近场通信设备的协同中继通信方法与流程

本发明涉及近场通信领域，尤其涉及一种近场通信设备的协同中继通信方法。

背景技术：

近场通信(Near Field Communication，简称NFC)是一种短距高频的无线电技术，是由非接触式射频识别技术和点对点通信技术融合演变而来。作为近场通信的重要通信模式，点对点通信模式用于实现不同的近场通信设备之间的数据交互，从而将多个具备NFC功能的近场通信设备连接起来，实现数据的点对点传输。

但是，由于近场通信技术的有效通信距离较短，最大通信距离在20cm以内，则当两个近场通信设备之间需要近场通信时，两个近场通信设备之间的距离必须在近场通信有效距离以内，否则，无法完成有效的数据传输。

然而，在两个近场通信设备通信时，仍然存在一些问题：首先，近场通信有限的通信距离严重地影响了通信的距离，使得距离较远的两个近场通信设备之间不能有效通信；其次，即便采取现有的中继通信方式对两个近场通信设备之间的数据进行中继转发，这个转发过程仍然存在信息安全泄漏或者恶意第三方伺机窥探近场通信设备的通信信息的问题：例如，恶意第三方在距离近场通信双方较远的位置，通过伪装的方式盗取通信双方信息，从而严重地危险了近场通信设备的安全。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种能够提高两个近场通信设备之间的中继通信质量和安全，保证近场通信设备安全，防止恶意中继获取近场通信设备信息的近场通信设备的协同中继通信方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：近场通信设备的协同中继通信方法，用于由包括第一近场通信设备、第二近场通信设备、近场通信中继控制节点、N个近场通信中继节点以及认证机构形成的近场通信协同中继系统，第一近场通信设备和第二近场通信设备分别连接认证机构，N个近场通信中继节点分别连接近场通信中继控制节点，其特征在于，依次包括如下步骤：

步骤1，第一近场通信设备在预设的时间段内实时采集其合法拥有者的人体磁场数据，构建其合法拥有者在各预设时间段内的人体磁场数据库，并以构建的人体磁场数据库作为其合法拥有者的身份识别信息；其中，预设的时间段包括第一预设时间段和第二预设时间段，第一预设时间段为06:00至18:00；第二预设时间段为18:00至次日06:00；

步骤2，第一近场通信设备在构建其合法拥有者的人体磁场数据库后，采集其合法拥有者的体味数据、接收其合法拥有者的各手指所对应的指纹信息和静脉信息，构建第一近场通信设备合法拥有者体味数据库以及各手指所对应的指纹信息数据库和静脉信息数据库；第一近场通信设备赋予其合法拥有者的人体磁场具有身份识别的第一优先级、体味数据具有身份识别的第二优先级；在身份识别过程中，第一优先级具有比第二优先级更高的识别可信度；

步骤3，第一近场通信设备在其触摸显示屏上显示预设个数的允许近场通信输入框给其合法拥有者，各允许近场通信输入框均分别对应着七种供任意选择的基础颜色列表；其中，基础颜色列表中的七种基础颜色分别为红色、橙色、黄色、绿色、青色、蓝色和紫色，每个允许近场通信输入框对应着一组近场通信允许色；各组近场通信允许色为所述七种基础颜色的任意组合；

步骤4，根据触摸显示屏上各允许近场通信输入框对应的基础颜色列表，第一近场通信设备的合法拥有者依次选取自定义种类数的基础颜色组合分别作为各允许近场通信输入框的近场通信允许色，并由第一近场通信设备分别对应地存储各允许近场通信输入框所对应的近场通信允许色；第一近场通信设备的合法拥有者在每个允许近场通信输入框中对应输入的各组近场通信允许色的整体组合即形成该第一近场通信设备关于近场通信的二次确认允许近场通信密码；

步骤5，第一近场通信设备发送其真实身份标识号给认证机构，由认证机构生成第一近场通信设备近场通信用的匿名身份标识号；第二近场通信设备发送其真实身份标识号给认证机构，由认证机构生成第二近场通信设备近场通信用的匿名身份标识号；其中：

第一近场通信设备的真实身份标识号记为第一近场通信设备的匿名身份标识号记为第二近场通信设备的真实身份标识号记为第二近场通信设备的匿名身份标识号记为认证机构标记为TSM；

其中，sH(·)为哈希匿名函数；

步骤6，第一近场通信设备与第二近场通信相互移动至预设的中继距离时，N个近场通信中继节点中的任意一个近场通信中继节点检测到有近场通信射频信号时，则由检测到近场通信射频信号的该近场通信中继节点发送协作中继通知信息给剩余N-1个近场通信中继节点中的每个近场通信中继节点；

步骤7，剩余N-1个近场通信中继节点分别接收到协作中继通知信息后，N个近场通信中继节点启动各自的自检操作，并分别对应的发送自检结果给近场通信中继控制节点，以得到最佳近场通信中继节点，从而以开启协作中继过程；其中，自检操作信息包括检测各自的自身信噪比、自身的功耗值、自身至第一近场通信设备距离以及自身至第二近场通信设备的距离；N个近场通信中继节点的协作中继过程包括如下步骤7-1至步骤7-4：

步骤7-1，N个近场通信中继节点分别获取自身的信噪比，并由近场通信中继控制节点计算各近场通信中继节点的信噪比权值；其中：

其中，为第i个近场通信中继节点的信噪比权值，SNRi为第i个近场通信中继节点的信噪比；

步骤7-2，N个近场通信中继节点分别获取自身的功耗值，并由近场通信中继控制节点计算各近场通信中继节点的功耗值权值；其中：

其中，为第i个近场通信中继节点的功耗值权值，Ei为第i个近场通信中继节点的功耗值；

步骤7-3，N个近场通信中继节点分别获取自身至第一近场通信设备距离以及自身至第二近场通信设备的距离，并由近场通信中继控制节点计算各近场通信中继节点的中继距离权值；其中：

其中，为第i个近场通信中继节点的中继距离权值，Di1为第i个近场通信中继节点至第一近场通信设备的距离值，Di2为第i个近场通信中继节点至第二近场通信设备的距离值，max(Di1,Di2)表示距离Di1和距离Di2中的最大值，min(Di1,Di2)表示距离Di1和距离Di2中的最小值；

步骤7-4，根据各近场通信中继节点的信噪比权值、功耗值权值以及中继距离权值，由近场通信中继控制节点计算各近场通信中继节点的综合中继权值，并得到最佳中继权值以及该最佳中继权值所对应的近场通信中继节点为最佳近场通信中继节点；其中；各近场通信中继节点的综合中继权值为：

其中，χi为第i个近场通信中继节点的综合中继权值，χopt为最佳中继权值，N为近场通信中继节点的总个数；

步骤8，近场通信中继控制节点指令最佳近场通信中继节点启动中继，以由该最佳近场通信中继节点作为第一近场通信设备和第二近场通信设备的通信枢纽，建立第一近场通信设备和第二近场通信设备的通信连接；其中，第一近场通信设备与最佳近场通信中继节点建立通信的过程包括如下步骤8-1和步骤8-2：

步骤8-1，第一近场通信设备采集操作该第一近场通信设备人员的人体磁场强度、体味数据、指纹信息以及此时的时间值，并对该操作人员的身份进行鉴定判别：

当此时采集的人体磁场强度存在于第一近场通信设备已存储的该时间所对应预设时间段内的人体磁场强度数据库，且此时采集的体味数据同样存储于第一近场通信设备已存储的体味数据库中时，表明该操作人员为第一近场通信设备的合法拥有者，则第一近场通信设备执行步骤8-2；否则，第一近场通信设备在预设时间段内拒绝该操作人员对第一近场通信设备的任何操作；

步骤8-2，第一近场通信设备在其触摸显示屏显示各允许近场通信密码输入框以及对应各允许近场通信密码框的基础颜色列表，并在操作人员依次输入各组近场通信允许色后，第一近场通信设备根据该操作人员输入的各允许近场通信密码输入框中的近场通信允许色进行判断：

当各允许近场通信密码输入框中的近场通信允许色与第一近场通信设备已存储的近场通信允许色完全一致时，表明输入了正确的二次确认允许近场通信密码，则第一近场通信设备以其匿名身份建立与最佳近场通信中继节点的通信连接；否则，表明输入了错误的二次确认允许近场通信密码，则第一近场通信设备在预设时间段内拒绝该操作人员对第一近场通信设备的任何操作；

步骤9，第二近场通信设备以其匿名身份建立与最佳近场通信中继节点的通信连接后，则将需要给第一近场通信设备的数据发送至最佳近场通信中继节点处存储；最佳近场通信中继节点将自身签名以及第二近场通信设备发送来的数据一起发送给第一近场通信设备；

步骤10，第一近场通信设备接收到经最佳近场通信中继节点转发的交互数据后，第一近场通信设备发送针对该交互数据的反馈信息给最佳近场通信中继节点存储，并由最佳近场通信中继节点转发第一近场通信设备的反馈信息给第二近场通信设备，以完成第一近场通信设备和第二近场通信设备的协同中继通信。

为了保证第二近场通信设备与第一近场通信设备之间的通信安全，进一步改进，在步骤9中，所述第二近场通信设备以与第一近场通信设备相同的方式，实现与最佳近场通信中继节点的通信连接。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

首先，第一近场通信设备在各预设时间段内实时采集其合法拥有者的人体磁场数据，构建合法拥有者在各预设时间段内的人体磁场数据库，并以构建的人体磁场数据库作为其合法拥有者操作该第一近场通信设备的身份识别信息；同时构建第一近场通信设备拥有者体味数据库以及各手指所对应的静脉信息数据库，以提高第一近场通信设备认证操作者合法身份的准确性，确保近场通信的操作安全；

其次，由第一近场通信设备的合法拥有者以基础颜色作为基础，利用在各允许近场通信输入框中输入的基础颜色组合作为仅仅有自己知道的二次确认允许近场通信密码，由此提高第一近场通信设备近场通信时的安全性能，防止第一近场通信设备的二次确认允许近场通信密码被破解，进一步增强第一近场通信设备对操作者是否具有合法身份的认证准确率；

再次，第一近场通信设备利用认证机构生成的对应匿名身份标识号进行与近场通信中继节点的通信交互，以此保证第一近场通信设备不会被其他非法第三方的恶意中继进行试图中继通信，从而保证第一近场通信设备和第二近场通信设备之间的通信安全；

最后，近场通信中继控制节点根据接收到的各近场通信中继节点的自检结果，得到各近场通信中继节点的信噪比权值、功耗值权值以及中继距离权值，并以计算所得综合中继权值最大的近场通信中继节点作为最佳近场通信中继节点，通过该最佳近场通信中继节点保证了第一近场通信设备和第二近场通信设备之间的良好通信质量。

附图说明

图1为本发明实施例中近场通信协同中继系统的结构示意图；

图2为本发明中近场通信设备的协同中继通信方法的流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

如图1所示，本实施例中的近场通信协同中继系统包括第一近场通信设备、第二近场通信设备、近场通信中继控制节点、N个近场通信中继节点以及认证机构形成的近场通信协同中继系统，第一近场通信设备和第二近场通信设备分别连接认证机构，N个近场通信中继节点分别连接近场通信中继控制节点。

如图2所示，本实施例中的近场通信设备的协同中继通信方法，依次包括如下步骤：

步骤1，第一近场通信设备在预设的时间段内实时采集其合法拥有者的人体磁场数据，构建其合法拥有者在各预设时间段内的人体磁场数据库，并以构建的人体磁场数据库作为其合法拥有者的身份识别信息；其中，预设的时间段包括第一预设时间段和第二预设时间段，第一预设时间段为06:00至18:00；第二预设时间段为18:00至次日06:00；

由于每个人身体所具有的磁场是不同的，人体磁场作为每个人独有的生物特征，其与手指指纹一样，可以作为身份识别的人体生物特征信息。人体磁场数据强度在各时间段内并非是恒定不变的，因此，在本实施例中，针对人体磁场数据情况预先设置两个时间段，即预设的时间段包括第一预设时间段和第二预设时间段，第一预设时间段为06:00至18:00；第二预设时间段为18:00至次日06:00；

步骤2，第一近场通信设备在构建其合法拥有者的人体磁场数据库后，采集其合法拥有者的体味数据、接收其合法拥有者的各手指所对应的指纹信息和静脉信息，构建第一近场通信设备合法拥有者体味数据库以及各手指所对应的指纹信息数据库和静脉信息数据库；第一近场通信设备赋予其合法拥有者的人体磁场具有身份识别的第一优先级、体味数据具有身份识别的第二优先级；在身份识别过程中，第一优先级具有比第二优先级更高的识别可信度；

其中，由于每个人的体味是不一样的，人体体味数据同人体磁场、指纹、面部和虹膜等生物特征一样，也具有独特的不可复制性，因此人体的体味数据同样可以用来作为身份识别的特征信息；

关于人体磁场和体味数据在识别时的优先级问题，例如，当第一近场通信设备判断获取的操作者的人体磁场属于其合法拥有者的磁场数据，且判断获取的体味数据不属于其合法拥有者的体味数据时，则第一近场通信设备最终判断操作者为其合法拥有者；

步骤3，第一近场通信设备在其触摸显示屏上显示预设个数的允许近场通信输入框给其合法拥有者，各允许近场通信输入框均分别对应着七种供任意选择的基础颜色列表；其中，基础颜色列表中的七种基础颜色分别为红色、橙色、黄色、绿色、青色、蓝色和紫色，每个允许近场通信输入框对应着一组近场通信允许色；各组近场通信允许色为所述七种基础颜色的任意组合；

例如，第一近场通信设备在其触摸显示屏上显示3个允许近场通信输入框，3个允许近场通信输入框分别编号01输入框、02输入框和03输入框；其中：

在01输入框中对应着红色、橙色、黄色、绿色、青色、蓝色和紫色七种基础颜色，

在02输入框中对应着红色、橙色、黄色、绿色、青色、蓝色和紫色七种基础颜色，

在03输入框中对应着红色、橙色、黄色、绿色、青色、蓝色和紫色七种基础颜色；

上述3个允许近场通信输入框中所提供的基础颜色是相同的，该第一近场通信设备的合法拥有者在01输入框中可以至少选择一种基础颜色作为该01输入框对应的一组近场通信允许色，比如说，单独选择红色作为一组近场通信允许色，也可以选择红色、橙色和黄色这三种基础颜色的组合作为该01输入框对应的一组近场通信允许色；同样地，02输入框及03输入框中也可以根据需要选择设置，以形成各自对应的近场通信允许色；例如，01输入框对应的一组近场通信允许色为红色、红色和黄色，02输入框对应的一组近场通信允许色为橙色和黄色，03输入框对应的一组近场通信允许色为蓝色和紫色。

步骤4，根据触摸显示屏上各允许近场通信输入框对应的基础颜色列表，第一近场通信设备的合法拥有者依次选取自定义种类数的基础颜色组合分别作为各允许近场通信输入框的近场通信允许色，并由第一近场通信设备分别对应地存储各允许近场通信输入框所对应的近场通信允许色；第一近场通信设备的合法拥有者在每个允许近场通信输入框中对应输入的各组近场通信允许色的整体组合即形成该第一近场通信设备关于近场通信的二次确认允许近场通信密码；

例如，在步骤3所举例说明的3个允许近场通信输入框中，该第一近场通信设备的二次确认允许近场通信密码为三个输入框所对应各组近场通信允许色的整体组合，即第一近场通信设备的二次确认允许近场通信密码为“红色、红色、黄色；橙色、黄色；蓝色、紫色”。

另外，作为一种更加安全的近场通信防护方法，第一近场通信设备的二次确认允许近场通信密码为其合法拥有者在每个允许近场通信输入框中按照先后顺序依次对应输入的各组近场通信允许色的整体组合；也就是说，各种基础颜色的先后顺序也对二次确认允许近场通信密码的设定具有限定作用，即便各组近场通信允许色中选择的基础颜色一致，但是只要基础颜色输入的先后顺序不对，则同样不能通过第一近场通信设备关于二次确认允许近场通信密码的认证；例如，第一近场通信设备的合法拥有者自己设定的二次确认允许近场通信密码为“红色、红色、黄色；橙色、黄色；蓝色、紫色”，如果有人，包括该第一近场通信设备的合法拥有者，输入的二次确认允许近场通信密码为“红色、黄色、红色；橙色、黄色；蓝色、紫色”，则该人员仍旧不能通过第一近场通信设备的安全近场通信认证，第一近场通信设备不会开启近场通信响应，这样可以有效地保证第一近场通信设备的通信信息；

由于各允许近场通信输入框中所对应的每组近场通信允许色为该第一近场通信设备的合法拥有者自己设置的，且每组近场通信允许色中的颜色为第一近场通信设备的合法拥有者任意随机设置的，因此最终的近场通信允许色只有该第一近场通信设备的合法拥有者知悉，其他员是难以猜测或破解得到正确的近场通信允许色的，由此提高了第一近场通信设备的二次确认允许近场通信密码的安全性能，也进一步增强了第一近场通信设备对其操作人员是否具有合法身份的认证准确率；

步骤5，第一近场通信设备发送其真实身份标识号给认证机构，由认证机构生成第一近场通信设备近场通信用的匿名身份标识号；第二近场通信设备发送其真实身份标识号给认证机构，由认证机构生成第二近场通信设备近场通信用的匿名身份标识号；其中：

第一近场通信设备的真实身份标识号记为第一近场通信设备的匿名身份标识号记为第二近场通信设备的真实身份标识号记为第二近场通信设备的匿名身份标识号记为认证机构标记为TSM；

其中，sH(·)为哈希匿名函数，哈希匿名函数为现有技术，此处不作过多赘述；

第一近场通信设备在与近场通信中继节点进行通信时，近场通信中继节点只能获取到第一近场通信设备匿名身份标识号这样可以保证第一近场通信设备不会被其他非法第三方冒充进行试图与认证机构、近场通信中继节点的通信交互，从而保证了第一近场通信设备的信息安全；

步骤6，第一近场通信设备与第二近场通信相互移动至预设的中继距离时，N个近场通信中继节点中的任意一个近场通信中继节点检测到有近场通信射频信号时，则由检测到近场通信射频信号的该近场通信中继节点发送协作中继通知信息给剩余N-1个近场通信中继节点中的每个近场通信中继节点；

步骤7，剩余N-1个近场通信中继节点分别接收到协作中继通知信息后，N个近场通信中继节点启动各自的自检操作，并分别对应的发送自检结果给近场通信中继控制节点，以得到最佳近场通信中继节点，从而以开启协作中继过程；其中，自检操作信息包括检测各自的自身信噪比、自身的功耗值、自身至第一近场通信设备距离以及自身至第二近场通信设备的距离；N个近场通信中继节点的协作中继过程包括如下步骤7-1至步骤7-4：

步骤7-1，N个近场通信中继节点分别获取自身的信噪比，并由近场通信中继控制节点计算各近场通信中继节点的信噪比权值；其中：

其中，为第i个近场通信中继节点的信噪比权值，SNRi为第i个近场通信中继节点的信噪比；

步骤7-2，N个近场通信中继节点分别获取自身的功耗值，并由近场通信中继控制节点计算各近场通信中继节点的功耗值权值；其中：

其中，为第i个近场通信中继节点的功耗值权值，Ei为第i个近场通信中继节点的功耗值；

步骤7-3，N个近场通信中继节点分别获取自身至第一近场通信设备距离以及自身至第二近场通信设备的距离，并由近场通信中继控制节点计算各近场通信中继节点的中继距离权值；其中：

其中，为第i个近场通信中继节点的中继距离权值，Di1为第i个近场通信中继节点至第一近场通信设备的距离值，Di2为第i个近场通信中继节点至第二近场通信设备的距离值，max(Di1,Di2)表示距离Di1和距离Di2中的最大值，min(Di1,Di2)表示距离Di1和距离Di2中的最小值；

步骤7-4，根据各近场通信中继节点的信噪比权值、功耗值权值以及中继距离权值，由近场通信中继控制节点计算各近场通信中继节点的综合中继权值，并得到最佳中继权值以及该最佳中继权值所对应的近场通信中继节点为最佳近场通信中继节点；其中；各近场通信中继节点的综合中继权值为：

其中，χi为第i个近场通信中继节点的综合中继权值，χopt为最佳中继权值，N为近场通信中继节点的总个数；其中，相对实现两个近场通信设备之间通信的传统中继方法，本方法经判断各近场通信中继节点的综合中继权值后所选择的最佳近场通信中继节点，具有更好的中继性能，也可以保证第一近场通信设备和第二近场通信设备之间的通信质量；

步骤8，近场通信中继控制节点指令最佳近场通信中继节点启动中继，以由该最佳近场通信中继节点作为第一近场通信设备和第二近场通信设备的通信枢纽，建立第一近场通信设备和第二近场通信设备的通信连接；其中，第一近场通信设备与最佳近场通信中继节点建立通信的过程包括如下步骤8-1和步骤8-2：

步骤8-1，第一近场通信设备采集操作该第一近场通信设备人员的人体磁场强度、体味数据、指纹信息以及此时的时间值，并对该操作人员的身份进行鉴定判别：

当此时采集的人体磁场强度存在于第一近场通信设备已存储的该时间所对应预设时间段内的人体磁场强度数据库，且此时采集的体味数据同样存储于第一近场通信设备已存储的体味数据库中时，表明该操作人员为第一近场通信设备的合法拥有者，则第一近场通信设备执行步骤8-2；否则，第一近场通信设备在预设时间段内拒绝该操作人员对第一近场通信设备的任何操作；

步骤8-2，第一近场通信设备在其触摸显示屏显示各允许近场通信密码输入框以及对应各允许近场通信密码框的基础颜色列表，并在操作人员依次输入各组近场通信允许色后，第一近场通信设备根据该操作人员输入的各允许近场通信密码输入框中的近场通信允许色进行判断：

当各允许近场通信密码输入框中的近场通信允许色与第一近场通信设备已存储的近场通信允许色完全一致时，表明输入了正确的二次确认允许近场通信密码，则第一近场通信设备以其匿名身份建立与最佳近场通信中继节点的通信连接；否则，表明输入了错误的二次确认允许近场通信密码，则第一近场通信设备在预设时间段内拒绝该操作人员对第一近场通信设备的任何操作；

步骤9，第二近场通信设备以其匿名身份建立与最佳近场通信中继节点的通信连接后，则将需要给第一近场通信设备的数据发送至最佳近场通信中继节点处存储；最佳近场通信中继节点将自身签名以及第二近场通信设备发送来的数据一起发送给第一近场通信设备；

步骤10，第一近场通信设备接收到经最佳近场通信中继节点转发的交互数据后，第一近场通信设备发送针对该交互数据的反馈信息给最佳近场通信中继节点存储，并由最佳近场通信中继节点转发第一近场通信设备的反馈信息给第二近场通信设备，以完成第一近场通信设备和第二近场通信设备的协同中继通信。

为了保证第二近场通信设备与第一近场通信设备之间的通信安全，在步骤9中，第二近场通信设备以与第一近场通信设备相同的方式，实现与最佳近场通信中继节点的通信连接。