發(fā)射設備、接收設備、通信系統(tǒng)及其控制方法
【專利摘要】提供了發(fā)射設備、接收設備、通信系統(tǒng)及其控制方法。該發(fā)射設備用于建立限定區(qū)域內(nèi)的安全的無線通信網(wǎng)絡,包括:一個或多個發(fā)射器,配置為發(fā)射無線信號,以利用所述無線信號的覆蓋范圍來建立所述限定區(qū)域;密鑰生成單元,配置為生成應用于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(diào)度單元,配置為對所述密鑰幀進行調(diào)度,以控制由所述發(fā)射器發(fā)射包含所述密鑰幀的無線信號。通過根據(jù)本發(fā)明實施例的發(fā)射設備、接收設備、通信系統(tǒng)及其控制方法,可以通過簡單的配置實現(xiàn)限定區(qū)域內(nèi)的高速、安全、快捷和方便的無線通信網(wǎng)絡。
【專利說明】發(fā)射設備、接收設備、通信系統(tǒng)及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明總的來說涉及通信領(lǐng)域,且更具體地說涉及用于實現(xiàn)限定區(qū)域的安全的無線通信網(wǎng)絡的發(fā)射設備、接收設備、通信系統(tǒng)及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著網(wǎng)絡技術(shù)的高速發(fā)展,在越來越多的地方建立了無線通信網(wǎng)絡,這種無線通信網(wǎng)絡可以覆蓋一定的范圍,以供該范圍內(nèi)的通信設備通信使用。
[0003]為了便于用戶的使用,這種無線通信網(wǎng)絡通常具有很高的開放性,但是這又會使無線通信網(wǎng)絡面臨普遍的安全威脅。特別是,當在某個公司或者家庭內(nèi)部構(gòu)建這種無線通信網(wǎng)絡時,希望能夠獲得更高的安全性。
[0004]并且,這種無線通信網(wǎng)絡的覆蓋區(qū)域通常沒有明顯的邊界,其覆蓋區(qū)域在很大程度上依賴于基礎設施,例如無線發(fā)射器的功率。
[0005]在當前的 無線通信網(wǎng)絡中,可以通過無線電頻率安全設備(RFSD =RadioFrequency Safe Device)系統(tǒng)來提供無線局域網(wǎng)(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(tǒng)可以在無線通信網(wǎng)絡的覆蓋范圍內(nèi)建立一個安全區(qū),從而限定出物理隔離的WLAN和其相關(guān)的網(wǎng)絡流量。該無線電頻率安全設備系統(tǒng)通過消除數(shù)據(jù)和截取無線電波,以確保安全區(qū)域內(nèi)唯一授權(quán)的無線設備連接,從而實現(xiàn)無線周邊安全。
[0006]但是,這種無線電頻率安全設備系統(tǒng)的工作原理較為復雜,使得其結(jié)構(gòu)復雜且成本較高,用戶在使用上會遇到諸多不便。
[0007]因此,需要用于實現(xiàn)限定區(qū)域的高速、安全、快捷和方便的無線通信網(wǎng)絡的方案、
【發(fā)明內(nèi)容】
[0008]因此,針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題和需求做出本發(fā)明。
[0009]本發(fā)明實施例的目的是提供用于實現(xiàn)限定區(qū)域的安全的無線通信網(wǎng)絡的發(fā)射設備、接收設備、通信系統(tǒng)及其控制方法。
[0010]根據(jù)本發(fā)明實施例的一個方面,提供了一種發(fā)射設備,用于建立限定區(qū)域內(nèi)的安全的無線通信網(wǎng)絡,所述發(fā)射設備包括:一個或多個發(fā)射器,配置為發(fā)射無線信號,以利用所述無線信號的覆蓋范圍來建立所述限定區(qū)域;密鑰生成單元,配置為生成應用于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(diào)度單元,配置為對所述密鑰幀進行調(diào)度,以控制由所述發(fā)射器發(fā)射包含所述密鑰幀的無線信號。
[0011 ] 在上述發(fā)射設備中,所述無線信號是紅外信號。
[0012]在上述發(fā)射設備中,一個紅外發(fā)射器的覆蓋范圍由以下公式I限定:
[_ pR …Pd⑷ xYnPt
[0014]其中,A^s是距離的削弱系數(shù),d是到發(fā)射器的距離,Aw,是發(fā)射器發(fā)射角度距離中心線的削減系數(shù),a 是發(fā)射器的發(fā)射角度(距離中心線),Aw是一個LED的發(fā)射功率與電流關(guān)系圖,N是紅外LED的數(shù)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(shù);以及,其中,當某點的接收功率Pk大于一閾值功率時,該點處于所述無線通信網(wǎng)絡的覆蓋范圍內(nèi)。
[0015]在上述發(fā)射設備中,兩個或兩個以上的紅外發(fā)射器的覆蓋范圍由每個紅外發(fā)射器的發(fā)射角度(a )、每個紅外發(fā)射器的發(fā)射距離(d)、每個紅外發(fā)射器的發(fā)射功率(I, Pt, Pr。)
以及每個紅外發(fā)射器的位置和朝向)限定。
[0016]在上述發(fā)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(fā)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(fā)射設備中,所述密鑰幀具有由如下構(gòu)成的幀結(jié)構(gòu):報頭、發(fā)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(jù)本發(fā)明實施例的另一方面,提供了一種接收設備,用于接收由上述發(fā)射設備發(fā)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(wǎng)絡,所述接收設備包括:接收器,用于接收所述無線信號;密鑰解碼單元,用于對所述無線信號中的密鑰幀進行解碼以獲得密鑰;時序調(diào)整和同步單元,用于對獲得的多個密鑰進行時序調(diào)整以同步所述多個密鑰;區(qū)域密鑰生成單元,用于由所同步的多個密鑰生成區(qū)域密鑰;以及,網(wǎng)絡接入單元,用于基于所述區(qū)域密鑰接入所述無線通信網(wǎng)絡。
[0020]根據(jù)本發(fā)明實施例的再一方面,提供了一種無線通信系統(tǒng),用于建立限定區(qū)域內(nèi)的安全的無線通信網(wǎng)絡,所述無線通信系統(tǒng)包括:發(fā)射設備,用于建立限定區(qū)域內(nèi)的安全的無線通信網(wǎng)絡,包括:一個或多個發(fā)射器,用于發(fā)射無線信號,以利用所述無線信號的覆蓋范圍來建立限定區(qū)域;密鑰生成單元,用于生成應用于所述無線信號的密鑰;密鑰編碼單元,用于將所述密鑰編碼為密鑰幀;密鑰調(diào)度單元,用于對所述密鑰幀進行調(diào)度,以控制由所述發(fā)射器發(fā)射包含所述密鑰幀的無線信號;以及,接收設備,用于接收由所述發(fā)射設備發(fā)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(wǎng)絡,包括:接收器,用于接收所述無線信號;密鑰解碼單元,用于對所述無線信號中的密鑰幀進行解碼以獲得密鑰;時序調(diào)整和同步單元,用于對獲得的多個密鑰進行時序調(diào)整以同步所述多個密鑰;區(qū)域密鑰生成單元,用于由所同步的多個密鑰生成區(qū)域密鑰;以及,網(wǎng)絡接入單元,用于基于所述區(qū)域密鑰接入所述無線通信網(wǎng)絡。
[0021]根據(jù)本發(fā)明實施例的又一方面,提供了一種無線通信系統(tǒng)的控制方法,用于建立限定區(qū)域內(nèi)的安全的無線通信網(wǎng)絡,所述控制方法包括:發(fā)射無線信號以利用所述無線信號的覆蓋范圍來建立限定區(qū)域;生成應用于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(diào)度以控制所發(fā)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(diào)整以同步所述多個密鑰;由所同步的多個密鑰生成區(qū)域密鑰;以及,基于所述區(qū)域密鑰接入所述無線通信網(wǎng)絡。
[0022]通過根據(jù)本發(fā)明實施例的發(fā)射設備、接收設備、通信系統(tǒng)及其控制方法,可以通過簡單的配置實現(xiàn)限定區(qū)域內(nèi)的高速、安全、快捷和方便的無線通信網(wǎng)絡。
【專利附圖】
【附圖說明】[0023]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案,下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)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(fā)明的一些實施例,對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講,在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下,還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0024]圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的建立的限定區(qū)域的無線通信網(wǎng)絡的示意圖;
[0025]圖2是示出根據(jù)本發(fā)明實施例的發(fā)射設備的示意性框圖;
[0026]圖3A和圖3B是示出了一個紅外發(fā)射器件的相關(guān)參數(shù)的示意圖;
[0027]圖4A到圖4D是示出由兩個或多個紅外發(fā)射器限定出的區(qū)域的示意圖;
[0028]圖5是示出根據(jù)本發(fā)明實施例的發(fā)射設備中的密鑰幀格式的示意圖;
[0029]圖6是示出根據(jù)本發(fā)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(jié)合附圖詳細描述根據(jù)本發(fā)明實施例的發(fā)射設備、接收設備、通信系統(tǒng)及其控制方法。
[0031]圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的建立的限定區(qū)域的無線通信網(wǎng)絡的示意圖。如圖1所示,在本發(fā)明的實施例中,通過I號發(fā)射器和2號發(fā)射器的發(fā)射信號的覆蓋范圍來建立限定區(qū)域中的無線通信網(wǎng)絡,并且在上述通信網(wǎng)絡中,只有當某接收器在限定區(qū)域范圍內(nèi)時,才可以加入上述無線網(wǎng)絡從而與區(qū)域內(nèi)其他接收器進行相互通信,而區(qū)域外的接收器則不能加入上述無線網(wǎng)絡,從而不能與限定區(qū)域內(nèi)的接收器進行通信。
[0032]通過利用發(fā)射器的發(fā)射信號的覆蓋范圍來建立限定區(qū)域中的無線通信網(wǎng)絡,本發(fā)明實施例的方案的實質(zhì)是在物理層上建立一限定區(qū)域的安全的無線通信網(wǎng)絡。
[0033]根據(jù)本發(fā)明實施例的一個方面,提供了一種發(fā)射設備,用于建立限定區(qū)域內(nèi)的安全的無線通信網(wǎng)絡,所述發(fā)射設備包括:一個或多個發(fā)射器,用于發(fā)射無線信號,以利用所述無線信號的覆蓋范圍來建立限定區(qū)域;密鑰生成單元,用于生成應用于所述無線信號的密鑰;密鑰編碼單元,用于將所述密鑰編碼為密鑰幀;密鑰調(diào)度單元,用于對所述密鑰幀進行調(diào)度,以控制由所述發(fā)射器發(fā)射包含所述密鑰幀的無線信號。
[0034]圖2是示出根據(jù)本發(fā)明實施例的發(fā)射設備的示意性框圖。如圖2所示,根據(jù)本發(fā)明實施例的發(fā)射設備100用于建立限定區(qū)域內(nèi)的安全的無線通信網(wǎng)絡,其包括:一個或多個發(fā)射器101,用于發(fā)射無線信號,以利用該無線信號的覆蓋范圍來建立限定區(qū)域;密鑰生成單元102,用于生成應用于由發(fā)射器101所發(fā)射的無線信號的密鑰;密鑰編碼單元103,用于將由密鑰生成單元102生成的密鑰編碼為密鑰幀;密鑰調(diào)度單元104,用于對由密鑰編碼單元103產(chǎn)生的密鑰幀進行調(diào)度,以控制發(fā)射器101發(fā)射包含該密鑰幀的無線信號。
[0035]在根據(jù)本發(fā)明實施例的發(fā)射設備中,可以采用紅外發(fā)射器來構(gòu)建限定區(qū)域的無線通信網(wǎng)絡,這是由于紅外光具有一定的特性。首先,由于紅外光的不可見光,所構(gòu)建的無線通信網(wǎng)絡不會對人類的視覺造成影響。并且,由于紅外光的直線傳播特征,通過調(diào)整紅外發(fā)射器的發(fā)射角度,可以精確地控制所限定區(qū)域的區(qū)域邊界。另外,紅外光的發(fā)光特性使得發(fā)射信號可以被編碼,從而可以在所發(fā)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(wǎng)絡的安全性。
[0036]在本發(fā)明的實施例中,在利用紅外發(fā)射器的紅外特性建立限定區(qū)域內(nèi)的無線通信網(wǎng)絡時,可以利用一個紅外發(fā)射器,也可以利用兩個或者多個紅外發(fā)射器。
[0037]如上所述,無線通信網(wǎng)絡的覆蓋區(qū)域在很大程度上依賴于用于發(fā)射無線信號的發(fā)射器的功率,在上述本發(fā)明的實施例中,在利用一個紅外發(fā)射器構(gòu)建限定區(qū)域的無線通信網(wǎng)絡時,也可以類似地利用紅外發(fā)射器的功率來限定所述區(qū)域的區(qū)域邊界。
[0038]具體地說,紅外信號的覆蓋范圍內(nèi)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是距離的削弱系數(shù),d是到發(fā)射器的距離,八^吣是發(fā)射器發(fā)射角度距離中心線的削減系數(shù),如圖3A所示,Cift是發(fā)射器的發(fā)射角度(距離中心線是一個LED的發(fā)射功率與電流關(guān)系圖,如圖3B所示。N是紅外LED的數(shù)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(shù),例如,O可以是傳播介質(zhì)對紅外發(fā)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(fā)射功率的誤差。
[0041]這里,令Pki為閾值功率,則當某一點的接收功率Pk > Peo時,可以認為該點處于所建立的無線通信網(wǎng)絡的覆蓋范圍內(nèi)。例如,在根據(jù)本發(fā)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(fā)射器件的相關(guān)參數(shù)的示意圖。具體地說,例如針對單一 LED的紅外發(fā)射器件,圖3A是發(fā)射器發(fā)射角度距離中心線的削減系數(shù)不意圖,而圖3B是LED的發(fā)射功率與電流的關(guān)系圖。
[0043]此外,在根據(jù)本發(fā)明的實施例中,也可以采用兩個或多個紅外發(fā)射器來建立限定區(qū)域的無線通信網(wǎng)絡,以采用兩個紅外發(fā)射器為例,在限定所建立的區(qū)域的范圍時,可以首先確定在平面上的一個紅外發(fā)射器的覆蓋范 圍,隨后確定兩個紅外發(fā)射器的朝向,之后確定兩個紅外發(fā)射器的重疊覆蓋區(qū)域。這里,所建立的區(qū)域具體與紅外發(fā)射器的以下參數(shù)相關(guān):紅外發(fā)射器的發(fā)射角度(a)、紅外發(fā)射器的發(fā)射距離(d)、紅外發(fā)射器的發(fā)射功率(I,Pt,Pr。)以及紅外發(fā)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(fā)射器限定出的區(qū)域的示意圖。如圖4A所示,當兩個紅外發(fā)射器相對放置,并且將每個紅外發(fā)射器的發(fā)射角度調(diào)節(jié)為直角時,由兩個紅外發(fā)射器的發(fā)射信號所限定的區(qū)域是如圖所示的矩形。如圖4B所示,當兩個紅外發(fā)射器相對放置,且每個紅外發(fā)射器的發(fā)射角度改變時,例如,改變?yōu)樾∮?0度的角,由兩個紅外發(fā)射器的發(fā)射信號所限定的區(qū)域是如圖所示的四邊形。如圖4C所示,當兩個紅外發(fā)射器并排放置,并且向同一方向發(fā)射紅外信號時,可以建立如圖所示的三角形區(qū)域,這里,圖4C中的三角形區(qū)域的另一邊可以由實際應用場景中的障礙物,比如墻壁來限定。如圖4D所示,采用三個紅外發(fā)射器,就可以構(gòu)造如圖所示的六邊形區(qū)域。這里,本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解,通過選擇紅外發(fā)射器的數(shù)目、放置位置以及發(fā)射角度,可以構(gòu)造出任意多邊形的區(qū)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(fā)射器的發(fā)射功率對于所建立的區(qū)域范圍的影響。事實上,本領(lǐng)域技術(shù)人員可以適當?shù)剡x擇紅外發(fā)射器的發(fā)射功率以及所限定的區(qū)域的大小,從而使得紅外發(fā)射器的發(fā)射功率足以覆蓋所建立的區(qū)域范圍。
[0046]在考慮紅外發(fā)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(fā)射器,其位置由丨表示,其中,乂44是該紅外發(fā)射器的坐標,而L是該紅外發(fā)射器相對于坐標系原點的向量。以同樣的方式,將其它紅外發(fā)射器的位置表示為盡)UoUtl) A(X1J1^1)等,這樣,上述紅外發(fā)射器的接收功率可以由下面的公式2和公式3表示:
【權(quán)利要求】
1.一種發(fā)射設備,用于建立限定區(qū)域內(nèi)的安全的無線通信網(wǎng)絡,所述發(fā)射設備包括: 一個或多個發(fā)射器,配置為發(fā)射無線信號,以利用所述無線信號的覆蓋范圍來建立所述限定區(qū)域; 密鑰生成單元,配置為生成應用于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(diào)度單元,配置為對所述密鑰幀進行調(diào)度,以控制由所述發(fā)射器發(fā)射包含所述密鑰幀的無線信號。
2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)射設備,其中,所述無線信號是紅外信號。
3.如權(quán)利要求2所述的發(fā)射設備,其中,一個紅外發(fā)射器的覆蓋范圍由以下公式I限定: PR=σ*ρD(d)*∑NPT(I)ρTr(aTr)公式 1 其中,是距離的削弱系數(shù),d是到發(fā)射器的距離,Arw是發(fā)射器發(fā)射角度距離中心線的削減系數(shù),Oft是發(fā)射器的發(fā)射角度(距離中心線),A,,是一個LED的發(fā)射功率與電流關(guān)系圖,N是紅外LED的數(shù)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(shù);以及 其中,當某點的接收功率Pk大于一閾值功率時,該點處于所述無線通信網(wǎng)絡的覆蓋范圍內(nèi)。
4.如權(quán)利要求2所述的發(fā)射設備,其中,兩個或兩個以上的紅外發(fā)射器的覆蓋范圍由每個紅外發(fā)射器的發(fā)射角度(《)、每個紅外發(fā)射器的發(fā)射距離(d)、每個紅外發(fā)射器的發(fā)射功率(I,Pt,Prtl)以及每個紅外發(fā)射器的位置和朝向限定。
5.如權(quán)利要求1所述的發(fā)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(quán)利要求1所述的發(fā)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(quán)利要求1所述的發(fā)射設備,其中,所述密鑰幀具有由如下構(gòu)成的幀結(jié)構(gòu):報頭、發(fā)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,用于接收由如權(quán)利要求1所述的發(fā)射設備發(fā)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(wǎng)絡,所述接收設備包括: 接收器,用于接收所述無線信號; 密鑰解碼單元,用于對所述無線信號中的密鑰幀進行解碼以獲得密鑰; 時序調(diào)整和同步單元,用于對獲得的多個密鑰進行時序調(diào)整以同步所述多個密鑰; 區(qū)域密鑰生成單元,用于由所同步的多個密鑰生成區(qū)域密鑰; 網(wǎng)絡接入單元,用于基于所述區(qū)域密鑰接入所述無線通信網(wǎng)絡。
9.一種無線通信系統(tǒng),用于建立限定區(qū)域內(nèi)的安全的無線通信網(wǎng)絡,所述無線通信系統(tǒng)包括: 發(fā)射設備,用于建立限定區(qū)域內(nèi)的安全的無線通信網(wǎng)絡,包括: 一個或多個發(fā)射器,用于發(fā)射無線信號,以利用所述無線信號的覆蓋范圍來建立限定區(qū)域;密鑰生成單元,用于生成應用于所述無線信號的密鑰; 密鑰編碼單元,用于將所述密鑰編碼為密鑰幀; 密鑰調(diào)度單元,用于對所述密鑰幀進行調(diào)度,以控制由所述發(fā)射器發(fā)射包含所述密鑰幀的無線信號;以及 接收設備,用于接收由所述發(fā)射設備發(fā)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(wǎng)絡,包括: 接收器,用于接收所述無線信號; 密鑰解碼單元,用于對所述無線信號中的密鑰幀進行解碼以獲得密鑰; 時序調(diào)整和同步單元,用于對獲得的多個密鑰進行時序調(diào)整以同步所述多個密鑰; 區(qū)域密鑰生成單元,用于由所同步的多個密鑰生成區(qū)域密鑰; 網(wǎng)絡接入單元,用于基于所述區(qū)域密鑰接入所述無線通信網(wǎng)絡。
10.一種無線通信系統(tǒng)的控制方法,用于建立限定區(qū)域內(nèi)的安全的無線通信網(wǎng)絡,所述控制方法包括: 發(fā)射無線信號以利用所述無線信號的覆蓋范圍來建立限定區(qū)域; 生成應用于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(diào)度以控制所發(fā)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(diào)整以同步所述多個密鑰; 由所同步的多個密鑰生成區(qū)域密鑰;以及 基于所述區(qū)域密鑰接入所述無線通信網(wǎng)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(yōu)先權(quán)日:2012年6月13日
【發(fā)明者】孫琰, 王煒, 于海華, 笪斌 申請人:株式會社理光