用于近场无线装置配对的方法和系统的制作方法

专利名称：用于近场无线装置配对的方法和系统的制作方法
技术领域：
本技术领域总体上涉及无线装置配对，并且更具体地涉及使用非传播无线电信号的无线装置配对。
背景技术：
在一些通信情况下，期望具有安全的无线装置配对，例如，当无线电装置和外围装置实现诸如蓝牙的无线协议时的无线电装置与外围装置的配对，该无线电协议要求利用传播的无线电信号，即电磁无线电信号来发送数据。期望这样的安全无线装置配对的一个示例情况是在公共安全领域中。更具体地，公共安全人员可以从多单元充电器的无线电装置池中选择实现蓝牙协议的无线电装置，并且将它们本身的无线附件与选择的无线电装置配对；并且，这种附件配对过程可以在存在多个人员进行相同行为的情况下发生。进一步使得问题复杂化的是，大多数在公共安全中使用的无线电装置没有小键盘、显示器或其他图形用户界面(GUI)。而且，甚至在无线电装置具有GUI的情况，许多无线技术的售后附件附加物也不提供对无线电装置GUI的访问。因此，对于一些无线电装置，呈现很有限的用户界面或甚至不呈现任何用户界面来便于配对过程。已知的配对技术在下述方面具有缺点提供安全的无线装置配对，特别是对于没有GUI或很有限的⑶I的无线装置而言。例如，诸如蓝牙和IEEE(电气与电子工程师协会)802. llb/g的几种无线通信标准包含用于装置配对的机制。这些机制涉及用户键入一系列符号(例如，PIN，例如用于蓝牙的十进制数字和用于IEEE802. Ilb的无线对等保密 (WEP)协议的十六进制或ASCII字符)以验证用户正在配对正确的附件，该正确的附件与没有小键盘的无线电装置不兼容。更具体地，相对于蓝牙技术，对于2. 1蓝牙规范开发的蓝牙 SIG(特殊兴趣组)是一种用于使用公钥加密来进行“安全简单配对”(SSP)的方式。通常， 这个SSP要求数字验证，并且与没有显示器的装置不兼容。存在用于SSP的“仅工作”模式， 但是这个受到“中间人”漏洞的影响。在加密中，中间人攻击(经常被缩写为MITM)或水桶队列攻击或有时Janus攻击是一种积极窃听的形式，其中，攻击者建立与受害者独立的连接，并且在他们之间中继消息，使得当事实上整个会话被攻击者控制时受害者相信他们正在通过专用连接彼此直接通话。也描述了可以使用的“带外”(OOB)方法，但是该方法复杂并且需要繁重的计算(实际上所有的SSP都需要繁重的计算)并且产生配对延迟。最后， SSP不象对于诸如公共安全客户的需要安全通信的用户所期望的那样简单或安全。相对于用于使用蓝牙协议的装置的OOB方法，已经提出可以使用“近场通信 (NFC) mOB技术来便于在主机和外围装置之间的配对。然而，已知的在装置配对中的NFC实现方式要求利用传播的电磁无线电波的初始发现和认证过程，这使得结果产生的链路容易遭受黑客入侵；需要在主机装置上的显示器和小键盘来用于用户启动配对过程(诸如通过使用菜单)并且用于用户选择配对的外围装置；使用由EMCA在“近场通信(NFC)接口和协议”(NFCIP-I)中提出的协议，该协议使用在外围装置中的无源标签以13. 56MHz发送，该外围装置需要来自主机装置的高功率载波来启动该标签，并且使标签能够发送存储的标识数据；并且，需要在无线电装置上的按钮来使得用户在配对过程数据交换完成时接受配对。另外，即使蜂窝电话配备了高度演进的GUI，客户仍然具有使用蓝牙的内置配对安全过程的实质问题——使用PIN。更具体地，使用PIN证明具有下述问题蜂窝社区将 PIN “标准化”为0000或1234，以便有效地自动化在配对处理中的PIN安全性。这消除了客户经历的配对问题，但是也使得装置对于黑客入侵开放，并且在文献和新闻媒体中有许多这样的黑客入侵的报告。因此，存在对于一种用于无线装置配对的方法和系统的需要，该方法和系统解决了至少一些过去和当前的无线装置配对技术和/或机制的缺点。


在附图中，贯穿各个视图，相似的附图标记指示相同或在功能上类似的元件，附图与下面的详细描述一起被包含在说明书中并且形成说明书的一部分，并且用于进一步说明包括所要求保护的发明的思想的各种实施例，并且解释那些实施例的各种原理和优点。图1是图示根据一些实施例的包括实现无线装置的无线电装置和附件的系统的框图。图2是示出根据一些实施例的用于实现无线装置配对的谐振天线的图1的系统的示意图。图3图示根据一些实施例的近场通信设备的电路图。图4图示根据一些实施例的用于无线装置配对的方法的消息序列图(MSC)。技术人员可以明白，为了简单和清楚而图示了附图中的元件，并且在附图中的元件不必按照比例绘制。例如，在附图中的一些元件的尺寸可能相对于其他元件被夸大，以有助于提高对各种实施例的理解。另外，说明书和附图不必要求图示的顺序。可以进一步明白，可以以特定的发生顺序来描述或描绘特定行为和/或步骤，同时本领域内的技术人员可以明白，实际上不需要这样的关于顺序的指定。在适当时，通过在附图中的常规符号来表示设备和方法部件，附图仅示出了与各种实施例的理解相关的具体细节，以便不使对于受益于此说明书的本领域普通技术人员来说容易清楚的细节混淆本公开。因此，可以明白，为了说明的简单和清楚，可能不描述在商业上可行的实施例中有用或必要的常见或公知的元件，以便于这些各种实施例较少地阻碍视图。
具体实施例方式一般而言，根据各种实施例，例如无线电装置的第一通信装置和例如附件的第二通信装置使用带外(OOB)信号交换数字证书来实现无线装置配对过程，使得该装置可以随后使用电磁无线电信号来形成用于通信的链路。附件发送信标，其中，该信标包括配对请求。在用户使得无线电装置和附件足够接近时，无线电装置使用在无线电装置中包括的近场设备来接收信标。响应于接收到信标，无线电装置启动配对过程，并且将附件确认为是信任装置，其中，配对过程包括在无线电装置和附件之间的数据交换，并且其中，信标和数据交换包括使用近场设备产生的非传播无线电信号，其中，在一个实施例中的该非传播无线电信号包括以大约125kHz为中心的调制载波信号，并且实质上由磁分量构成。在完成配对过程时，无线电装置与附件形成链路，以使用传播的电磁无线电信号来进行通信。实现公开的实施例的益处包括唯一的用户输入是使得并且保持两个通信装置足够接近，以便主机装置从外围装置接收信标，该外围装置甚至与没有显示器、键盘或其他GUI的无线电装置兼容；低频非传播信号容易产生，并且以低功率来提供近距离通信 (在13. 56MHz下实现的现有技术的NFC OOB技术需要IOOx的更多的接收功率(例如， 15-20mW)，因此无法在电池供电的产品中保持有效)；低频非传播信号以内部天线来穿透无线电装置和塑料外壳而无需塑料中可以泄漏的任何开口 ；低频非传播信号远低于在大多数无线电装置中使用的电磁信号的频率使得对于无线电装置的干扰被最小化或不存在；近场通信从根本上是安全的，因为这种技术的传播定律基本上是Ι/r6而不是对于正常的传播无线电信号的Ι/r2，在短距离后，信号强度急剧降低使得低于热背景噪声，因此对于暗中接收进行了隐藏，这也使得能够安全通信，并且进一步使得能够不模糊的配对(用户精确地知道哪个外围装置被配对)，这与上述许多人员在配对它们的装置时很接近的“集合厅情况”兼容。本领域内的技术人员可以认识到上面识别的优点和在此描述的其他优点仅是说明性的，并且不意味着是各种实施例的全部优点的完全呈现。现在参见附图，并且具体地参见图1，示出并且一般地以100指示了用于图示根据一些实施例的包括实现无线装置配对的两个装置的系统的框图。系统100包括第一通信装置102(在该情况下，无线电“主”装置)和第二通信装置104(在该情况下，蓝牙无线附件 “从”装置)。第一和第二通信装置可以是需要无线装置配对的用户操作的任何类型的通信装置。例如，第一(主)通信装置是从第二(从或外围)通信装置接收信标(如在下面更详细所述)的装置，其中，第一和第二通信装置可以是在使用传播信号(在本领域中也称为辐射信号和电磁信号)的一个或多个“带内”频率上操作的任何类型的无线通信装置。而且，主装置配备了用于发送和接收诸如语音、数据和视频的媒体的设备。因此，装置102可以是但是不限于地面或移动无线电装置、蜂窝电话、个人数据助理(PDA)、个人计算机等。装置104(外围装置)可以是但是不限于诸如耳机或头戴式耳机等的附件，但是也可以配备用于发送和接收媒体和/或配置了其他功能的设备。传播信号被定义为包括电场和磁场分量的电磁信号，该电磁信号是通过向在发送装置处的天线提供射频交流电流以产生自传播(即，辐射波)的信号而产生的，以便可以在超过6英寸的距离的接收装置处的天线成功地接收该信号。传播信号在不受阻碍的环境中遵循Ι/r2传播定律，其中，该信号以大约Ι/r2的速率下降，其中，r是在发送和接收天线之间的距离。将该信号与下述非传播信号(在本领域中也称为倏逝(evanescent)信号)对比， 该非传播信号被定义为具有实质的磁场分量或实质的电场分量而不是两者的信号，该非传播信号遵循Ι/r6传播定律，其中，非传播无线电信号功率以大约Ι/r6的比率降低，其中，r 是在发送和接收天线之间的距离。因此，通过缺少可以产生辐射波的天线，非传播信号被局限在其源。相反，用于产生非传播信号的天线与激励信号的波长相比在电学方面较小，使得不产生实质的电磁分量，而是仅在天线附件产生局部电场或磁场(如果存在传播分量的话，该信号的非传播分量在该信号的任何传播分量的IO6倍的数量级上)。因此，以小于2” 或超过36”的天线，甚至非常大(14”英寸见方)的天线，诸如攻击者可以使用的，在超过6 英寸的发送和接收天线之间的距离处无法成功地接收非传播信号。转回图1的系统100的描述，装置102包括微控制器或数字信号处理器 (DSP) 106 ；使用电磁信号的用于短距离通信(例如，IO-IOOm或30-300，)的设备122，在该情况下它是蓝牙设备，该蓝牙设备包括具有对应的天线110的蓝牙无线电装置108 ；近场通信(NFC)设备(或简称为近场设备)，其包括NFC接收器112、谐振NFC天线114和NFC发送器116 ；以及，具有对应的天线120的双向陆地移动无线电收发器118。装置104包括微控制器或DSP132 ；对应的蓝牙设备，其包括具有对应的天线130的蓝牙无线电装置128 ；对应的近场设备，其包括NFC接收器136、谐振NFC天线134和NFC发送器138 ；以及，其他附件功能140。根据在此的教导，在用户将外围装置104通电时，它使用近场设备134、138来产生和发送信标，其中，该信标本身是配对请求。然后，在用户使得该外围装置足够接近无线电装置102(例如，6英寸或更小，并且在一个实施例中，两英寸(50mm)或更小)来使用近场设备112、114来接收信标时，无线电控制器106启动与附件104的配对过程，其中，使用在装置102和104中的近场设备来交换数据，以便认证两个装置，确认附件是被授权与无线电装置102配对的信任装置，并且交换用于配对的数字证书。图2是系统100的示意图，用于示出用户200使附件(104)在距无线电装置102大约一英寸内来启动在两个装置之间的配对过程。例如信标和配对数据交换的OOB数据IM包括局限于谐振天线114(被示出为包括在无线电装置102上的适配器202中)和134(在附件104中)周围的非传播信号。对于下面参考图3描述的近场设备中使用的部件，在主机中的近场设备和外围装置之间的范围是从天线至天线大约2”，这留下足够的空间以在附件内和在无线电装置内在板上嵌入天线，并且在外部留下一定备用空间(例如，1英寸)。一旦无线电装置102和附件104存储它们各自的用于配对的数字证书，则装置被“配对”，并且控制器106和132分别控制蓝牙无线电装置108和128以建立用于在附件 104(例如，耳机)和无线电装置102之间的诸如语音传输的蓝牙传输122的链路。蓝牙无线电装置108和1 包括常规蓝牙收发器，该传统蓝牙收发器根据下述部分的任何一个或多个来实现蓝牙协议被批准为IEEE标准802. 15. 1-2002的蓝牙规范1. 1 ；被批准为IEEE 标准802. 15. 1-2005的蓝牙规范1.2 ；于2004年11月10日发布的蓝牙规范2. 0+EDR (增强数据率)；于2007年7月沈日由蓝牙SIG采用的蓝牙核心规范2. 1 ；于2009年4月21 日由蓝牙SIG采用的蓝牙核心规范3. 0 ；以及/或者，随后的蓝牙规范发布。在这个实施例中，蓝牙技术用于短距离通信，但是可以将任何适当的技术用于短距离通信，该短距离通信包括但是不限于 Zigbee、IEEE802. lla/b/g (Wi-Fi)、无线 USB 等。下面参考图3来详细说明在两个装置102和104中的近场设备，并且，并且通过参考在图4中所示的消息序列图(MSC)来描述根据在此的教导作用于无线装置配对的近场设备的操作。进一步参考装置102，收发器118和天线120也是常规元件，它们在这个说明性实施例中实现一个或多个协议，该一个或多个协议使得能够通过空中与其他通信装置(未示出)的双向语音媒体126的发送和接收。这样的协议可以包括但是不限于由诸如TIA(电信行业协会)、0MA (开放移动联盟)、3GPP (第三代合作伙伴计划)、3GPP2 (第三代合作伙伴计划2)、IEEE (电气与电子工程师协会)802和WiMAX论坛的标准机构开发的用于无线通信的标准规范。而且，控制器106控制蓝牙设备、近场设备和双向无线电发送器设备的协调， 以使用相应的设备来进行对应的通信。进一步参考装置104，其他附件功能140可以包括但是不限于头戴式耳机、汽车音频套件、文本显示和键盘装置、手持计算装置、扫描器、打印机和遥控装置。另外，控制器132 控制蓝牙设备、近场设备和其他附件功能的协调，以使用相应的设备来进行对应的通信。现在转向图3，示出并且以300 —般地指示了根据一些实施例的近场通信设备的电路图。近场设备300可以被实现在无线电装置102和附件104两者中，以用于经由低频倏逝载波在“对等”自供电装置(与下述情况相反一个装置是无源装置，即该无源装置不是自供电的，就像现有技术的NFC通信的情况)之间的数据通信；以及，经由诸如异步串行数据连接的逻辑数据管道与蓝牙子系统(例如，分别在无线电装置102和附件104中的设备108、110和128、13 的通信。设备300包括下述主要部件具有管脚21至52的微控制器Ul (60)，其执行图1的发送器116或138的功能；具有管脚1至8的低频接收器U2 (70)， 其执行图1的接收器112或136的功能；具有管脚11-15的高速CMOS (互补金属氧化物半导体)缓冲器U3(80)；以及，谐振天线组件，其包括具有270K欧姆值的电阻器R2、具有150 欧姆值的电阻器R3、线圈装置、具有220皮法值的天线谐振电容器C3以及具有1. 0微法值的旁路电容器C2，其中该线圈装置在该情况下是具有7. 3毫亨值的电感器Li，该旁路电容器C2执行图1的天线114或134的功能。在这个说明性实施例中，微控制器Ul是具有可编程功能输入/输出(GPIO)装置管脚的通用微控制器，其包括作为在微控制器中的软件中实现的逻辑功能的配对协议控制器、串行数据解码器和调制数据发送器(未示出)。微控制器Ui通过软件(代码)编程以经由管脚21和52接收分别从低频接收器U2的管脚7和6输入的串行数据；并且，经由管脚50从蓝牙子系统接收数据。微控制器Ul被进一步通过软件编程以经由管脚51向蓝牙子系统发送数据；并且，经由管脚30通过缓冲器U3和谐振天线组件向另一个对等低频近场系统发送数据。微控制器Ul通过软件编程以根据由图4中所示的MSC图示的预先建立的配对协议来接收数据和产生并发送数据。通过在设备300和在另一个装置中的类似近场设备之间的示例数据事务来最佳地描述系统300的操作。通过参考在主机装置中驻留的系统300来描述这个说明性数据事务和系统300的对应的操作。在初始从电池向主机施加电力时，微控制器Ul被接通并且通过串行数据管道(Ul管脚50和51)与蓝牙子系统进行通信，以检索表示蓝牙系统的数字配对证书记录。这个数字配对记录包括蓝牙子系统的标识指示，诸如蓝牙地址(BDADDR)。微控制器Ul的管脚30(PD6)被初始化到静态逻辑高输出，以将谐振天线电路(Li， C3)设置到接收模式；并且，微控制器Ul在输出管脚31(PD7)上发送短时间的正向复位脉冲，以将接收器U2(在管脚幻复位到它收听来自另一个近场对等单元的发送的状态。当接收器U2检测到来自对等外围装置的载波广播时，接收器U2将其！ WAKEUP输出管脚7拉低， 这向微控制器Ul的输入管脚21 (PD3)上发出信号数据可能将从接收器U2到达。接收器 U2现在将它解调的任何接收数据比特置于其！ DATA输出管脚6上，该接收数据比特被微控制器Ul在输入管脚52 (PD2)处接受。微控制器Ul (使用其软件应用)解码在PD2上进入的串行数据，并且确定外部单元已经根据预先建立的配对协议开始配对序列。
微控制器Ul通过建立调制的低频倏逝波(也称为非传播无线电信号)来向对等方发送根据预先建立的配对协议的数据消息。通过下述方式来实现发送将微控制器Ul内部的内部低频振荡器(诸如，自由运行定时器)间歇地连接到输出管脚30 (PD6)(当未连接到低频内部振荡器时，PD6是逻辑高输出)，以便利用在PD6处的间隙的逻辑高来建立连续的一串振荡器突发，以形成调制的数据发送波形。这由此产生以大约为振荡器频率，例如 125kHz，为中心的调制载波信号，其中，调制数据信号的频谱内容被限制为保持在近场天线的发送频率带宽内。而且，非传播信号可以以大约任何适当的“低”频为中心，其中，低频指的是小于IMHz的频率。特定频率依赖于被选择来建立近场设备的部分的约束；并且，具体地说，当使用微处理器时，中心频率依赖于微处理器中用于合成载波信号的时钟频率。具有这样的低频信号也防止近场信号通过无线电干扰其他媒体传输。这个调制数据发送波形被应用到发送缓冲器U3，发送缓冲器U3驱动由R2、R3、L1、 C3和旁路电容器C2构成的串联谐振天线电路。这个天线被设计为在微处理器Ul中的内部低频振荡器的频率(在该情况下为125kHz)处具有串联谐振。在天线的谐振频率，由缓冲器U3的输出看到的阻抗是电抗元件的电阻残余外加上R3的电阻，其用于控制天线的传输频率带宽。在U3的输出处的逻辑摆幅Vtx通常是峰值到峰值3. 3V。Vtx在Ll中引起Vtx除以总的谐振天线电阻残余加上R3的峰值到峰值电流摆动Itx。在Ll中流动的通常的峰值到峰值低频载波电流是峰值到峰值5毫安。当这个谐振交流电流流过Ll时，Ll产生环绕的非传播无线电信号，该非传播无线电信号包括以大约微处理器Ul中的内部低频振荡器的频率为中心的调制载波信号，并且实质上由磁场分量组成，当对等装置在很短距离内时该磁场分量可以由对等装置远程地检测到。微控制器Ul根据预先建立的配对协议(例如，根据图4中的MSC)向和从远程对等装置传输数据，并且，在该处理中，交换数字配对证书记录。经由串行数据管道(Ul管脚 50和51)向蓝牙子系统发送对等装置的数字配对证书。在接收到完整且有效的数字配对记录时，蓝牙子系统具有用于形成蓝牙链路所需的信息，并且它使用例如标准蓝牙寻呼操作来与对等装置建立蓝牙链路。外围装置也包含近场设备300，近场设备300以与如上所述类似的方式运行。在从电池向外围装置初始施加电力时，微控制器Ul接通，并且通过串行数据管道与蓝牙子系统进行通信，以检索表示蓝牙子系统的数字配对证书记录。然后微控制器可选地产生并发送其非传播信标信号(以上述用于发送数据信号的方式)以请求与主机装置的配对，然后，收听来自主机装置的发送。一旦它检测到来自主机装置的非传播波，则外围装置中的微处理器Ul根据微处理器Ul编程来与主机装置近场设备进行近场数据交换。下面在13. 56MHz的现有技术NFC设备和近场设备300的操作之间的比较将展示使用设备300产生的有益的和出乎意料的结果。如上所述，近场设备300使用非辐射“天线”，该非辐射“天线”在电学上小到不提供实质的传播分量，而是仅在其附近提供磁场。这个局部场随着距离迅速降低，通常为r_6，其中，r是在非传播近场天线之间的距离。结果是当对于期望的NFC通信范围调整信号强度时，在你到达那个范围的两倍时，信号是电平的
或 1/64 小。若通过调整在线圈中的发送电流来对于2”的可靠范围建立发送信号强度。当装置被分离到4”时，信号强度降低到在2”看到的1/64，并且可能无法接收。对于8”的距离，信号是4_6或1/4096，并且肯定不能接收。因此，在近距离，可以有很多信号，但是其随着距离迅速地消失以至于它迅速地变得不能接收。在根本上有利于安全性，并且保证配对是不模糊的(用户精确地知道什么装置刚被配对)，因为不可能另一个装置在那个小的2”范围内。而且，因为任何不安全的数据是在这个短距离内经由非传播信号发送的，所以不可能被截取。将此与在13. 56MHz的现有技术NFC实现对比，在13. 56MHz的现有技术NFC实现中， 经由蓝牙传播信号来初始发送一些不安全的数据，该数据可能被截取。另外，近场设备可以在蓝牙设备关断时运行，由此不从电池抽取电力来发送和接收数据；并且，即使在主动接收数据时，近场设备300也仅抽取大约12uW的电力，并且在待机模式中更少。考虑到这种抽取，一个2032锂纽扣电池可以将这个IC在活动模式中供电 25年。这种低功率抽取允许在抽取最低电力的同时连续地操作设备300中的近场接收器， 直到它检测到来自另一个装置的载波，这使得装置配对能够在下述情况下出现唯一的用户输入是供电这两个装置，并且使该装置近得足以使得主机装置从外围装置接收信标配对请求。这样的操作即使与没有显示器或其他GUI的主机装置和外围装置也是兼容的，并且甚至一旦接通装置都不需要按下按钮来开始配对过程。而且，在一种实现方式中，外围装置中的配对设备仅在配对过程之前和期间是活动的，并且，信标发送仅是间歇的突发形式。一旦装置被配对，则设备300停止发送信标，以节省附件中的电力，并且避免不必要地污染无线电频谱。通过对比，现有技术的NFC系统被设计为从本身没有电源的装置(标签； AKA"RFID“)读取永久信息。使用情况是该标签以数据记录来编程，并且可以被NFC读取器读取。读取器通过提供强RF载波来向无源标签供电，使得该标签可以发回其数据记录。无源标签是可取的，因为它们可以是廉价的解决方案，持续多年而无需电池。更具体地，读取器发送通常具有ASK调制(低调制深度)的高电平载波，该高电平载波经常是200至1000 毫瓦。标签接收该载波，并且将其能量转换为DC电源，以供应标签的电路——入射的载波功率必须强到提供用于操作标签的电力。标签在士847. 5kHz的入射载波上产生子载波，并且使用在标签存储器中存储的数据记录来调制该子载波。标签读取器接收这个子载波，并且解调该数据以恢复由标签发回的数据记录。即使实现短距离也意味着向读取器的发送器线圈提供大量的电力，该电力一般为200-1000毫瓦，它比来自设备300的电力抽取(12uW) 大很多倍。返回到近场设备300的实现细节，也能够使微控制器Ul (60)产生单独的连续载波信号，并且在其GPIO管脚之一上将该信号输出，并且在单独的输出GPIO管脚上提供数据以调制该载波。如果微控制器包含有益于管理串行数据输出的内部硬件逻辑外围装置，则这可能是有利的。在该情况下，图3中的缓冲器U3可以被替代为诸如与门、或门、与非门或者或非门的2输入逻辑门，该2输入逻辑门用于组合载波输出信号和串行数据信号以提供串行数据发送波形，该串行数据发送波形等同于在优选实施例的前述说明中的以软件建立的串行数据发送波形。现在转向图4，示出并以400 —般地指示了图示根据一些实施例的用于无线装置配对的方法的消息序列图。MSC400示出了在用户402的无线电装置404和附件406之间的消息序列。在408和410处，用户分别接通附件和无线电装置。在这个实施例中，无线电蓝牙设备被关断，但是无线电近场设备连续地接收412。附件使用近场设备间隙地发送信标(以大约125kHz为中心的非传播信号突发序列)，然后使用近场设备将其本身设置为接收模式414。当用户接触无线电装置和附件或使得它们足够近时(通常为6英寸或更小，并且在这个具体说明性示例中为2英寸或更小)416，包括配对请求的附件信标现在到达无线电装置418。在一个实施例中，以1200波特以UART(通用异步接收器/发送器)格式8附来发送每一个数据事务(包括信标和在配对过程期间的数据交换)，并且在一种实现方式中，发送的信标具有两个字节0x00( = ObOOOOOOOO)，用于唤醒主机中的近场微处理器Ul ；以及， OxAA( = 0bl0101010)，其中，0比特是125kHz载波发送的比特时间，并且1是空比特时间 (无载波)。在无线电装置的近场接收器检测到附件的信标时，无线电装置的近场接收器其后立即使用双向数据交换420至434来响应，以在蓝牙无线电装置甚至不活动的情况下建立蓝牙配对。在一个实施例中，无线电装置通过经由近场设备发送确认(ACK)信号来确认 (420)信标，以开始配对交换，并且附件通过近场链路以其能力来响应022)。数据交换包括从无线电装置向附件发送0 )的进行指令和要被用作高熵链路密钥的RANDOM 二进制数(其可以例如是128比特数或256比特数)。附件通过发送028)其BDADDRacxy并且可选地发送授权码和/或循环冗余校验(CRC)来响应。如果附件发送授权码，则无线电装置检查(430)该授权代码，以将附件认证为可信(信任装置)，并且通过发送(43 无线电装置的BDADDRMdi。并且可选地发送资源使用参数和/或CRC来响应。附件通过发送ACK信号来确认(434)来自无线电装置的数据的接收。无线电装置现在具有它产生的链路密钥和附件的BDADDR，并且附件具有链路密钥和无线电装置的BDADDR，它们都经由近场设备来交换。这些装置的每一个在由相应的装置 436和438保存的配对表中存储这个链路密钥/BDADDR信息。现在，从蓝牙的角度看，这些装置被配对，并且可以通过简单的蓝牙寻呼操作来形成连接，其中，该寻呼操作是根据蓝牙无线协议，并且是公知的，因此为了简洁而不在此说明。此处，无线电装置和附件可以自动 (没有用户输入)地再一次根据已知的蓝牙无线协议激活它们的蓝牙无线电装置来用于寻呼/寻呼扫描操作G40和442)和随后的链路形成和使用(444)；并且，附件闪烁它的LED 以向用户警告附件准备就绪446。在配对完成后，寻呼响应在蓝牙中是迅速的(一两秒)，并且因为仅两个期望的装置(无线电装置和无线附件)知道链路密钥，所以寻呼不容易受到MITM攻击的影响。而且， 在配对完成后，附件关断其信标发送，并且不再在近场频带中接收。无线电装置(通常)保持近场接收模式，使得它可以配对另外的装置。这意味着在配对交换完成后没有任何种类的近场辐射。一旦使用近场发送的高熵链路密钥形成链路，则从该链路密钥产生加密密钥，并且对于所有的链路接通加密。因为从强链路密钥得出加密密钥，所以尽可能强地建立加密密钥，并且比从基于PIN的链路密钥得出的通常的蓝牙加密密钥强。如上所述，当使用根据在此的教导的超低功率低频近场系统时，用户体验完全不同。因为近场接收器可以连续地保持活动，所以当用户将附件带入范围内时，可以从附件接收数据信标，并且除了将装置接近在一起之外数据交换在没有任何用户交互的情况下开始。因此，使未配对的装置接近是用于开始配对的用户输入。因此，通过使用描述的超低功率近场设备来根本上改善用户体验。在上述说明书中，已经描述了特定实施例。然而，本领域内的普通技术人员明白， 在不偏离下面的权利要求中阐述的本发明范围的情况下，可以进行各种修改和改变。因此， 应当在说明性而不是限制性的意义上看待说明书和附图，并且所有这样的修改意欲包括在本教导的范围内。益处、优点、对于问题的解决方案和可以导致任何益处、优点或解决方案出现或变得更显著的任何元件不被理解为任何或全部权利要求的重要的、需要的或必要的特征或元件。本发明仅由所附权利要求限定，该所附的权利要求包括在本申请待决期间进行的任何修改和所发布的那些权利要求的所有等同内容。而且，在本文中，诸如第一和第二、顶和底等的关系术语可以仅用于将一个实体或行为与另一个实体或行为相区别，而不必要求或暗示在这样的实体或行为之间的任何实际的这样的关系或顺序。术语“包括”、“具有”、“包含”或任何其他其变化形式旨在涵盖非排他的包括，使得包括、具有、包含一系列元素的处理、方法、物品或设备不仅包括那些元素， 而且可以包括未明确地列出或对于这样的处理、方法、物品或设备固有的其他元素。继之以 “包括”、“具有”、“包含”的元素在没有更多的约束的情况下不排除在包括、具有、包含该元素的处理、方法、物品或设备中存在另外的相同元素。不加量词被定义为一个或多个，除非在此另外明确地描述。术语“实质上”、“本质上”、“大体”、“大约”或其任何其他版本被定义为接近于本领域内的普通技术人员所理解的，并且在一个非限定性实施例中，该术语被定义为在10%内，在另一个实施例内在5%内，在另一个实施例中在内，并且在另一个实施例中在0.5%内。在此使用的术语“耦合”被定义为连接，虽然不必直接连接并且不必机械地连接。以特定方式“配置”的装置或结构至少以那种方式被配置，但是也可以以未列出的方式来配置。可以明白，一些实施例可以由一个或多个通用或专用处理器(或“处理装置”)构成，诸如微处理器、数字信号处理器、定制的处理器和现场可编程门阵列(FPGA)和唯一存储的程序指令(包括软件和固件)，该唯一存储的程序指令(包括软件和固件)控制一个或多个处理器与特定的非处理器电路相结合地实现在此所述的用于近场无线装置配对的方法和设备的功能的一些、大多数或全部。非处理器电路可以包括但是不限于无线电接收器、无线电发送器、信号驱动器、时钟电路、电源电路和用户输入装置。同样，这些功能可以被解释为用于执行在此所述的近场无线装置配对的方法的步骤。或者，可以通过没有存储的程序指令的状态机或者在一个或多个专用集成电路(ASIC)中实现一些或全部功能，在该一个或多个ASIC中，将每一个功能或特定功能的一些组合实现为定制逻辑。当然，可以使用这两种手段的组合。状态机和ASIC在此被看作用于上述说明和权利要求语言的“处理
悲習”
； ε 且。而且，可以将实施例实现为计算机可读存储元件或介质，该计算机可读存储元件或介质上存储了计算机可读代码，用于将计算机(例如，包括处理装置)编程以执行在此所述和要求保护的方法。这样的计算机可读存储元件的示例包括但是不限于硬盘、⑶-ROM、光学存储装置、磁存储装置、ROM(只读存储器)、PR0M(可编程只读存储器)、EPR0M(可擦除可编程只读存储器)、EEPROM(电可擦除可编程只读存储器)和闪存。而且，预期尽管出于例如可用时间、当今技术和经济考虑导致的可能的较大努力和许多设计选择，但是当被在此公开的思想和原理引导时，普通技术人员容易能够使用最少的实验来产生这样的软件指令和程序以及IC。 提供本公开的摘要来允许读者迅速地确定本技术公开的本质。在摘要不被用于解释或限制权利要求的范围或含义的情况下递交该摘要。另外，在上面的详细描述中，可以看出，为了使得本公开流畅，在各种实施例中将各种特征编组在一起。本公开的这种方法不被解释为反映这样的意愿，即所要求保护的实施例要求比每一个权利要求中明确陈述的更多的特征。而是，如权利要求所反映，本发明的主题在于少于单个公开的实施例的所有特征。 因此，所附的权利要求在此被包含到详细说明内，每一个权利要求独立地作为单独要求保护的主题。
权利要求
1.一种用于近场无线装置配对的方法，包括在包括用于使用电磁无线电信号来进行通信的无线电设备的第一通信装置处 使用近场设备从第二通信装置接收信标，其中，所述信标包括配对请求； 响应于接收所述信标，启动配对过程，其中，所述配对过程包括在所述第一和第二通信装置之间的数据交换，并且其中，所述信标和所述数据交换包括使用所述近场设备产生的非传播无线电信号；以及在完成所述配对过程时，形成用于使用所述无线电设备来与所述第二通信装置进行通信的链路。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述非传播无线电信号包括以大约125kHz为中心的调制载波信号。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，接收所述信标，并且在所述第一和第二通信装置之间的不大于6英寸的距离处完成所述配对过程，并且其中，所述非传播无线电信号功率以大约Ι/r6的比率降低，其中，r是在所述第一通信装置中的所述近场设备和在所述第二通信装置中的近场设备之间的距离。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述非传播无线电信号实质上由磁分量组成。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，仅以使所述第一和第二通信装置近得足以使得所述第一通信装置接收所述信标的用户输入来启动和完成所述配对过程。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述数据交换包括所述第一通信装置向所述第二通信装置发送内部产生的密钥，并且其中，所述内部产生的密钥包括128比特密钥或256 比特密钥。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，当将所述第一通信装置通电但是关断所述无线电设备时，接收所述信标，并且其中，当连续地接通所述近场设备同时将所述第一通信装置通电时，接收所述信标。
8.一种用于近场无线装置配对的方法，包括在包括用于使用电磁无线电信号来进行通信的无线电设备的外围装置处 使用近场设备来向主机装置发送信标，其中，所述信标包括用于启动配对过程的配对请求，其中，用于启动所述配对过程所需的唯一用户输入是使所述外围装置和所述主机装置近得足以使得所述主机装置接收所述信标；在所述配对过程期间使用所述近场设备与所述主机装置交换数据，其中，在没有用户输入的情况下交换所述数据直到完成所述配对过程；以及在完成所述配对过程时，形成用于使用所述无线电设备与所述主机装置进行通信的链路。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述信标和所述数据交换包括非传播无线电信号。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述非传播无线电信号包括以大约125kHz为中心的调制载波信号，并且，所述非传播无线电信号实质上由磁分量组成。
11.根据权利要求8所述的方法，其中，所述外围装置在完成所述配对过程时不继续发送所述信标。
12.根据权利要求1和8所述的方法，其中，在完成所述配对过程时，在没有用户输入的情况下自动地形成所述链路。
13.一种用于近场无线装置配对的通信装置，包括无线电设备，所述无线电设备使用电磁无线电信号来进行通信； 近场设备，所述近场设备与所述无线电设备协同定位，并且在距第二通信装置不大于6 英寸的距离处与所述第二通信装置通信信标，其中，所述信标包括非传播无线电信号，并且其中，所述信标包括用于启动配对过程的请求；以及控制器，所述控制器控制所述近场设备以在用户将所述第一和第二通信装置布置得近到足以接收所述信标时并且在没有进一步的用户输入的情况下在所述配对过程期间与所述第二通信装置交换数据，其中，使用所述非传播无线电信号来交换所述数据，其中，在完成所述配对过程时，所述控制器控制所述无线电设备形成用于使用所述无线电设备与所述第二通信装置进行通信的链路。
14.根据权利要求13所述的通信装置，其中，所述近场设备包括产生所述非传播无线电信号的线圈装置，所述非传播无线电信号实质上由磁分量组成。
15.根据权利要求13所述的通信装置，其中，使用蓝牙无线协议来形成用于使用所述无线电设备来与所述第二通信装置进行通信的链路。
全文摘要
第一通信装置(例如，无线电装置(404))和第二通信装置(例如，附件(406))实现无线装置配对过程，以交换数字证书，使得该装置随后可以形成用于使用电磁无线电信号来进行通信的链路。附件发送(414)包括配对请求的信标。在用户(402)使得无线电装置和附件足够接近(416)时，无线电装置使用在无线电装置中包括的近场设备来接收(418)信标。响应于接收到信标，无线电装置启动(420)配对过程，其中，该配对过程包括在无线电装置和附件之间的数据交换(422，426，428，432)，并且其中，信标和数据交换包括使用近场设备产生的非传播无线电信号。在完成配对过程时(436，438)，无线电装置与附件形成链路(444)，以使用传播电磁无线电信号来进行通信。
文档编号H04L29/06GK102474721SQ201080034505
公开日2012年5月23日 申请日期2010年7月22日 优先权日2009年8月3日
发明者丹尼尔·A·蒂尔迪, 乔治·S·汉纳, 约翰·B·普雷斯顿, 罗伯特·J·希金斯 申请人:摩托罗拉解决方案公司