ПЕРСОНАЛЬНОЕ КОММУНИКАЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО

Полезная модель относится к персональным коммуникационным устройствам (КУ), обеспечивающим использование в устройстве мобильной связи новых приложений и дополнительного программного обеспечения. Устройство представляет собой коммуникационное устройство с базовыми возможностями основной (базовой) операционной системы, технические характеристики которого могут быть изменены пользователем без физического вмешательства в конструкцию устройства, путем активации гостевых операционных систем.
В настоящее время практически общепризнанным является мнение, что будущее коммуникаций за универсальными, многофункциональными компьютерными устройствами, которые называют смартфонами. Развитие технологий массового производства привело к тому, что с одной стороны, высокие технологии стали доступнее, с другой, накопление пользовательского опыта привело к росту требований к продукции и, несмотря на постоянное улучшение технических характеристик, снижению уровня удовлетворенности потребителей. Владельцы смартфонов все чаще обращают внимание на недостатки аппаратов: дешевый пластик, нестабильность работы систем, несоответствие пользовательского опыта заявленному в рекламных компаниях, короткий срок жизни аппаратов, и главное, частое обновление модельных рядов производителей. В результате, люди ощущают себя обманутыми.
Известен коммуникатор, содержащий средство адаптации мобильного телефона к выполнению новых функций (приложений), позволяющий при обращении пользователя предлагать меню с дополнительными приложениями, включающий установку в телефон дополнительной интегральной схемы на подложке с контактным интерфейсом, подключаемым к телефону, и последующую адаптацию дополнительной интегральной схемы в телефоне путем загрузки и инсталляции дополнительного программного обеспечения (US 6775725).
Недостатком известного устройства является то, что в нем накладывается ограничение на использование дополнительной интегральной схемы, предполагая использование только с СИМ картами, приспособленными для обмена информацией с дополнительной интегральной схемой.
Известно устройство мобильной связи (коммуникатор), в которой мобильные телефоны с СИМ картами снабжены дополнительной интегральной схемой на подложке с контактным интерфейсом, подключенным к телефону, отличающаяся тем, что дополнительно включает сервер, выполненный с возможностью подготовки и отправки телефону сообщения с дополнительным программным обеспечением, для его загрузки в дополнительную интегральную схему, СИМ карты подключены к телефонам через дополнительную интегральную схему, выполненную с возможностью загрузки и инсталляции дополнительного программного обеспечения, содержащегося в сообщении, полученном телефоном от сервера. Сервер выполнен с возможностью приема сообщения с запросом от мобильного телефона и отправки сообщения с дополнительным программным обеспечением телефону, направившему запрос, а дополнительная интегральная схема выполнена с возможностью подготовки сообщения для его отправки телефоном на сервер. Благодаря этому коммуникаторы и смартфоны могут гибко менять настройки своего аппаратного обеспечения (RU 2413378).
Недостатками известных устройств являются сложность их конструкции, пригодной для запроса, передачи по сетям беспроводной связи и загрузки вновь активируемого программного продукта (программного обеспечения - ПО) в целом, что, одновременно, снижает надежность из-за возможных помех при дистанционной передаче и сопряжении с имеющимся программным обеспечением коммуникатора, а также требует хранения всех программных продуктов на сервере и допускает несанкционированный перехват и распространение передаваемых программных продуктов (являющихся охраняемыми объектами авторского права) третьими лицами. Чтобы избежать большинства указанных проблем необходима доставка коммуникатора в сервисный центр для перезагрузки ПО, что не всегда реально.
Компании-производители коммуникационных устройств (далее - КУ) заинтересованы в том, чтобы старые устройства, как можно чаще заменялись на новые. Для этого они линейки устройств радикально обновляются раз в несколько месяцев, и эти обновления сопровождаются масштабными рекламными кампаниями. В результате страдает качество продукции, аппараты выходят на рынок недоработанными. Не редкость, когда у достаточно дорогой модели, через год перестают функционировать некоторые компоненты: отваливаются части корпуса, не работаю сенсорные кнопки или отдельные блоки, ухудшается качество звука и т.д. В силу рыночных реалий производители не заинтересованы в создании смартфонов с продолжительным сроком работы. Причем, качество устройств давно уже мало связано с брендом или классом аппарата. Самые популярные и дорогие КУ, создаются практически из тех же деталей, что и бюджетные модели. Как в дорогих имиджевых устройствах, так и в дешевых операторских смартфонах могут стоять одни и те же процессоры, экраны, аккумуляторы, камеры и т.д.
Некоторые производители уже анонсировали новый критерий, которому должны удовлетворять высокотехнологичные аппараты будущего. По их мнению, смартфоны должны стать предельно персональными устройствами, как индивидуально пошитый костюм в ателье. В результате были запущены несколько проектов создания модульного смартфона, среди которых разработка Google - ProjectAra, представленная в Интернете: [http://www.projectara.com/], а также устройства китайских компаний ZTE, представленные в Интернете: http://wwwen.zte.com.cn/endata/magazine/mobileworld/2013/5/articles/201310/t20131029_411072.html] и Xiaomi [http://xiacom.ru/31-modulnyy-smartfon-ot-xiaomi.html].
Производители предложили делать смартфоны состоящими из отдельных легкозаменяемых модулей, то есть по пути механической замены блоков телефона. Возможность замены модулей телефона позволяет осуществить персонализацию устройства для конкретного пользователя, но предъявляет дополнительные требования к его конструкции в части надежности соединений, вибро и удароустойчивости и др.
Подобный подход возможен и в отношении программного обеспечения (далее - ПО) смартфона. Одна из возможных конструкций модульного смартфона (SmartPhoneFuture - SPF) представлена в патенте RU №118140 от 10.02.2012. Это КУ должно включать высококачественные компоненты с программной активизацией их возможностей. Например, в базовой модели будет доступна емкость аккумулятора 1500 мА/ч, но за дополнительную плату можно будет активировать емкость 4000 мА/ч или индуктивную подзарядку.
Недостатком известных устройств является ограниченность функциональных возможностей, обусловленной работой в рамках той или иной единственной базовой операционной системы
Наиболее близким к изобретению является коммуникатор (коммуникационное устройство «Умнофон» (в транслитерации на латинице «UmnoPhone»), содержащий материнскую плату с блоком питания и с встроенной шиной данных, к которой подключены процессор, выполненный с возможностью дистанционной активации сегментов предварительно установленного программного обеспечения для выборочного изменения аппаратных характеристик коммуникатора, карта памяти, дисплей, по меньшей мере, один модуль беспроводной связи, а также идентификационный модуль абонента сотовой связи и контроллер активации программного обеспечения, выполненный с возможностью приема и исполнения команд удаленного сервера активации. Коммуникатор выполнен в виде смартфона, или мобильного телефона, или планшета (RU №145513, прототип).
Такая архитектура коммуникатора позволит значительно увеличить возможности и удовлетворить потребности широкого круга пользователей. Однако ее недостатком является практическая доступность для несанкционированного воздействия и высокая вероятность нелегальной активации программного обеспечения и дополнительных возможностей. Кроме того, такое современное КУ работает на частоте 1-1.5 ГГц. Мощности его процессора (2-4 ядерного) достаточно для выполнения типичных для смартфонов операций, но ее не достаточно для работы нескольких операционных систем (ОС). В связи с этим отсутствует и возможность доступного программного обеспечения и реализации заявляемого способа.
Технической задачей группы изобретений является создание более эффективного персонального коммуникационного устройства и расширение арсенала персональных коммуникационных устройств.
Техническим результатом использования заявляемой группы изобретений, связанных единым изобретательским замыслом, является обеспечение на одном персональном устройстве универсального доступа к возможностям пользовательских интерфейсов персональных коммуникационных устройств, разработанных всеми ведущими производителями смартфонов, а также не допущение несанкционированного доступа и загрузки нелицензионных оперативных систем.. Это позволяет расширить функциональные возможности современных персональных коммуникационных устройств, в том числе смартфонов и преодолеть ограничения, налагаемые на конкретные модели смартфонов их производителями.
Таким образом, предлагается обеспечить расширение функциональности коммуникационных устройств путем формирования на разных ядрах процессора нескольких виртуальных машин (ВМ) с гостевыми ОС, которые могут быть активированы пользователем по мере надобности. Это позволяет безопасно объединить в рамках одного КУ, например, смартфона прежде несовместимые возможности и, вместе с тем, не противоречит реализации модульности программных и аппаратных компонентов устройства.
Сущность изобретения в части способа состоит в том, что предлагается способ расширения объема доступного программного обеспечения персонального коммуникационного устройства, при котором с помощью основной управляющей программы процессора создают виртуальные машины на выполненном многоядерным с рабочей частотой 2.5-3.5 ГГц процессоре коммуникационного устройства, осуществляющем проверку электронной подписи компонент операционных систем в момент их загрузки, причем указанные виртуальные машины создают с различными гостевыми операционными системами, а с помощью основной управляющей программы процессора осуществляют активизацию пользователем любой из гостевых операционных систем, работающих на виртуальных машинах, принимающей на себя при активизации управление коммуникационным устройством.
Предпочтительно, виртуальные машины представляют собой гипервизоры - эмуляторы аппаратного обеспечения с гостевыми операционными системами, из группы: WindowsMobile, Android, iOS, причем коммуникационное устройство из группы: сотовый телефон, смартфон, планшет, работает под управлением одной из операционных систем, а виртуальные машины создаются в рамках этой операционной системы. Кроме того, параллельно с первой операционной системой, работающей на активной виртуальной машине и управляющей работой устройства, на другом ядре процессора в функционирует вторая операционная система и программа-демон, связанная с приложениями первой активной операционной системы по одному из сетевых протоколов, и обеспечивающая доступ этих приложений к аппаратным и/или программным ресурсам второй операционной системы.
Сущность изобретения в части устройства состоит в том, что коммуникационное устройство для реализации вышеизложенного способа содержит корпус, в котором размещены материнская плата, а также электрически связанные между собой приемопередающее устройство и процессор, к которому подключены монитор, клавиатура, блок памяти, блок питания и средства звуковой сигнализации, отличающееся тем, что процессор выполнен много ядерным с рабочей частотой 2.5-3.5 ГГц, при этом к упомянутому процессору через шину данных подключен дополнительно установленный многофункциональный идентификационный модуль абонента мобильной связи, а на процессоре создана группа виртуальных машин с набором гостевых операционных систем, выполненных с возможностью выбора пользователем операционной системы для управления коммуникационным устройством путем активизации одной из виртуальной машины.
Предпочтительно, процессор выполнен, по меньшей мере, восьмиядерным, например, процессор выполнен с количеством ядер от 8 до 16.
Одновременно, коммуникационное устройство может быть выполнено в виде устройства из группы: сотовый телефон, смартфон, планшет, собранного из модульных компонент с возможностью замены отдельных компонент независимо друг от друга.
Предпочтительно, коммуникационное устройство выполнено модульным с возможностью установки и замены на материнской плате компонентов из группы: экран, процессор, батарея, память, камера, блоки Wi-Fi, Bluetooth., многофункциональный идентификационный модуль абонента мобильной связи содержит ключи проверки электронной подписи гостевых операционных систем и многофункциональный идентификационный модуль абонента мобильной связи снабжен программным обеспечением с функцией проверки электронной подписи гостевых операционных систем в момент их загрузки.
На чертеже фиг. 1 изображена блок-схема КУ, работающего под управлением выделенной системы управления ВМ, на фиг. 2 - блок-схема КУ, использующего средства виртуализации базовой ОС, на фиг. 3 - блок-схема КУ, использующего средства виртуализации и обеспечивающего доступ к аппаратным и/или программным возможностям одной ОС приложениям в среде другой ОС на примере активной ОС iOS и фоновой ОС Android.
На чертежах фиг. 1-фиг. 3 элементы, функциональные блоки, средства и системы обозначены следующими позициями: коммуникационное устройство 1; вычислительное устройство (устройства) т.е. процессор 2; запоминающее устройство (устройства) 3; внешние устройства (экран, микрофон, камера и т.д.) 4; выделенная система 5 управления ВМ (гипервизор); гостевая ОС 6; базовая ОС 7; активная гостевая ОС 8; фоновая гостевая ОС 9; процесс 10 в активной ОС 8; процесс-демон 11 в фоновой гостевой ОС 9; внешнее устройство 12, управляемое фоновой гостевой ОС 9, а также обозначен многофункциональный идентификационный модуль 13 абонента мобильной связи сокращенно именуемый аббревиатурой UPRA - Unified Personal Resource Authorizer (http://intersofteurasia.ru/novosti/2013/konecz-elektronnomu-rabstvu!.html).
На чертежах некоторые существенные блоки КУ не показаны, поскольку они являются общеизвестными и их функциональная принадлежность к рассматриваемым терминальным устройствам неоспорима.
Коммуникационное устройство 1 (сотовый телефон, смартфон, планшет и т.д.) содержит корпус, в котором размещены электрически связанные между собой приемопередающее устройство и процессор 2, к которому подключены монитор, клавиатура (клавишная или сенсорная), блок памяти, блок питания и средства звуковой сигнализации (на чертежах не изображены). Процессор 2 выполнен много ядерным из условия обеспечения рабочей частоты последних 2.5-3.5 ГГц с базовой операционной системой 7 и формированием группы виртуальных машин и созданием на них набора гостевых операционных систем 6 8, 9 с возможностью выбора пользователем операционной системы из 6, 8, 9 для управления коммуникационным устройством 1 путем активизации соответствующей виртуальной машины. Устройство 1 снабжено многофункциональным идентификационным модулем 13 абонента мобильной связи (UPRA), выполненным, например, в соответствии с патентом РФ на полезную модель 137688.
Многофункциональный идентификационный модуль 13 абонента мобильной связи содержит, как правило, смонтированные на подложке программируемый контроллер переключения, соединенный с контактной группой, выполненной с возможностью соединения с системной шиной мобильного радиоустройства, предназначенной для подключения модуля идентификации, шину данных, к которой подключены группа ячеек энергонезависимой памяти, блок хранения ключей доступа к нескольким беспроводным сетям мобильной связи и контроллер переключения ячеек памяти, к которому подключен управляющий контроллер, выполненный с возможностью временного образования одноканальных идентификационных модулей с любой из упомянутых ячеек памяти.
Модуль 13 UPRA подключен к процессору 2 через шину данных. Модуль 13 UPRA выполнен с ПО, осуществляющим проверку электронной подписи компонент операционных систем в момент их загрузки, чтобы исключить несанкционированные воздействия на программное обеспечение КУ.
Процессор 2 выполнен, по меньшей мере, восьмиядерным, может быть выполнен 8-16 ядерным. Устройство 1 выполнено из модульных компонент с возможностью замены отдельных компоненты независимо друг от друга. Предпочтительно, модульными с возможностью установки на материнскую плату выполнены компоненты из группы: экран, процессор, батарея, память, камера, блоки Wi-Fi, Bluetooth.
Коммуникационное устройство для реализации заявляемого способа эксплуатируется следующим образом.
Для создания виртуальной машины (ВМ), например, для Windows - запускается VirtualBox, нажимается кнопка ′′Создать′′ и даются ответы на вопросы мастера:
- указывается название, семейство и конкретную операционную систему, которая будет устанавливаться на этой машине (например, Windows ХР), нажимаем, далее;
- затем выбирается объем оперативной памяти будущего виртуального компьютера;
- на следующем этапе создается виртуальный жесткий диск - выбираем вариант ′′загрузочный диск′′, указывается его размер в ГБ (для Windows ХР не менее 7 ГБ), тип файла - VDI. Если размер реального жесткого диска позволяет, создается фиксированный виртуальный диск, если нет - выбирается вариант ′′динамический виртуальный диск′′, указывается место хранения файла виртуального диска (конкретный логический раздел реального жесткого диска), нажатием кнопки ′′создать′′ и ожидается завершение процесса.
После завершения создания виртуального жесткого диска в основном окне программы VirtualBox появится новая виртуальная машина - в данном примере с названием Windows ХР.
Нажатием кнопки ′′Свойства′′ пользователь попадает в раздел, являющимся своеобразным BIOS виртуальной машины. Здесь можно изменять параметры, включать и выключать различные устройства, входящие в ее состав. Настройки по умолчанию являются универсальным вариантом, поэтому ничего менять здесь не целесообразно. Нужно только пройти в раздел ′′Носители′′ и указать источник (привод) установки операционной системы. В подразделе ′′Носители информации′′ выбирается устройство с изображением диска и надписью ′′Пусто′′, после чего в правой части окна VirtualBox указывается реальный оптический привод (если установка будет производиться с реального инсталляционного диска, находящегося в этом приводе) или образ оптического диска (если инсталляционный диск сохранен на жестком диске в виде образа), нажатием кнопки кнопку ′′ОК′′.
После этого пользователь возвращается в основное окно программы VirtualBox и нажатием кнопки кнопку ′′Старт′′ запустится виртуальная машина, на которой из указанного на предыдущем этапе источника (реального или виртуального привода) будет осуществлена установка операционной системы. Примеры установки ОС:
- инструкция по установке операционной системы Windows 7
- инструкция по установке операционной системы Windows ХР.
Аналогичным образом на виртуальную машину можно установить любую операционную систему.
По завершению установки с виртуальной машиной можно работать как с реальным компьютером. Чтобы выключить виртуальную машину, достаточно закрыть окно, в котором отображается ее рабочий стол. Все кнопки управления ВМ могут быть подписаны на русском языке.
После создания ВМ с гостевыми ОС функционирующими в рамках базовой операционной системы (далее - ОС) смартфона, могут быть запущены различные гостевые ОС (например, Android, WindowsMobile, iOS или специализированные системы). Известно, что наиболее распространенные операционные среды, функционирующие на современных смартфонах, имеют некоторые ограничения. Эти ограничения связаны с особенностями ОС, моделей бизнеса производителей и с другими факторами. Например, ОС Android более открыта для работы с данными, чем ОС iOS и т.д. Возможность переключения между ОС позволит использовать сильные стороны этих сред и минимизировать ограничения, налагаемые ими.
ПО такого смартфона может быть организовано различными способами. Может быть выделена система управления ВМ (аналогично монитору виртуальных машин системы VM-370 или гипервизору Хеn). В этом случае система управления ВМ фактически является специализированной ОС, предназначенной только для управления ВМ, на которых работают гостевые ОС. Возможен подход, при котором система управления ВМ встроена в полноценную ОС. Например, в OCWindowsServer 2008 средство виртуализации Hyper-V фактически является базовым вариантом ОС и позволяет создавать разделы, в которых работают гостевые ОС.
Современные многоядерные процессоры для смартфонов имеют достаточно высокую мощность для одновременной работы двух и более ОС на разных ядрах процессора. Одновременная работа нескольких ОС позволяет расширить функциональность устройства путем предоставления доступа к аппаратным и/или программным возможностям одной ОС (например, iOS) в среде другой ОС (например, Android). Реальный доступ к ресурсу может осуществляться процессом-демоном (Демон - компьютерная программа в системах класса UNIX, запускаемая самой системой и работающая в фоновом режиме без прямого взаимодействия с пользователем для создания таких приложений, которые могут, и должны, выполняться без участия пользователя.). Процессом-демоном работающим под управлением фоновой ОС (например, Android), связанным с процессом в активной ОС (например, iOS) по одному из сетевых протоколов. Примером такого расширения является доступ из среды iOS к внешним устройствам (картам памяти и т.д.), неподдерживаемым КУ фирмы Apple (или наоборот).
Переключение между доступными пользователю ВМ с загруженными на них ОС осуществляется с помощью ПО на устройстве 13 UPRA. Это ПО предоставляет собой пользовательский интерфейс уровня SIM-меню, которое доступно на любом КУ, вне зависимости от его конструкции.
В меню переключения перечислены доступные пользователю ОС с указанием версий, пользователь может выбрать нужную ему ОС и нажать на управляющий элемент меню (кнопку, позицию на сенсорном экране и т.п.), чтобы активировать работу с данной ОС.
После подачи команды на активацию ОС, устройство UPRA выполняет проверку электронной подписи образа загружаемой ОС - в случае успешной верификации, операционная система загружается и становится доступной пользователю. Если проверка электронной подписи не прошла - пользователю выдается сообщение, что в образ ОС внесены несанкционированные изменения, нарушены условия лицензии и загрузка не производится. Ключ проверки электронной подписи для каждой из ОС КУ хранится внутри модуля 13 UPRA и никогда его не покидает в процессе обработки, тем самым исключается нахождение ключа в памяти КУ, доступной для других программ устройства и гарантируется достоверность проверки электронной подписи загружаемой ОС.
Каждая ОС в КУ находится в выделенном разделе ПЗУ КУ, т.о. доступная ей ПЗУ не видима для других ОС на устройстве. Пользователю при этом недоступны данные, которые он использует под другой ОС. Модуль 13 UPRA также выступает в роли универсальной памяти, доступной всем ОС, установленным на КУ - в модуле 13 UPRA пользователь через приложения из конкретной ОС может загружать произвольные данные, тем самым, обеспечивая их доступность для него при загрузке другой ОС,
Основным техническим результатом, реализуемым посредством заявленного изобретения, являются: расширение функциональности коммуникационного устройства за счет использования возможностей, реализованных с различных ОС, в частности, преодоление ограничений, накладываемых конкретными ОС КУ; обеспечение доступа к аппаратным и/или программным возможностям, поддерживаемым другой ОС.
Согласно заявленному способу ПО устройства использует принцип виртуализации. При работе ПО создаются несколько ВМ, на которых функционируют гостевые ОС, управляющие собственно устройством. Пользователь КУ может осуществлять выбор активной ВМ (и соответствующей ОС) и использовать любой из пользовательских интерфейсов, реализованных в этих системах.
При этом обеспечивается допустимость использования возможностей и пользовательских интерфейсов разработанных всеми ведущими производителями КУ и ПО, как Apple, Samsung, Microsoft, Google и др, т.е. максимально расширенный объем доступного программного обеспечения.