专利名称：双界面智能卡及其通信方法,以及相应的定位系统与方法
技术领域：
本发明涉及集成电路卡技术领域，特别是涉及一种双界面智能卡及其通信 方法，以及相应的定位系统与方法。
背景技术：
集成电路(IC)卡是利用其内封装的集成电路进行数据存储与处理的信息
工具。其自诞生以来，随着微电子技术的发展，以小巧玲珑、存储量大、保密 性好等优点日益受到人们的青睐。如今，它已广泛应用于金融、交通、社保、
通信等各个领域，大大方便了人们的生活例如，银行的信用卡，公交系统使 用的交通卡，医疗系统使用的社保卡以及手机中使用的用户身份识别(SIM)卡 等等。
IC卡的发展经历了从存储卡到智能卡，从接触式IC卡到非接触式IC卡直 至双界面IC卡的过程。其中存储卡仅包含存储芯片，从而仅具有数据存储功能， 没有数据处理能力；而智能卡内集成有微处理器(MCU)，存储器和固化在只读 存储器中的卡内操作系统(C0S)，如此，其不仅具有数据读写与处理功能，更 具有安全性高、可以离线操作等突出优点。接触式IC卡通过卡片表面的金属触 点与读卡器进行物理连接来完成通信和数据交换；而非接触式IC卡通过无线通 信的方式与读卡器进行通信，而无需与读卡器直接进行物理连接；双界面IC卡 就是既支持接触式数据交换又支持非接触式数据交换的IC卡。虽然双界面IC 卡已经取得了一定程度的发展，在许多领域也取得了较好的应用，但还远远未 能满足人们的需求。
例如，作为手^/L用户身份识别的SIM卡，往往难以实现金融安全移动支付、 室内定位等功能；而作为以射频识别(RFID)技术为基础的双界面智能卡则难 以实现信息发布、数字智能家庭等智能卡在手机中的身份识别等功能。
故，如何提供一种双界面智能卡，以实现移动通信领域与智能家庭、消防 减灾、信息发布、消费娱乐或金融等领域的快速结合，而实现安全移动支付、信息发布、医疗监控、消费娱乐、小型对等数据库以及定位等服务，来极大的 方便人们的生活，实为当务之急。
发明内容
本发明的目的在于实现双界面智能卡之间的自组网，以实现移动通信领域 与智能家庭、消防减灾、信息发布、消费娱乐或金融等领域的快速结合，从而 为人们的生活提供方便。
为实现上述目的，本发明提供一种双界面智能卡，应用于一个电子设备中，
包括接触式智能卡单元，以接触式数据交换方式与电子设备进行数据交换； ZigBee无线网络节点单元，基于ZigBee协议接收或发送数据；存储单元，为用 户提供存储空间；微处理单元，分别电性连接于所述接触式智能卡单元、ZigBee 无线网络节点单元和存储单元，以管理和访问以上各个单元，维护数据在各个 以上各个单元之间的流通。
进一步的，所述接触式智能卡单元包括电性连接的加密算法协处理器和 真随机数发生器，以进行建权和加密处理。
本发明另提供一种双界面智能卡通信方法，其利用接触式数据交换方式实 现一双界面智能卡与一电子设备之间的数据交换，且该方法利用ZigBee无线网 络实现双界面智能卡之间的数据交换。
进一步的，该方法包括初始化过程，该初始化过程包括如下步骤配置双 界面智能卡的侦听接口 ；侦听双界面智能卡与电子设备接触界面的通信速率； 当得到所需的通信速率值时，进入等待状态。
进一步的，所述利用ZigBee无线网络实现双界面智能卡之间的数据交换的 过程包括数据接收过程，包括如下步骤搜索ZigBee无线网络；当搜索到ZigBee 无线网络时，核对用户身份；当用户身份得以确认时，加入所搜索到的ZigBee 无线网络，接收数据；将所接收的数据存入双界面智能卡的存储单元。
进一步的，所述双界面智能卡通信方法还包括所述双界面智能卡的存储 单元接受电子设备的访问；按协议送出数据至电子设备。
进一步的，所述利用接触式数据交换方式实现双界面智能卡与电子设备之间的数据交换的过程包括如下步骤接收电子设备的读或写请求；解读所述读 或写请求；根据所述读请求，从双界面智能卡的存储单元获取对应的数据，发 送至电子设备；根据所述写请求，将对应的数据写入双界面智能卡的存储单元。
本发明还提供一种定位系统，包括多个参考节点，均包括ZigBee无线网 络节点单元；未知节点，包括ZigBee无线网络节点单元，其中该未知节点通过 其ZigBee无线网络节点单元与所述多个参考节点的ZigBee无线网络节点单元 构建ZigBee网络，获取所述多个参考节点的位置信息、接收信号强度以及指示 链路的连接质量信息，从中得到自身的相对位置信息；信息中心，信号连接于 所述参考节点与未知节点，并接收某一所述参考节点的位置信息以及未知节点 的相对位置信息，并根据所接收到的信息实现对未知节点的定位。
进一步的，所述未知节点是对所述多个参考节点的位置信息、接收信号强 度以及指示链路的连接质量信息进行解三角函数得到自身的相对位置信息。
本发明还提供一种定位方法，在包括多个参考节点以及一未知节点的系统 中，实现对未知节点的定位，该方法包括在所述参考节点与未知节点之间构 建ZigBee无线网络；获取所述多个参考节点的位置信息、接收信号强度以及指 示链路的连接质量信息并计算出所述未知节点的自身相对位置信息；根据某一 所述参考节点的位置信息以及未知节点的相对位置信息，定位未知节点。其中， 所述计算未知节点的自身相对位置信息的方法为解三角函数。
可见，以上所提供的双界面智能卡，利用ZigBee无线网络节点单元，使得 该智能卡具备了自组网的功能，从而将其应用于不同电子设备中，便可以实现 移动通信领域与智能家庭、消防减灾、信息发布、消费娱乐或金融等领域的快 速结合，从而为人们的生活提供方便。另外，由于接触式智能卡单元的存在， 使得安装了该智能卡的设备具备了身份识别和数据安全保障能力。而存储单元 的存在使得安装了该智能卡的设备具备了存储用户数据的能力。且进一步利用 以上自组网功能，便可以在消防减灾等领域实现定位功能。
通过以下对本发明实施方式结合其附图的描述，可以进一步理解其发明的目的、具体结构特征和优点。其中，
图1为本发明一实施例所提供的双界面智能卡的结构框图2为本发明一实施例所提供的双界面智能卡的一个初始化工作流程图3为本发明一实施例所提供的双界面智能卡由ZigBee无线网络节点单元
接收到信息以及待电子设备查询的工作流程图4为本发明一实施例所提供的由电子设备存入用户数据到存储单元的工
作流程图5为本发明一实施例所提供的定位系统的原理框图； 图6为本发明一实施例所提供的定位方法的流程图。
具体实施例方式
下面结合附图与具体实施方式
对本发明作进一步详细描述 请参考图1，其为本发明一实施例所提供的双界面智能卡的结构框图。如图 所示，该双界面智能卡(SC) 10包括接触式智能卡单元(SCU) 101， ZigBee无 线网络节点单元(ZWG) 102,存储单元(SU) 103和樣吏处理单元(MCU) l(M。其 中，接触式智能卡单元101以接触式数据交换方式与电子设备20进行数据交换； ZigBee无线网络节点单元102基于ZigBee协议接收或发送数据；存储单元103 为用户提供存储空间；而微处理单元104则信号连接于接触式智能卡单元101、 ZigBee无线网络节点单元102和存储单元103,以管理和访问接触式智能卡单 元IOI、 ZigBee无线网络节点单元102和存储单元103，维护数据在这些单元之 间的流通。图中的剪头线①到⑥便示出了该双界面智能卡10内的数据流通情况。 如图所示，箭头线①表示电子设备20与该双界面智能卡10之间的数据交换通 路；箭头线⑤与⑥共同构成微处理单元104与接触式智能卡单元101之间的数 据交换通路；而箭头线①与⑥共同构成接触式智能卡单元101与电子设备20之 间的数据交换通路，其中箭头线①在实际应用中往往为符合IS07816标准的总 线。箭头线③表示微处理单元104与存储单元103之间的数据交换通路；在实 际应用中，其往往为数据总线，以通过该数据总线完成对存储单元103的读写 操作。箭头线④表示樣i处理单元104与ZigBee无线网络节点单元102之间的数据交换通^^,在实际应用中，其往往为;徵处理单元104维护ZigBee无线网络节 点单元102的控制总线和接收或发送经由ZigBee无线网络节点单元102的用户 数据线。
通常，微处理单元104需侦听电子设备20与双界面智能卡10接触界面的 通信速率，即侦听箭头线①所表示的通信总线的通信速率，其如图中箭头线② 所示。
另外，接触式智能卡单元101具备完整的智能卡功能，其往往包括加密算 法协处理器和真随机数发生器，它们电性连接，以进行建权和加密处理，来完 成安装有此双界面智能卡10的电子设备的自身传统命名，且可作为移动电话或 者其它有相同需要的电子设备的身份识别单元。在一实施例中，可采用意法半 导体公司生产的单界面智能卡芯片ST21Yxx系列来实现。而存储单元103往往 为大容量的固态存储单元，其内可以存储安装有此双界面智能卡10的电子设备 的系统参数，而且可以为用户提供一个存储空间，以供用户存储所需的文件， 来部分的代替SD卡的功能。在一实施例中，可采用恒忆(Numonyx ) />司的NAND 系列存储芯片。微处理单元104是本双界面智能卡10正常安全运行的控制中心， 其管理和访问接触式智能卡单元101、 ZigBee无线网络节点单元102和存储单 元103，维护数据在这些单元之间的流通。具体包括存储单元103管理，ZigBee 无线网络节点单元102管理，访问接触式智能卡单元101，位置坐标计算以及系 统维护等。在一实施例中，可采用意法半导体公司生产的MCU STM32F103xx系 列。ZigBee无线网络节点单元102具备完整的ZigBee协议，主要完成基于ZigBee 网络的自组织以及维护，节点(Grid)之间的数据交换。而电子设备20可以是 移动终端设备(例如手机、PDA等)，家用电器等生活常用设备。
另，本发明一实施例还提供一种双界面智能卡通信方法，其利用接触式数 据交换方式实现双界面智能卡与电子设备之间的数据交换，且利用ZigBee无线 网络实现双界面智能卡之间的数据交换。由于每个ZigBee网络节点不仅本身可 以作为监控对象(例如其所连接的传感器直接进行数据采集和监控)，还可以自 动中转别的网络节点传过来的数据资料。除此之外，每一个ZigBee网络节点还 可在自己信号覆盖的范围内，和多个不承担网络信息中转任务的孤立的子节点f.沐，'主j主 工日7; 且古士jffi^達^i《日顿战.必ii4o在水ra么夂/^nnn水嗜占 因此，充分利用ZigBee网络的自组网与大规4莫组网能力，可以实现移动通信领 域与智能家庭、消防减灾、信息发布、消费娱乐或金融等领域的快速结合，极 大的方便人们的生活。
具体请合并参考图1与图2至图4:其中图2示出了该双界面智能卡10的 一个初始化工作流程，该流程包括以下步骤上电后，开始初始化流程；而后 微处理单元(MCU) 104配置双界面智能卡10的侦听接口并侦听双界面智能卡 10与电子设备20接触界面的通信速率；当得到所需的通信速率值时，进入等待 状态，否则，继续侦听。这个初始化流程对于保证微处理单元(MCU) 104、电 子设备20和接触式智能卡单元(SCU ) 101之间以默认速率进行通信具有重要意 义。
如图3，其示出了该双界面智能卡10由ZigBee无线网络节点单元102接收 到信息以及待电子设备20查询的工作流程，该流程包括以下步骤首先微处理 单元(MCU) 104配置ZigBee无线网络节点单元(ZWG ) 102和存储单元(SU ) 103;而后，ZigBee无线网络节点单元(ZWG) 102搜索ZigBee无线网络；当搜 索到ZigBee无线网络时，核对用户身份；当用户身份得以确认时，加入所搜索 到的ZigBee无线网络，接收数据；而后，将所接收的数据存入双界面智能卡的 存储单元(SU) 103,其便进入等待电子设备20查询的状态。如果电子设备20 需读取存储单元(SU) 103内的数据，则按协议送出数据至电子设备。
如图4,其示出了由电子设备20存入用户数据到存储单元(SU) 103的工 作流程，该流程包括以下步骤接触式智能卡单元(SCU) 101接收电子设备的 读或写请求；；微处理单元(MCU) 104解读所述读或写请求；而后，微处理单元 (MCU) 104根据所解读的读请求，从双界面智能卡的存储单元(SU) 103获取 对应的数据，发送至电子设备20;并根据所解读的写请求，将对应的数据写入 双界面智能卡的存储单元(SU) 103。
将以上实施例所提供的双界面智能卡或通信方法应用于生活中的各个领 域，例如通信、智能家庭、消防减突、信息发布、消费娱乐或金融等领域，便 可以实现安全移动支付、信息发布、医疗监控、消费娱乐、小型对等数据库及定位等服务。举例如下
实施例一，在移动安全支付中的应用实现
将以上实施例所提供的双界面智能卡应用于手机中(如，置于手机的SIM 卡座中)，该电话便能够具备支付交通费用、零售商品费用、过桥费用等功能， 同时由于ZigBee网络提供了三级安全模式，包括无安全设定、^使用接入控制清 单(ACL)防止非法获取数据以及采用高级加密标准(AES 128)的对称密码，其 具有高安全性。
实施例二，在智能数字家庭中的应用实现
将以上实施例所提供的双界面智能卡植入家用电器、照明、门锁、电动窗 帘等家用设施中，便能够完成其与实施例一中的手机互联，从而构建了一个控 制网络，实现手机对家电等家用设施进行控制的功能，方便了人们的生活。
实施例三，在信息发布中的应用实现
持有实施例一所提供的手机的用户，到达一个新的地方，比如出了地铁站， 想吃饭，打开手机的信息接收功能，就可以得到附近商户发布的信息，从中搜 索饭店的信息，例如，特色菜、价格、具体的行车路线图等。
实施例四，在消费娱乐中的应用实现
多名持有实施例一所提供的手机的用户，利用ZigBee的自组织网络技术， 在任何地点、任何时间进行互动游戏，如，打麻将，朴克牌等联机游戏。 实施例五，在医疗监护中的应用实现
利用实施例一所提供的手机作为个人网络[PAN]的中心控制终端，实现对自 身各种医疗设备[具备ZigBee网络节点]的信息监视。 实施例六，在消防减突中的应用实现
实现在这个领域的应用，需要有两个条件第一个条件是需具有安装了具 备ZigBee功能的各种火突传感器(例如，烟感、红外、温度等传感器)],并 且这些传感器自身的位置固定；第二个条件是植入了以上实施例所提供的双界 面智能卡的对讲机，其往往由消防人员持有，例如，实施例一所提供的手机。 这样，在一个高层建筑物内安装了上述的消防传感器，就可以在火灾发生时， 消防指挥中心及时得到持有对讲机的消防人员、持有实施例一所提供的手机的受困人员的位置信息，以便及时提供给消防人员提供救火和救助受困人员的正 确位置信息。
当然，这只是定位服务的一种十分有效的应用，本发明并不限制于在消防 减灾中的定位应用，也可以用于其他定位领域。
下面详述利用本发明实质所得到的定位系统与定位方法。请参考图5,其为 本发明 一 实施例所提供的定位系统的原理框图。如图所示该系统包括多个参考 节点(在此以9个为例，分别用标号1到9表示)，这些参考节点均包括ZigBee 无线网络节点单元；还包括至少一个未知节点U，此未知节点U往往包括以上所 述的双界面智能卡IO，即包括ZigBee无线网络节点单元(ZWG) 102，从而该未 知节点U通过其ZigBee无线网络节点单元(ZWG ) 102与多个参考节点1—9的 ZigBee无线网络节点单元构建ZigBee无线网络，获取所述多个参考节点1—9的 位置信息(X1，Y1) —(X9，Y9 )、接收信号强度RSSI以及指示链路的连接质量LSI 信息，从中得到自身的相对位置信息(x，y);信息中心C，信号连接于所述参考 节点1—9与未知节点U，并接收某一所述参考节点(例如参考节点5 )的位置信 息以及未知节点U的相对位置信息(x，y)，并根据所接收到的信息实现对未知 节点的定位，即获取未知节点U的位置信息(X，Y)。通常，未知节点U是利用 微处理单元(MCU) 104对所述多个参考节点的位置信息(X1,Y1) — (X9，Y9)、 接收信号强度RSSI以及指示链路的连接质量LSI信息进行解三角函数得到自身 的相对位置信息(x，y)。
相应的，本发明还^是供一种定位方法，应用于以上系统中，实现对未知节 点U的定位，如图6所示，包括如下步骤
Sl:在参考节点与未知节点之间构建ZigBee无线网络；
S2:获取多个参考节点的位置信息、接收信号强度以及指示链路的连接质 量信息并计算出未知节点的自身相对位置信息；
S3:根据某一所述参考节点的位置信息以及未知节点的相对位置信息，定 ^f立未^口节点。
通常，所述计算未知节点的自身相对位置信息的方法为解三角函数。
综上所述，以上实施例所提供的双界面智能卡，利用ZigBee无线网络节点单元，使得该智能卡具备了自组网的功能，从而将其应用于不同电子设备中， 便可以实现移动通信领域与智能家庭、消防减灾、信息发布、消费娱乐或金融 等领域的快速结合，从而为人们的生活提供方便。另外，由于接触式智能卡单 元的存在，使得安装了该智能卡的设备具备了身份识别和数据安全保障能力。 而存储单元的存在使得安装了该智能卡的设备具备了存储用户数据的能力。且 进一步利用以上自组网功能，便可以在消防减灾等领域实现定位功能。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于 此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到 变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应 以所述权利要求的保护范围为准。
权利要求
1. 一种双界面智能卡，应用于一个电子设备中，其特征是，包括接触式智能卡单元，以接触式数据交换方式与所述电子设备进行数据交换；ZigBee无线网络节点单元，基于ZigBee协议接收或发送数据；存储单元，为用户提供存储空间；微处理单元，分别电性连接于所述接触式智能卡单元、ZigBee无线网络节点单元和存储单元，以管理和访问以上各个单元，维护数据在各个以上各个单元之间的流通。
2. 根据权利要求l所述的双界面智能卡，其特征是，所述接触式智能卡单 元包括电性连接的加密算法协处理器和真随机数发生器，以进行建权和加密处 理。
3. —种双界面智能卡通信方法，其利用接触式数据交换方式实现一双界面 智能卡与一电子设备之间的数据交换，其特征是，该方法利用ZigBee无线网络 实现双界面智能卡之间的数据交换。
4. 根据权利要求3所述的双界面智能卡通信方法，其特征是，该方法包括 初始化过程，该过程包括如下步骤配置双界面智能卡的侦听接口 ； 侦听双界面智能卡与电子设备接触界面的通信速率； 当得到所需的通信速率值时，进入等待状态。
5. 根据权利要求3所述的双界面智能卡通信方法，其特征是，其中所述利 用ZigBee无线网络实现双界面智能卡之间的数据交换的过程包括数据接收过 程，其包括如下步骤搜索ZigBee无线网络；当搜索到ZigBee无线网络时，核对用户身份；当用户身份得以确认时，加入所搜索到的ZigBee无线网络，接收数据； 将所接收的数据存入双界面智能卡的存储单元。
6. 根据权利要求5所述的双界面智能卡通信方法，其特征是，还包括 所述双界面智能卡的存储单元接受电子设备的访问；按协议送出数据至电子设备。
7. 冲艮据权利要求3所述的双界面智能卡通信方法，其特征是，其中所述利 用接触式数据交换方式实现双界面智能卡与电子设备之间的数据交换的过程包 括如下步骤接收电子设备的读或写请求； 解读所述读或写请求；根据所述读请求，从双界面智能卡的存储单元获取对应的数据，发送至电 子设备；根据所述写请求，将对应的数据写入双界面智能卡的存储单元。
8. —种定位系统，其特征是，包括 多个参考节点，均包括ZigBee无线网络节点单元；未知节点，包括ZigBee无线网络节点单元，其中该未知节点通过其ZigBee 无线网络节点单元与所述多个参考节点的ZigBee无线网络节点单元构建ZigBee 网络，获取所述多个参考节点的位置信息、接收信号强度以及指示链路的连接 质量信息，从中得到自身的相对位置信息；信息中心，信号连接于所述参考节点与未知节点，并接收某一所述参考节 点的位置信息以及未知节点的相对位置信息，并根据所接收到的信息实现对未 知节点的定位。
9. 根据权利要求8所述的定位系统，其特征是，所述未知节点是对所述多 个参考节点的位置信息、接收信号强度以及指示链路的连接质量信息进行解三 角函数得到自身的相对位置信息。
10. —种定位方法，在包括多个参考节点以及一未知节点的系统中，实现 对未知节点的定位，其特征是，包括在所述参考节点与未知节点之间构建ZigBee无线网络；获取所述多个参考节点的位置信息、接收信号强度以及指示链路的连接质 量信息并计算出所述未知节点的自身相对位置信息；根据某一所述参考节点的位置信息以及未知节点的相对位置信息，定位未 知节点；其中所述计算未知节点的自身相对位置信息的方法为解三角函数。
全文摘要
本发明揭露了一种双界面智能卡及其通信方法，以及相应的定位系统与方法，该发明利用ZigBee无线网络节点单元，使得智能卡具备了自组网的功能，从而将其应用于不同电子设备中，便可以实现移动通信领域与智能家庭、消防减灾、信息发布、消费娱乐或金融等领域的快速结合，从而为人们的生活提供方便。该双界面智能卡包括接触式智能卡单元，以接触式数据交换方式与电子设备进行数据交换；ZigBee无线网络节点单元，基于ZigBee协议接收或发送数据；存储单元，为用户提供存储空间；微处理单元，分别电性连接于所述接触式智能卡单元、ZigBee无线网络节点单元和存储单元，以管理和访问以上各个单元，维护数据在各个以上各个单元之间的流通。
文档编号H04W88/00GK101483937SQ200910046070
公开日2009年7月15日 申请日期2009年2月11日 优先权日2009年2月11日
发明者朱健民, 杨军良, 蔡世宾, 卫 钟 申请人:上海赞润微电子科技有限公司