發射設備、接收設備、通信系統及其控制方法
2023-09-20 05:40:15 1
發射設備、接收設備、通信系統及其控制方法
【專利摘要】提供了發射設備、接收設備、通信系統及其控制方法。該發射設備用於建立限定區域內的安全的無線通信網絡，包括：一個或多個發射器，配置為發射無線信號，以利用所述無線信號的覆蓋範圍來建立所述限定區域；密鑰生成單元，配置為生成應用於所述無線信號的密鑰；密鑰編碼單元，配置為將所述密鑰編碼為密鑰幀；以及，密鑰調度單元，配置為對所述密鑰幀進行調度，以控制由所述發射器發射包含所述密鑰幀的無線信號。通過根據本發明實施例的發射設備、接收設備、通信系統及其控制方法，可以通過簡單的配置實現限定區域內的高速、安全、快捷和方便的無線通信網絡。
【專利說明】發射設備、接收設備、通信系統及其控制方法
【技術領域】
[0001]本發明總的來說涉及通信領域，且更具體地說涉及用於實現限定區域的安全的無線通信網絡的發射設備、接收設備、通信系統及其控制方法。
【背景技術】
[0002]隨著網絡技術的高速發展，在越來越多的地方建立了無線通信網絡，這種無線通信網絡可以覆蓋一定的範圍，以供該範圍內的通信設備通信使用。
[0003]為了便於用戶的使用，這種無線通信網絡通常具有很高的開放性，但是這又會使無線通信網絡面臨普遍的安全威脅。特別是，當在某個公司或者家庭內部構建這種無線通信網絡時，希望能夠獲得更高的安全性。
[0004]並且，這種無線通信網絡的覆蓋區域通常沒有明顯的邊界，其覆蓋區域在很大程度上依賴於基礎設施，例如無線發射器的功率。
[0005]在當前的 無線通信網絡中，可以通過無線電頻率安全設備(RFSD =RadioFrequency Safe Device)系統來提供無線區域網(WLAN:Wireless Local Area Netword)的定義的周邊安全。這種無線電頻率安全設備系統可以在無線通信網絡的覆蓋範圍內建立一個安全區，從而限定出物理隔離的WLAN和其相關的網絡流量。該無線電頻率安全設備系統通過消除數據和截取無線電波，以確保安全區域內唯一授權的無線設備連接，從而實現無線周邊安全。
[0006]但是，這種無線電頻率安全設備系統的工作原理較為複雜，使得其結構複雜且成本較高，用戶在使用上會遇到諸多不便。
[0007]因此，需要用於實現限定區域的高速、安全、快捷和方便的無線通信網絡的方案、
【發明內容】
[0008]因此，針對上述現有技術中存在的問題和需求做出本發明。
[0009]本發明實施例的目的是提供用於實現限定區域的安全的無線通信網絡的發射設備、接收設備、通信系統及其控制方法。
[0010]根據本發明實施例的一個方面，提供了一種發射設備，用於建立限定區域內的安全的無線通信網絡，所述發射設備包括:一個或多個發射器，配置為發射無線信號，以利用所述無線信號的覆蓋範圍來建立所述限定區域；密鑰生成單元，配置為生成應用於所述無線信號的密鑰；密鑰編碼單元，配置為將所述密鑰編碼為密鑰幀；密鑰調度單元，配置為對所述密鑰幀進行調度，以控制由所述發射器發射包含所述密鑰幀的無線信號。
[0011 ] 在上述發射設備中，所述無線信號是紅外信號。
[0012]在上述發射設備中，一個紅外發射器的覆蓋範圍由以下公式I限定:
[_ pR …Pd⑷ xYnPt
[0014]其中，A^s是距離的削弱係數，d是到發射器的距離，Aw,是發射器發射角度距離中心線的削減係數，a 是發射器的發射角度(距離中心線)，Aw是一個LED的發射功率與電流關係圖，N是紅外LED的數量，Pk是在某一點的紅外接收器的實際接收功率，O是其它參數；以及，其中，當某點的接收功率Pk大於一閾值功率時，該點處於所述無線通信網絡的覆蓋範圍內。
[0015]在上述發射設備中，兩個或兩個以上的紅外發射器的覆蓋範圍由每個紅外發射器的發射角度(a )、每個紅外發射器的發射距離(d)、每個紅外發射器的發射功率(I, Pt, Pr。)
以及每個紅外發射器的位置和朝向)限定。
[0016]在上述發射設備中，所述密鑰生成單元配置為由真正的隨機噪聲生成所述密鑰。
[0017]在上述發射設備中，所述密鑰生成單元配置為實時地生成所述密鑰。
[0018]在上述發射設備中，所述密鑰幀具有由如下構成的幀結構:報頭、發射器ID、幀序列號、時間戳、用戶設計、接收信息、密鑰、自校驗碼。
[0019]根據本發明實施例的另一方面，提供了一種接收設備，用於接收由上述發射設備發射的無線信號，以接入通過上述無線信號建立的無線通信網絡，所述接收設備包括:接收器，用於接收所述無線信號；密鑰解碼單元，用於對所述無線信號中的密鑰幀進行解碼以獲得密鑰；時序調整和同步單元，用於對獲得的多個密鑰進行時序調整以同步所述多個密鑰；區域密鑰生成單元，用於由所同步的多個密鑰生成區域密鑰；以及，網絡接入單元，用於基於所述區域密鑰接入所述無線通信網絡。
[0020]根據本發明實施例的再一方面，提供了一種無線通信系統，用於建立限定區域內的安全的無線通信網絡，所述無線通信系統包括:發射設備，用於建立限定區域內的安全的無線通信網絡，包括:一個或多個發射器，用於發射無線信號，以利用所述無線信號的覆蓋範圍來建立限定區域；密鑰生成單元，用於生成應用於所述無線信號的密鑰；密鑰編碼單元，用於將所述密鑰編碼為密鑰幀；密鑰調度單元，用於對所述密鑰幀進行調度，以控制由所述發射器發射包含所述密鑰幀的無線信號；以及，接收設備，用於接收由所述發射設備發射的無線信號，以接入通過所述無線信號建立的無線通信網絡，包括:接收器，用於接收所述無線信號；密鑰解碼單元，用於對所述無線信號中的密鑰幀進行解碼以獲得密鑰；時序調整和同步單元，用於對獲得的多個密鑰進行時序調整以同步所述多個密鑰；區域密鑰生成單元，用於由所同步的多個密鑰生成區域密鑰；以及，網絡接入單元，用於基於所述區域密鑰接入所述無線通信網絡。
[0021]根據本發明實施例的又一方面，提供了一種無線通信系統的控制方法，用於建立限定區域內的安全的無線通信網絡，所述控制方法包括:發射無線信號以利用所述無線信號的覆蓋範圍來建立限定區域；生成應用於所述無線信號的密鑰；將所述密鑰編碼為密鑰幀；對所述密鑰幀進行調度以控制所發射的包含所述密鑰幀的無線信號；接收所述無線信號；對所述無線信號中的密鑰幀進行解碼以獲得密鑰；對獲得的多個密鑰進行時序調整以同步所述多個密鑰；由所同步的多個密鑰生成區域密鑰；以及，基於所述區域密鑰接入所述無線通信網絡。
[0022]通過根據本發明實施例的發射設備、接收設備、通信系統及其控制方法，可以通過簡單的配置實現限定區域內的高速、安全、快捷和方便的無線通信網絡。
【專利附圖】
【附圖說明】[0023]為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0024]圖1是根據本發明實施例的建立的限定區域的無線通信網絡的示意圖；
[0025]圖2是示出根據本發明實施例的發射設備的示意性框圖；
[0026]圖3A和圖3B是示出了一個紅外發射器件的相關參數的示意圖；
[0027]圖4A到圖4D是示出由兩個或多個紅外發射器限定出的區域的示意圖；
[0028]圖5是示出根據本發明實施例的發射設備中的密鑰幀格式的示意圖；
[0029]圖6是示出根據本發明實施例的接收設備的示意性框圖。
【具體實施方式】
[0030]下面，將結合附圖詳細描述根據本發明實施例的發射設備、接收設備、通信系統及其控制方法。
[0031]圖1是根據本發明實施例的建立的限定區域的無線通信網絡的示意圖。如圖1所示，在本發明的實施例中，通過I號發射器和2號發射器的發射信號的覆蓋範圍來建立限定區域中的無線通信網絡，並且在上述通信網絡中，只有當某接收器在限定區域範圍內時，才可以加入上述無線網絡從而與區域內其他接收器進行相互通信，而區域外的接收器則不能加入上述無線網絡，從而不能與限定區域內的接收器進行通信。
[0032]通過利用發射器的發射信號的覆蓋範圍來建立限定區域中的無線通信網絡，本發明實施例的方案的實質是在物理層上建立一限定區域的安全的無線通信網絡。
[0033]根據本發明實施例的一個方面，提供了一種發射設備，用於建立限定區域內的安全的無線通信網絡，所述發射設備包括:一個或多個發射器，用於發射無線信號，以利用所述無線信號的覆蓋範圍來建立限定區域；密鑰生成單元，用於生成應用於所述無線信號的密鑰；密鑰編碼單元，用於將所述密鑰編碼為密鑰幀；密鑰調度單元，用於對所述密鑰幀進行調度，以控制由所述發射器發射包含所述密鑰幀的無線信號。
[0034]圖2是示出根據本發明實施例的發射設備的示意性框圖。如圖2所示，根據本發明實施例的發射設備100用於建立限定區域內的安全的無線通信網絡，其包括:一個或多個發射器101，用於發射無線信號，以利用該無線信號的覆蓋範圍來建立限定區域；密鑰生成單元102，用於生成應用於由發射器101所發射的無線信號的密鑰；密鑰編碼單元103，用於將由密鑰生成單元102生成的密鑰編碼為密鑰幀；密鑰調度單元104，用於對由密鑰編碼單元103產生的密鑰幀進行調度，以控制發射器101發射包含該密鑰幀的無線信號。
[0035]在根據本發明實施例的發射設備中，可以採用紅外發射器來構建限定區域的無線通信網絡，這是由於紅外光具有一定的特性。首先，由於紅外光的不可見光，所構建的無線通信網絡不會對人類的視覺造成影響。並且，由於紅外光的直線傳播特徵，通過調整紅外發射器的發射角度，可以精確地控制所限定區域的區域邊界。另外，紅外光的發光特性使得發射信號可以被編碼，從而可以在所發射的紅外信號中嵌入紅外密鑰，以提高所建立的無線通信網絡的安全性。
[0036]在本發明的實施例中，在利用紅外發射器的紅外特性建立限定區域內的無線通信網絡時，可以利用一個紅外發射器，也可以利用兩個或者多個紅外發射器。
[0037]如上所述，無線通信網絡的覆蓋區域在很大程度上依賴於用於發射無線信號的發射器的功率，在上述本發明的實施例中，在利用一個紅外發射器構建限定區域的無線通信網絡時，也可以類似地利用紅外發射器的功率來限定所述區域的區域邊界。
[0038]具體地說，紅外信號的覆蓋範圍內某一點的接收功率可由以下公式I來計算:
[_] PR=CJX X ZA, pTin Pnuqi)公式 I
[0040]其中，P%s是距離的削弱係數，d是到發射器的距離，八^唚是發射器發射角度距離中心線的削減係數，如圖3A所示，Cift是發射器的發射角度(距離中心線是一個LED的發射功率與電流關係圖，如圖3B所示。N是紅外LED的數量，Pk是在某一點的紅外接收器的實際接收功率，O是其它參數，例如，O可以是傳播介質對紅外發射功率的影響(空氣粉塵濃度，水蒸汽濃度等)，此外，O也可以是不用的LED器件本身對自身發射功率的誤差。
[0041]這裡，令Pki為閾值功率，則當某一點的接收功率Pk > Peo時，可以認為該點處於所建立的無線通信網絡的覆蓋範圍內。例如，在根據本發明的實施例中，可以將Pki設置為0.2mW/m2。
[0042]如上所述，圖3A和圖3B是示出了一個紅外發射器件的相關參數的示意圖。具體地說，例如針對單一 LED的紅外發射器件，圖3A是發射器發射角度距離中心線的削減係數不意圖，而圖3B是LED的發射功率與電流的關係圖。
[0043]此外，在根據本發明的實施例中，也可以採用兩個或多個紅外發射器來建立限定區域的無線通信網絡，以採用兩個紅外發射器為例，在限定所建立的區域的範圍時，可以首先確定在平面上的一個紅外發射器的覆蓋範 圍，隨後確定兩個紅外發射器的朝向，之後確定兩個紅外發射器的重疊覆蓋區域。這裡，所建立的區域具體與紅外發射器的以下參數相關:紅外發射器的發射角度(a)、紅外發射器的發射距離(d)、紅外發射器的發射功率(I，Pt，Pr。)以及紅外發射器的位置和朝向(x，y，p )。
[0044]圖4A到圖4D是示出由兩個或多個紅外發射器限定出的區域的示意圖。如圖4A所示，當兩個紅外發射器相對放置，並且將每個紅外發射器的發射角度調節為直角時，由兩個紅外發射器的發射信號所限定的區域是如圖所示的矩形。如圖4B所示，當兩個紅外發射器相對放置，且每個紅外發射器的發射角度改變時，例如，改變為小於90度的角，由兩個紅外發射器的發射信號所限定的區域是如圖所示的四邊形。如圖4C所示，當兩個紅外發射器並排放置，並且向同一方向發射紅外信號時，可以建立如圖所示的三角形區域，這裡，圖4C中的三角形區域的另一邊可以由實際應用場景中的障礙物，比如牆壁來限定。如圖4D所示，採用三個紅外發射器，就可以構造如圖所示的六邊形區域。這裡，本領域技術人員可以理解，通過選擇紅外發射器的數目、放置位置以及發射角度，可以構造出任意多邊形的區域。
[0045]在上述圖4A到圖4D的示意圖中，為了簡單起見，沒有考慮每個發射器的發射功率對於所建立的區域範圍的影響。事實上，本領域技術人員可以適當地選擇紅外發射器的發射功率以及所限定的區域的大小，從而使得紅外發射器的發射功率足以覆蓋所建立的區域範圍。
[0046]在考慮紅外發射器的功率的情況下,假設在一個坐標系中存在一個紅外發射器，其位置由丨表示，其中，乂44是該紅外發射器的坐標，而L是該紅外發射器相對於坐標系原點的向量。以同樣的方式，將其它紅外發射器的位置表示為盡)UoUtl) A(X1J1^1)等，這樣，上述紅外發射器的接收功率可以由下面的公式2和公式3表示:
【權利要求】
1.一種發射設備，用於建立限定區域內的安全的無線通信網絡，所述發射設備包括: 一個或多個發射器，配置為發射無線信號，以利用所述無線信號的覆蓋範圍來建立所述限定區域； 密鑰生成單元，配置為生成應用於所述無線信號的密鑰； 密鑰編碼單元，配置為將所述密鑰編碼為密鑰幀； 密鑰調度單元，配置為對所述密鑰幀進行調度，以控制由所述發射器發射包含所述密鑰幀的無線信號。
2.如權利要求1所述的發射設備，其中，所述無線信號是紅外信號。
3.如權利要求2所述的發射設備，其中，一個紅外發射器的覆蓋範圍由以下公式I限定: PR=σ*ρD(d)*∑NPT(I)ρTr(aTr)公式 1 其中，是距離的削弱係數，d是到發射器的距離，Arw是發射器發射角度距離中心線的削減係數，Oft是發射器的發射角度(距離中心線)，A,,是一個LED的發射功率與電流關係圖，N是紅外LED的數量，Pk是在某一點的紅外接收器的實際接收功率，0是其它參數；以及 其中，當某點的接收功率Pk大於一閾值功率時，該點處於所述無線通信網絡的覆蓋範圍內。
4.如權利要求2所述的發射設備，其中，兩個或兩個以上的紅外發射器的覆蓋範圍由每個紅外發射器的發射角度(《)、每個紅外發射器的發射距離(d)、每個紅外發射器的發射功率(I，Pt，Prtl)以及每個紅外發射器的位置和朝向限定。
5.如權利要求1所述的發射設備，其中，所述密鑰生成單元配置為由真正的隨機噪聲生成所述密鑰。
6.如權利要求1所述的發射設備，其中，所述密鑰生成單元配置為實時地生成所述密鑰。
7.如權利要求1所述的發射設備，其中，所述密鑰幀具有由如下構成的幀結構:報頭、發射器ID、幀序列號、時間戳、用戶設計、接收信息、密鑰、自校驗碼。
8.一種接收設備，用於接收由如權利要求1所述的發射設備發射的無線信號，以接入通過所述無線信號建立的無線通信網絡，所述接收設備包括: 接收器，用於接收所述無線信號； 密鑰解碼單元，用於對所述無線信號中的密鑰幀進行解碼以獲得密鑰； 時序調整和同步單元，用於對獲得的多個密鑰進行時序調整以同步所述多個密鑰； 區域密鑰生成單元，用於由所同步的多個密鑰生成區域密鑰； 網絡接入單元，用於基於所述區域密鑰接入所述無線通信網絡。
9.一種無線通信系統，用於建立限定區域內的安全的無線通信網絡，所述無線通信系統包括: 發射設備，用於建立限定區域內的安全的無線通信網絡，包括: 一個或多個發射器，用於發射無線信號，以利用所述無線信號的覆蓋範圍來建立限定區域；密鑰生成單元，用於生成應用於所述無線信號的密鑰； 密鑰編碼單元，用於將所述密鑰編碼為密鑰幀； 密鑰調度單元，用於對所述密鑰幀進行調度，以控制由所述發射器發射包含所述密鑰幀的無線信號；以及 接收設備，用於接收由所述發射設備發射的無線信號，以接入通過所述無線信號建立的無線通信網絡，包括: 接收器，用於接收所述無線信號； 密鑰解碼單元，用於對所述無線信號中的密鑰幀進行解碼以獲得密鑰； 時序調整和同步單元，用於對獲得的多個密鑰進行時序調整以同步所述多個密鑰； 區域密鑰生成單元，用於由所同步的多個密鑰生成區域密鑰； 網絡接入單元，用於基於所述區域密鑰接入所述無線通信網絡。
10.一種無線通信系統的控制方法，用於建立限定區域內的安全的無線通信網絡，所述控制方法包括: 發射無線信號以利用所述無線信號的覆蓋範圍來建立限定區域； 生成應用於所述無線信號的密鑰； 將所述密鑰編碼為密鑰幀； 對所述密鑰幀進行調度以控制所發射的包含所述密鑰幀的無線信號； 接收所述無線信號； 對所述無線信號中的密鑰幀進行解碼以獲得密鑰； 對獲得的多個密鑰進行時序調整以同步所述多個密鑰； 由所同步的多個密鑰生成區域密鑰；以及 基於所述區域密鑰接入所述無線通信網絡。
【文檔編號】H04W12/04GK103491534SQ201210195084
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2012年6月13日 優先權日:2012年6月13日
【發明者】孫琰, 王煒, 於海華, 笪斌 申請人:株式會社理光