专利名称：基于多用户异步加密的发射装置及方法、接收装置及方法
技术领域：
本发明涉及可见光通信技术领域，更具体地说，涉及一种基于多用户异步加密的发射装置及方法、接收装置及方法。
背景技术：
传统的物联网一般通过各种无线或有线的通讯网络实现互联互通，采用传统的通信技术。最近兴起了一种利用可见光在自由空间进行传播近距离通信的物联网技术，这种利用可见光通信技术的物联网我们称之为光子物联网。光子物联网具有传统物联网的功能，只是通信的方式采用可见光进行通信。由于可见光的指向性高，不能穿透障碍物，比使用无线通信方式具有更高的安全性，因而光子物联网等场合逐渐利用可见光进行近距离通信。目前光子物联网已经存在一 些同步进行加密与解密的可见光通信系统，这种系统在使用同步方式让可见光发射机与接收机始终使用相同的并且随时间不断变化的伪码序列进行加密与解密。通过这种可见光通信的加密与解密，能使利用高速摄像机进行拍摄并复制出的频闪光信号失效，无法被接收机进行识别，可以有效地杜绝安全隐患。这种同步加密与解密的可见光通信系统利用握手同步的方法是在发射机中对导光信号和基带数据分别进行加扰，然后合成一组信号再通过调制后发射出去。在接收机中接收解调后再对其中加密的导光信号进行伪码判决，通过遍历查询选择出加密所用的伪码序列，然后对基带数据进行解密，最后利用ID判决器对解密出来的ID信息和对应寄存器所保存的ID信息进行判断，最终确定是合法信号还是非法复制的信号，从而完成解密。由于发射机中加密所用的伪码序列和接收机中解密所用的伪码序列都是相同并且不断随时间变化的，所以采用这种同步可见光通信系统就要求可见光发射机和可见光接收机中的时间变化必须完全一致，即发射机和接收机的内部时钟必须完全一致，时间误差必须非常小，就目前所使用的晶振元件而言，很难达到完全一致，所使用的时间越长，两者的时间系统的时间差就越大，最终失去同步信息，导致发射机与接收机的状态变化不一致，即两者所使用的伪码序列可能在其中一端发生变化时，而另一端并未达到需要变化的时间点而继续使用原来的伪码序列，从而会导致解密失败。此外，由于同步的加密方法需要发射机和接收机进行时间上的同步，当某一端断电后，就会失去同步信息，这样重新上电后如果要恢复同步信息，就需要使用复位信号令未断电的一端重新与之同步，这样会增加系统的复杂度，并且可能会带来使用上的不便。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种基于多用户异步加密的发射装置及方法、接收装置及方法。为解决上述技术问题，本发明一实施例提供了一种基于多用户异步加密的发射装置，包括用于输出伪码序列和对应伪码序列指示码的伪码发生器；用于对所述伪码序列与ID信息进行逻辑运算，输出伪码信号的卷积编码器；用于将所述伪码序列指示码合并至所述伪码信号首部，输出第一合并信号的伪码序列指示码合并单元；用于在所述第一合并信号首部合并设备寻址码，输出第二合并信号的设备寻址码合并单元；以及以可见光信号的形式发送所述第二合并信号的发射单元。优选的，所述发射装置还包括连接于所述设备寻址码处理单元与所述发射单元之间、用于对所述第二合并信号进行调制的调制器。其中，所述发射单元是LED灯。 本发明另一实施例还提供了一种基于多用户异步加密的接收装置，包括用于接收可见光信号，并输出数字信号的可见光接收器；用于从所述数字信号分解为设备寻址码和第一合并信号的设备寻址码分解单元；用于将所述第一合并信号分解为伪码序列指示码和伪码信号的伪码序列指示码分解单元；用于根据所述设备寻址码对所述伪码序列指示码的合法性进行判决，若合法，查询伪码序列指示码对应的伪码序列的伪码序列查询单元；用于将所述伪码序列与所述伪码信号进行逻辑运算，输出ID信息的卷积译码器。优选的，所述接收装置还包括用于根据所述设备寻址码查询对应ID信息的查询单元；以及用于对所述卷积译码器输出的ID信息与所述查询单兀输出的ID信息进行对比,若相同判定合法,输出合法ID信息的ID判决器。
优选的，所述接收装置还包括与所述ID判决器连接的设备控制电路，用于根据接收的ID信息控制对应的设备。优选的，所述接收装置还包括连接于所述可见光接收器与所述设备寻址码分解单元之间、用于对所述数字信号进行解调的解调器。本发明另一实施例还提供了一种基于多用户异步加密的发射方法，包括将生成的伪码序列与ID信息进行编码，获得伪码信号；将所述伪码序列对应的伪码序列指示码合并至所述伪码信号首部，获得第一合并信号;在所述第一合并信号首部合并设备寻址码，获得第二合并信号；以可见光信号的形式发送所述第二合并信号。优选的，所述以可见光信号的形式发送所述第二合并信号之前，还包括对所述第二合并信号进行调制。其中，所述伪码序列指示码是从小到大或从大到小不循环的大数，随发射信号的
次数变化。本发明另一实施例还提供了一种基于多用户异步加密的接收方法，包括将接收的可见光信号转换为数字信号；将所述数字信号分解为设备寻址码和第一合并信号；将所述第一合并信号分解为伪码序列指示码和伪码信号；根据所述设备寻址码对所述伪码序列指示码的合法性进行判决，若合法，查询伪码序列指示码对应的伪码序列的伪码序列；将所述伪码序列与所述伪码信号进行逻辑运算，译码出ID信息。
优选的，所述方法还包括根据所述设备寻址码查询该设备对应ID信息，将该ID信息与译码获得的所述ID信息进行对比，若相同，判定合法，输出合法的ID信息。优选的，所述方法还包括根据合法的ID信息控制对应的设备。优选的，所述将接收的可见光信号转换为数字信号之后，还包括对所述数字信号进行解调。其中，所述根据所述设备寻址码对所述伪码序列指示码的合法性进行判决，具体包括
当伪码序列指示码是从小到大不循环的大数时，根据所述设备寻址码查询已接收到的伪码序列指示码，若所述伪码序列指示码小于或者等于已接收到的伪码序列指示码，则判定无效，否则判定合法；或者，当伪码序列指示码是从大到小不循环的大数时，根据所述设备寻址码查询已接收到的伪码序列指示码，若所述伪码序列指示码大于或者等于已接收到的伪码序列指示码，则判定无效，否则判定合法。采用本发明具有以下有益效果本发明与现有技术相比，其在技术上更容易实现，并且能节省成本，解决了现有技术中因时间误差产生伪码序列不同而导致解密失败的问题。此外，本发明根据设备寻址码对发射装置的ID信息进行查询及判决，因而可防止由于伪造较大的伪码序列而误认为是合法信号，从而存在安全隐患的问题。
图1，本发明实施例一提供的一种基于多用户异步加密的发射装置结构示意图。图2，本发明实施例二提供的一种基于多用户异步加密的接收装置结构示意图。图3，本发明实施例三提供的一种基于多用户异步加密的发射方法流程图。图4，本发明实施例四提供的一种基于多用户异步加密的接收方法流程图。图5是本发明实施例提供的第二合并数据的数据结构示意图。
具体实施例方式请参阅图1，是本发明实施例一提供的一种基于多用户异步加密的发射装置结构示意图，所述发射装置包括基带数据存储器100、伪码发生器101、卷积编码器102、伪码序列指示码合并单元103、设备寻址码合并单元104、调制器105及可见光发射单元106，所述基带数据存储器100用于存储ID信息，所述ID信息为用于表示用户身份的数据；所述伪码发生器101用于为所述卷积编码器102提供伪码序列、以及为所述伪码序列指示码合并单元103提供伪码序列指示码；所述卷积编码器102用于将所述伪码序列与所述发射装置的ID信息进行逻辑运算，输出伪码信号；伪码序列指示码合并单元103用于对所述卷积编码器102输出的伪码信号加伪码序列指示码，获得第一合并信号，然后再将第一合并信号输出到所述设备寻址码合并单元104 ;所述设备寻址码合并单元104用于在所述卷积编码器102传过来的第一合并信号首部加设备寻址码，输出第二合并信号；所述调制器105用于将所述设备寻址码合并单元104输出的第二合并信号进行调制，并传送到所述可见光发射单兀106上,将第二合并信号以可见光的形式发射出去。其中，所述发射单元106是LED灯。请参阅图2，是本发明实施例二提供的一种基于多用户异步加密的接收装置结构示意图，所述接收装置包括可见光接收器201、解调器202、设备寻址码分解单元203、伪码序列查询单元204、伪码序列指示码分解单元205、卷积译码器206、查询单元207、ID判决器208及设备控制电路209，所述可见光接收器201用于将所述发射装置发射过来的光信号转换成电信号，将电信号转换为数字信号；所述解调器202用于将所述可见光接收器201输出的数字信号进行解调；所述设备寻址码分解单元203用于从解调器202输出的信号中将设备寻址码和第一合并信号分离出来；所述伪码序列查询单元204用于根据所述设备寻址码输出相应的伪码序列；所述伪码序列指示码分解单元205用于将所述设备寻址码分解单元203输出的第一合并信号分解出伪码序列指示码及伪码信号，并将伪码序列指示码及伪码信号分别传送给所述伪码序列查询单元204及卷积译码器206。所述查询单元207用于根据设备寻址码对当前信号的伪码序列指示码的合法性进行判断；所述卷积译码器206用 于对所述伪码序列查询单元204输出的伪码序列及伪码信号进行逻辑运算，输出ID信息；所述ID判决器208用于判断所述卷积译码器206及所述查询单元207输出的ID信息是否相同，若相同，则将所述ID信息传送给所述设备控制器；所述设备控制电路209用于根据所述ID判决器208输出的信号对相应的设备进行控制或与上位机进行通信。上述实施例描述了基于多用户异步加密的发射装置和接收装置，下面对基于多用户的异步加密的发射方法和接收方法进行描述。参见图3，是本发明实施例三提供的一种基于多用户异步加密的发射方法流程图，该发射方法包括S11、发射装置的ID信息与生成的伪码序列进行逻辑运算，形成伪码信号。S12、将所述伪码序列对应的伪码序列指示码合并至所述伪码信号首部，获得第一合并信号。其中，所述伪码序列指示码是从小到大或从大到小不循环的大数，随发射信号的次数变化，例如，每发射一次信号所述伪码序列指示码加I或者减I。S13、在所述第一合并信号首部合并设备寻址码，获得第二合并信号。其中，所述步骤SI I中，所述逻辑运算为异或运算；所述步骤S13中，所述设备寻址码与ID信息不相同，但与ID信息对应,每一个ID信息代表一个用户。S14、对所述第二合并信号进行调制。S15、以可见光信号的形式发送调制后的第二合并信号。参见图4，是本发明实施例四提供的一种基于多用户异步加密的接收方法流程图，该发射方法包括S21、将接收的可见光信号转换为数字信号。 S22、对所述数字信号进行解调。S23、将解调后的数字信号分解为设备寻址码和第一合并信号。S24、将所述第一合并信号分解为伪码序列指示码和伪码信号。S25、根据设备寻址码对伪码序列指示码的合法性进行判决，若合法，查询伪码序列指示码对应的伪码序列的伪码序列。
例如，当伪码序列指示码是从小到大不循环的大数时，根据所述设备寻址码查询已接收到的伪码序列指示码，若所述伪码序列指示码小于或者等于已接收到的伪码序列指示码，则判定无效，否则判定合法；或者，当伪码序列指示码是从大到小不循环的大数时，根据所述设备寻址码查询已接收到的伪码序列指示码，若所述伪码序列指示码大于或者等于已接收到的伪码序列指示码，则判定无效，否则判定合法。S27、将伪码序列与伪码信号进行译码，输出ID信息。S28、根据所述设备寻址码查询该设备对应ID信息，将该ID信息与译码获得的所述ID信息进行对比,若相同,判定合法,输出合法的ID信息。S29、根据合法的ID信息控制对应的设备。下面以本发明应用在光子物联网为例，对上述实施例进一步进行详细说明。光子物联网的发射装置和接收装置之间所传播的可见光信息并不是原始数据，而 是加密后的扰码信号。这里所指的扰码，是指对原始数据进行一定逻辑运算后所产生的数据，如对原始数据和伪码序列进行卷积或者进行移位操作运算等。伪码序列是由伪码发生器产生的一组二进制数字序列。原始数据是一种数字序列信号，在这里也称为基带数据，在本例中其为ID信息，所述ID信息指每一个发射装置的唯一识别码，可见光接收装置的设备控制电路就是根据解密后的ID信息确定是否具有相应的权限，从而是否能够控制设备作出相应的响应。伪码序列指示码是一个大数，从小到大(或从大到小)不循环，用于指示发射装置及接收装置采用哪个对应的伪码序列进行加密与解密，可见光发射装置每发射一次信号，伪码序列指示码将自加I (或自减I)。设备寻址码是每个发射装置的唯一标识号，与ID不相同，但与ID一一对应，所述设备寻址码用于接收装置中查找对应设备所预设的ID信息和上一次该设备所接收到的伪码序列指示码。如图5所示的第二合并数据的数据结构示意图，假设ID信息为一个16比特的二进制数字0000000000000100 ;伪码序列指示码为一个8比特的二进制数字00000010，其对应的伪码序列为一个16比特的二进制数字1010101100100010 ;设备寻址码也是一个8比特的二进制数字10101010。首先，ID信息与伪码序列在卷积编码器102中进行逻辑运算(如异或运算)，运算
结果如下表所示
权利要求
1.一种基于多用户异步加密的发射装置，其特征在于，包括用于输出伪码序列和对应伪码序列指示码的伪码发生器；用于对所述伪码序列与ID信息进行逻辑运算，输出伪码信号的卷积编码器；用于将所述伪码序列指示码合并至所述伪码信号首部，输出第一合并信号的伪码序列指示码合并单元；用于在所述第一合并信号首部合并设备寻址码，输出第二合并信号的设备寻址码合并单元；以及以可见光信号的形式发送所述第二合并信号的发射单元。
2.根据权利要求I所述的发射装置，其特征在于，所述发射装置还包括连接于所述设备寻址码处理单元与所述发射单元之间、用于对所述第二合并信号进行调制的调制器。
3.根据权利要求I所述的发射装置，其特征在于，所述发射单元是LED灯。
4.一种基于多用户异步加密的接收装置，其特征在于，包括用于接收可见光信号，并输出数字信号的可见光接收器；用于将所述数字信号分解为设备寻址码和第一合并信号的设备寻址码分解单元；用于将所述第一合并信号分解为伪码序列指示码和伪码信号的伪码序列指示码分解单元；用于根据所述设备寻址码对所述伪码序列指示码的合法性进行判决，若合法，查询伪码序列指示码对应的伪码序列的伪码序列查询单元；用于将所述伪码序列与所述伪码信号进行逻辑运算，输出ID信息的卷积译码器。
5.根据权利要求4所述的接收装置，其特征在于，所述接收装置还包括 用于根据所述设备寻址码查询对应ID信息的查询单元；以及用于对所述卷积译码器输出的ID信息与所述查询单兀输出的ID信息进行对比,若相同判定合法,输出合法ID信息的ID判决器。
6.根据权利要求5所述接收装置，其特征在于，所述接收装置还包括 与所述ID判决器连接的设备控制电路，用于根据接收的ID信息控制对应的设备。
7.根据权利要求4所述的接收装置，其特征在于，所述接收装置还包括 连接于所述可见光接收器与所述设备寻址码分解单元之间、用于对所述数字信号进行解调的解调器。
8.一种基于多用户异步加密的发射方法，其特征在于，包括 将生成的伪码序列与ID信息进行编码，获得伪码信号； 将所述伪码序列对应的伪码序列指示码合并至所述伪码信号首部，获得第一合并信号; 在所述第一合并信号首部合并设备寻址码，获得第二合并信号； 以可见光信号的形式发送所述第二合并信号。
9.根据权利要求8所述的发射方法，其特征在于，所述以可见光信号的形式发送所述第二合并信号之前，还包括 对所述第二合并信号进行调制。
10.根据权利要求8所述的发射方法，其特征在于，所述伪码序列指示码是从小到大或从大到小不循环的大数，随发射信号的次数变化。
11.一种基于多用户异步加密的接收方法，其特征在于，包括 将接收的可见光信号转换为数字信号； 将所述数字信号分解为设备寻址码和第一合并信号； 将所述第一合并信号分解为伪码序列指示码和伪码信号；根据所述设备寻址码对所述伪码序列指示码的合法性进行判决，若合法，查询伪码序列指示码对应的伪码序列的伪码序列； 将所述伪码序列与所述伪码信号进行逻辑运算，译码出ID信息。
12.根据权利要求11所述的接收方法，其特征在于，所述方法还包括 根据所述设备寻址码查询该设备对应ID信息，将该ID信息与译码获得的所述ID信息进行对比，若相同，判定合法，输出合法的ID信息。
13.根据权利要求12所述的接收方法，其特征在于，所述方法还包括 根据合法的ID信息控制对应的设备。
14.根据权利要求11所述的接收方法，其特征在于，所述将接收的可见光信号转换为数字信号之后，还包括 对所述数字信号进行解调。
15.根据权利要求11所述的接收方法，其特征在于，所述根据所述设备寻址码对所述伪码序列指示码的合法性进行判决，具体包括 当伪码序列指示码是从小到大不循环的大数时，根据所述设备寻址码查询已接收到的伪码序列指示码，若所述伪码序列指示码小于或者等于已接收到的伪码序列指示码，则判定无效，否则判定合法；或者， 当伪码序列指示码是从大到小不循环的大数时，根据所述设备寻址码查询已接收到的伪码序列指示码，若所述伪码序列指示码大于或者等于已接收到的伪码序列指示码，则判定无效，否则判定合法。
全文摘要
本发明涉及一种基于多用户异步加密的发射装置及方法、接收装置及方法，发射装置首选对ID信息进行加密，得到伪码信号，然后将设备寻址码、伪码序列指示码、以及伪码信号合并，以可见光信号的形式发送出去；接收装置根据设备寻址码和伪码序列指示码还原出ID信息。本发明安全性高，在技术上更容易实现，并且能节省成本，解决了现有技术中因时间误差产生伪码序列不同而导致解密失败的问题。
文档编号H04L9/00GK102833065SQ20121027798
公开日2012年12月19日 申请日期2012年8月7日 优先权日2012年8月7日
发明者刘若鹏, 栾琳, 何丹东, 肖光锦 申请人:深圳光启创新技术有限公司