Назначение интерфейса Wiegand

Размещено на http://www.Allbest.ru/

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Назначение интерфейса Wiegand

2. Разновидности интерфейса Wiegand

3. Электрическое подключение

4. Формат данных

4.1 Передача данных

4.2 Понятие фасилити

4.3 Контроль на четность

4.4 Wiegand и клавиатуры для ввода pin-кода

5. Wiegand-26

6. Идентификационные карточки, кодированные по принципу Виганда

Заключение

Список использованных источников

ВВЕДЕНИЕ

Wiegand -- простой проводной интерфейс связи между устройством чтения идентификатора (карточки) и контроллером, широко применяемый в системах контроля и управления доступом (СКУД)

Интерфейс Wiegand изначально являлся проводным стандартом, разработанным на почве популярности эффекта Wiegand, открытого Джоном Р. Вигангом в 1980 г. Эффект был основан на возможности специальным образом сконструированных проводов обнаруживать небольшие магнитные поля. В настоящее время эффект широко используется для производства не только карт и считывателей, но и датчиков и дверных замков. Устройства на основе технологии Wiegand более надежны, чем те которые работают со штрих-кодами и магнитными лентами. Так как код доступа зашифровывается в момент производства путем особенного расположения проводов, информация на картах Wiegand не может быть стерта магнитным полем или перепрограммирована, что может произойти с картами с магнитной полосой.

1. Назначение интерфейса Wiegand

Wiegand предназначен для передачи уникального кода карты или pin-кода с клавиатуры в контроллер системы контроля и управления доступом.

Система контроля и управления доступом - это совокупность программно аппаратных технических средств безопасности, имеющих целью ограничение и регистрацию входа-выхода объектов (людей, транспорта) на заданной территории через «точки прохода»: двери, ворота, КПП. Основная задача - управление доступом на заданную территорию (кого пускать, в какое время и на какую территорию).

Изначально интерфейс применялся в считывателях магнитных карт и был максимально оптимизирован именно под простейшие считыватели. В сущности это был простой выход усилителя чтения. Из-за распространенности магнитных карт этот интерфейс стал стандартным де-факто. Позже магнитные карты были вытеснены бесконтактными картами (RFID) однако интерфейс был сохранен неизменным в целях совместимости оборудования.

2. Разновидности интерфейса Wiegand

Существует несколько разновидностей интерфейса Wiegand, различающихся цифрами в названии интерфейса. Эта цифра в названии обозначает количество бит в посылке.

Наиболее распространенные считыватели и контроллеры СКУД поддерживают следующие варианты Wiegand:

- Wiegand-26. Самый распространенный. Состоит из 24 бит кода и 2 бит контроля на четность;

- Wiegand-33. Состоит из 32 бит кода и 1 бита контроля на четность;

- Wiegand-34. Состоит из 32 бит кода и 2 бит контроля на четность;

- Wiegand-37. Состоит из 35 бит кода и 2 бит контроля на четность;

- Wiegand-40. Состоит из 40 бит кода, контроля на четность нет;

- Wiegand-42. Состоит из 40 бит кода и 2 бит контроля на четность.

Существуют разновидности считывателей с длиной Wiegand до 128 бит.

На самом деле количество бит в формате Wiegand может быть практически любым разумным. Когда встречаешь новую цифру в названии, остается неясным только наличие контрольных битов четности и методика их расчета.

Существуют и некоторые другие названия для аналогичных интерфейсов. Распространен, например, интерфейс KSF который является фактически Wiegand-32.

3. Электрическое подключение

Для связи между считывателем и контроллером СКУД используется трехпроводная шина -- два провода сигнальных, один земля. На рисунке 3.1 приведена классическая схема подключения, из нее очевидны и электрические параметры интерфейса.

Рисунок 3.1 - Типовая электрическая схема интерфейса Wiegand

Максимальная длина линии связи сильно зависит от грамотного выбора кабеля (основные критерии -- низкая погонная емкость, низкое омическое сопротивление) и грамотного построения схемы развязки питания считывателя и контроллера. Обычные значения, приводимые поставщиками оборудования -- до 150…250 метров.

4. Формат данных

4.1 Передача данных

Передача ведется короткими импульсами. Наличие импульса в линии «Data0» означает, что был передан лог.0, наличие импульса в линии «Data1» означает, что был передан лог. 1. Ширина импульсов и их период сильно варьируется в зависимости от изготовителя считывателя. Ширина импульсов обычно в диапазоне 20…200 мкс. Период следования импульсов -- 300…3000 мкс.

Рисунок 4.1 - Осциллограмма передачи данных интерфейса Wiegand

С учетом линии питания, минимально для подключения считывателя необходимо 4 жилы. Остальные 3-4 используются для управления дополнительными функциями считывателя.

На рисунке 4.2 в состоянии покоя, линии D0 и D1 имеют высокий уровень (+5V) или неопределенный в расчете на подтяжку на стороне контроллера.

Рисунок 4.2 - Осциллограмма передачи данных

Для передачи бита данных, считыватель притягивает одну из линий к земле на 50мкс, отпускает на 2мс и передает следующий бит притягивая соответствующую линию на 50мкс и снова пауза в 2мс. Если пауза между передачами больше 2мс, значит, передача данных завершена.

Состояние бита 0 или 1 определяется по тому, какая линия D0 или D1 была притянута к земле в момент передачи бита. Линия D0 отвечает за нули, линия D1 за единицы.

Связь односторонняя, в момент обнаружения карты происходит однократная передача кадра с кодом карты от считывателя к контроллеру СКУД. Передача идет старшим битом кода вперед.

Разделение кадров осуществляется по таймауту. Реально минимальное время между кадрами 0,5 сек., рекомендуемый таймаут для контроллера СКУД -- 50…250 мс.

4.2 Понятие фасилити

Исторически сложилось так что многие системы контроля доступа и изготовители карточек условно делят код карты на две неравные части которые называют фасилити и номер. Обычно к номеру относят младшие 16 бит кода, все остальное к фасилити. Причина такого деления -- экономия памяти в очень старых контроллерах доступа. При монтаже объекта подбирались карты с одинаковым фасилити и в память контроллера записывались только младшие 16 бит кода метки (номер). С тех пор прошло много времени и подобная экономия давно в прошлом, но многие системы все еще оперируют этими понятиями, показывая код карты разделенным на части. В наше время никакой смысловой нагрузки такое разделение не имеет.

4.3 Контроль на четность

Если имеется контроль по четности, то к битам кода карты добавляются два бита -- один перед кодом, другой после. Соответственно весь код карты делится ровно посередине на две части. Четность старшей половины кода контролируется первым битом, младшей -- последним. Если количество бит в коде нечетное, то центральный бит кода входит в оба контроля четности.

Первый бит четности (старшей половины кода) ставится в 1 если количество единиц в его половине кода нечетное. Последний бит четности (младшей половины кода) ставится в 1 если количество единиц в его половине кода четное.

Надо заметить, что встречаются считыватели не подчиняющиеся этому правилу контроля четности. Поэтому реально большинство универсальных контроллеров СКУД просто игнорируют контроль на четность. Кроме того, некоторые форматы бесконтактных карт несут информацию о количестве бит кода и четности прямо на карте, соответственно считыватель не может никоим образом влиять на реальный выходной формат данных. Таков, например, формат HID ProxPass, Indala ASP и др.

4.4 Wiegand и клавиатуры для ввода pin кода

Некоторые СКУД имеют возможность двойного удостоверения личности: поднесением карты и набором pin-кода на клавиатуре. Обычно при этом цифровая клавиатура вмонтирована в считыватель и набранный код передается также по интерфейсу Wiegand. Обычно передается каждая набранная цифра индивидуально с помощью Wiegand-4. Контроля четности нет. Служебные клавиши * и # передаются кодами 10 и 11 соответственно.

интерфейс wiegand карточка контроллер

5. Wiegand-26

Так как Wiegand-26 имеет самое большое распространение его и рассмотри на конкретном примере.

Формат, используемый при программировании карты, определяется шаблоном хранения данных, совместимым с панелью контроля доступа. Все транспондеры корпорации HID (карты, брелоки, метки и т.п.) можно запрограммировать в стандартном 26-битном формате.

Стандартный 26-битный формат является открытым. Это значит, что приобрести такую карту может любой, и описание формат широко доступно. 26-битный формат является промышленным стандартом и доступен любому клиенту HID. Практически все системы контроля доступа могут работать со стандартным 26-битным форматом. Этот формат произошел от технологии кодирования данных Wiegand. Код заказа стандартного 26-битного формата в корпорации HID -- H10301. В формате H10301 возможно кодирование 255 кодов помещений от 1 до 255. Для каждого кода помещения возможно кодирование 65535 кодов сотрудника от 1 до 65535. Общее число возможных комбинаций составляет 16711425. Ограничений на использование карт этого формата не существует. Его использование не отслеживается корпорацией HID, создание дубликатов карт разрешено. Корпорация HID поддерживает более 1000 других форматов карт, но все они имеют схожую концепцию, как и 26-битный формат. Другие изготовители карт также поддерживают свои проприетарные форматы. Формат H10301 описывает формат хранения двоичных данных. Ниже приведено описание этого формата.

Открытый 26-битный формат Wiegand

Максимальное значение кода помещения -- 255, так как если все биты кода помещения имеют значения 1, в десятичном представлении число будет иметь вид 255. Максимальное значение кода карты -- 65535, так как если все биты кода карты имеют значения 1, в десятичном представлении число будет иметь вид 65535.

Примечание: Биты контроля четности/нечетности используются для быстрой и простой проверки правильности передачи двоичных данных. Разработчик формата выбирает, контролирует ли конкретный бит четность или нечетность. Фиксированная группа бит данных объединяется с одним битом данных, суммирование значений этих бит должно быть четным (или нечетным).

В приведенном выше примере первый контрольный бит (четности) связан с первыми 12 битами данных. Если сложение значений этих 12 бит является нечетным числом, контрольному биту присваивается значение 1, чтобы результат сложения 13 бит был четным. Аналогично последние 13 бит всегда дают в сумме нечетное число.

Другие форматы

Чтобы лучше понять организацию форматов, рассмотрим два примера возможных форматов карт.

Примечание. Так как реальные форматы данных закрыты, мы не рассматриваем их в качестве примера.

В стандартном 26-битном формате одно из полей называется кодом помещения, другое -- кодом карты. Эти поля могут называться по-разному в зависимости от формата. Одно и то же название может обозначать разные данные. Один из возможных форматов может выглядеть как на рисунке 5.1.

Рисунок 5.1 - 26-битный формат Wiegand

В корпорации HID стандартному 26-битному формату присвоен код H10301. С его помощью может быть закодировано 225 помещений - от 1 до 225. Каждому коду фасилити могут соответствовать до 65535 кодов сотрудников. Более тысячи других форматов корпорации HID имеют схожую концепцию.

Чтобы глубже понять принципы организации форматов карт, обратимся к примерам. В стандартном 26-битном формате есть два поля - фасилити-код и код карты. Названия у них бывают разные и зависят от формата. Предположим, некий формат выглядит как на рисунке 5.2.

Рисунок 5.2 - Один из возможных 36-битных форматов карт

Первый контрольный бит связан с одним подмножеством бит данных, второй контрольный бит -- с другим подмножеством. Здесь определены и поля фасилити код (или код помещения) и код карты, однако этот формат отличается от H10301. Поэтому карты, где информация закодирована в этом формате, вполне могут не подойти к системами, работающими с H10301.

Также возможен формат который показан на рисунке 5.3.

Рисунок 5.3 - Один из возможных 30-битных форматов карт

В этом формате 3 контрольных бита, поле код должности (5 бит), табельный номер (18 бит) и код комнаты (4 бит). Точные значения, предназначенные для программирования, необходимо уточнять у заказчика. Такой информацией корпорация HID не владеет. Заказчики склонны путать фасилити код и код места. Есть форматы, где присутствует лишь одно из этих полей, а есть такие, где какое-то одно или вообще ни одного. Во избежание повторения номеров карт, необходимо знать номера используемых карт. Для настройки полей контроля доступа и ввода интегратором карт в систему требуется название формата кодируемые значения полей данных. Один из возможных 36-битных форматов карт. Первый контрольный бит связан с одним подмножеством бита данных, второй контрольный бит -- с другим подмножеством. В этом формате также определены поля код помещения и код карты, но этот формат отличительно отличается от H10301, карты, закодированные в этом формате, могут быть несовместимы с системами, работающими с H10301.

Названия полей данных определяются разработчиком формата, поэтому названия могут быть любыми. Рассмотрим еще один возможный формат. Рис. 3. Один из возможных 30-битных форматов карт. В этом формате 3 контрольных бита, поле код должности (5 бит), табельный номер (18 бит) и код комнаты (4 бит). В разговоре с заказчиком важно выяснить точные значения, которые должны быть запрограммированы на карты. Этой информацией владеет заказчик, а не корпорация HID.

Обратите внимание, что заказчики путают термины код помещения (Facility Code) и код места (Site Code). В некоторых форматах присутствует код помещений, в других -- код места, в некоторых нет ни одного из этих полей, в некоторых -- оба. Чтобы избежать дублирования номеров карт, заказчик должен знать номера используемых карт.

Системные интеграторы также должны знать название формата данных и кодируемые значения полей данных, чтобы настроить панели контроля доступа и ввести карты в систему. Без этой информации ввести группу карт в систему практически невозможно.

6. Идентификационные карточки, кодированные по принципу Виганда

Карта Wiegand выглядит как кредитная (рисунок 6.1) . Она работает по тому же принципу, что и карта с магнитной полосой, подобна используемым в банкоматах (ATM). Вместо ферромагнитных материалов, карта Wiegand содержит множество встроенных проводов. Один из них -- основной, а другие служат для передачи информации. Провода изготовлены из специального сплава, обладающего магнитными свойствами, которые трудно дублировать. Такая технология производства делает их достаточно безопасными и обеспечивает максимальную защиту от подделки.

Рисунок 6.1 - Карта Wiegand

Набор проводов может содержать такие данные, как номера кредитных карт, номера банковского счета, идентификационные данные сотрудника, наличие судимости, истории болезни и т.д. Карта считывается путем поднесения к (бесконтактные карты) или пропусканием ее через (контактные карты) терминал считывания смарт-карт, называемый считыватель Wiegand. Такой терминал содержит в себе магнитное поле и сенсорную обмотку. Поскольку каждая проволока проходит через магнитное поле, его магнитного состояние меняется каждый раз, когда поле воспринимает наличие провода (сигнал 1). Отсутствие провода указывает на 0. В результате цифровой код протокола Wiegand направляется к хост-контроллеру, чтобы определить, следует ли разрешить доступ или открыть дверь.

В основу таких карточек встраиваются миниатюрные отрезки тонкой ферромагнитной проволоки специального вида (расположенные в строго определенной последовательности, различной для разных карт), которые и содержат информацию о персональном коде ее владельца (рисунок 6.2).

Рисунок 6.2 - Идентификационные карта

При вложении карточки в считыватель эти так называемые «проволочки Виганда» вызывают изменение магнитного потока, которое фиксируется соответствующим датчиком, преобразующим импульсы в двоичный код. Технология кодирования Виганда обеспечивает весьма высокую степень защиты идентификационной карточки от случайного и умышленного стирания, фальсификации зафиксированного кода и изготовления дубликата.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Wiegand -- простой проводной интерфейс связи между устройством чтения идентификатора (карточки) и контроллером, широко применяемый в системах контроля доступа (СКУД) и охранных системах (ОС). Предназначен для передачи уникального кода идентификатора или pin-кода с клавиатуры в контроллер.

Отличие карт Виганда от магнитных состоит в том, что вместо магнитной полосы, внутрь карточки запрессовываются металлические полоски, выполненные из специального ферромагнитного сплава. Считыватель карт Виганда внешне похож на считыватель магнитных карт, но его основное отличие - отсутствие магнитной головки. Считывание карты происходит с помощью электромагнитного поля, индуцируемого считывателем. При проведении карты через щель считывателя, два ряда проволочек, запаянных в карту, вызывают разнополярные всплески индукционного тока, которые преобразуются в двоичный код.

Карта Виганда значительно более долговечна, чем магнитная карта (по причине отсутствия физического контакта между карточкой и считывающей головкой), механически более стойкая к повреждениям и удовлетворяет более высоким требованиям по безопасности. Следует также отметить значительный температурный диапазон работы считывателей: -40°С до +70°С. В качестве идентификаторов кроме карт могут использоваться так же ключи Виганда и специальные карты в виде брелоков.

Данный вид карт также отличается невысокой стоимостью, но добавляется еще высокая помехозащищенность, устойчивость к механическим повреждениям, долговечность, надежность, высокая секретность. К недостаткам можно отнести условно-контактную технологию (карту необходимо проводить через считыватель), отсутствие возможности записи, невысокую пропускная способность.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Общая характеристика систем контроля и управления доступом [Электронный ресурс]

2. Интерфейс wiegand в современных средствах аутентификации// «Смарт-карты и оборудования» [Электронный ресурс]

3. Виганд (интерфейс) // Википедия [Электронный ресурс]

4. Форматы храненения данных карт HID // Specportal.ru [Электронный ресурс]

5. Wiegand-26 протокол на AVR // ZPS-electronics - сайт для тех, кто любит мастерить [Электронный ресурс]

Размещено на Allbest.ru