專利名稱:使用聲學信號進行無線通信的方法和裝置的制作方法
技術領域:
本發(fā)明一般涉及適用于在無線設備之間建立通信鏈接的無線通信技術,并且更加具體來說,涉及使用聲學信號進行無線通信的方法和裝置。
背景技術:
無線輔助設備,諸如電話頭戴式耳機(headset)裝備、耳機(earphone)等等,在設計用于傳輸聲音和音樂程序的數(shù)字傳輸方案中,經(jīng)由射頻信道(radio channel)與它們各自的基礎設備(例如,電話、通信終端、可移動式PC、播放器等等)進行通信。用于以數(shù)字格式進行傳輸?shù)纳漕l信道的使用導致更大的有效范圍(IOms或者更大),并且確保當使用特定加密技術時的傳輸機密性。對于無線耳機和電話頭戴式耳機裝備來說,通常通過無線鏈接使用標準化的數(shù)字射頻通信系統(tǒng),如藍牙或者 Wi-Fi (Wireless-Fidelity)。盡管它們存在優(yōu)點,但是使用這種傳輸技術的設備仍然有一些實質上的缺陷。例如,對于在兩個設備之間的安全鏈接的初始建立來說,S卩,對于對其進行保護以防止未授權訪問和竊聽的鏈接來說,兩個設備需要彼此進行識別(identify)并交換密鑰。 不幸的是,由于射頻信道從所配對的設備向周圍擴展一段相當?shù)木嚯x,并且能夠被惡意方輕易地監(jiān)控到,所以它并不適用于這種類型的數(shù)據(jù)傳輸。在藍牙無線電話頭戴式耳機的現(xiàn)有模型中,使用基于個人標識號(Personal Identification Number,PIN)的方法來連接設備。更具體地說,PIN碼(即,數(shù)字和符號的組合)被存儲在輔助設備的存儲器中,并且同時,對于給定設備,它被打印在紙上或者寫在電子格式的文檔中。在圖1中示意性地示出了在輔助設備與基礎設備之間建立無線通信鏈接的方法, 并且以如下過程來執(zhí)行。(1)兩個設備的無線收發(fā)器都被開啟,并且基礎設備搜索可用的輔助設備,例如, 藍牙類型的設備,如非手持式頭戴式耳機。(2)基礎設備通過在由基礎設備檢測的輔助設備的列表中的名稱來標識它“自己的”輔助設備。(3)然后通過鍵盤將輔助設備的PIN碼輸入到基礎設備。(4)隨后,所連接的設備通過應用共享的私人PIN碼來實行認證過程,并且通過射頻信道(例如,可以使用各種認證和加密算法)交換加密數(shù)據(jù)。(5)如果兩個設備都使用相同的PIN碼,那么認證和加密過程成功并且建立通信信道(即,設備之間的數(shù)據(jù)交換被許可)。否則,不建立通信信道設置。在上面描述的過程中,由用戶執(zhí)行操作(1) (3)。然而,不能通過無線信道發(fā)送共享的私人PIN碼,因為來自該設備的無線信號(例如,藍牙信號)可能被惡意方截取,甚至是在相當遠的距離。例如,即使類型2(claSS-2)裝置具有僅10米的標稱有效范圍,測試也顯示使用高質量的接收機和類型2的波束天線,也可以在遠達1. 8公里的距離處無誤差地接收該信號。因此,用戶應當親自輸入PIN碼并且應當確保這個信息的機密性。不幸的是,前述方法在安全性和使用性上還有許多缺點。首先,PIN碼信息在配對(pairing)設備時必須一直對用戶可用,這并不總是可能的,因為PIN碼文件可能丟失或者在此刻不可用。其次,為了可靠保護設備不被未授權地訪問,PIN碼應當足夠長。然而,鍵盤通常是模擬在設備中的顯示器上,它可能不方便輸入較長的PIN碼。因此,在手動輸入較長PIN 碼時,出錯的可能性就提高了,并且更可能的是較長PIN碼會被用戶忘記。為了克服這些缺點,電話頭戴式耳機以及其它類似輔助設備的制造商已經(jīng)使用較短和/或較容易記住的PIN碼,例如“0000”,簡化了配對過程。然而,這些較短的PIN碼更加容易遭到惡意方的潛在攻擊(例如,并行連接其它設備至基礎設備及其監(jiān)控)。而且,即使制造商使用較長PIN碼,如果PIN碼是固定的,則系統(tǒng)仍然有受到未授權訪問的危險。例如,如果入侵者設法找到了 PIN碼(例如,監(jiān)視到文件、窺視到在顯示器上的輸入等等),那么未來該入侵者將能夠在任意時間使用這個信息建立與設備的未授權連接(例如,該入侵者能夠使用自動非手持工具包作為竊聽設備)。用于建立無線通信鏈接的更加安全且簡單的方法已為大家所知(即,新的2. 1版本的藍牙規(guī)范)。通過使用這種新的利用公共密鑰的加密方法,標準開發(fā)者已經(jīng)利用相對短的PIN碼設法實現(xiàn)了增強的通信保護(即,6個數(shù)字PIN碼提供與在先前標準中定義的15 個單元字母數(shù)字PIN碼相同的保護等級)。然而,用戶仍然必須使用鍵盤自己輸入PIN碼, 并且當輔助設備沒有顯示區(qū)域和/或數(shù)據(jù)輸入設備時,而這在電話頭戴式耳機裝備和耳機中是非常常見的,則PIN碼是固定的。上述方法的另一缺點是在開始連接前,輔助設備必須在“可見的”或者“可檢測的”模式下,以便執(zhí)行操作(1)和(2),也就是說,輔助設備必須響應另一設備嘗試建立鏈接的請求,這同時也可能是危險的(例如,惡意方能夠以這種方式檢測到留在車中的設備然后破車而入盜走設備)。另一種無線通信鏈接建立的方法和無線通信系統(tǒng)使用通過額外射頻信道發(fā)送的密鑰。在這種情況下,必須將另外的近場通信(Near Field Communication,NFC)收發(fā)器和控制器引入到輔助設備中,從而使得結構顯著地復雜化,增大了設備的質量/體積以及成本,并且削弱了其在市場上的競爭力。在2006 年 1 月 27 日出版的 No. RU2005 130483,H04L 12/56,SONY ERICKSON MOBILE COMMUNICATIONS AB(SE)中公開了用于建立無線通信鏈接和無線通信系統(tǒng)的另一技術。在這個參考文獻中,在輔助設備中發(fā)起(initiate)在基礎設備與輔助設備之間的通信鏈接建立過程。然后,通信信號在輔助設備中生成,并轉換為基于移動蜂窩網(wǎng)絡通過額外通信鏈接傳輸?shù)男盘?,并且通過蜂窩式通信發(fā)送到開啟的(turned-on)基礎設備。根據(jù)輔助設備的基本通信鏈接設置操作模式。在基礎設備中從接收到的數(shù)據(jù)中提取通信信號。如果接收到的通信信號與存儲在基礎設備中的通信信號相同,則依照基本通信鏈接在該輔助設備與基礎設備之間建立通信鏈接。然而,在上面的參考文獻中,需要全部兩個設備都連接到蜂窩網(wǎng)絡,盡管許多設備 (例如,MP3播放器、無線頭戴式耳機等等)沒有提供蜂窩連接。而且,網(wǎng)絡運營商服務是付費服務(例如,短消息服務(SMS)),這對用戶來說經(jīng)濟上不劃算。而且,蜂窩網(wǎng)絡可能不是在所有時間和地點都一直是可用的。最后,在網(wǎng)絡負擔較重時,鏈接建立可能需要很長的時間。
發(fā)明內(nèi)容
技術問題因此,已經(jīng)將本發(fā)明設計成解決至少上面描述的問題和/或不足,并且提供至少下面所述的優(yōu)點。因此,本發(fā)明的一方面將提供一種無線通信的簡單且安全的方法,其增強了設備之間的無線通信鏈接的安全性,降低了配對時間,并且提高了便利性和功能性,而不需要對設備的質量/體積方面以及設計進行任何實質的改變。本發(fā)明的另一方面使用將聲學通信信號從輔助設備發(fā)送到基礎設備的聲學通信線在設備之間建立無線通信鏈接。技術方案依照本發(fā)明的一方面,提供一種在至少具有擴音器的設備中使用聲學信號進行無線通信的方法。所述方法包括生成用于數(shù)據(jù)通信的連接信息;將所生成的連接信息轉換為聲學信號;以及通過擴音器將聲學信號發(fā)送到第二設備。依照本發(fā)明的另一方面,提供另一種在至少具有話筒的設備中使用聲學信號進行無線通信的方法。所述方法包括通過話筒接收聲學信號;從聲學信號中提取用于數(shù)據(jù)通信的連接信息;根據(jù)所提取的連接信息生成確認信號;以及在無線通信信道上將確認信號發(fā)送到第二設備。依照本發(fā)明的另一方面,提供另一種在包括第一設備和第二設備的系統(tǒng)中使用聲學信號進行無線通信的方法,其中第一設備至少包括擴音器,第二設備至少包括話筒。所述方法包括生成無線通信信息;將無線通信信息轉換為聲學信號;由第一設備通過擴音器將聲學信號發(fā)送到第二設備;通過話筒接收聲學信號;從聲學信號中提取無線通信信息; 根據(jù)所提取的無線通信信息生成確認信號;以及由第二設備在無線通信信道上將確認信號發(fā)送到第一設備。依照本發(fā)明的另一方面,提供一種使用聲學信號的無線通信設備。所述設備包括 處理器,用于生成用于數(shù)據(jù)通信的連接信息,以及將連接信息轉換為聲學信號;轉換器,用于將從處理器接收到的聲學信號轉換為模擬信號;以及擴音器,用于根據(jù)從轉換器接收到的模擬信號生成可聽音調(diào)(audible tone)。依照本發(fā)明的另一方面,提供一種使用聲學信號的無線通信設備。所述設備包括 話筒,用于接收聲學信號;轉換器,用于將從話筒接收到的聲學信號轉換為數(shù)字信號;處理器,用于將從轉換器接收到的聲學信號中提取用于數(shù)據(jù)通信的連接信息,以及根據(jù)所提取的連接信息生成確認信號;以及發(fā)射機,用于在無線通信信道上將確認信號發(fā)送第二設備。依照本發(fā)明的另一方面,提供一種使用聲學信號的無線通信裝置。所述裝置包括 第一設備,用于生成無線通信信息,將無線通信信息轉換為聲學信號,以及通過擴音器發(fā)送聲學信號;以及第二設備,用于通過話筒接收聲學信號,從聲學信號中提取無線通信信息, 根據(jù)所提取的無線通信信息生成確認信號,以及在無線通信信道上將確認信號發(fā)送到第一設備。
有益效果根據(jù)本發(fā)明的建立無線通信鏈接的方法和無線通信系統(tǒng)因為不需要設備檢測過程和PIN碼輸入而縮短了受保護鏈接建立的時間;由于排除了人的因素而將不正確的PIN 碼輸入(通信信號)的概率實際上降低至零,并且因為可聽到的音調(diào)可以包含較長的密鑰而提高了鏈接的安全級別。同時,因為本發(fā)明仍然使用現(xiàn)有硬件并且僅需要對內(nèi)建軟件進行修改而實際上并未提高產(chǎn)品成本。
本發(fā)明的特定實施例的上述及其他方面、特征和益處將從以下結合附圖的詳細說明中更加清楚,在附圖中圖1示出在基礎設備與輔助設備之間建立無線通信鏈接的傳統(tǒng)方法;圖2是根據(jù)本發(fā)明的實施例使用聲學信號建立無線通信鏈接的無線通信系統(tǒng)的框圖;圖3示出根據(jù)本發(fā)明的實施例使用聲學信號進行無線通信的方法;圖4是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例使用聲學信號建立無線通信鏈接的操作的流程圖;圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例在輔助設備中使用聲學信號建立無線通信鏈接的操作的流程圖;圖6是示出在圖5所示的操作中在傳輸聲學信號期間增大聲音音量的圖;以及圖7是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例在基礎設備中使用聲學信號建立無線通信鏈接的操作的流程圖。貫穿附圖,相同的附圖參考標記將理解為指代相同的元素、特征與結構。
具體實施例方式定義在下面的說明書中的事物,諸如具體構造和元素,被提供為幫助全面理解所描述的本發(fā)明的實施例。因此,本領域普通技術人員將認識到,能夠對這里描述的實施例進行各種改變和修改而不脫離本發(fā)明的范圍與精神。而且,為了簡明和清楚起見,略去了對公知功能與結構的描述。圖2是根據(jù)本發(fā)明的實施例使用聲學信號建立無線通信鏈接的無線通信系統(tǒng)的框圖。參考圖2,無線通信系統(tǒng)基本上包括第一設備1 (例如,基礎設備)和第二設備 2 (例如,輔助設備)。例如,第一設備1可以是移動電話,第二設備2可以是無線電話頭戴式耳機。舉例來說,將在作為第一設備1和第二設備2之間的主要(primary)通信鏈接的射頻鏈接的上下文中進行以下描述。更具體地說,舉例來說,將使用藍牙數(shù)字射頻信道描述圖2。在第一設備1中,收發(fā)器12(T1)經(jīng)由空氣接口在射頻信道上接收和發(fā)送信號。處理器13 (Pl)與存儲器14 (Ml)和控制器15 (Cl)合作。話筒17通過模數(shù)轉換器(ADC) 16連接到處理器13的輸入。在第二設備2中,收發(fā)器22 (T2)經(jīng)由空氣接口在無線信道上接收和發(fā)送信號。處理器23(P》與存儲器對⑶幻和控制器25(以)合作。擴音器27(例如,接收機插入裝置 (receiver inset)或揚聲器)通過數(shù)模轉換器(DAC)沈連接到處理器23的輸出。至少一個操作裝置(manipulator) 28,諸如按鈕或者小鍵盤,安裝在第二設備2的外表面上,并且從用戶接收操作信號,以及將操作信號提供給控制器25。第一設備1的收發(fā)器12和第二設備2的收發(fā)器22意圖用于根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕绢愋徒o線通信鏈接,例如,藍牙射頻鏈接(主要通信鏈接)。第一設備1的處理器13和第二設備2的處理器23可以具有用于連接到附加設備的附加輸入和輸出,附加設備諸如操作裝置(具體地說,鍵盤)、顯示器、擴音器(在第一設備1中)或者話筒(在第二設備2中)等等。依照本發(fā)明的實施例,附加軟件安裝在第一設備1中的處理器13的存儲器14中。 軟件程序包括用于檢測特定可聽音調(diào)、通過解碼所檢測到的可聽音調(diào)來提取有用信息(通信信號),并且將其與控制器15所知的或者存儲在處理器13的存儲器14中的信息相比較的程序。而且,軟件程序包括用于通過收發(fā)器12發(fā)送響應信號以建立主要通信鏈接(例如, 藍牙鏈接)的數(shù)據(jù)程序。使用軟件程序,第一設備1在與另一設備配對時,可以通過接收可聽音調(diào)和解碼所接收的音調(diào),來通過話筒17接收包括在可聽音調(diào)中的連接信息。除了第二設備2的常規(guī)功能之外,第二設備2的處理器23可以另外生成偽隨機密鑰,準備用于通過擴音器27傳輸?shù)目陕犚粽{(diào)傳輸以及通過收發(fā)器22對確認信號的檢測,以及生成用于設置第二設備2接收、傳輸和傳輸禁止模式的命令。為了這個目的,依照本發(fā)明的實施例,附加軟件安裝在第二設備2中的處理器23 的存儲器對中,或者依照本發(fā)明的另一實施例,附加軟件安裝在連接至處理器23的附加芯片上。同時,處理器23的存儲器M(或者附加芯片)存儲標識信息(identification information),例如,預期的確認信號。因為偽隨機密鑰生成和可聽音調(diào)傳輸?shù)臏蕚湫枰鄬^小的處理器資源,所以可以在第二設備2中實現(xiàn)附加的功能(即使在使用低級微控制器或數(shù)字信號處理器時)。另外,本發(fā)明的這些功能能夠在任意當前生產(chǎn)的設備中實現(xiàn)。因此,可以通過僅僅更新內(nèi)建軟件(例如,固件更新)而無需購買新的設備,在特定無線電話頭戴式耳機以及耳機中實現(xiàn)本發(fā)明的各種實施例。在新設計的設備中,附加軟件安裝幾乎總是可能的。因此,處理器13和23使用安裝在它們每一個中的基本軟件和附加軟件,通過處理、形成(shaping)、以及在處理器13和23的組件之間、以及與外部進行命令和數(shù)據(jù)交換, 來執(zhí)行它們的功能。圖3示出根據(jù)本發(fā)明的實施例使用聲學信號的無線通信的方法。參考圖3,根據(jù)本發(fā)明的實施例,在第一設備1和第二設備2之間的無線通信方法中,當從用戶接收到請求發(fā)起無線通信的命令時,第二設備2在步驟30中使用聲學信號將用于連接發(fā)起的通信信息發(fā)送到第一設備1。連接發(fā)起信息包括關于在設備1和設備2之間安全通信的密鑰的信息(例如,諸如個人標識號(Personal Identification Number,PIN) 碼的偽隨機號碼)。當通過話筒17通過聲學信號接收到連接發(fā)起信息時,第一設備1在步驟40中將基于接收到的信息生成的確認信號發(fā)送到第二設備2。在無線通信信道上發(fā)送確認信號,例如,經(jīng)由數(shù)字射頻鏈接,并且此后,可以經(jīng)由數(shù)字射頻鏈接在設備1和設備2兩者之間進行無線通信。如果第一設備1還被提供以擴音器,并且第二設備2還被提供以話筒,那么還可以通過聲學信號在聲學通信信道上進行無線通信,以及從第一設備1到第二設備2傳輸確認信號。在這種情況下,以這種方式通過聲學信號在第一設備1和第二設備2之間交換信息 總聲學信號頻帶被適當?shù)胤侄?,并且不同的聲學信號傳輸頻帶被分配給第一設備1和第二設備2,以防止將來自每個設備的聲學信號混淆。圖4是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例使用聲學信號建立無線通信鏈接的操作的詳細流程圖。參考圖4,在步驟31中,第二設備2準備密鑰、設備標識符(ID)、以及將轉換為聲學信號的其它附加信息。在步驟33中,第二設備2生成包括密鑰、設備ID以及附加信息的聲學信號,然后將該聲學信號發(fā)送到第一設備1。然后,在步驟34中,第二設備2監(jiān)控無線信道(例如,射頻信道)以確定是否已經(jīng)在該無線信道上接收到針對聲學信號的有效響應信號。可以在步驟46中從第一設備1發(fā)送針對聲學信號的響應信號,稍后將更詳細地對其進行描述。當在無線信道上接收到響應信號時,第二設備2在步驟35中確認響應的有效性, 并且如果該響應有效的話,則在步驟37中在無線信道上與第一設備1安全通信。然而,如果第二設備2沒有接收到有效響應信號,則操作返回到步驟33。第一設備1在步驟43中通過話筒17捕獲聲學信號(例如,在步驟33中從第二設備2發(fā)送的聲學信號)。在步驟44中,第一設備1通過分析聲學信號來檢測同步序列,并且嘗試對聲學信號進行解碼。在步驟45中,第一設備1確定解碼是否成功。如果解碼成功, 則第一設備1在步驟46中使用解碼設備ID和密鑰在無線信道上發(fā)送響應信號,并且在步驟47中在無線信道上與第二設備2安全地通信。如果解碼失敗,則第一設備1在步驟43 中捕獲新的信號。圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例在第二設備中使用聲學信號建立無線通信鏈接的操作的流程圖,圖6是示出在圖5中示出的操作中在聲學信號的傳輸期間增大音量的圖。參考圖5,當?shù)谝辉O備1 (例如,移動電話)和第二設備2 (例如,電話頭戴式耳機) 開啟時,它們的電源向需要電源的組件供電以供組件的操作。同時,第二設備2的收發(fā)器22 處于“不可見”模式,并且不對來自這些設備的請求做出響應。為此目的,第二設備2的控制器25向收發(fā)器22發(fā)送數(shù)據(jù)傳輸阻止(blocking)命令。同時,第一設備1的收發(fā)器12 可以處于數(shù)據(jù)接收/發(fā)送模式,而第二設備2的收發(fā)器22可以處于接收模式。實際上,可以稍后在需要時設置收發(fā)器12和22的操作模式。如果第二設備2請求建立與第一設備1的通信鏈接,則開啟的第二設備2根據(jù)通過至少一個操作裝置觀(例如,鍵、按鈕等等)接收到的用戶輸入(根據(jù)本發(fā)明的實施例, 這是在用戶部分僅有的操作)通過從控制器25生成啟動信號來發(fā)起無線通信鏈接建立過程。例如,用戶可以通過按壓第二設備2中的預定鍵來發(fā)起該過程。許多變型可用于配對過程啟動,諸如用戶按壓按鈕若干次或者持續(xù)按壓按鈕達特定時間(例如,5秒鐘)。設備制造商還可以選擇任意其它組合用于在第二設備2中的配對過程啟動。例如,依照本發(fā)明的另一實施例,可以在開啟第二設備2之后立即執(zhí)行所述發(fā)起 (無需用戶的任何附加操作)。當啟動信號提供給控制器25時,第二設備2的處理器23在步驟51中生成偽隨機密鑰(類似PIN碼),并且在步驟52中將諸如第二設備2的模型和名稱的第二設備標識信息、和/或存儲在存儲器M中的附加信息(例如,當前時間、數(shù)據(jù)等等)添加到偽隨機密鑰 (例如,疊加到偽隨機密鑰上或者添加在偽隨機密鑰的開頭/結尾)。在步驟53中,結果信息被編碼并且添加同步序列。在步驟M中,通信信號被轉換為包含偽隨機密鑰和標識信息的聲學通信信號(即,要通過次級(secondary)通信鏈接發(fā)送的信號)。同時,控制器23準備可聽音調(diào)的傳輸以通過擴音器27再現(xiàn)該聲學信號。在步驟55中,ADC 26將從處理器23接收的聲學信號轉換為模擬信號,并且將該模擬信號提供給擴音器27。通過擴音器27傳送聲學信號,其音量在擴音器27中直接控制, 或者通過來自控制器25的“更大聲(louder)”信號來控制。同時,如果之前沒有設置接收模式的話,則根據(jù)從控制器25到處理器23的命令,收發(fā)器22被設置為接收模式。當接收到聲學信號時,第一設備1可以回復確認信號。在步驟56中,第二設備2 監(jiān)控無線信道(例如,射頻信道)以確定是否已經(jīng)在無線信道上接收到有效響應。在步驟 57中,第二設備2確定是否已經(jīng)接收到有效響應。如果已經(jīng)接收到有效響應信號(也就是說,包括在確認信號中的信息匹配最初從第二設備2生成的偽隨機密鑰和標識信息),則第二設備2就在步驟59中結束通過擴音器27的聲學信號傳輸并且將收發(fā)器22置于傳輸模式,其中通過主要通信信道在第一設備1和第二設備2之間建立安全鏈接。也就是說,當聲學信號傳輸結束時,準許通過在射頻信道上的無線通信鏈接、在第一設備1和第二設備2之間的數(shù)據(jù)交換。通過無線信道從第一設備1到第二設備2可以進行任意信息傳輸。從而, 第二設備2可以在從第一設備1接收到關于聲學信號的接收的響應之后立即變?yōu)椤安豢梢姟?模式。然而,如果第二設備2在步驟57中未能從第一設備1接收有效響應信號,則第二設備2在步驟58中就將聲學信號的音量提高預定級別并且操作返回到步驟M。依照本發(fā)明的實施例,聲學信號的音量逐漸提高,如圖6中所示。如果惡意方能夠截取或解碼由發(fā)送設備(即,第二設備2)發(fā)送的聲學信號,則無線鏈接的安全性就可能被打破。因此,依照本發(fā)明的實施例,應當以盡可能低的音量發(fā)射聲學信號以提高安全性。然而,第一設備1和第二設備2可以位于嘈雜的環(huán)境中。因此,為了確保鏈接建立,同時還最大化安全性,依照本發(fā)明的實施例,根據(jù)需要逐漸提高音量,如圖6 中所示。開始,第一設備1可以不能夠從低音量的聲學信號中提取信息。然而,如果聲學信號的信號級別變得足夠強以便被檢測到,則第一設備1能夠立即開始解碼數(shù)據(jù)并建立鏈接。當?shù)诙O備2通過射頻信道接收確認信號時,它中斷(discontinue)聲學信號傳輸。結果,聲學信號音量不會超過“足夠級別”。另外,惡意方通常位于遠端并需要較高音量的聲學信號以便截取。因此,上述的方法可以防止惡意方截取聲學信號。為了防止惡意方截取聲學信號,可以為聲學信號設置容許的最大音量。此外,可以設置最大聲學信號傳輸時間(transmission time)。例如,當超出最大音量或者最大時間二者之一時,可以終止鏈接建立過程。依照本發(fā)明的實施例,每次第二設備2嘗試新鏈接建立,它就生成新的密鑰,從而即使惡意方能夠截取密鑰,惡意方也無法使用截取的密鑰用于重復的鏈接建立。為了實時的可聽音調(diào)形成,優(yōu)選在5至15 MIPS(每秒百萬操作)范圍中的處理器容量。大多數(shù)這種類型的設備具有內(nèi)建的30 MIPS容量的微處理器,并且對于藍牙協(xié)議的全標實施來說容量更高。此外,如果設備內(nèi)建微處理器的容量低于所需容量,那么盡管不是基于實時,也仍然可以生成可聽音調(diào)。在這種情況下,依照本發(fā)明的實施例,可聽音調(diào)的讀數(shù)(readout)由微控制器預先生成并且記錄在設備短期存儲器中。此后,用于傳輸?shù)挠涗浶盘柋辉佻F(xiàn),例如,通過循環(huán)重復。在該實施方式中,在用戶已經(jīng)啟動配對過程的時刻與可聽音調(diào)再現(xiàn)開始的時刻之間可能存在較小的停頓(1-2秒)。然而,這樣的停頓對普通用戶來說幾乎無法察覺。需要注意的是,形成方法與聲學通信信號的內(nèi)容的細節(jié)可能有所不同,并且不特別地直接涉及本發(fā)明的主題。因此,不再對它們進行更具體的描述。實際上,數(shù)據(jù)傳輸距離取決于外部聲學噪聲的級別、可聽音調(diào)再現(xiàn)的音量、以及話筒敏感度。在許多情況下,實際距離可以降低至幾厘米,特別是在用于耳機和電話頭戴式耳機裝備中的低功率聲學換能器中。然而,這種狀況對于本發(fā)明實際上是有益的,因為它顯著地使得惡意方撿取密鑰信息變得復雜。此外,假定為了快速和安全建立通信鏈接,第一設備1和第二設備2被放置在聽音調(diào)的操作范圍內(nèi)(即,在近距離內(nèi))——在大約2-50cm的距離。這樣的位置對于類似設備來說很常見并且對用戶來說比較方便。在所示距離處,第一設備1的話筒17能夠毫無困難地檢測到由第二設備2發(fā)出的可聽音調(diào)。在設備之間最小距離的情況下,實際上惡意方不可能“截取”它們的配對(鏈接建立)。圖7是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例在第一設備中使用聲學信號建立無線通信鏈接的操作的流程圖。參考圖7,在圖5中示出的過程中,第二設備2將聲學信號發(fā)送到第一設備1。在步驟71中,第一設備1通過話筒17獲得聲學信號。ADC 16將接收到的可聽音調(diào)數(shù)字化,并且處理器13和控制器15讀出數(shù)字聲學信號并對數(shù)字聲學信號進行數(shù)字處理。具體地說, 在步驟72中嘗試同步序列檢測,并且在步驟73中確定是否已經(jīng)檢測到同步序列。如果在步驟73中尚未檢測到同步序列,則第一設備1在步驟71捕獲新的聲學信號。當檢測到同步序列時,在步驟74中,第一設備1通過信道均衡、噪聲去除和解碼來處理聲學信號。為了確定聲學信號是否匹配控制器15所知的預期通信信號,根據(jù)已知算法從聲學通信信號中提取偽隨機密鑰和標識信息。如果解碼失敗,則在步驟71中,第一設備1捕獲新的聲學信號。然而,如果解碼成功,則在步驟78中,第一設備1基于接收到的密鑰和設備標識信息在無線信道上生成并發(fā)送響應信號(即,確認)。在步驟79中,建立安全射頻鏈接,并且從而,在步驟79中,第一設備1在安全信道上與第二設備2進行通信。確認信號可以相應于用于在藍牙設備之間的連接過程中請求無線通信連接的請求信號。同時,確認信號可以包括關于第一設備1的標識信息。第一設備1和第二設備2之間的安全鏈接建立過程通過主要通信鏈接按照基本數(shù)據(jù)類型開始。如果收發(fā)器12先前沒有處于接收/發(fā)送模式,則處理器13根據(jù)從控制器15 接收到的命令執(zhí)行模式轉換。在主要通信信道上的安全鏈接建立過程可以是任意種類的——全部對稱類型(基于共享的私人密鑰)和不對稱類型(基于共享的私人密鑰和公共密鑰)。私人密鑰對基礎設備和第二設備2兩者都是已知的?;趥坞S機密鑰形成私人密鑰,該偽隨機密鑰由第二設備2生成并且在聲學通信鏈接上發(fā)送到第一設備1。在步驟78中,第一設備1的處理器13和控制器15基于私人密鑰生成確認信號 (響應于從第二設備2接收到聲學信號),并且第一設備1的收發(fā)器12置于傳輸模式。確認信號通過已知的方法發(fā)送到第一設備1的收發(fā)器12以及天線輸出。在接收模式下運行, 第二設備2的收發(fā)器22通過第二設備2的天線輸入接收信號、進行處理、并將其發(fā)送到處理器23。需要注意,通過主要通信鏈接的私人密鑰傳輸不是強制性的。例如,控制器25根據(jù)已知算法基于私人密鑰形成確認信號(即,預期的確認信號),并且將其與通過主要通信信道接收的類似信號進行比較。像聲學信號一樣,信號形成的方法和確認信號的內(nèi)容可以有所不同。在聲學信號音量逐漸提高期間,鏈接建立時間可以在一定的范圍內(nèi)稍微提高,但是因為第一設備1能夠以最小可能音量解碼可聽音調(diào),這可以顯著地使惡意方截取甚至檢測可聽音調(diào)變得復雜,所以它將改善鏈接建立的安全性。依照本發(fā)明的實施例,為了生成較長(并且可能不停止的)可聽音調(diào),可以使用兩種基本方法(a)循環(huán)重復一個相同的通信信號;以及(b)通過與前述同步序列重復交織,在通信信號形成期間以無限數(shù)量的“奇偶”數(shù)據(jù)應用誤差校正碼。用這樣的方式,可以達到較高級別的干擾免疫。然而,這些方法可能需要在全部第一設備1和第二設備2中的更多的計算資源。這些可聽音調(diào)的數(shù)字處理通常需要基礎設備中的處理器13的一些資源。這涉及到這樣的事實對于可聽音調(diào)的檢測或者解碼來說,通常需要以下操作-利用前述同步序列計算輸入信號的卷積;-實行數(shù)字濾波以去除噪聲和干擾;-在信道均衡器中實行均衡(以補償多徑聲音傳播影響);以及-為了誤差檢測和校正的目的,實行信號的前向誤差校正解碼。為了滿足所有這些要求,在第一設備1中使用具有50至150 MIPS容量的處理器。 然而,目前,這不是真正的限制,因為大多數(shù)現(xiàn)代智能電話和通信裝置都是在200至1000 MIPS處理器的基礎上設計而成的。而且,多數(shù)的廉價移動電話的現(xiàn)代模型具有容量大于100 MIPS的處理器,由此使得即使在這樣的廉價電話模型中也能夠使用給定的配對方法。受保護鏈接算法的具體實施例可以根據(jù)系統(tǒng)的加密抗耐性(crypto resistance) 的要求而有所不同。然而,將基于以可聽音調(diào)的形成發(fā)送的一個相同通信信號(第二設備 2中形成的私人密鑰)的應用來建立鏈接。在最簡單的情況下,在有限時間段內(nèi)(例如,5 秒),發(fā)送具有恒定功率的通信信號,這足以通過第一設備1的話筒17來檢測。
根據(jù)本發(fā)明的實施例建立無線通信鏈接的方法和無線通信系統(tǒng)縮短了受保護鏈接建立的時間,因為不需要設備檢測過程和PIN碼輸入。而且,由于排除了人工因素,所以上述實施例實際上將不正確PIN碼輸入(通信信號)的可能性降低至零,并且因為可聽音調(diào)可以包含較長密鑰,所以提高了鏈接的安全級別。另外,本發(fā)明的實施例實際上不會增加產(chǎn)品成本,因為它們使用現(xiàn)有硬件,并且僅需要對已經(jīng)內(nèi)建的軟件進行修改。盡管已經(jīng)參考基礎設備和第二設備在上面描述了本發(fā)明的實施例,但是只是為了方便而使用術語“第一”和“第二”。因此,本發(fā)明的實施例可應用于執(zhí)行如上述基礎設備和輔助設備的類似功能的任意設備。而且,盡管已經(jīng)在藍牙通信的上下文中描述了本發(fā)明的實施例,但是本發(fā)明的實施例可應用于其它射頻或者無線通信方案。雖然已經(jīng)參考本發(fā)明的一定實施例示出和描述了本發(fā)明,但是本領域技術人員將理解,在不脫離如所附權利要求及其等同物所定義的本發(fā)明的精神和范圍的情況下,可以在這里進行形式和細節(jié)上的各種改變。
權利要求
1.一種在包括擴音器的第一設備中使用聲學信號進行無線通信的方法,該方法包括 生成用于數(shù)據(jù)通信的連接信息;將所述連接信息轉換為所述聲學信號;以及使用所述擴音器將所述聲學信號發(fā)送到第二設備。
2.如權利要求1所述的方法,還包括 從第二設備接收確認信號;在無線通信信道上進行與第二設備的無線通信;以及中斷發(fā)送所述聲學信號。
3.如權利要求2所述的方法,其中,進行無線通信包括下列其中之一 使用射頻通信信道進行通信;以及使用聲學通信信道進行通信。
4.如權利要求2所述的方法,其中,進行無線通信包括由第一設備使用聲學通信信道的聲學信號傳輸頻帶進行發(fā)送;以及由第二設備使用所述聲學通信信道的不同聲學信號傳輸頻帶進行發(fā)送。
5.如權利要求2、3或4中任意一項所述的方法,其中,所述連接信息包括用于安全通信的密鑰信息以及關于第一設備的標識信息,并且所述確認信號包括所述密鑰信息、關于第一設備的標識信息、以及關于第二設備的標識信息。
6.如權利要求1至4中任意一項所述的方法,其中,所述連接信息包括關于第一設備的標識信息。
7.如權利要求1至4中任意一項所述的方法,其中,所述連接信息包括偽隨機密鑰。
8.如權利要求1至4中任意一項所述的方法,還包括當沒有從第二設備接收到確認信號時,逐漸提高所述聲學信號的音量。
9.一種在包括話筒的第一設備中使用聲學信號進行無線通信的方法,包括 使用所述話筒接收所述聲學信號;從接收到的聲學信號中提取用于數(shù)據(jù)通信的連接信息; 根據(jù)所提取的連接信息生成確認信號;以及在無線通信信道上將確認信號發(fā)送到第二設備。
10.如權利要求9所述的方法,其中,在所述無線通信信道上發(fā)送所述確認信號包括下列其中之一在射頻通信信道上發(fā)送所述確認信號;以及在聲學通信信道上發(fā)送所述確認信號。
11.如權利要求9所述的方法,還包括在所述無線通信信道上與第二設備進行無線通
12.如權利要求11所述的方法,其中,在所述無線通信信道上與第二設備進行無線通信包括由第一設備使用聲學通信信道的聲學信號傳輸頻帶進行發(fā)送;以及由第二設備使用所述聲學通信信道的不同聲學信號傳輸頻帶進行發(fā)送。
13.如權利要求9-12中任意一項所述的方法,其中,所述確認信號包括關于第一設備的標識信息。
14.如權利要求9-12中任意一項所述的方法,其中,所述連接信息包括用于安全通信的密鑰信息以及關于所述設備的標識信息,所述確認信號包括所述密鑰信息、關于第二設備的標識信息、以及關于第一設備的標識信息。
15.一種在包括第一設備和第二設備的系統(tǒng)中使用聲學信號進行無線通信的方法,第一設備包括擴音器,第二設備包括話筒,所述方法包括由第一設備生成無線通信信息;由第一設備將所述無線通信信息轉換為所述聲學信號;由第一設備使用所述擴音器將所述聲學信號發(fā)送到第二設備;由第二設備使用所述話筒接收所述聲學信號;由第二設備從所述聲學信號中提取所述無線通信信息;由第二設備根據(jù)所提取的無線通信信息生成確認信號;以及由第二設備在無線通信信道上將所述確認信號發(fā)送到第一設備。
16.如權利要求15所述的方法,其中,所述無線通信信息包括用于安全通信的密鑰信息和關于第一設備的標識信息。
17.如權利要求16所述的方法,其中,所述密鑰信息包括偽隨機密鑰。
18.如權利要求16所述的方法,其中,所述確認信號包括所述密鑰信息、關于第一設備的標識信息、以及關于第二設備的標識信息。
19.如權利要求15所述的方法,還包括 由第一設備從第二設備接收所述確認信號;由第一設備在所述無線通信信道上與第二設備進行無線通信;以及由第一設備中斷所述聲學信號的發(fā)送。
20.如權利要求15-19中任意一項所述的方法,其中,在所述無線通信信道上與第二設備進行無線通信包括由第一設備使用聲學通信信道的聲學信號傳輸頻帶進行發(fā)送;以及由第二設備使用所述聲學通信信道的不同聲學信號傳輸頻帶進行發(fā)送。
21.如權利要求15-19中任意一項所述的方法,還包括當沒有從第二設備接收到所述確認信號時,由第一設備逐漸提高所述聲學信號的音量。
22.如權利要求15-19中任意一項所述的方法,其中,在所述無線通信信道上發(fā)送所述確認信號包括下列其中之一在射頻通信信道上發(fā)送所述確認信號;以及在聲學通信信道上發(fā)送所述確認信號。
23.一種使用聲學信號以鏈接到另一設備的無線通信設備,包括處理器,其生成用于在所述無線通信設備與另一設備之間進行數(shù)據(jù)通信的連接信息, 并將所述連接信息轉換為所述聲學信號;轉換器,其將所述聲學信號轉換為模擬信號;以及擴音器,其根據(jù)所述模擬信號生成可聽音調(diào)以便由所述另一設備接收。
24.如權利要求23所述的無線通信設備,其中,所述連接信息包括關于所述無線通信設備的標識信息。
25.如權利要求23所述的無線通信設備,其中,所述連接信息包括偽隨機密鑰。
26.如權利要求23至25中任意一項所述的無線通信設備,其中,當沒有由所述無線通信設備接收到確認信號時,所述處理器逐漸提高所述可聽音調(diào)的音量。
27.一種使用聲學信號以鏈接到另一設備的無線通信設備,包括 話筒,其從所述另一設備接收所述聲學信號;轉換器,其將接收到的聲學信號轉換為數(shù)字信號;處理器,其從所述聲學信號中提取用于與所述另一設備進行數(shù)據(jù)通信的連接信息,并根據(jù)提取的連接信息生成確認信號;以及發(fā)射機,其在無線通信信道上將所述確認信號發(fā)送到所述另一設備。
28.如權利要求27所述的無線通信設備,其中,所述無線通信信道包括下列其中之一 射頻通信信道;以及聲學通信信道,并且所以所述發(fā)射機包括下列其中之一 射頻發(fā)射機;以及擴音器。
29.如權利要求27或觀所述的無線通信設備,其中,所述確認信號包括關于所述無線通信設備的標識信息。
30.一種使用聲學信號用于建立通信鏈接的無線通信裝置,包括第一設備,其生成無線通信信息,將所述無線通信信息轉換為所述聲學信號,并使用擴音器發(fā)送所述聲學信號;以及;第二設備,其使用話筒接收所述聲學信號,從接收到的聲學信號中提取所述無線通信信息,根據(jù)所提取的無線通信信息生成確認信號,并在無線通信信道上將所述確認信號發(fā)送到第一設備。
31.如權利要求30所述的無線通信裝置,其中,所述無線通信信息包括 密鑰信息,用于安全通信;以及關于第一設備的標識信息,以及其中所述確認信號包括 所述密鑰信息;所述關于第一設備的標識信息;以及關于第二設備的標識信息。
32.如權利要求30所述的無線通信裝置,其中,所述密鑰信息包括偽隨機密鑰。
33.如權利要求30至32中任意一項所述的無線通信裝置,其中,當沒有從第二設備接收到確認信號時,第一設備逐漸提高所述聲學信號的音量。
34.如權利要求30至32中任意一項所述的無線通信裝置,其中,所述無線通信信道包括下列其中之一射頻通信信道;以及聲學通信信道。
35.如權利要求30至32中任意一項所述的無線通信裝置,其中,所述無線通信信道包括聲學通信信道,其中,針對第一設備和第二設備設置不同的聲學信號傳輸頻帶t
全文摘要
一種在包括第一設備和第二設備的系統(tǒng)中使用聲學信號進行無線通信的裝置和方法,第一設備包括擴音器,第二設備包括話筒。第一設備生成無線通信信息,將無線通信信息轉換為聲學信號,以及使用擴音器將聲學信號發(fā)送到第二設備。第二設備使用話筒接收聲學信號,從聲學信號中提取無線通信信息,根據(jù)所提取的無線通信信息生成確認信號,以及在無線通信信道上將所述確認信號發(fā)送到第一設備。
文檔編號H04B11/00GK102273106SQ200980153429
公開日2011年12月7日 申請日期2009年10月22日 優(yōu)先權日2008年10月31日
發(fā)明者樸勝建, 李相默, 李起相, 瑟吉.治德科夫, 鄭熙遠, 高俊豪 申請人:三星電子株式會社