本申请要求2013年12月3日提交的美国专利申请号61/911,150的权益。
关于联邦资助研究或开发的声明
不适用
合作研究协议各方的姓名
不适用
附图说明
为了以更好的方式理解本申请，在此附上某些说明和附图。然而，应注意的是，附图仅示出了用于验证电池认证的方法和设备的所选取的实施例和元件，因此不应被认为是对在此所描述的此类方法和设备的范围的限制，而是可以承认其他同样有效的实施例和应用。
图1是一实施例中的块组件电路的示图；
图2是示出了一实施例中的电池组件与接收器之间的认证过程的各步骤的流程图。
具体实施方式
已经普遍使用电子宠物牵制系统来控制动物相对于预先限定区域的移动。为了控制动物的移动，通常，这些宠物牵制系统监控动物相对于预先限定区域的位置，并且运行以给动物提供刺激。例如，如果确定动物已经移动到指定区域之外，由动物携带的电子接收器检探测到所发送的信号，并对动物施加刺激，例如无害的电击或期望的噪音，向动物指示它已经移动到允许区域之外。在一短时间周期内，动物对所施加的刺激做出反应并且训练成保持在允许区域内。
由动物携带的电子接收器通常由电池供电。包含在电子接收器内的电池具有有限的寿命，因此必须定期更换。提供一电池组组件，插入到电子接收器的插座中。应注意的是，电子接收器可以是颈圈或其他宠物产品组件的一部分。
隐形防护(Invisible Fence)产品只是宠物牵制系统的一个示例。在一个实施例中，这种宠物牵制产品利用电池组件，该电池组件为宠物产品和/或颈圈的各部件(包括这样的宠物颈圈和/或产品的电子接收器)供电。电池的定制设计提供了几个优点，包括一个或多个以下特征：
-在一实施例中，电池组件包括相对于宠物颈圈简单地插入或移除的单件设计；
-在一实施例中，电池组件包括O形环，以便在电池组件与宠物颈圈耦接时维持防水密封；
-在一实施例中，电池组件不能反向插入到宠物颈圈中。
美国专利号5,445,900和美国专利号5,476,729中进一步描述了电池组件的实施例，这两个专利通过引用合并于此。在此描述了用于对应用于宠物产品牵制系统的接收器的电池进行认证的方法和设备。
在下面阐述的公开内容中，电池组件包括能够在电池装置/组件(也称为装置/组件电路)与容纳电池组件(并且由电池组件供电)的电子接收器之间通信的电路。在此处所描述的实施例中，在宠物产品能够运行之前，接收器与电池组件通信并且对电池组件进行认证。
描述了电池装置的一个实施例，其允许电池组件100与接收器之间的电通信。电池装置包含微控制器104、比较器106和支持电路。图1是一实施例中的电池组件电路的电子元件的电路图。在这样的实施例中，图1示出的电路完全包含在上面所描述的电池组件内。
电池组件电路耦接至1/3N电池单元102。该电路与宠物产品(未示出)在3V的正极接线端114连接点和接地118连接点处耦接。这些接线端点与宠物产品的电池盒内的相应连接点连接。该电路还提供通信接线端116，该通信接线端提供电池组件100与宠物产品的第三接线端之间的通信路径。
电路元件由电池单元102供电。数据通信线路116将微处理器104和比较器106耦接至宠物产品的电池盒的第三接线端。电池盒内的该第三接线端通常用于产品测试和现场配置数据的传输。在此处所描述的实施例中，第三接线端连接至通信线路116，以提供电池组件与接收器之间的专用通信信道。
微控制器电路104被设计成在空载时接近大约700nA(或更少)，因此在顾客收到之前储藏时具有最小泄漏(对于额定容量1/3N型(～160mAh)电池单元，5年后<20％)。电池组件100与旧有产品的现有电池接口向后兼容。换句话说，现有电池接口包括三个接线端，这三个接线端可以与组件电路的正极接线端114、接地接线端116和通信接线端118连接(如上面所描述)，以提供在此所描述的认证功能。为了使能宠物产品接收器的全运行，隐形防护产品线中的新宠物产品(或者可以使用新电池组件的任何宠物牵制产品)可能需要与电池装置的认证通信，以便使宠物产品接收器能够全面运行。另外，电池装置还被设计成在旧有产品内工作，所述旧有产品察觉不到认证通信并且不需要电池认证来运行这样的产品。
参考图1，电阻器R1 112是电池电压的负载电阻。它使得宠物产品能够识别电池已插入。该电阻器保持低值，以在测试电池电压时允许宠物产品在这个线路上应用分压器。保持R1 112处于5K欧姆或更小的值，这在宠物产品使用522K的分压器时允许电池电压测量<1％的误差。电阻器R2 108和电阻器R3 110为比较器的输入偏移电压进行补偿并且设定比较器的阈值。
从宠物产品(接收器)至电池的数据传送
在一实施例中，R2是169K，R3是10M，并且R2和R3串联连接。作为分压器，R2和R3在比较器106的Vin-120处建立约2.95V的电压。当通信线路116传输数据零时，线路116遇到100K的阻抗(即接收器的内部阻抗)，这在R1 112上引起约143mV的压降。比较器106检测这个小的压降并将它转换成逻辑0。换句话说，在Vin-120处的电压超过在Vin+122处的电压，于是比较器对此解释为零。当通信线路116传输数据一时，通信线路之前遇到的100K的阻抗变得基本上无限大(即，与地面的连接断开)，此时通信线路116上的电压被上拉至约3V的源电压。于是在Vin+122处产生的电压超过在Vin-120处的电压(对应于R1上的压降少于～50mV)，比较器对此解释为零。
当然，可以理解的是，电池组件处理器104可以利用相同的通信线路116将数字数据传输回接收器。需要注意的是，相对于图1示出的电路，除了上面描述的那些，可以为R1、R2和R3选择任何不同的值。可以选择不同的电阻值来实现上面所描述的组件电路的相同或不同的功能。以类似的方式，可以选择不同的电池和微处理器元件来实现上面所描述的电池组件电路的类似或不同的功能。另外，接收器电路和电池组件电路两者都可以包括存储器，并且可以将数据存储在这样的存储器中以及从存储器中检索数据。
从电池至宠物产品的数据传送
通过将微处理器104连接至电池的通信接线端116的线路124，将数据从电池直接传输至宠物产品。通过任何数量的调制或数据传送方法，微处理器可以传输逻辑零和一，因此，在宠物产品的至少一个处理器上运行的一个或多个应用程序被配置成解调或以其他方式解释这种二进制数据传输。
宠物产品(接收器)和电池组件之间的认证通信
在一实施例中，宠物产品作为电池组件的从(SLAVE)装置运行。因此，电池组件是通信控制者(MASTER)。在将电池组件连接至宠物产品之后(即，在组件和这样的产品的电子接收器通信地耦接之后)，在一实施例中，接收器可以开始发送同步(SYNC)脉冲。接收器可以例如每秒发送三次同步脉冲。在检测到同步脉冲(或其他第一通信)后，电池组件尝试向接收器请求公开密钥，该公开密钥在一实施例中是～224位二进制数。每次电池从宠物产品请求这样的数时，这个数可以不同，也可以相同。
在一替代实施例中，电池组件可以发起与接收器的通信。在这样的实施例中，电池组件开始发送同步脉冲。电池组件可以例如每秒发送三次同步脉冲。在接收器检测到同步脉冲(或其他第一通信)以及建立通信信道后，电池组件可以向接收器请求公开密钥。
下面描述了在认证过程期间从接收器至电池组件的公开密钥的传输。
注意到，产品接收器和电池组件电路两者都使用这个相同的公开密钥数作为加密哈希函数的输入基础，该加密哈希函数分别被编程进接收器和电池组件的电路中。加密哈希函数是接收任意的数据块并且返回固定大小的位串(即，加密哈希值)的哈希函数，使得对输入数据的任何(意外的或故意的)改变将(有非常高的概率)改变哈希值。产品接收器应用哈希函数，然后将结果(哈希值)临时存储在这样的接收器的存储器内。电池组件的微处理器以类似的方式使用相同的公开密钥，以提供对相同的加密哈希函数的输入。电池内的微处理器在这样的输入上执行相同的加密哈希函数，然后将所得到的哈希值通信返回到接收器。如果所返回的结果与临时存储的哈希值匹配，那么产品接收器确认该匹配并使宠物产品能够运行。如果结果不匹配，那么宠物产品将不能回复ACK(确认)或替代回复NAK(否认)。不论哪种情况，当检测到未认证的电池时，产品接收器可以以减少的功能运行或不运行(或根本停止运作)。
上面描述的实施例公开了接收器在将公开密钥传输至电池组件之前计算并存储哈希值。在替代实施例中，可能的情况是，直到接收器接收由电池组件计算的哈希值，接收器才计算相对于公开密钥的哈希值。另外，接收器和组件侧哈希运算的定时/执行可以是彼此独立的。在再一实施例中，所计算的哈希值的比较/分析可以在电池组件内发生或通过接收器和电池组件两者的配合而发生。
在一实施例中，产品接收器和电池组件使用公开密钥作为对加密哈希函数的输入。然而，在应用哈希函数之前，电池组件的微处理器将公开密钥与存储在组件电路的存储器中的私有密钥结合。以类似的方式，在应用哈希算法之前，产品接收器将公开密钥与相同的私有密钥(也存储在接收器的存储器中)结合。公开密钥是产品接收器特定的，并且可以包括来源于产品接收器模型和/或序列号的信息。换句话说，公开密钥是特定接收器的唯一识别符。在替代实施例中，接收器可以在每个认证过程期间提供不同的公开密钥。在这样的实施例中，每个新的公开密钥仍然可以是接收器的识别信息的函数，因此对这样的接收器是唯一的。
上面描述了在认证过程期间从接收器到电池组件的公开密钥的传输。在替代实施例中，在模拟认证程序期间，接收器可以从电池组件请求/接收公开密钥。
图2是示出了一实施例中的电池组件与接收器之间是认证过程的各步骤的流程图。在步骤210中，将电池组件连接至宠物产品(接收器)。然后在步骤220，接收器将同步脉冲发送至电池组件。电池组件检测同步脉冲并向接收器请求公开密钥230。在步骤240，接收器将公开密钥与私有密钥结合、应用哈希函数并存储哈希值。在步骤250，接收器将公开密钥发送至电池组件。电池组件将公开密钥与私有密钥结合、应用哈希函数并将哈希值返回至接收器260。在270，接收器将所返回的哈希值与所存储的哈希值进行比较，以确定所述值是否相同。在280，如果值是相同的，则接收器使接收器和相应的宠物产品系统能够运行。否则，接收器不启用这样的运行或可以以减少的功能运行。
在电池组件的一实施例中，在初始公开密钥交换期间，组件电路可以提供附加认证信息。该附加信息可以包括“特征”数据，即，附加信息可以包括与宠物牵制系统的一个或多个产品特征对应的产品代码。在公开密钥交换期间，电池组件可以向接收器提供“特征”数据。在这个实施例中，接收器可以处理“特征”数据，并且提供或确切地说解锁产品接收器和相应的宠物牵制系统的某些特征。
应理解的是，可以使用多种密钥交换协议和加密方法来执行上面所描述的认证过程。仅作为一示例，在一实施例中，可以使用迪菲-赫尔曼(Diffie-Hellman)密钥交换。这是一种交换加密密钥的方法。迪菲-赫尔曼密钥交换方法允许事先互相不认识的双方在不安全的通信信道上共同建立共享的私密密钥。然后可以使用这个密钥对使用对称密钥密码的后续通信进行加密。可以理解的是，所述实施例不限于此，并且可以实现接收器与电池组件电路之间的附加密钥交换或安全通信信道。
在此所描述的系统和方法包括电池认证系统，该电池认证系统包括接收器和电池组件。接收器包括第一处理器和第二存储器。电池组件包括第二处理器和第二存储器。
在此所描述的实施例包括将电池组件和接收器耦接，该耦接包括提供接收器的第一处理器与电池组件的第二处理器之间的通信信道。接收器的第一处理器或电池组件的第二处理器传输第一通信，以建立通信信道。电池组件的第二处理器从接收器请求密钥。接收器的第一处理器将密钥传输至电池组件的第二处理器。接收器的第一处理器将第一函数应用于密钥以获得第一值，并将第一值存储在第一存储器中。电池组件的第二处理器将第二函数应用于密钥以获得第二值，并将第二值传输至接收器的第一处理器。接收器的第一处理器将第一值和第二值进行比较，并且如果满足一个或多个标准，则能够进行接收器的一个或多个操作。
一实施例的电池组件包括比较器。
在此所描述的实施例包括利用比较器提供通信信道，以从接收器读取数字数据。
在此所描述的实施例包括利用至少一个加密密钥交换协议来传输密钥和第二值。
一实施例中的至少一个加密密钥交换协议包括迪菲-赫尔曼密钥交换协议。
一实施例中的第一函数等于第二函数。
一实施例中的第一函数是加密哈希函数。
一实施例中的第二函数是加密哈希函数。
一实施例中的密钥是公开密钥。
一实施例中的公开密钥是224位二进制数。
一实施例中的公开密钥是接收器特定的。
一实施例中的公开密钥包括来源于与接收器对应的产品模型和产品序列号中的一个或多个的信息。
一实施例中的接收器的第一处理器将公开密钥传输至电池组件的第二处理器包括为每次请求提供不同的公开密钥。
一实施例中的接收器的第一处理器应用第一函数包括第一处理器将密钥与存储在第一存储器中的第一私有密钥结合以提供第一结合密钥。
一实施例中的应用第一函数包括将第一函数应用于第一结合密钥。
一实施例中的电池组件的第二处理器应用第二函数包括将密钥与存储在第二存储器中的第二私有密钥结合以提供第二结合密钥。
一实施例中的应用第二函数包括将第二函数应用于第二结合密钥。
一实施例中的第一私有密钥等于第二私有密钥。
一实施例中的第一结合密钥等于第二结合密钥。
一实施例中的传输第一通信包括发送同步脉冲。
一实施例中的传输第一通信包括每秒发送三次同步脉冲。
一接收器中的第一处理器传输第一通信。
一实施例中的电池组件的第二处理器传输第一通信。
一实施例中的一个或多个标准包括第一值等于第二值。
在此所描述的实施例包括电池认证系统，该电池认证系统包括接收器和电池组件。接收器包括第一处理器和第一存储器。电池组件包括第二处理器、比较器和第二存储器。在此所描述的实施例将电池组件连接至接收器，该连接包括利用比较器在接收器的第一处理器与电池组件的第二处理器之间提供通信信道。接收器的第一处理器或电池组件的第二处理器传输第一通信以建立通信信道。电池组件的第二处理器从接收器请求公开密钥。接收器的第一处理器将公开密钥与存储在第一存储器中的第一私有密钥结合，将第一哈希函数应用于第一结合公开密钥，并且将第一哈希值存储在第一存储器中。第一处理器将公开密钥传输至电池组件的第二处理器。电池组件的第二处理器将公开密钥与存储在第二存储器中的第二私有密钥结合，将第二哈希函数应用于第二结合公开密钥，并且将第二哈希值传输至接收器的第一处理器。第一私有密钥等于第二私有密钥。第一哈希函数与第二哈希函数相同。接收器的第一处理器将第一哈希值和第二哈希值进行比较，并且当第一哈希值等于第二哈希值时，能够进行接收器的操作。
对电池组件进行认证的系统、方法和设备可以是单系统、多系统和/或地理上分离的系统的部件。这样的系统、方法和设备也可以是单系统、多系统和/或地理上分离的系统的子部件或子系统。对电池组件进行认证的系统、方法和设备的各部件可以耦接至主系统或与主系统耦接的系统的一个或多个其他部件(未示出)。
对电池组件进行认证的系统、方法和设备的一个或多个部件和/或与对电池组件进行认证的系统、方法和设备耦接或连接的相应接口、系统或应用程序包括处理系统和/或在处理系统下运行和/或与处理系统联合运行。如现有技术所知的，处理系统包括以处理器为基础的装置、或一起运行的计算装置、或处理系统或装置的各部件的任何集合。例如，处理系统可以包括便携计算机、在通信网络中运行的便携通信装置和/或网络服务器中的一个或多个。便携计算机可以是选自个人计算机、个人数字助理、便携计算装置和便携通信装置中的任意数量的装置和/或装置的组合，但不限于此。处理系统可以包括较大的计算机系统内的部件。
实施例的处理系统包括至少一个处理器和至少一个存储装置或子系统。处理系统还可以包括或耦接至至少一个数据库。在此通常使用的术语“处理器”是指任何逻辑处理单元，例如一个或多个中央处理单元(CPU)、数字信号处理器(DSP)和特定用途集成电路(ASIC)等。处理器和存储器可以单片地集成在单个芯片上、分布于若干芯片或器件中和/或通过一些结合的算法来提供。在此所描述的方法可以用软件算法、程序、固件、硬件、器件、电路中的一个或多个以任意组合来实现。
包括对电池组件进行认证的系统、方法和设备的任何系统的各部件可以定位在一起或位于不同位置。通信路径将各部件耦接，并且包括用于在各部件之间通信或传输文件的任何媒介。通信路径包括无线连接、有线连接和无线/有线混合连接。通信路径还包括耦接或连接至网络，所述网络包括局域网(LAN)、城域网(MAN)、广域网(WAN)、专有网络、办公室或后端网络、以及互联网。另外，通信路径包括可移动的固定媒介，如软盘、硬盘驱动器、CD-ROM盘、以及闪存RAM、通用串行总线(USB)连接、RS-232连接、电话线路、总线和电子邮件信息。
在此所描述的对电池组件进行认证的系统、方法和设备以及相应的系统和方法的各方面可以作为被编程进任意的各种电路中的功能来实现，这些电路包括可编程逻辑器件(PLD)，例如现场可编程门阵列(FPGA)、可编程阵列逻辑(PAL)器件、电可编程逻辑和存储器件、基于标准单元的器件、以及特定用途集成电路(ASIC)。用于实现对电池组件进行认证的系统、方法和设备以及相应系统和方法的各方面的一些其他可能性包括：具有存储器(例如电可擦可编程只读存储器(EEPROM))的微控制器、嵌入式微处理器、固件和软件等。另外，对电池组件进行认证的系统、方法和设备以及相应的系统和方法的各方面可以在微处理器内实现，所述微处理器具有基于软件的电路仿真、离散逻辑(时序和组合)、定制器件、模糊(神经网络)逻辑、量子器件以及任何上面描述类型的器件的混合。当然，下面的器件技术可以以各种器件类型来提供，例如，金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)技术(如互补金属氧化物半导体(CMOS))、双极技术(如发射极耦合逻辑(ECL))、聚合物技术(例如，硅-共轭聚合物和金属-共轭聚合物-金属结构)、混合的模拟和数字等。
适于此处所描述的实施例使用的计算机网络包括局域网(LAN)、广域网(WAN)、互联网或其他连接服务和网络变化，例如万维网、公共互联网、私人互联网、私人计算机网络、公共网络、移动网络、蜂窝网络、增值网络等。耦接或连接至网络的计算设备可以是许可进入网络的任何微处理器控制设备，包括终端设备，例如私人计算机、工作站、服务器、微型计算机、大型计算机、膝上型计算机、移动计算机、掌上计算机、手持计算机、移动电话、TV机顶盒或它们的组合。计算机网络可以包括LAN、WAN、互联网和计算机中的一种或多种。计算机可以充当服务器、客户端或它们的组合。
应该注意的是，在此公开的任何系统、方法和/或其他部件可以利用计算机辅助设计工具来描述，并在它们的性能、寄存器传送、逻辑部件、晶体管、布局几何尺寸和/或其他特征方面表达(或表示)，如在各种计算机可读媒介中体现的数据和/或指令。可以体现这种格式的数据和/或指令的计算机可读媒介包括但不限于：各种形式的非易失性存储媒介(例如，光、磁或半导体存储媒介)以及可以通过无线、光、或有线信号媒介或其任何组合来传送这种格式的数据和/或指令的载波。通过载波传送这种格式的数据和/或指令的示例包括但不限于：经由一种或多种数据传送协议(例如，HTTP、FTP、SMTP等)在互联网和/或其它计算机网络上传送(上传、下载、电子邮件等)。当经由一个或多个计算机可读媒介在计算机系统内接收时，上面所描述部件的这种基于数据和/或指令的表达可由计算机系统内的处理实体(例如，一个或多个处理器)处理，连同一个或多个其他计算机程序的执行。
除非上下文明确地要求，否则在整个说明书和权利要求中，词语“包括(comprise)”、“包含(comprising)”等以包含含义来解释，与排他或穷尽含义相对；即，“包括但不限于”的含义。使用单数或复数的词语也分别包括复数或单数。此外，在本申请中使用时，词语“在此(herein)”、“以下(hereunder)”、“上面”、“下面”以及类似含义的词语是指整个申请，而不是指本申请的任何特定部分。当列出两个或更多个项时使用词语“或”，该词语覆盖下面对该词的所有解释：所列项中的任何项、所列项中的所有项、以及所列项中的项的任何组合。
以上对电池组件进行认证的系统、方法和设备以及相应的系统和方法的实施例的描述不旨在详尽或将系统和方法限制于公开的确切形式。相关领域的技术人员可以理解的是，为说明目的，在此描述了对电池组件进行认证的系统、方法和设备以及相应的系统和方法的实施例和示例，但在系统和方法的范围内可进行各种等同修改。在此提供的对电池组件进行认证的系统、方法和设备以及相应的系统和方法的教导可以应用于其他的系统和方法，而不仅仅是用于上面描述的系统和方法。
可以将上面描述的各种实施例的元件和动作结合，以提供另外的实施例。根据上面的详细说明，可以对电池组件进行认证的系统、方法和设备以及相应系统和方法做出这些和其他改动。