光通信设备、光通信系统及通信连接建立方法与流程

本公开涉及通信技术领域，特别涉及一种光通信设备、光通信系统及通信连接建立方法。

背景技术：

随着通信技术的飞速发展，一系列为人类带来极大便利和安全的识别技术逐渐应用于各大领域中。

如，在支付领域中，逐渐采用新兴的人脸识别技术代替传统的扫码支付；在防盗领域中，逐渐采用新兴的指纹识别技术代替传统的钥匙解锁；在交通领域中，一系列刷卡(如地铁卡)识别技术也应运而生。

但是，无论是人脸识别、支付识别还是刷卡识别，均属于近场通信(nearfiledcommunication，nfc)，即均需要识别端和被识别端处于较近的距离才能建立通信连接完成识别，灵活性较低。

技术实现要素：

本公开实施例提供了一种光通信设备、光通信系统及通信连接建立方法，可以解决相关技术中通信连接建立可靠性较低的问题，所述技术方案如下：

一方面，提供了一种光通信设备，所述光通信设备包括：第一驱动电路，以及与所述第一驱动电路连接的光信号发射电路；

所述第一驱动电路用于生成第一目标明文，并基于所述第一目标明文向所述光信号发射电路输出第一驱动信号，以及用于基于所述第一目标明文生成第一密钥，并基于所述第一密钥向所述光信号发射电路输出第二驱动信号；

所述光信号发射电路用于响应于所述第一驱动信号发射第一光信号，以及用于响应于所述第二驱动信号发射第二光信号。

可选的，所述第一驱动电路包括：第一控制子电路和第一控制信号生成子电路；

所述第一控制子电路分别与所述光信号发射电路和所述第一控制信号生成子电路连接，所述第一控制子电路用于生成第一目标明文，基于所述第一目标明文生成第一控制字集合，并将所述第一控制字集合发送至所述第一控制信号生成子电路，所述第一控制字集合包括多个不同的第一控制字；

所述第一控制信号生成子电路用于基于所述第一控制字集合生成第一控制信号集合，并将所述第一控制信号集合发送至所述第一控制子电路，所述第一控制信号集合包括多个不同频率的第一控制信号；

所述第一控制子电路还用于基于所述第一控制信号集合生成第一密钥，基于所述第一密钥向所述光信号发射电路输出第二驱动信号，以及基于所述第一目标明文向所述光信号发射电路输出第一驱动信号。

可选的，所述第一目标明文包括：第一随机种子。

可选的，所述第一控制信号生成子电路包括：备选信号产生模块和控制信号产生模块；

所述备选信号产生模块与所述控制信号产生模块连接，且所述备选信号产生模块具有多个输出端，所述备选信号产生模块用于生成频率相同且相位不同的多个备选信号，并将所述多个备选信号通过所述多个输出端一一对应输出至所述控制信号产生模块，其中所述备选信号的数量与所述输出端的数量相同，且任意两个相邻的输出端输出的所述备选信号之间的相位差相同；

所述控制信号产生模块还与所述第一控制子电路连接，所述控制信号产生模块用于基于所述多个备选信号和所述第一控制子电路发送的第一控制字集合，生成第一控制信号集合，并将所述第一控制信号集合发送至所述第一控制子电路。

可选的，所述第一驱动电路还用于生成唯一指示所述光通信设备的第一目标标识，并基于所述第一目标标识向所述光信号发射电路发送初始驱动信号；

所述光信号发射电路还用于响应于所述初始驱动信号发射第三光信号。

另一方面，提供了一种光通信设备，所述光通信设备包括：光信号接收电路，以及与所述光信号接收电路连接的第二驱动电路；

所述光信号接收电路用于接收第四光信号和第五光信号，将所述第四光信号转换为第一电信号，将所述第五光信号转换为第二电信号，并将所述第一电信号和所述第二电信号发送至所述第二驱动电路；

所述第二驱动电路用于基于所述第一电信号获取第二目标明文，基于所述第二电信号获取第二密钥，基于所述第二目标明文生成第三密钥，以及验证所述第三密钥和所述第二密钥是否匹配。

可选的，所述第二驱动电路包括：第二控制子电路和第二控制信号生成子电路；

所述第二控制子电路分别与所述光信号接收电路和所述第二控制信号生成子电路连接，所述第二控制子电路用于基于所述第一电信号获取第二目标明文，基于所述第二电信号获取第二密钥，以及基于所述第二目标明文生成第二控制字集合，并将所述第二控制字集合发送至所述第二控制信号生成子电路，所述第二控制字集合包括多个不同的第二控制字；

所述第二控制信号生成子电路用于基于所述第二控制字集合生成第二控制信号集合，并将所述第二控制信号集合发送至所述第二控制子电路，所述第二控制信号集合包括多个不同频率的第二控制信号；

所述第二控制子电路还用于基于所述第二控制信号集合生成第三密钥，以及验证所述第三密钥和所述第二密钥是否匹配。

可选的，所述第二目标明文包括：第二随机种子。

可选的，所述光信号接收电路还用于接收第六光信号，将所述第六光信号转换为第三电信号，并将所述第三电信号发送至所述第二驱动电路；

所述第二驱动电路还用于基于所述第三电信号获取第二目标标识，以及查找是否存储有与所述第二目标标识相同的标识，并在查找到存储有与所述第二目标标识相同的标识时，执行获取所述第二目标明文和所述第二密钥的操作。

又一方面，提供了一种通信连接建立方法，应用于如上述一方面所述的光通信设备中，所述方法包括：

生成第一目标明文；

基于所述第一目标明文发射第一光信号；

基于所述第一目标明文生成第一密钥；

基于所述第一密钥发射第二光信号。

再一方面，提供了一种通信连接建立方法，应用于如上述另一方面所述的光通信设备中，所述方法包括：

基于接收到的第四光信号获取第二目标明文；

基于所述第二目标明文生成第三密钥；

基于接收到的第五光信号获取第二密钥；

验证所述第三密钥与所述第二密钥是否匹配。

再一方面，提供了一种光通信系统，所述光通信系统包括：光信号发射端和光信号接收端；所述光信号发射端包括：如上述一方面所述的光通信设备，所述光信号接收端包括：如上述另一方面所述的光通信设备；

所述光信号接收端接收的第四光信号与所述光信号发射端发射的第一光信号为同一个光信号；所述光信号接收端获取的第二目标明文与所述光信号发射端生成的第一目标明文相同；所述光信号接收端接收的第五光信号与所述光信号发射端发射的第二光信号为同一个光信号；所述光信号接收端获取的第二密钥与所述光信号发射端生成的第一密钥相同；

所述光信号接收端用于若验证生成的第三密钥与获取的所述第二密钥相同，则与所述光信号发射端建立通信连接。

可选的，所述光信号接收端接收的第六光信号与所述光信号发射端发射的第三光信号为同一光信号；所述光信号接收端获取的第二目标标识与所述光信号发射端生成的第一目标标识相同。

可选的，所述光信号接收端还包括：如上述一方面所述的光通信设备；和/或，所述光信号发射端还包括：如上述另一方面所述的光通信设备。

本公开提供的技术方案带来的有益效果至少可以包括：

本公开实施例提供了一种光通信设备、光通信系统及通信连接建立方法。光通信设备中，第一驱动电路可以基于生成的第一目标明文向光信号发射电路输出第一驱动信号，以控制光信号发射电路发射第一光信号；以及可以基于生成的第一密钥向光信号发射电路输出第二驱动信号，以控制光信号发射电路发射第二光信号。即，探测到光信号的光通信设备可以基于该光信号与发射该光信号的光通信设备建立通信连接。由于光信号的发射距离较远且范围较大，因此在保证建立可靠通信前提下，提高了通信连接建立的灵活性。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例中的技术方案，下面将对实施例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公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本公开实施例提供的一种光通信设备的结构示意图；

图2是本公开实施例提供的另一种光通信设备的结构示意图；

图3是本公开实施例提供的又一种光通信设备的结构示意图；

图4是本公开实施例提供的一种多个备选信号的示意图；

图5是本公开实施例提供的一种第一控制信号生成子电路的结构示意图；

图6是本公开实施例提供的另一种第一控制信号生成子电路的结构示意图；

图7是本公开实施例提供的第一控制信号生成子电路的工作原理示意图；

图8是本公开实施例提供的一种通信连接建立方法流程图；

图9是本公开实施例提供的再一种光通信设备的结构示意图；

图10是本公开实施例提供的再一种光通信设备的结构示意图；

图11是本公开实施例提供的另一种通信连接建立方法流程图；

图12是本公开实施例提供的一种光通信系统的结构示意图；

图13是本公开实施例提供的一种生成的明文和密文的示意图；

图14是本公开实施例提供的另一种光通信系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本公开实施方式作进一步地详细描述。

图1是本公开实施例提供的一种光通信设备的结构示意图。如图1所示，该光通信设备可以包括：第一驱动电路10，以及与该第一驱动电路10连接的光信号发射电路20。

第一驱动电路10可以用于生成第一目标明文，并基于第一目标明文向光信号发射电路20输出第一驱动信号。该第一驱动电路10还可以用于基于第一目标明文生成第一密钥，并基于第一密钥向光信号发射电路20输出第二驱动信号。

该光信号发射电路20可以响应于第一驱动信号发射第一光信号，以及可以响应于第二驱动信号发射第二光信号。

例如，该光信号发射电路20可以在第一驱动电路10向其输出第一驱动信号时，按照第一频率发射第一光信号；该光信号发射电路20可以在第一驱动电路10向其输出第二驱动信号时，按照第二频率发射第二光信号，即可以按照不同频率发射光信号以指示不同的参数(包括第一目标明文和第一密钥)。

可选的，该光信号发射电路20可以包括：发光二极管(lightemittingdiode，led)。该第一频率可以为光通信设备存储的默认频率，如，可以为出厂时预先配置好的频率，或，可以为开发人员在光通信设备初次启动时设置的。且，该第一频率可以为该光通信设备与探测到光信号的光通信设备事先约定好的频率。该第二频率可以为不断变化的频率，即该第二频率可以为变频。通过采用变频方式发送密钥，可以确保密钥发送的安全性。

其中，第一光信号和第二光信号可以用于指示探测到光信号的光通信设备获取第一目标明文和第一密钥，基于第一目标明文生成密钥，以及若验证获取到的第一密钥和生成的密钥匹配，则与该发射光信号的光通信设备建立通信连接。另，由于第一驱动电路10是基于第一目标明文控制光信号发射电路20发射第一光信号，因此第一光信号可以用于指示探测到光信号的光通信设备获取第一目标明文。由于第一驱动电路10是基于第一密钥控制光信号发射电路20发射第二光信号，因此第二光信号可以用于指示探测到光信号的光通信设备获取第一密钥。在本公开实施例中，可以将发射光信号的光通信设备称为第一光通信设备，将接收光信号的光通信设备成为第二光通信设备。

可选的，两个密钥匹配可以是指两个密钥满足预设条件/关系，或者也可以是指两个密钥相同。当然，为了保证通信连接建立的安全性，本公开实施例记载的密钥匹配可以是指密钥相同。

综上所述，本公开实施例提供了一种光通信设备。该光通信设备中，第一驱动电路可以基于生成的第一目标明文控制光信号发射电路发射第一光信号；以及可以基于生成的第一密钥控制光信号发射电路发射第二光信号。即，探测到光信号的光通信设备可以基于该光信号与发射该光信号的光通信设备建立通信连接。由于光信号的发射距离较远范围较大，因此在保证建立可靠的通信连接的前提下，提高了通信连接建立的灵活性。

可选的，本公开实施例记载的光信号可以均为可见光信号，相应的，本公开实施例记载的光通信设备可以称为可见光通信设备。图2是本公开实施例提供的另一种光通信设备的结构示意图。如图2所示，该第一驱动电路10可以包括：第一控制子电路101和第一控制信号生成子电路102。

其中，该第一控制子电路101可以分别与光信号发射电路20和第一控制信号生成子电路102连接。该第一控制子电路101可以用于生成第一目标明文，基于该第一目标明文生成第一控制字集合，并将第一控制字集合发送至第一控制信号生成子电路102。其该第一控制字集合可以包括多个不同的第一控制字。

可选的，该第一控制子电路101可以为微控制单元(microcontrollerunit，mcu)。该第一目标明文可以包括：第一随机种子，随机种子可以是指基于软件程序生成的任意随机数，且该第一随机种子可以为二进制数。

相应的，为了生成该第一随机种子，以及为了基于该第一随机种子生成第一控制字集合，该第一控制子电路101可以包括随机数发生器和伪随机二进制序列(pseudo-randombinarysequence，prbs)发生器。其中，第一控制子电路101可以通过该随机数发生器生成第一随机种子作为第一目标明文，以及可以通过prbs发生器基于该第一随机种子生成第一控制字集合，该第一控制字集合也可以称为第一控制字序列。

该第一目标明文可以称为真随机数，第一控制字集合包括的多个第一控制字可以称为伪随机数。在正常工作时，prbs发生器可以以第一目标明文(即真随机数)作为初始值，即以第一目标明文作为初始条件，基于其内部预置的伪随机数生成算法生成多个伪随机数，该多个伪随机数即为本公开实施例记载的多个第一控制字。

该第一控制信号生成子电路102可以用于基于第一控制字集合生成第一控制信号集合，并将该第一控制信号集合发送至第一控制子电路101。其中，该第一控制信号集合可以包括多个不同频率的第一控制信号。

可选的，第一控制子电路101可以按照生成各个第一控制字的顺序，将第一控制字集合包括的各个第一控制字依次按序发送至第一控制信号生成子电路102。相应的，第一控制信号生成子电路102可以基于依次接收到的各个第一控制字，按序生成多个第一控制信号，并再按序将该多个第一控制信号发送至第一控制子电路101。

另外，由于第一控制信号生成子电路102需要响应于控制字工作，因此为了保证第一控制信号生成子电路102进入工作状态，第一控制子电路101可以在初次启动时，先向第一控制信号生成子电路102输出基准控制字以控制第一控制信号生成子电路102进入工作状态。

该第一控制子电路101还可以用于基于第一控制信号集合生成第一密钥，基于第一密钥向光信号发射电路20输出第二驱动信号，以及基于第一目标明文向光信号发射电路20输出第一驱动信号。

可选的，第一控制子电路101中可以预置有密钥编码规则，第一控制子电路101在获取到第一控制信号集合后，可以基于该第一控制信号集合包括的各个第一控制信号的频率和密钥编码规则生成第一密钥。例如，假设密钥编码规则为若第一控制信号的频率大于频率阈值，则赋值1，若第一控制信号的频率小于频率阈值，则赋值0。那么，第一控制子电路101生成的第一密钥即可以为由多个二进制数值组成的字符串。

需要说明的是，探测到该光信号的光通信设备，即第二光通信设备中也可以预置有密钥编码规则，且其预置的密钥编码规则与第一控制子电路101中的密钥编码规则可以相同。进而，第二光通信设备即可以在获取到发射该光信号的光通信设备(即，第一光通信设备)生成的第一目标明文后，进一步基于该第一目标明文和密钥编码规则生成密钥，并基于生成的密钥和从第一光通信设备接收到的密钥，与第一光通信设备可靠建立通信连接。

可选的，在正常工作时，第一控制子电路101可以先基于生成的第一目标明文控制光信号发射电路20发射第一光信号。在第一光信号发射完毕后，可以再生成第一密钥并基于第一密钥控制光信号发射电路20发射第二光信号。即，光通信设备可以先执行第一目标明文的发送；再执行第一密钥的发送。

由于探测到光信号的光通信设备是基于发射光信号的光通信设备实时生成的且具有随机性的第一随机种子生成密钥，而不是基于预先存储好的固定信息生成密钥，因此使得生成的密钥具有足够高的实时性、随机性、复杂性和安全性，进一步确保了两者建立通信连接的安全性和可靠性。并且，由于第一控制信号生成子电路102向第一控制子电路101发送的第一控制信号集中各个第一控制信号的频率均不相同，因此可以使得第一控制信号生成子电路102控制光信号发射电路20以变频方式发射光信号，即在变频状态下发出第一密钥，使得密钥破解更为困难，进一步提高了建立通信连接的安全性。

图3是本公开实施例提供的另一种第一光通信设备的结构示意图。如图3所示，该第一控制信号生成子电路102可以包括：备选信号产生模块1021和控制信号产生模块1022。

备选信号产生模块1021可以与控制信号产生模块1022连接，且该备选信号产生模块1021可以具有多个输出端。备选信号产生模块1021可以用于生成频率相同且相位不同的多个备选信号，并将多个备选信号通过其多个输出端一一对应输出至控制信号产生模块1022。其中，备选信号的数量与输出端的数量相同，且任意两个相邻的输出端输出的备选信号之间的相位差相同。

示例的，图4以备选信号产生模块1021共生成k个备选信号为例，示出了备选信号的示意图。且，每相邻两个备选信号之间的相位差δ可以满足：

δ＝1/k*f1'公式(1)；

其中，k为备选信号的数量，f1'为备选信号的频率。相应的，该备选信号产生模块1021也可以称为k-inputs电路。

可选的，备选信号产生模块1021能够生成的备选信号的数量k可以预先配置于该备选信号产生模块1021中，如，可以由用户(如，开发人员)在生产该备选信号产生模块1021时设置于该模块中。且，k可以为2的i次方，i可以为大于等于1的整数。例如，k可以为16、32、128或其他。

控制信号产生模块1022还可以与第一控制子电路101连接。该控制信号产生模块1022可以用于基于多个备选信号和第一控制子电路101发送的第一控制字集合，生成包括多个不同第一控制信号的第一控制信号集合，并将第一控制信号集合发送至第一控制子电路101。

可选的，控制信号产生模块1022生成的多个不同的第一控制信号中，第i个第一控制信号f1(i)可以满足：

f1(i)＝k*f1'/f1(i)公式(2)；

其中，f1(i)为第一控制字集合包括的多个不同的第一控制字中第i个第一控制字，i为不大于第一控制字集合包括的第一控制字的个数的正整数。例如，假设第一控制字集合共包括i个第一控制字，i为大于1的整数，则i与i的大小关系即可以满足：i≤i。

图5是本公开实施例提供的一种第一控制信号生成子电路的结构示意图。如图5所示，其中该备选信号产生模块1021可以包括：约翰计数器(johnsoncounter)。该控制信号产生模块1022可以包括：输入单元1022a、选择单元1022b和输出单元1022c。

该输入单元1022a可以与第一控制子电路101(图5未示出)连接，输入单元1022a可以用于基于第一控制字向选择单元1022b输出选择控制信号。且，输入单元1022a每次可以仅响应于一个第一控制字工作，由于第一控制字集合包括的各个第一控制字均不相同，因此可以使得输入单元1022a每次输出的选择控制信号不同。

选择单元1022b还可以分别与备选信号产生模块1021和输出单元1022c连接，选择单元1022b可以用于响应于选择控制信号，从多个备选信号中选择一个目标备选信号并输出至输出单元1022c。

输出单元1022c可以用于基于目标备选信号，生成包括不同频率的多个第一控制信号的第一控制信号集合，并将第一控制信号集合发送至第一控制子电路101。

图6是本公开实施例提供的另一种第一控制信号生成子电路的结构示意图。如图6所示，输入单元1022a可以包括：第一寄存器r1、第二寄存器r2、第三寄存器r3、第四寄存器r4、第一加法器j11和第二加法器j12。选择单元1022b可以包括：第一选择器x1、第二选择器x2和第三选择器x3。输出单元1022c可以包括：d触发器、第一反相器f01和第一反相器f02。

第一加法器j11和第二加法器j12可以分别与第一控制子电路101(图6未示出)和第三寄存器r3连接，且第一加法器j11、第一寄存器r1、第二寄存器r2和第一选择器x1依次连接，第二加法器j12、第三寄存器r3、第四寄存器r4和第二选择器x2依次连接。另，第二寄存器r2还可以与第一时钟信号端clk1连接，第一寄存器r1、第三寄存器r3和第四寄存器r4还可以与第二时钟信号端clk2连接。

第一选择器x1和第二选择器x2还可以分别与备选信号产生模块1021和第三选择器x3连接，第三选择器x3还可以与d触发器的第一输入端和第一时钟信号端clk1连接。

d触发器的第二输入端可以与第一反相器f01的输出端连接，第一反相器f01的输入端和第一反相器f02的输入端可以与d触发器的输出端连接。需要说明的是，参考图6，d触发器的输出端可以作为第一时钟信号端clk1的输出，第二反相器f02的输出端可以作为第二时钟信号端clk2的输出，且第一时钟信号端clk1和第二时钟信号端clk2提供的时钟信号仅相位相反且频率相同。

例如，结合图4和图6，假设第一备选信号产生模块1021共生成k个备选信号，则第一选择器x1和第二选择器x2均可以为图6所示的k->1选择器(即从k个备选信号中选择1个目标备选信号)。由于第三选择器x3用于从两个中选择一个，因此结合图6，该第三选择器x3可以为2->1选择器(即从2个备选信号中选择1个目标备选信号)。结合图6，对第一控制信号生成子电路102生成第一控制信号集合的原理进行说明：

例如，第一加法器j11可以将第i个第一控制字f1(i)的一部分(如图6所示的f1(i)/2)和第三寄存器r3存储的最高有效位(如，5比特)相加，然后在第二时钟信号端clk2提供的第二时钟信号的上升沿时将相加结果保存到第一寄存器r1中；或第一加法器j11可以将第一控制字f1(i)的一部分和第三寄存器r3存储的所有信息相加，然后在第二时钟信号的上升沿时将相加结果保存到第一寄存器r1中。在下一个第一时钟信号的上升沿时，第一寄存器r1存储的最高有效位将被存储到第二寄存器r2中，并作为第一选择器x1的选择信号。相应的，第一选择器x1即可以响应于该选择信号，从k个备选信号中选择一个目标备选信号作为第一选择器x1的输出信号并输出至第三选择器x3。

同理，第二加法器j12可以将第i个第一控制字f1(i)和第三寄存器r3存储的最高有效位相加，然后在第二时钟信号clk2的上升沿时将相加结果保存到第三寄存器r3中。或者，第二加法器j12可以将第一控制字f1(i)和第三寄存器r3存储的所有信息相加，然后在第二时钟信号的上升沿时将相加结果保存到第三寄存器r3中。在下一个第二时钟信号的上升沿时，第三寄存器r3存储的信息将被存储到第四寄存器r4中，并作为第二选择器x2的选择信号。相应的，第二选择器x2即可以响应于该选择信号从k个备选信号中选择一个目标备选信号作为第二选择器x2的输出信号并输出至第三选择器x3。

进一步的，第三选择器x3可以在第一时钟信号的上升沿时，选择来自第一选择器x1的输出信号和来自第一选择器x2的输出信号中的一个作为第三选择器x3的输出信号并输出至d触发器，以作为d触发器的输入时钟信号。然后，d触发器的输出端和第二反相器f02的输出端之一输出的时钟信号即可以作为最终的输出信号，至此即实现了控制信号的生成。基于不同第一控制字生成的不同控制信号组成的集合即为第一控制信号集合。

可选的，第四寄存器r4输出的选择信号可以作为下降沿选择信号，第二寄存器r2输出的选择信号可以作为上升沿选择信号，第三寄存器r3反馈至第二加法器j12的信号可以用于控制生成的时钟的周期切换。相应的，可以将第四寄存器r4输出的选择信号称为下降沿控制字，将第二寄存器r2输出的选择信号称为上升沿控制字。

需要说明的是，该第一控制信号生成子电路102可以称为基于时间平均频率脉冲直接合成(time-average-frequencydirectperiodsynthesis，taf-dps)电路。另，输出至两个加法器j11和j12的控制字可以由用户基于其所需的控制信号的频率灵活设置；或者，可以由taf-dps电路基于最终需要生成的控制信号的频率灵活设置，该控制信号的频率可以由用户输入至taf-dps电路中。

其中，该taf-dps电路的工作原理可以基于时间平均频率(timeaveragefrequency，taf)来实现。结合图7对基于该taf方式得到第一控制信号集合的可选实现过程，即上述公式(2)的推导进行示意性说明：

假设第i个第一控制字为f1(i)，任意两个相邻的输出端输出的备选信号的相位差为δ，f1(i)为f1(i)＝i+r1，i代表整数部分，r1代表小数部分。则通过该taf方式可以输出两种时间周期ta和tb：

ta＝i*δ公式(3)；

tb＝(i+1)*δ公式(4)；

将该两种时间周期通过“周期合成”技术可以合成得到一个周期为目标周期的时钟信号，且该目标周期ttaf可以满足：

ttaf＝(1-r1)*ta+r1*tb公式(5)；

将公式(3)和公式(4)代入公式(5)可以得到：

ttaf＝(i+r1)*δ公式(6)；

根据公式(6)可以看出，r1可以控制tb出现的概率，即第i个第一控制字为f1(i)的小数部分r1可以控制周期ta和tb之间的切换频率。

基于公式(6)可以进一步计算出taf-dps电路输出的时钟信号的频率ftaf，即第i个第一控制信号的频率f1(i)可以满足：

f1(i)＝ftaf＝1/ttaf＝1/[(i+r1)*δ]＝1/f1(i)*δ公式(7)；

将公式(1)计算得出的δ代入公式(7)即可以得出：

f1(i)＝ftaf＝(k*f1')/f1(i)，即得到上述公式(2)。

由于本公开实施例提供的taf-dps电路基于其特有的taf工作方式，生成的多个第一控制信号具有一定的不确定性，且由于第一密钥是基于第一控制信号生成，因此为生成第一密钥提供了安全性保障，使得生成的密钥难以破解。

另外，对于探测到光信号的光通信设备，若想实现通信连接建立，其也需要具备该taf-dps电路才可以生成密钥。即本公开实施例记载的通信连接建立，不仅需要软件程序支持，还需要硬件电路支持，只有在硬件匹配的情况下才能实现密钥的可靠提取和可靠匹配进而配对成功，实现通信连接的可靠建立。

可选的，该第一驱动电路10还可以用于生成唯一指示光通信设备的第一目标标识，并基于第一目标标识向光信号发射电路20发送初始驱动信号。相应的，该光信号发射电路20还可以用于响应于初始驱动信号发射第三光信号。

例如，该光信号发射电路20可以响应于初始驱动信号，以第三频率发射第三光信号。另，该第三频率也可以为该光通信设备存储的默认频率，且该第三频率可以为该光通信设备与探测到光信号的光通信设备约定好的频率。再，该第三频率和上述实施例记载的第一频率可以相同，也可以不同。

其中，该第三光信号可以用于指示探测到光信号的光通信设备获取第一目标标识，以及若在存储的多个标识中查找到与第一目标标识相同的标识，执行获取第一目标明文和生成第二密钥的操作。即在发射第一光信号和第二光信号前，第一驱动电路10可以先控制光信号发射电路20发射第三光信号，以指示探测到光信号的光通信设备基于第三光信号，获取发射该第三光信号的光通信设备的第一目标标识，从而实现对发射光信号的光通信设备身份的鉴别。

通过使得探测到光信号的光通信设备在检测到其存储有该第一目标标识后，再进一步执行获取第一目标明文和第一密钥，在保证通信建立连接可靠性的前提下，还降低了探测到光信号的光通信设备的功耗。

需要说明的是，一方面，由于如今各类电子设备中均设置有能够发射光信号的器件(如移动终端设置有闪光灯)，因此光通信设备更易集成在各类电子设备中，而不需要额外引入过多的硬件资源或单独制作产品。另一方面，由于目前能够发射光信号的器件(如照明灯)无处不在，因此若将本公开实施例提供的光通信设备包括的电路配置于现有的能够发射光信号的器件中，可以使得各光通信设备密集度更高，为智慧城市的建造打下坚实的基础。又一方面，若采用可见光进行通信，还可以在为用户带来便利的同时，提高用户的幸福感。

综上所述，本公开实施例提供了一种光通信设备。该光通信设备中，第一驱动电路可以基于生成的第一目标明文控制光信号发射电路发射第一光信号；以及可以基于生成的第一密钥控制光信号发射电路发射第二光信号。即，探测到光信号的光通信设备可以基于该光信号与发射该光信号的光通信设备建立通信连接。由于光信号的发射距离较远范围较大，因此在保证建立可靠的通信连接的前提下，提高了通信连接建立的灵活性。

图8是本公开实施例提供的一种通信连接建立方法流程图，该方法可以应用于图1至图3任一所述的光通信设备中。如图8所示，该方法可以包括：

步骤801、生成第一目标明文。

步骤802、基于第一目标明文发射第一光信号。

步骤803、基于第一目标明文生成第一密钥。

步骤804、基于第一密钥发射第二光信号。

综上所述，本公开实施例提供了一种通信连接建立方法。该方法可以基于生成的第一目标明文发射第一光信号；以及可以基于生成的第一密钥发射第二光信号。相应的，探测到光信号的光通信设备即可以基于该光信号与发射该光信号的光通信设备建立通信连接。由于光信号的发射距离较远范围较大，因此在保证建立可靠的通信连接的前提下，提高了通信连接建立的灵活性。

需要说明的是，步骤801至步骤804相应的可选实现方式可以参考上述针对图1至图3装置侧的记载，在方法侧实施例不再赘述。

图9是本公开实施例提供的一种光通信设备的结构示意图。如图9所示，该光通信设备可以包括：光信号接收电路01，以及与光信号接收电路01连接的第二驱动电路02。

光信号接收电路01可以用于接收第四光信号和第五光信号，将第四光信号转换为第一电信号，将第五光信号转换为第二电信号，并将第一电信号和第二电信号发送至第二驱动电路02。可选的，该光信号接收电路01可以为能够将光信号转换为电信号的光电二极管(photodiode)。

第二驱动电路02可以用于基于第一电信号获取第二目标明文，基于第二电信号获取第二密钥，基于第二目标明文生成第三密钥，以及验证第三密钥和第二密钥是否匹配。其中，第二密钥和第三密钥的匹配验证可以参考上述实施例对密钥匹配的规则介绍，在此不再赘述。

可选的，在验证第三密钥和第二密钥匹配时，该光通信设备可以与发射第四光信号和第五光信号的光通信设备可靠建立通信连接。

综上所述，本公开实施例提供了一种光通信设备。该光通信设备中，光信号接收电路可以将探测到的光信号转换为电信号发射至第二驱动电路，第二驱动电路可以基于电信号获取发射光信号的光通信设备生成的密钥和目标明文，并基于该密钥和目标明文与发射光信号的光通信设备可靠建立通信连接。由于光信号的发射距离较远范围较大，因此在保证建立可靠的通信连接前提下，提高了通信连接建立的灵活性。

图10是本公开实施例提供的另一种光通信设备的结构示意图。如图10所示，该第二驱动电路02可以包括：第二控制子电路021和第二控制信号生成子电路022。

第二控制子电路021可以分别与光信号接收电路01和第二控制信号生成子电路022连接。第二控制子电路021可以用于基于第一电信号获取第二目标明文，基于第二电信号获取第二密钥，以及基于第二目标明文生成第二控制字集合，并将第二控制字集合发送至第二控制信号生成子电路022。其中，该第二控制字集合可以包括多个不同的第二控制字。

可选的，该第二控制子电路021也可以为mcu，该第二目标明文可以包括：第二随机种子。同理，该第二控制子电路021可以具备与第一控制子电路101相同的结构和功能。第二控制子电路021的工作原理可以参考上述针对第一控制子电路101的描述，在此不再赘述。且，该第二控制子电路021相对于第一控制子电路101可以具备将电信号转换为数字信号的功能。

第二控制信号生成子电路022可以用于基于第二控制字集合生成第二控制信号集合，并将第二控制信号集合发送至第二控制子电路021。其中，该第二控制信号集合可以包括多个不同频率的第二控制信号。

可选的，第二控制信号生成子电路022生成第二控制信号集合的方式可以参考上述第一控制信号生成子电路102生成第二控制信号集合的方式，在此不再赘述。相应的，第二控制信号生成子电路022也可以具备与第一控制信号生成子电路102相同的模块，即第二控制信号生成子电路022可以包括：如图5或图6所示的第一控制信号生成子电路102包括的各模块。

第二控制子电路021还可以用于基于第二控制信号集合生成第三密钥，以及验证第三密钥和第二密钥是否匹配。

可选的，第二控制子电路021生成第三密钥的方式可以参考上述一控制子电路101生成第一密钥的方式，在此不再赘述。第二控制子电路021相对于第一控制子电路101可以具备判断接收到的密钥和其生成的密钥是否匹配的功能。

可选的，在本公开实施例中，该光信号接收电路01还可以用于接收第六光信号，将第六光信号转换为第三电信号，并将第三电信号发送至第二驱动电路02。且，该第二驱动电路02还可以用于基于第三电信号获取第二目标标识，以及查找是否存储有与第二目标标识相同的标识，并在查找到存储有与第二目标标识相同的标识时，执行获取第二目标明文和第二密钥的操作。

即，第二驱动电路02可以先基于接收到的第六光信号获取第二目标标识，并在其存储空间(如本地用户薄)中搜索以确定是否存储有该第二目标标识。若存储有，则身份鉴别成功。此时，第二驱动电路02可以再进一步接收第四光信号和第五光信号，基于第四光信号获取第二目标明文，基于第五光信号获取第二密钥，基于第二目标明文生成第三密钥，并通过比较第三密钥和获取到的第二密钥与发射第六光信号的光通信设备完成通信连接的建立。

综上所述，本公开实施例提供了一种光通信设备。该光通信设备中，光信号接收电路可以将探测到的光信号转换为电信号发射至第二驱动电路，第二驱动电路可以基于电信号获取发射光信号的光通信设备生成的密钥和目标明文，并基于该密钥和目标明文与发射光信号的光通信设备可靠建立通信连接。由于光信号的发射距离较远范围较大，因此在保证建立可靠的通信连接前提下，提高了通信连接建立的灵活性。

图11是本公开实施例提供的一种通信连接建立方法流程图，该方法可以应用于图9或图10所示的光通信设备中。如图11所示，该方法可以包括：

步骤1101、基于接收到的第四光信号获取第二目标明文。

步骤1102、基于第二目标明文生成第三密钥。

步骤1103、基于接收到的第五光信号获取第二密钥。

步骤1104、验证第三密钥和第二密钥是否匹配。

综上所述，本公开实施例提供了一种通信连接建立方法。该方法中光通信设备可以基于接收到的光信号获取第二目标明文和第二密钥，可以基于该第二目标明文生成第三密钥，且可以验证第三密钥和第二密钥是否匹配。相应的，即可以基于匹配结果与发射光信号的光通信设备可靠建立通信连接。由于光信号发射距离较远范围较大，因此在保证建立可靠的通信连接前提下，提高了通信连接建立的灵活性。

需要说明的是，步骤1101至步骤1104相应的可选实现方式可以参考上述针对图9或图10装置侧的记载，在方法侧实施例不再赘述。

可选的，图12是本公开实施例提供的一种光通信系统的结构示意图。如图12所示，该光通信系统00可以包括：光信号发射端100和光信号接收端001。其中，该光信号发射端100可以包括：如图1至图3任一所示的光通信设备，该光信号接收端001可以包括：如图9或图10所示的光通信设备。

相应的，该光信号接收端001接收的第四光信号与光信号发射端100发射的第一光信号可以为同一个光信号。光信号接收端001获取的第二目标明文可以与光信号发射端100生成的第一目标明文相同。光信号接收端001接收的第五光信号与光信号发射端100发射的第二光信号可以为同一个光信号；光信号接收端001获取的第二密钥与光信号发射端100生成的第一密钥可以相同。

即，光信号接收端001可以用于若验证生成的第三密钥与获取的第二密钥相同，则与光信号发射端100建立通信连接。

另，光信号接收端001接收的第六光信号与光信号发射端100发射的第三光信号可以为同一光信号。相应的，光信号接收端001获取的第二目标标识与光信号发射端100生成的第一目标标识可以相同。即，上述图9或图10所示的光通信设备可以在查找到其存储有与第一目标标识相同的标识时，可以再执行获取上述图1至图3任一所示的光通信设备生成的第一目标明文和第一密钥。

需要说明的是，该光信号接收端001还可以包括：如图1至图3任一所示的光通信设备。即，该光信号接收端001还可以具备光信号发射功能，请求与其他光通信设备建立通信连接。和/或，该光信号发射端100还可以包括：如图9或10所示的光通信设备。即，该光信号发射端100还可以具备光信号接收功能，主动与其他光通信设备建立通信连接。

若光信号接收端001还具备光信号发射功能，则和光信号发射端100通过发射光信号与光信号接收端001建立通信连接同理：该光信号接收端001可以主动生成目标明文，基于生成的目标明文生成密钥，基于生成的目标明文发射一光信号，并基于生成的密钥发射另一光信号。以指示探测到该光信号的另一光通信设备(如，还具备光信号接收功能的光信号发射端100)，可以基于该光信号获取光信号接收端001主动生成的目标明文和密钥，基于获取到的目标明文再生成另一密钥，并在验证生成的密钥和获取到的密钥匹配时，与该光信号接收端001可靠建立通信连接。另，该光信号接收端001还可以主动生成用于唯一指示其身份的目标标识，并基于生成的目标标识发射再一光信号。以指示探测到该再一光信号的另一光通信设备，基于该再一光信号获取光信号接收端001生成的目标标识，并在查找到存储有与该目标标识相同的标识时，再执行获取光信号接收端001主动生成的目标明文和密钥的操作。

若光信号发射端100还具备光信号接收功能，则和光信号接收端001通过接收光信号与光信号发射端100建立通信连接同理：该光信号发射端100可以主动接收能够发射光信号的另一光通信设备(如，还具备光信号发射功能的光信号接收端001)发射的光信号，将接收到的光信号转换为电信号，基于转换得到的电信号获取发射该光信号的光通信设备生成的目标明文和密钥，基于获取到的目标明文再生成另一密钥，并在验证生成的密钥和获取到的密钥匹配时，与发射光信号的另一光通信设备可靠建立通信连接。另，该光信号发射端100还可以基于接收到的光信号获取发射该光信号的光通信设备生成目标标识，并在查找到存储有与该目标标识相同的标识时，再执行获取发射该光信号的光通信设备生成的目标明文和密钥的操作。

例如，参考图12，其以光信号发射端100仅具备光信号发射功能，且光信号接收端001仅具备光信号接收功能为例，示出了一种光通信系统。并且，其示出的光信号发射端100包括的第一控制子电路101为mcu，第一控制信号生成子电路102为taf-dps电路，光信号发射电路20为led。其示出的光信号接收端001包括的第二控制子电路021为mcu，第二控制信号生成子电路022为taf-dps电路，光信号接收电路01为光电二极管p-d。

在正常工作时，结合图12，光信号发射端100中的光信号发射电路20可以发射不同频率的光信号，以指示探测到该光信号的光信号接收端001基于接收到的光信号实现密钥提取，信息匹配和身份鉴别等一系列工作，从而与光信号发射端100建立可靠的通信连接。该光信号发射端100可以称为光钥匙(lightlock)，该光信号接收端001可以称为光锁(lightkey)。

图13示出了一种生成的明文和密文的示意图。如图13所示，假设光信号发射端100发送的第一光信号指示的第一目标明文为脉冲m1，用二进制数值表示为“01001010”，则光信号接收端001接收到第一光信号后，可以采用不同的时钟信号对脉冲m1进行寄存以获取第一目标明文，及基于第一目标明文再生成第二密钥。例如，图13示出的脉冲m2即为用于指示获取到的第一目标明文的脉冲，脉冲m3即为获取到的用于指示生成的第二密钥的脉冲，用二进制数值表示为“000110”。进一步的，光信号接收端001可以通过比较生成的该第二密钥和获取到的第一密钥是否匹配，若匹配，则与光信号发射端100建立通信连接；若不匹配，则拒绝与光信号发射端100建立通信连接。

又例如，图14以光信号发射端100不仅具备光信号发射功能，且具备光信号接收功能，以及光信号接收端001不仅具备光信号接收功能，且具备光信号发射功能，示出了另一种光通信系统。参考图14，其示出的光信号发射端100不仅可以向光信号接收端001发送明文和密文，且可以接收光信号接收端001发送的明文和密文。同理，光信号接收端001不仅可以接收光信号发射端100发送的明文和密文，且可以向光信号发射端100发送明文和密文。

结合图14所示的光通信系统，且光信号接收端001主动与光信号发射端100建立通信连接为例，对两者建立通信连接的过程进行示意性说明：

其中，光信号接收端001可以先生成用于唯一指示其身份的第二目标标识，并基于该第二目标标识发射第七光信号。然后，再生成第三目标明文，基于该第三目标明文生成第四密钥，基于该第三目标明文发射第八光信号，并基于第四密钥发射第九光信号。光信号发射端100在接收到第七光信号、第八光信号和第九光信号后，可以先基于该第七光信号获取第二目标标识，并在查找到存储有与该第二目标标识相同的标识后，进一步基于该第八光信号获取第三目标明文，基于该第九光信号获取第四密钥，基于该第三目标明文生成第五密钥，并在验证第五密钥与第四密钥匹配时，与光信号接收端001可靠建立通信连接。

应当理解的是，在本文中提及的“和/或”，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的光通信设备包括的各电路、各子电路、各模块以及各器件的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

以上所述仅为本公开的可选实施例，并不用以限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。