоростными системами передачи информации, в частности, Bluetooth или Wi-Fi (стандартная программа Android Beam), а с использованием специальных программ для телефона (например, программ TagInfo и TagWriter фирмы NXP Semiconductors) можно не только считывать информацию с РЧИ-меток, но и создавать свои метки, записывая на них требуемую информацию.
Что касается РЧИ-меток, то в настоящее время на рынке имеется большой выбор разнообразных меток: пассивных и активных, отличающихся конструктивными особенностями, объемом памяти, частотным диапазоном и дальностью действия, функциональными особенностями, способом установки, стоимостью и т.п. Наиболее простыми и дешевыми являются пассивные метки, которые могут использоваться практически везде. В них можно записать информацию об идентифицируемом объекте, контактные данные, географические координаты или другой сравнительно небольшой объем данных.
Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет создать для городской среды простую и удобную в реализации, эксплуатации и обслуживании, не требующую использования сетевых технологий и дополнительных систем связи, информационную систему.
Технический результат достигается тем, что в информационной системе для городских территорий, содержащей источник формирования и хранения информации, носители идентифицирующей информации в виде радиочастотных меток, размещенные на объекте идентификации или территории, и считыватели информации с носителей, отображающие считываемую информацию в доступной для пользователя форме, источником формирования и хранения информации является центр подготовки и записи информации на радиочастотные метки, носителями информации являются радиочастотные метки, подготовленные и размещенные центром их подготовки на специальных информационных щитах, установленных в удобных для доступа местах на городской территории, причем щиты оснащены мнемосхемами, визуально идентифицирующими положение меток и вид размещенной в каждой из меток информации, а в качестве считывателей информации с меток используется личное мобильное средство связи пользователя с установленной программной утилитой, обеспечивающей в режиме реального времени взаимодействие с метками, при этом распространение, доставка и отображение информации потребителю осуществляется с помощью средств высокочастотной беспроводной связи с малым радиусом действия без использования каких-либо дополнительных каналов связи и специально разработанных устройств.
Таким образом, основные особенности предлагаемой информационной системы следующие.
Для практической реализации предлагаемой информационной системы имеются стандартные известные покупные комплектующие изделия (метки, устройство записи информации на метки), не требуется разработки сложных и дорогостоящих компонентов, (в частности, считывателей меток), дополнительных линий связи между компонентами системы (электрических кабелей, локальных сетей, Wi-Fi интернета и т.п.), что упрощает процесс создания системы и снижает стоимость ее разработки и внедрения.
Сама технология высокочастотной беспроводной связи с малым радиусом действия обладает низкой стоимостью решения и низким энергопотреблением по сравнению с другими существующими технологиями. Мобильные средства есть у большинства пользователей, а установить программную утилиту, например, на мобильный телефон не представляет сложности. Тем более, что в настоящее время мобильные средства связи продаются с уже предустановленными NFC-функциями.
Информационный щит не требует подвода каких-либо коммуникаций, необходимо только разместить на нем метки и визуально оформить для указания типа информации в метке. Обслуживание заключается в периодической смене меток или корректировке записанной на них информации по мере ее изменения. В случае использования пассивных меток нет необходимости в периодической замене источника питания, а в случае долговременной информации отсутствует необходимость ее изменения, и никакого обслуживания вообще может не потребоваться.
Для считывания информации с метки необходимо запустить на мобильном телефоне установленную программную NFC-утилиту (может быть настроен запуск NFC-утилиты в автоматическом режиме), при этом не требуется каких-либо каналов связи с другими информационными системами: мобильная связь, интернет, GPS, GIS и др. Просто мобильное средство пользователя приобретает бесплатный дополнительный функционал.
Графические изображения:
На фиг. 1 схематично изображены основные компоненты предлагаемой информационной системы и ее функционирование.
На фиг. 2 показан пример оформления информационного щита с размещенными метками.
Информационная система работает следующим образом (фиг. 1).
Центр подготовки информации (ЦПИ) осуществляет подготовку, распространение и корректировку информации. В его функции входят следующие:
- подготовка разнообразной информации (текстовой, графической, фото- и аудиоинформации) о расположенных объектах на заданной городской территории (схемы района с положением объектов, информация о торговых центрах, культурных объектах, объектах общепита, остановках общественного транспорта и т.п.);
- структурирование и запись подготовленной информации на РЧИ-метки с учетом типа размещаемой на метке информации, объема памяти меток и их типа, специфики доступа к размещаемой информации и т.п.;
- выбор мест размещения, организация разработки и установки информационных щитов в удобных для доступа местах на конкретных городских территориях или использования и оборудования имеющихся городских конструкций;
- размещение РЧИ-меток по оборудованным информационным щитам;
- обслуживание информационных щитов: замена меток и/или корректировка записанной на них информации, сбор служебной информации, например, о количестве обращений (считываний) для статистики и т.п.;
- распространение коммерческой информации по заказам заинтересованных фирм;
- обслуживание пользователей путем предоставления сведений о предоставляемых системой дополнительных услугах и распространения бесплатных программных утилит, необходимых для реализации специальных функций, для получения этих услуг.
Например, на информационном щите может размещаться информация, предназначенная для определенного вида пользователей, предоставляемая при предъявлении специального кода идентификации (PIN-кода). Для этого могут использоваться специальные метки, с помощью которых можно также автоматизировать и упростить обработку информации. Например, обслуживание таких меток может осуществляться менеджером ЦПИ по PIN-коду непосредственно на информационном щите с помощью мобильного устройства считывания/записи информации меток, позволяющего обновлять информацию на месте без замены меток или доставки их в ЦПИ для записи обновленной информации. В метке может также размещаться счетчик количества считываний, что позволит собирать и анализировать статистическую информацию по эффективности использования системы. Могут быть реализованы и другие функции.
Каждая из РЧИ-меток размещается на информационном щите (фиг. 2) в строго определенном месте, визуально идентифицирующем расположение метки и вид размещенной в ней информации. Для этого могут использоваться различные приемы, используемые, например, в рекламе, начиная от обычной текстовой информации и кончая рисунками, мнемосхемами, логотипами, специальными знаками и аудиоинформацией. Следует отметить, что и сам информационный щит может иметь специальное название или логотип, выделяющие его среди других рекламных источников на городской территории. Ряд фирм, использующих NFC-технологию, уже используют подобные логотипы.
Щит закрывается защитным прозрачным экраном, предотвращающим несанкционированный физический доступ к установленным меткам, ключ от которого доступен только менеджеру ЦПИ. Данный экран должен быть прозрачным для радиочастотного излучения и размещаться от меток на расстоянии, обеспечивающем надежное считывание информации с меток. После размещения меток информационная система готова к обслуживанию пользователей.
Пользователь, желающий получить необходимую для него информацию, использует свое стандартное мобильное средство с NFC-утилитой. Для этого он включает на нем режим NFC и подносит его к информационному щиту к месту размещения метки, на которой записана нужная информация, на расстояние считывания (как правило, не более 10 см). Высокочастотное излучение мобильного средства наводит в приемной антенне метки электрический сигнал, и с помощью NFC-утилиты между ним и меткой устанавливается канал беспроводной связи, после чего по стандартному протоколу осуществляется считывание информации, которая при сравнительно небольшом объеме практически мгновенно появляется на экране мобильного средства.
Технология NFC интенсивно развивается и внедряется в мобильные средства, превращая телефоны и смартфоны в универсальные средства доступа, обмена разнообразной информацией и управления различными объектами с использованием NFC-меток. При этом мобильные средства, снабженные специальными программными приложениями, могут не только считывать информацию с меток, но и осуществлять ее запись на метки.
На рынке имеется достаточно разнообразный выбор меток, начиная от дешевых пассивных самоклеящихся бумажных с небольшим объемом памяти и кончая специальными интеллектуальными метками с оригинальными чипами и целым набором сценариев взаимодействия с пользователем, путем выбора конкретных, из которых можно сформировать требуемую информационную среду.
Разработаны также считыватели и редакторы меток. Что касается мобильных средств, то практически все ведущие производители в настоящее время выпускают телефоны и смартфоны с поддержкой NFC-технологии. При этом разрабатывается множество специальных программных приложений под новые области применения устройств NFC.
Таким образом, реализация предлагаемой информационной системы может быть осуществлена на основе имеющихся на рынке технических средств, и в процессе ее создания необходимо только разработать специальные программные приложения, реализующие те функции, для которых программное обеспечение отсутствует на рынке.
Изложенные выше сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:
- средства, воплощающие заявленную систему при ее осуществлении, предназначены для использования в городской среде, а именно для легко доступного оперативного (в режиме реального времени) обеспечения городских территорий информацией о размещенных на них объектах;
- для заявленной системы в том виде, как она охарактеризована, в независимом пункте изложенной формулы изобретения, подтверждена возможность ее осуществления с помощью описанных в заявке средств.
Следовательно, заявленное техническое решение соответствует критерию «промышленная применимость».
Для практической реализации предлагаемой информационной системы не требуется больших затрат на изготовление и эксплуатацию, в частности разработки сложных и дорогостоящих компонентов, прокладки каких-либо электрических кабелей, линий связи, локальных сетей и т.п. Единственный компонент, который требует изготовления, - это щит для размещения меток. Но в принципе метки можно размещать и на обычных рекламно-информационных городских щитах с выполнением единственного требования к их установке - возможности сохранности метки от кражи и поднесения мобильного устройства к метке на расстояние считывания.
Сама технология высокочастотной беспроводной связи с малым радиусом действия обладает низкой стоимостью решения и не требует оплаты ее эксплуатации пользователем, как, например, интернет, мобильная или спутниковая связь. В качестве меток для информации сравнительно небольшого объема и общего доступа можно использовать имеющиеся на рынке дешевые пассивные метки и устройства записи информации на них, в том числе и сами мобильные устройства, снабженные необходимой для этого программной утилитой.
Для развития информационной системы, автоматизации процесса ее обслуживания и предоставления дополнительных услуг могут использоваться более дорогие интеллектуальные метки (в том числе активные), оснащенные специальными программными утилитами, реализующими дополнительные функции. Например, позволяющими выполнять функцию корректировки и записи информации на метке непосредственно на информационном щите или размещать на метке информацию ограниченного распространения, в частности служебную, связанную с функционированием и обслуживанием информационной системы. При этом должна быть реализована функция ограничения доступа к реализации подобных функций или к информации ограниченного распространения (например, служебной), предназначенной для обслуживающего систему персонала или определенного круга пользователей. Метка, в частности, может регистрировать количество считываний для статистической оценки эффективности использования различных видов предоставляемой информации и информационной системы в целом.
Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет создать для городской среды простую и удобную в реализации, эксплуатации и обслуживании информационную систему, бесплатную для конечных пользователей, которая способна к расширению, легко масштабируется и адаптируется под решение задач оперативного доступа к различной информации непосредственно на месте нахождения пользователя.
Источники информации
1. Заявка KR 20120116035, кл. G06K 17/00; G06K19/07, опубл. 22.10.2012 г.
2. Заявка WO 2011004998, кл. G06Q 10/00, опубл. 13.01.2011 г.
3. Заявка KR 1020110003857, кл. G06Q 50/00, опубл. 13.01.2011 г.
4. Заявка KR 1020090112251, кл. G06K 19/07, подана 28.10.2009 г. - прототип.