专利名称：安全的无线通信方法
技术领域：
本发明涉及一种安全的无线通信方法，尤指通信时隙的选择信息为随机信息且采用异步通信方式的跳时通信的方法，属于无线通信技术领域。
目前，无线通信技术正日益朝着提供更高的传输速率的方向发展。但是，在实际生活中，低速无线通信的方式依然在很多领域被继续应用，这些应用场合需要传输的数据量通常很小，例如无线数据采集或获取，汽车防盗无线报警器等。
在低速无线通信的应用中，需要安全可靠，低成本的通信方法。目前的无线通信装置中广泛采用跳频的方法，而跳时的方法尽管实现比较简单，却很少被单独采用，其原因就是跳时的方法难以提供很高的通信联接速率。但是，对于低速无线通信而言，跳时方法提供的低速率可以满足通信的要求，因此不再成为缺点；而跳时方法易于实现的优点在低成本无线通信装置中就表现的比较明显。
在无线通信中，通信的安全是使用者非常关心的一个重要因素，现有技术一般采用用户认证、数据流加密和/或射频信号扩频的方法来提高无线通信的安全。但是，如果将上述的方法应用到汽车防盗无线报警器或类似的报警设备时，通信的安全性是无法得到保证的。这是因为当无线报警器向监测设备不断发送信息(如“汽车仍在”或“家中安全”等信息)时，该无线电波能够被其它设备接收并记录下来，然后再由该设备不断发送出去，达到欺骗监测设备的目的；而此时，汽车已经被盗走或者家中已被非法侵入。
尽管可以采用跳频的方法提高上述通信的安全性，但如果欺骗装置发射的假信号能覆盖所有跳频的频点，跳频的方法就不能识别真假了。即使再加上数据加密和设备认证的手段，但由于数据加密的方法和设备认证的方法有可能被非法入侵者掌握(至少对有关的专业技术人员或相关的设计生产技术人员来说，得到或者破解这些重要的安全信息是完全可能的)，因此，一旦非法人员获得了这些安全信息，他们就可以利用伪设备欺骗监测设备，如汽车已经被盗，而伪报警器却向监测设备发送“汽车仍在”的信息。
在跳时通信中，采用伪随机方法选择跳时通信时隙可以提高通信安全性，但是对该通信装置的设计人员来说，他详细了解选择通信时隙的伪随机码生成规律等信息，产品设计人员有可能把这些信息向外扩散，这就留下了安全隐患。
本发明的主要目的在于提供一种安全的无线通信方法，利用跳时通信的方法，通过增加随机性的手段消除通信中的安全隐患，确保监测设备不被伪设备欺骗。
本发明的另一目的在于提供一种安全的无线通信方法，该方法将选择跳时时隙的规律隐藏在随机信息中，并采用异步通信的方式简化实现跳时的复杂度。
本发明的又一目的在于提供一种安全的无线通信方法，利用该方法的通信装置实现简单，成本低。
本发明的目的是通过如下的技术方案实现的一种安全的无线通信方法，其采用跳时的方式通信，将跳时通信的时隙选定信息隐藏在随机信息中；发射装置只在选定的时隙发射数据，接收装置只处理选定时隙的接收信号；每个通信时隙传输一个数据包，其通信方式为异步通信方式。
在随机信息中隐藏跳时通信信息的方法至少包括1、由通信装置内部的微处理器至少产生随机数表和随机时隙表；2、生成随机数，并将该随机数与随机数表进行运算，根据该运算结果选择随机时隙表中相应的时隙作为跳时通信的选定时隙。
所述的随机数表和随机时隙表存储在通信装置中的只读存储器中。
所述的只读存储器为电擦除只读存储器或快闪存储器。
所述的随机数由伪随机码发生器产生，该随机数的使用方法具体包括如下的步骤1、将伪随机码发生器不断产生的随机数依次存储到随机存取存储器中；2、当该随机存取存储器中一预定的存储空间写满时，将这时的伪随机码存入到非易失存储器中；3、依次输出、使用该随机存取存储器中的随机数，返回步骤1。
所述的数据包至少包括启始数据部分、有效数据部分和校验数据部分。
所述的异步通信具体包括如下的步骤1、在接收装置发现信号中出现高电平，并且该高电平达到规定的宽度，开始根据检测时钟计数；2、当计数满足高电平的持续时间不小于开始位的持续时间时，认为此时检测到的为开始位；3、当检测时钟数达到相应开始位的检测时钟数时，开始位结束；4、从下一个数据位开始，检测时钟又从高电平开始新的计数，获得该数据位信息。
本发明利用跳时的通信方法，通过将选择跳时时隙的信息隐藏在随机信息中，从而增加了选定时隙的随机性，消除了通信中的安全隐患，确保了监测设备不被伪设备欺骗。同时本发明采用异步通信的方式简化了实现跳时通信的复杂度，通信装置实现简单，并且降低了成本。
以下结合附图及具体的实施例对本发明作进一步的详细说明。
图1为本发明选择通信时隙的一实施例原理示意图。
图2为本发明又一实施例中随机信息的生成、保存和使用关系示意图。
图3为本发明一实施例跳时通信时隙传输数据包的结构示意图。
图4为本发明异步通信接收数据检测时序图。
一种采用跳时方式的安全的无线通信方法，其将跳时通信的时隙信息隐藏在随机信息中；发射装置只在选定的时隙发射数据，接收装置只处理选定时隙的接收信号；其中，在随机信息中隐藏跳时通信信息的方法至少包括1、由通信装置内部的微处理器至少产生随机数表和随机时隙表；2、生成随机数，并将该随机数与随机数表进行运算，根据该运算结果选择随机时隙表中相应的时隙作为跳时通信的选定时隙。
本发明在选择通信时隙时，通过随机数表和随机时隙表将伪随机码生成的信息隐藏在随机数中，使得通信时隙的选择没有规律可循，随机数表和随机时隙表由通信装置内部的微处理器产生，并可以随意重新生成或者修改这两个随机表，这样就保证了通信设备选取的时隙不会被伪设备跟踪、破译和预测。
如图1所示，本发明通过伪随机码发生器101产生随机数，该随机数与随机数表102经过异或运算环节105后，再利用模运算器104进行模运算后产生随机时隙选择数据，利用该随机时隙选择数据在随机时隙表103中选定相应的通信时隙。随机存取存储器106用于保存伪随机码发生器101产生的随机数。伪随机码发生器101采用最长线性反馈移位寄存器，具有很长的周期。假如线性反馈移位寄存器是32级，跳时通信周期按照100毫秒计算，产生的伪随机码序列十多年才会重复。随机数表102和随机时隙表103由通信装置内部的微处理器产生，并且保存在非易失存储器中。在随机时隙表103中，m是一个周期内的时隙个数，0≤i，j，l≤m-1且i，j，l互不相等，即i≠j，i≠l，j≠l。随机时隙表103中的时隙由时隙选择指针选取，随机时隙表103最大的特征就是时隙排列没有规律，当指针为1时，选取的通信时隙是j，而j是小于m的任一非负整数。时隙选择指针由随机存取存储器106，异或运算环节105，模运算器104和随机数表102共同运算确定的，而随机存取存储器106中存储的值由伪随机码发生器101产生。随机存储器106和随机数表102的值进行异或运算，如果异或的结果大于m时，就超出了时隙的选取范围，由模运算器104对异或结果进行取模运算，将时隙选择指针的值限制在m之内。
以随机时隙表103为例，如果随机时隙有m个，则在随机时隙表103中时隙的排列共有m！(m的阶乘)个。即使m是一个比较小的数，m！也是个很大的数值，如果m＝32，则m！＝2.63×1035。如果随机数表102中的数是k位二进制数，随机数表102的长度为n，则所有可能出现的随机数组合总共有(n×2k)×m！个。因此，通过随机数表102和随机时隙表103这些随机环节，就可以提供庞大的随机空间，把跳时通信装置的信号时隙的出现规律隐藏在随机数之中；由于伪随机序列的周期特别长，对于这样的通信装置，即使是设计人员也不可能跟踪或破译某一组通信装置间的随机数表102和随机时隙表103。由此使无线通信的安全性大大提高，从而保证了通信安全。
随机数表102和随机时隙表103是通信装置双方共同的通信约定，在通信开始前由发射装置内的微处理器产生，并安全地传送给接收装置。在通信过程中，发射装置只在选定的时隙发射数据，而接收装置也只处理选定时隙的接收信号。
在通信装置应用过程中，还有可能出现失电复位的情况，如果这时随机数表和随机时隙表等信息未能有效地保存，当重新加电或更换电池后，这些信息就需要重新产生，并需要重新在接收装置和发送装置之间保持一致，因此在应用上很麻烦。
如图2所示，其为本发明的又一实施例的原理示意图。为解决上面所述的问题，在通信装置内还设有非易失存储器202(EEPROM)或快闪存储器(Flash)，用于保存上述的随机数表102和随机时隙表103。
另外，为提供伪随机码发生器101重新工作的初始数据，还需要保存伪随机码的信息。但是，如果每个伪随机码都保存，非易失存储器202的写入就会很频繁，从而大大降低其使用寿命，因此需要减少非易失存储器202的写入次数；此外，为避免伪随机码在重新加电时重复而导致的随机规律可跟踪的问题，需要延迟使用所产生的伪随机码。
本发明的另一实施例包括有伪随机码发生器101、非易失存储器202、随机存取存储器106、微处理器201、随机数表102、随机时隙表103、异或运算环节105和模运算器104，图中给出了随机数表102和随机时隙表103的生成、保存及使用的关系。随机数表102和随机时隙表103是通信收发装置之间的通信约定，由通信装置内部的微处理器201产生，并安全地传给接收装置，保存在非易失存储器202中。随机数表102和随机时隙表103可以通过通信装置提供的微处理器201重新生成、保存和传送。
另一个需要保存的随机信息是由伪随机码发生器101产生的伪随机码，如果不保存该伪随机码，在每次通信装置重新上电或复位后，伪随机码发生器101就从同一个初始状态重新产生伪随机码；这样，通信装置每次重新工作时，通信时隙就比较容易被跟踪。为了解决这个问题，将伪随机码实时地保存到非易失存储器202中，当重新上电工作时，再从该非易失存储器202中把所保存的伪随机码读出，作为伪随机码发生器101新的初始值，这样就保证了伪随机码发生器101每次重新上电工作时产生的随机码不再相同。但是，非易失存储器202有写入次数的限制，为此，可以延迟使用所产生的伪随机码。具体的做法是由非易失存储器202产生的伪随机码不是立即和随机数表102进行异或运算，而是先顺序写入随机存取存储器106中，当随机存取存储器106中的数据写满预先规定的存储空间时，在微处理器201的控制下，将这时的伪随机码存入非易失存储器202中，然后，随机存取存储器106开始不断地顺序输出伪随机码，与随机数表102进行异或运算，产生时隙选择指针。这样，随机存取存储器106不断地被读出伪随机码，又写入新的伪随机码，读出的码总比写入的码延迟一段时间。而伪随机码发生器101产生的伪随机码每当写满一段随机存取存储器106时，就保存当前最新的一个伪随机码。所以，实际用于选择时隙的伪随机码总是比保存的伪随机码滞后，即新保存的伪随机码总是还没有被使用。当通信装置重新上电工作时，伪随机码发生器101从非易失存储器202中获取的初始值没有被使用过，不会在每次重新工作时重复产生相同的伪随机码。同时，也大大减少了写入非易失存储器202的次数。伪随机码的数据段的大小由随机存取存储器106的存储容量和非易失存储器202的容许写入次数综合确定。
如图3所示，其为跳时通信中所传输数据包的构成示意图。以时间T为周期，在一个时间T中具有多个时隙，在一个周期内通信装置只在其中的一个时隙内发射/接收数据。按照图1所示方法选择的通信时隙从不同的周期看，通信接收、发送装置使用的时隙是随机的，但是，各个时隙传输的数据包结构是相同的。该数据包内部的构成可以有多种方式，根据不同的应用场合可以选用不同的数据包结构，本实施例中的数据包一般由启始部分、有效数据部分和校验部分构成。
在实现跳时通信时，比较复杂的实现环节在于保证数据收发同步；为了尽可能简化通信装置的内部组成，使得采用本发明的通信装置成本低，易于实现，本发明在跳时通信中，采用异步无线通信的方式。异步无线通信方式不需要保持时隙间的严格时序关系，只要不断校正通信时隙间的时间偏差就可以。虽然很难达到同步方式所能提供的通信速率，但是将异步方式应用到本发明的应用场合时，其速率低的缺点并不明显。相反，由于可以因此简化通信装置，使得成本降低，功耗减少。
如图4所示，传输信号以开始位作为数据开始传输的标志，在没有数据传输时，接收到的信号是低电平，开始位以高电平形式出现。接收装置发现信号中出现高电平，并不是立即认为是收到信号，因为环境中总是存在噪声和电磁干扰，只有接收信号的达到规定的宽度，才真正认为信号出现。具体的实现步骤是当接收信号为高电平时，开始根据检测时钟计数，计数到k个检测时钟，即高电平的持续时间大于k个检测周期，才确定接收数据。一个数据位对应n个检测时钟，当检测时钟计满n个时，开始位结束，下一个数据位开始，检测时钟又从“1”开始计数。开始位以后的数据位的检测与开始位不同，如图4中所示，由n2-1,n2,n2+1]]>这3点处的信号电平确定。当这3点中有2个或3个点为高电平，就确定该数据位是高电平；否则，判断该数据位为低电平。图4是以n为偶数为例来说明数据检测的原理，当n为奇数时，3个检测点则为n-12,n+12,n+12+1.]]>本发明比较适合传输数据量较少，而通信安全性又比较重要的应用，可以保证接收设备不被假信号所欺骗。以下是将本发明在汽车防盗报警器的应用。
许多汽车的防盗报警器采用声音报警的方法，其主要缺点在于如果报警声音太大，并且报警器经常发生误报，报警器扰民的问题很严重；如果报警声音不大，又起不到报警的效果。采用本发明的方法，在汽车中安装一个跳时通信的无线发射装置，车主随身携带相应的接收装置。通过该无线通信装置及时地把汽车当前的状态信息向车主汇报，当出现异常状态时，车主马上就能知道。这种汽车报警器主要的优点通过无线通信报警代替声音报警，能及时报警，不扰民，更重要的是通信安全性很高，车主不会被假报警器欺骗。
上面的具体实施例仅仅是以举例的形式给出的，本发明可以应用到多种须要保证通信安全的产品中。本发明提供的方法，可以有多种软件和或硬件实现手段。
权利要求
1.一种安全的无线通信方法，其采用跳时的方式通信，其特征在于将跳时通信的时隙选定信息隐藏在随机信息中；发射装置只在选定的时隙发射数据，接收装置只处理选定时隙的接收信号；每个通信时隙传输一个数据包，其通信方式为异步通信方式。
2.根据权利要求1所述的安全的无线通信方法，其特征在于在随机信息中隐藏跳时通信信息的方法至少包括a、由通信装置内部的微处理器至少产生随机数表和随机时隙表；b、生成随机数，并将该随机数与随机数表进行运算，根据该运算结果选择随机时隙表中相应的时隙作为跳时通信的选定时隙。
3.根据权利要求2所述的安全的无线通信方法，其特征在于所述的随机数表和随机时隙表存储在通信装置中的只读存储器中。
4.根据权利要求3所述的安全的无线通信方法，其特征在于所述的只读存储器为电擦除只读存储器或快闪存储器。
5.根据权利要求2所述的安全的无线通信方法，其特征在于所述的随机数由伪随机码发生器产生，该随机数使用的方法具体包括如下的步骤a、将伪随机码发生器不断产生的随机数依次存储到随机存取存储器中；b、当该随机存取存储器中一预定的存储空间写满时，将这时的伪随机码存入到非易失存储器中；c、依次输出、使用该随机存取存储器中的随机数，返回步骤a。
6.根据权利要求1所述的安全的无线通信方法，其特征在于所述的数据包至少包括启始数据部分、有效数据部分和校验数据部分。
7.根据权利要求1所述的安全的无线通信方法，其特征在于所述的异步通信具体包括如下的步骤a、在接收装置发现信号中出现高电平，并且该高电平达到规定的宽度，开始根据检测时钟计数；b、当计数满足高电平的持续时间不小于开始位的持续时间时，认为此时检测到的为开始位；c、当检测时钟数达到相应开始位的检测时钟数时，开始位结束；d、从下一个数据位开始，检测时钟又从高电平开始新的计数，获得该数据位信息。
全文摘要
一种安全的无线通信方法，采用跳时通信时，将时隙选定信息隐藏在随机信息中；发射装置只在选定的时隙发射数据，接收装置只处理选定时隙的接收信号；每个通信时隙传输一个数据包，其通信方式为异步通信方式；该通信方法，通过将选择跳时时隙的信息隐藏在随机信息中，增加了选定时隙的随机性，消除了通信中的安全隐患，确保了监测设备不被伪设备欺骗；同时采用异步通信的方式简化了实现的复杂度，通信装置简单，成本降低。
文档编号H04L12/42GK1402484SQ01123998
公开日2003年3月12日 申请日期2001年8月10日 优先权日2001年8月10日
发明者杨学贤 申请人:联想(北京)有限公司