发射设备、接收设备、通信系统及其控制方法
【专利摘要】提供了发射设备、接收设备、通信系统及其控制方法。该发射设备用于建立限定区域内的安全的无线通信网络，包括：一个或多个发射器，配置为发射无线信号，以利用所述无线信号的覆盖范围来建立所述限定区域；密钥生成单元，配置为生成应用于所述无线信号的密钥；密钥编码单元，配置为将所述密钥编码为密钥帧；以及，密钥调度单元，配置为对所述密钥帧进行调度，以控制由所述发射器发射包含所述密钥帧的无线信号。通过根据本发明实施例的发射设备、接收设备、通信系统及其控制方法，可以通过简单的配置实现限定区域内的高速、安全、快捷和方便的无线通信网络。
【专利说明】发射设备、接收设备、通信系统及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明总的来说涉及通信领域，且更具体地说涉及用于实现限定区域的安全的无线通信网络的发射设备、接收设备、通信系统及其控制方法。
【背景技术】
[0002]随着网络技术的高速发展，在越来越多的地方建立了无线通信网络，这种无线通信网络可以覆盖一定的范围，以供该范围内的通信设备通信使用。
[0003]为了便于用户的使用，这种无线通信网络通常具有很高的开放性，但是这又会使无线通信网络面临普遍的安全威胁。特别是，当在某个公司或者家庭内部构建这种无线通信网络时，希望能够获得更高的安全性。
[0004]并且，这种无线通信网络的覆盖区域通常没有明显的边界，其覆盖区域在很大程度上依赖于基础设施，例如无线发射器的功率。
[0005]在当前的 无线通信网络中，可以通过无线电频率安全设备(RFSD =RadioFrequency Safe Device)系统来提供无线局域网(WLAN:Wireless Local Area Netword)的定义的周边安全。这种无线电频率安全设备系统可以在无线通信网络的覆盖范围内建立一个安全区，从而限定出物理隔离的WLAN和其相关的网络流量。该无线电频率安全设备系统通过消除数据和截取无线电波，以确保安全区域内唯一授权的无线设备连接，从而实现无线周边安全。
[0006]但是，这种无线电频率安全设备系统的工作原理较为复杂，使得其结构复杂且成本较高，用户在使用上会遇到诸多不便。
[0007]因此，需要用于实现限定区域的高速、安全、快捷和方便的无线通信网络的方案、
【发明内容】
[0008]因此，针对上述现有技术中存在的问题和需求做出本发明。
[0009]本发明实施例的目的是提供用于实现限定区域的安全的无线通信网络的发射设备、接收设备、通信系统及其控制方法。
[0010]根据本发明实施例的一个方面，提供了一种发射设备，用于建立限定区域内的安全的无线通信网络，所述发射设备包括:一个或多个发射器，配置为发射无线信号，以利用所述无线信号的覆盖范围来建立所述限定区域；密钥生成单元，配置为生成应用于所述无线信号的密钥；密钥编码单元，配置为将所述密钥编码为密钥帧；密钥调度单元，配置为对所述密钥帧进行调度，以控制由所述发射器发射包含所述密钥帧的无线信号。
[0011 ] 在上述发射设备中，所述无线信号是红外信号。
[0012]在上述发射设备中，一个红外发射器的覆盖范围由以下公式I限定:
[_ pR …Pd⑷ xYnPt
[0014]其中，A^s是距离的削弱系数，d是到发射器的距离，Aw,是发射器发射角度距离中心线的削减系数，a 是发射器的发射角度(距离中心线)，Aw是一个LED的发射功率与电流关系图，N是红外LED的数量，Pk是在某一点的红外接收器的实际接收功率，O是其它参数；以及，其中，当某点的接收功率Pk大于一阈值功率时，该点处于所述无线通信网络的覆盖范围内。
[0015]在上述发射设备中，两个或两个以上的红外发射器的覆盖范围由每个红外发射器的发射角度(a )、每个红外发射器的发射距离(d)、每个红外发射器的发射功率(I, Pt, Pr。)
以及每个红外发射器的位置和朝向)限定。
[0016]在上述发射设备中，所述密钥生成单元配置为由真正的随机噪声生成所述密钥。
[0017]在上述发射设备中，所述密钥生成单元配置为实时地生成所述密钥。
[0018]在上述发射设备中，所述密钥帧具有由如下构成的帧结构:报头、发射器ID、帧序列号、时间戳、用户设计、接收信息、密钥、自校验码。
[0019]根据本发明实施例的另一方面，提供了一种接收设备，用于接收由上述发射设备发射的无线信号，以接入通过上述无线信号建立的无线通信网络，所述接收设备包括:接收器，用于接收所述无线信号；密钥解码单元，用于对所述无线信号中的密钥帧进行解码以获得密钥；时序调整和同步单元，用于对获得的多个密钥进行时序调整以同步所述多个密钥；区域密钥生成单元，用于由所同步的多个密钥生成区域密钥；以及，网络接入单元，用于基于所述区域密钥接入所述无线通信网络。
[0020]根据本发明实施例的再一方面，提供了一种无线通信系统，用于建立限定区域内的安全的无线通信网络，所述无线通信系统包括:发射设备，用于建立限定区域内的安全的无线通信网络，包括:一个或多个发射器，用于发射无线信号，以利用所述无线信号的覆盖范围来建立限定区域；密钥生成单元，用于生成应用于所述无线信号的密钥；密钥编码单元，用于将所述密钥编码为密钥帧；密钥调度单元，用于对所述密钥帧进行调度，以控制由所述发射器发射包含所述密钥帧的无线信号；以及，接收设备，用于接收由所述发射设备发射的无线信号，以接入通过所述无线信号建立的无线通信网络，包括:接收器，用于接收所述无线信号；密钥解码单元，用于对所述无线信号中的密钥帧进行解码以获得密钥；时序调整和同步单元，用于对获得的多个密钥进行时序调整以同步所述多个密钥；区域密钥生成单元，用于由所同步的多个密钥生成区域密钥；以及，网络接入单元，用于基于所述区域密钥接入所述无线通信网络。
[0021]根据本发明实施例的又一方面，提供了一种无线通信系统的控制方法，用于建立限定区域内的安全的无线通信网络，所述控制方法包括:发射无线信号以利用所述无线信号的覆盖范围来建立限定区域；生成应用于所述无线信号的密钥；将所述密钥编码为密钥帧；对所述密钥帧进行调度以控制所发射的包含所述密钥帧的无线信号；接收所述无线信号；对所述无线信号中的密钥帧进行解码以获得密钥；对获得的多个密钥进行时序调整以同步所述多个密钥；由所同步的多个密钥生成区域密钥；以及，基于所述区域密钥接入所述无线通信网络。
[0022]通过根据本发明实施例的发射设备、接收设备、通信系统及其控制方法，可以通过简单的配置实现限定区域内的高速、安全、快捷和方便的无线通信网络。
【专利附图】
【附图说明】[0023]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0024]图1是根据本发明实施例的建立的限定区域的无线通信网络的示意图；
[0025]图2是示出根据本发明实施例的发射设备的示意性框图；
[0026]图3A和图3B是示出了一个红外发射器件的相关参数的示意图；
[0027]图4A到图4D是示出由两个或多个红外发射器限定出的区域的示意图；
[0028]图5是示出根据本发明实施例的发射设备中的密钥帧格式的示意图；
[0029]图6是示出根据本发明实施例的接收设备的示意性框图。
【具体实施方式】
[0030]下面，将结合附图详细描述根据本发明实施例的发射设备、接收设备、通信系统及其控制方法。
[0031]图1是根据本发明实施例的建立的限定区域的无线通信网络的示意图。如图1所示，在本发明的实施例中，通过I号发射器和2号发射器的发射信号的覆盖范围来建立限定区域中的无线通信网络，并且在上述通信网络中，只有当某接收器在限定区域范围内时，才可以加入上述无线网络从而与区域内其他接收器进行相互通信，而区域外的接收器则不能加入上述无线网络，从而不能与限定区域内的接收器进行通信。
[0032]通过利用发射器的发射信号的覆盖范围来建立限定区域中的无线通信网络，本发明实施例的方案的实质是在物理层上建立一限定区域的安全的无线通信网络。
[0033]根据本发明实施例的一个方面，提供了一种发射设备，用于建立限定区域内的安全的无线通信网络，所述发射设备包括:一个或多个发射器，用于发射无线信号，以利用所述无线信号的覆盖范围来建立限定区域；密钥生成单元，用于生成应用于所述无线信号的密钥；密钥编码单元，用于将所述密钥编码为密钥帧；密钥调度单元，用于对所述密钥帧进行调度，以控制由所述发射器发射包含所述密钥帧的无线信号。
[0034]图2是示出根据本发明实施例的发射设备的示意性框图。如图2所示，根据本发明实施例的发射设备100用于建立限定区域内的安全的无线通信网络，其包括:一个或多个发射器101，用于发射无线信号，以利用该无线信号的覆盖范围来建立限定区域；密钥生成单元102，用于生成应用于由发射器101所发射的无线信号的密钥；密钥编码单元103，用于将由密钥生成单元102生成的密钥编码为密钥帧；密钥调度单元104，用于对由密钥编码单元103产生的密钥帧进行调度，以控制发射器101发射包含该密钥帧的无线信号。
[0035]在根据本发明实施例的发射设备中，可以采用红外发射器来构建限定区域的无线通信网络，这是由于红外光具有一定的特性。首先，由于红外光的不可见光，所构建的无线通信网络不会对人类的视觉造成影响。并且，由于红外光的直线传播特征，通过调整红外发射器的发射角度，可以精确地控制所限定区域的区域边界。另外，红外光的发光特性使得发射信号可以被编码，从而可以在所发射的红外信号中嵌入红外密钥，以提高所建立的无线通信网络的安全性。
[0036]在本发明的实施例中，在利用红外发射器的红外特性建立限定区域内的无线通信网络时，可以利用一个红外发射器，也可以利用两个或者多个红外发射器。
[0037]如上所述，无线通信网络的覆盖区域在很大程度上依赖于用于发射无线信号的发射器的功率，在上述本发明的实施例中，在利用一个红外发射器构建限定区域的无线通信网络时，也可以类似地利用红外发射器的功率来限定所述区域的区域边界。
[0038]具体地说，红外信号的覆盖范围内某一点的接收功率可由以下公式I来计算:
[_] PR=CJX X ZA, pTin Pnuqi)公式 I
[0040]其中，P%s是距离的削弱系数，d是到发射器的距离，八^吣是发射器发射角度距离中心线的削减系数，如图3A所示，Cift是发射器的发射角度(距离中心线是一个LED的发射功率与电流关系图，如图3B所示。N是红外LED的数量，Pk是在某一点的红外接收器的实际接收功率，O是其它参数，例如，O可以是传播介质对红外发射功率的影响(空气粉尘浓度，水蒸汽浓度等)，此外，O也可以是不用的LED器件本身对自身发射功率的误差。
[0041]这里，令Pki为阈值功率，则当某一点的接收功率Pk > Peo时，可以认为该点处于所建立的无线通信网络的覆盖范围内。例如，在根据本发明的实施例中，可以将Pki设置为0.2mW/m2。
[0042]如上所述，图3A和图3B是示出了一个红外发射器件的相关参数的示意图。具体地说，例如针对单一 LED的红外发射器件，图3A是发射器发射角度距离中心线的削减系数不意图，而图3B是LED的发射功率与电流的关系图。
[0043]此外，在根据本发明的实施例中，也可以采用两个或多个红外发射器来建立限定区域的无线通信网络，以采用两个红外发射器为例，在限定所建立的区域的范围时，可以首先确定在平面上的一个红外发射器的覆盖范 围，随后确定两个红外发射器的朝向，之后确定两个红外发射器的重叠覆盖区域。这里，所建立的区域具体与红外发射器的以下参数相关:红外发射器的发射角度(a)、红外发射器的发射距离(d)、红外发射器的发射功率(I，Pt，Pr。)以及红外发射器的位置和朝向(x，y，p )。
[0044]图4A到图4D是示出由两个或多个红外发射器限定出的区域的示意图。如图4A所示，当两个红外发射器相对放置，并且将每个红外发射器的发射角度调节为直角时，由两个红外发射器的发射信号所限定的区域是如图所示的矩形。如图4B所示，当两个红外发射器相对放置，且每个红外发射器的发射角度改变时，例如，改变为小于90度的角，由两个红外发射器的发射信号所限定的区域是如图所示的四边形。如图4C所示，当两个红外发射器并排放置，并且向同一方向发射红外信号时，可以建立如图所示的三角形区域，这里，图4C中的三角形区域的另一边可以由实际应用场景中的障碍物，比如墙壁来限定。如图4D所示，采用三个红外发射器，就可以构造如图所示的六边形区域。这里，本领域技术人员可以理解，通过选择红外发射器的数目、放置位置以及发射角度，可以构造出任意多边形的区域。
[0045]在上述图4A到图4D的示意图中，为了简单起见，没有考虑每个发射器的发射功率对于所建立的区域范围的影响。事实上，本领域技术人员可以适当地选择红外发射器的发射功率以及所限定的区域的大小，从而使得红外发射器的发射功率足以覆盖所建立的区域范围。
[0046]在考虑红外发射器的功率的情况下,假设在一个坐标系中存在一个红外发射器，其位置由丨表示，其中，乂44是该红外发射器的坐标，而L是该红外发射器相对于坐标系原点的向量。以同样的方式，将其它红外发射器的位置表示为尽)UoUtl) A(X1J1^1)等，这样，上述红外发射器的接收功率可以由下面的公式2和公式3表示:
【权利要求】
1.一种发射设备，用于建立限定区域内的安全的无线通信网络，所述发射设备包括: 一个或多个发射器，配置为发射无线信号，以利用所述无线信号的覆盖范围来建立所述限定区域； 密钥生成单元，配置为生成应用于所述无线信号的密钥； 密钥编码单元，配置为将所述密钥编码为密钥帧； 密钥调度单元，配置为对所述密钥帧进行调度，以控制由所述发射器发射包含所述密钥帧的无线信号。
2.如权利要求1所述的发射设备，其中，所述无线信号是红外信号。
3.如权利要求2所述的发射设备，其中，一个红外发射器的覆盖范围由以下公式I限定: PR=σ*ρD(d)*∑NPT(I)ρTr(aTr)公式 1 其中，是距离的削弱系数，d是到发射器的距离，Arw是发射器发射角度距离中心线的削减系数，Oft是发射器的发射角度(距离中心线)，A,,是一个LED的发射功率与电流关系图，N是红外LED的数量，Pk是在某一点的红外接收器的实际接收功率，0是其它参数；以及 其中，当某点的接收功率Pk大于一阈值功率时，该点处于所述无线通信网络的覆盖范围内。
4.如权利要求2所述的发射设备，其中，两个或两个以上的红外发射器的覆盖范围由每个红外发射器的发射角度(《)、每个红外发射器的发射距离(d)、每个红外发射器的发射功率(I，Pt，Prtl)以及每个红外发射器的位置和朝向限定。
5.如权利要求1所述的发射设备，其中，所述密钥生成单元配置为由真正的随机噪声生成所述密钥。
6.如权利要求1所述的发射设备，其中，所述密钥生成单元配置为实时地生成所述密钥。
7.如权利要求1所述的发射设备，其中，所述密钥帧具有由如下构成的帧结构:报头、发射器ID、帧序列号、时间戳、用户设计、接收信息、密钥、自校验码。
8.一种接收设备，用于接收由如权利要求1所述的发射设备发射的无线信号，以接入通过所述无线信号建立的无线通信网络，所述接收设备包括: 接收器，用于接收所述无线信号； 密钥解码单元，用于对所述无线信号中的密钥帧进行解码以获得密钥； 时序调整和同步单元，用于对获得的多个密钥进行时序调整以同步所述多个密钥； 区域密钥生成单元，用于由所同步的多个密钥生成区域密钥； 网络接入单元，用于基于所述区域密钥接入所述无线通信网络。
9.一种无线通信系统，用于建立限定区域内的安全的无线通信网络，所述无线通信系统包括: 发射设备，用于建立限定区域内的安全的无线通信网络，包括: 一个或多个发射器，用于发射无线信号，以利用所述无线信号的覆盖范围来建立限定区域；密钥生成单元，用于生成应用于所述无线信号的密钥； 密钥编码单元，用于将所述密钥编码为密钥帧； 密钥调度单元，用于对所述密钥帧进行调度，以控制由所述发射器发射包含所述密钥帧的无线信号；以及 接收设备，用于接收由所述发射设备发射的无线信号，以接入通过所述无线信号建立的无线通信网络，包括: 接收器，用于接收所述无线信号； 密钥解码单元，用于对所述无线信号中的密钥帧进行解码以获得密钥； 时序调整和同步单元，用于对获得的多个密钥进行时序调整以同步所述多个密钥； 区域密钥生成单元，用于由所同步的多个密钥生成区域密钥； 网络接入单元，用于基于所述区域密钥接入所述无线通信网络。
10.一种无线通信系统的控制方法，用于建立限定区域内的安全的无线通信网络，所述控制方法包括: 发射无线信号以利用所述无线信号的覆盖范围来建立限定区域； 生成应用于所述无线信号的密钥； 将所述密钥编码为密钥帧； 对所述密钥帧进行调度以控制所发射的包含所述密钥帧的无线信号； 接收所述无线信号； 对所述无线信号中的密钥帧进行解码以获得密钥； 对获得的多个密钥进行时序调整以同步所述多个密钥； 由所同步的多个密钥生成区域密钥；以及 基于所述区域密钥接入所述无线通信网络。
【文档编号】H04W12/04GK103491534SQ201210195084
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2012年6月13日 优先权日:2012年6月13日
【发明者】孙琰, 王炜, 于海华, 笪斌 申请人:株式会社理光