1.本发明涉及无线网络上的通信领域，诸如但不限于蓝牙网络或具有通告（advertisement）信标的其他网络，用于在家庭、办公室、零售、酒店和工业的各种不同应用中使用。
背景技术：
2.无线通信特别是蓝牙低能量（ble）已经成为物联网（iot）系统中的主要通信协议。ble是一种低功率/低成本的无线网络技术，其实现了在主节点和有限数量的功率受限的从节点之间的星形拓扑中的单跳通信。ble在功率受限的从设备和功率受限较少的主设备之间提供高能效连接。ble网络的一个示例可以由作为主设备的移动电话设备组成，其可以向资源受限设备（诸如传感器、可穿戴设备、楼宇自动化设备等）的生态系统提供互联网或其他网络连接。
3.有一种期望的用例，其涉及使用低成本和低功率无线电的消费移动设备（诸如智能手机和平板电脑）以及照明设备和/或其他物联网（iot）设备之间的交互。用户喜欢使用移动设备上已经提供的无线电接口、经由直接通信来控制照明设备和iot设备或从照明设备和iot设备获取信息。作为示例，产品制造商已经转向蓝牙或ble作为多跳网络中网络设备的维护和/或入网初始化的解决方案。将新的网络设备入网初始化到多跳网络上需要交换网络证书。经由多跳网络（例如，wifi、zigbee等）连接并且已经支持用于不同目的（例如，流式音频或视频）的蓝牙或ble的设备可以经由蓝牙或ble进行入网初始化。
4.然而，在高密度ble环境（例如，》 200个ble节点）中，出于入网初始化和/或维护目的的设备发现可能成为一个问题。在这种情况下，难以发现特定的目标设备，因为密集网络中的所有设备都在非常短的时段内（例如，每20ms到100ms）广播它们自己的通告信标（通告），使得通告之间的冲突的机会显著增加。
5.us 2013/178148a1公开了一种用于选择性地、动态地和自适应地干扰受保护的无线电通信网络外部的第三方无线电通信的方法，该方法优化了传输器网络中p个预定义区域或位置的干扰的有效性。
技术实现要素：
6.本发明的目的是改进密集网络环境中目标设备的发现。
7.该目的通过如权利要求1或9所要求保护的装置、如权利要求10所要求保护的干扰器设备、如权利要求11所要求保护的主设备、如权利要求13或14所要求保护的方法、以及如权利要求15所要求保护的计算机程序产品来实现。
8.因此，（例如，通告可以通过控制定向天线在信标信号的传输期间向方向受限的干扰区域传输干扰信号来过滤信标信号（例如，ble通告），以允许主设备接收信标信号。因此，可以通过使用具有波束成形天线的空间选择性“友好”干扰来在至少一个特定通告信道上干扰非目标设备的至少一个特定扇区（sector），使得主设备可以发现目标设备的信标信号
（例如，通告），以便成功地连接到它，从而实现了在密集网络环境中正确发现目标设备。此外，由于仅在通告信道上执行干扰，因此数据连接信道不受扰乱。因此，即使在有大量通告的密集环境中，移动设备也将能够经由单跳链路连接到远程目标照明或iot设备。
9.根据第一选项，干扰信号的传输可以被限制到由无线网络使用的多个预定通告信道中的至少一个。因此，可以确保通过数据信道或其他信道的数据交换不受友好干扰信号的扰乱。
10.根据可以与第一选项组合的第二选项，在预定时间段内，可以在非目标设备的至少一个预定通告信道上将干扰信号的传输限制到非目标设备的特定空间扇区。因此，可以容易地过滤掉非目标设备的通告，同时也可以发现目标设备。
11.根据可以与第一或第二选项组合的第三选项，干扰信号可以一次仅在多个预定通告信道之一上传输。可以以更可行的方式执行仅干扰一个特定的通告信道。
12.根据可以与第一至第三选项中的任何一个组合的第四选项，可以在所有预定通告信道上传输干扰信号。因此，可以更快地实现目标设备的发现，因为所有通告信道都被同时干扰以进行过滤。
13.根据可以与第一至第四选项中的任何一个组合的第五选项，可以一次控制多于一个的干扰器设备在所有预定通告信道上传输干扰信号。同样，该措施支持更快地发现目标设备，因为所有的通告信道同时都被干扰。
14.根据可以与第一至第五选项中的任何一个组合的第六选项，可以响应于从主设备接收的控制命令来传输干扰信号。该措施确保了干扰过程的正确时序，以确保来自目标设备的信标信号的接收被改善。
15.根据可以与第一至第六选项中的任何一个组合的第七选项，该装置可以适于确定干扰是否成功。因此，可以重复干扰过程，直到目标设备的信标信号已经被主设备成功接收。
16.注意，该装置可以基于具有分立硬件组件的分立硬件电路、集成芯片、或芯片模块的布置来实现，或者基于（由存储在存储器中、写在计算机可读介质上、或从网络（诸如互联网）下载的软件例程或程序控制的）信号处理设备或芯片来实现。
17.应当理解，权利要求1和9的装置、权利要求10的干扰器设备、权利要求11的主设备、权利要求13和14的方法、以及权利要求15的计算机程序产品可以具有类似和/或相同的优选实施例，特别是如从属权利要求中所限定的。
18.应当理解，本发明的优选实施例也可以是从属权利要求或上述实施例与相应独立权利要求的任何组合。
19.参考下文描述的实施例，本发明的这些和其他方面将是清楚的并得到阐述。
附图说明
20.在下列附图中：图1示意性地示出了ble系统的具有数据和通告信道的频带；图2示意性地示出了ble系统的通告时序表；图3示意性地示出了具有通告冲突的高密度网络环境；图4示出了扇区天线的定向天线图；
图5示出了根据各种实施例的具有波束成形干扰设备的网络环境；以及图6示出了根据各种实施例的基于干扰的通告过滤过程的流程图。
具体实施方式
21.现在基于网络环境来描述本发明的实施例，其中扫描和/或连接和/或入网初始化过程基于目标设备的ble通告。
22.在本发明的各种实施例中，ble技术用于建立到网络设备的连接。然而，本发明同样适用于其中使用信标或通告的任何其他单跳技术（例如，红外（ir）、近场通信（nfc）、无线局域通信（wi-fi））。通告网络设备可以经由无线多跳技术（例如，zigbee pro、thread、wirelesshart、smartrf、citytouch、ip500、和任何其他基于网格或树的技术）彼此连接。
23.通告是所谓信标的基础，其中小型设备周期性地向附近的其他设备（例如，智能手机）广播连接信息。与例如智能手机app组合，安装的信标网络可以提供各种服务，诸如室内定位、入网初始化、邻近触发通告、移动支付系统等。
24.图1示意性地示出了ble系统的具有数据和通告信道的频带，作为用于扫描、连接到、和/或入网初始化目标设备的单跳系统的示例。
25.ble物理层使用2.4ghz频带（2402-2483.5 mhz），该频带被分成40个信道ch0到ch39，每个信道的间隔为2mhz。信道37、38和39是所谓的通告信道（ach）并且用于设备发现、广播信息和建立连接，而其余信道被定义为数据信道（dch）并且用于连接期间的数据交换。三个通告信道ch37至ch39跨2.4 ghz频带分布，以便实现频率分集，并对来自其他信道（例如，wi-fi、传统蓝牙、微波等）的干涉是鲁棒的。作为示例，重叠的wifi信道（wch）在图1中示出。
26.为了发现特定的目标设备，主设备（例如，智能手机）监听通告信道ch37至ch39，以寻找目标设备的媒体访问控制（mac）地址。
27.通过ble信道传输的每个帧都有一个已知的前导码（preamble），后跟一个已知的访问地址，该访问地址可以用于对其进行同步和关联。在三个通告信道上，访问地址和前导码是固定的，以实现广播接收。
28.ble协议的链路层区分了三种基本的设备角色，即通告者、扫描者和发起者。处于通告者角色的设备将在每个通告信道上周期性地广播帧。这些帧可以包含关于通告者的信息，诸如通告者支持的服务和特征以及特定于制造商的信息。
29.图2示意性地示出了ble系统的通告时序表。
30.帧之间的时间间隔（ai）具有固定间隔或延迟（ad）和随机延迟（ar）两者，使得ai=ad+ar。固定间隔可以以0.625ms的步长从20ms设置到10.24s，而随机延迟是0和10ms之间的伪随机值。后者的目的是减少来自不同的共位的设备的通告帧之间冲突的可能性。短的时间间隔增加了被快速发现的机会，但是也增加了与其他通告冲突的机会。
31.为了省电，ble规范允许仅在一个或两个信道上发送通告帧，代价是降低了抗干涉的鲁棒性。
32.处于扫描者角色的设备将被动地监听由附近的通告者发送的帧。它可以或不可以通过在它接收到通告者的帧的同一信道上发送扫描请求来请求来自通告者的进一步信息。通告者将通过发送包含先前未提及的服务或不适合通告帧的数据（例如，设备名称）的扫描
响应而对此做出响应。
33.希望与通告者建立连接的设备被称为发起者。因此，发起者向通告者发送连接请求。如果连接请求被通告者接受，则两个设备都将离开通告信道，并形成如连接请求帧中指定的连接。
34.因此，通告被用来发现并连接到ble设备。然而，在具有高密度ble设备的高密度环境中——诸如在其中节点数量极高（例如，》 10000个节点）的iot园艺应用中——设备发现成为一个问题。高密度环境的另一个示例是大面积照明设施（诸如在大办公室中），其中每个人通常携带至少两个或三个ble设备（包括智能手机、笔记本电脑和可穿戴设备）。这种情况导致通告冲突的风险增加，尤其是当ble设备的数量大于200时。
35.图3示意性地示出了高密度网络环境，其中在由水平和垂直轴分隔的不同扇区中有许多通告ble设备12。目标设备10广播由于与其他（多个）通告冲突而被阻挡的通告100。结果是，主设备20不能发现目标设备10。
36.因此，在各种实施例中，建议通过在非目标设备12的至少一个特定扇区上执行友好干扰来过滤掉非目标设备12的冲突通告。扇区化的友好干扰可以被限制到非目标设备的至少一个特定扇区，并且被限制到由单跳系统（例如，ble）使用的特定通告信道中的至少一个。因此，非目标设备12的通告可以被容易地过滤掉，并且目标设备10可以被主设备20发现。
37.友好干扰可以只短暂地执行几秒钟，使得短暂干扰不会显著扰乱非目标设备12的其他通告。干扰信号扰乱通告分组的内容，使得它们在接收器侧被丢弃，例如由于不匹配的纠错校验和（error correction checksum）等。此外，由于干扰仅在（多个）通告信道中执行，因此在数据信道上工作的已建立的ble数据连接也不受到扰乱。
38.图4示出了扇区天线的示例性定向天线图300，其可以由所提出的干扰器设备用作波束成形天线，以滤除位于特定扇区中的非目标设备的潜在冲突通告。
39.通过使用波束成形技术，可以对干扰区域进行扇区化和限制，以用于空间滤波。也就是说，干扰可以选择性地应用于（多个）特定扇区。如图4所示，根据示例性天线图300，功率增益可以指向大约在-90
°
和+90
°
之间的特定扇区。
40.波束成形或空间滤波是一种在传感器或天线阵列中使用的信号处理技术，用于定向的信号传输或接收。这可以通过组合天线阵列中的元件来实现，以这样的方式使得信号在特定角度经历相长干涉，而其他信号经历相消干涉。为了在传输期间改变阵列的方向性，波束成形器可以控制每个传输器处通告信号的相位和相对幅度，以便在波前中创建相长和相消干涉的图案。在接收器侧，来自不同传感器或天线元件的信息以优先观察到预期辐射图案的方式被组合。与全向接收/传输相比的改进被称为阵列的方向性。
41.波束成形技术可以大致分为传统（固定或切换波束）波束成形器和自适应波束成形器、或具有期望的信号最大化模式或者干涉信号最小化或消除模式的相控阵列。这两种技术都可以用来实现所提出的扇区化干扰。
42.图5示出了根据各种实施例的具有波束成形干扰器设备30的网络环境。
43.干扰器设备30包括波束成形定向或扇区天线32（例如，如图5中由三个天线元件的阵列所指示），以为干扰网络环境的特定扇区提供方向性。
44.在图5中，四个示例性扇区被划分为具有包括目标设备10的未受干扰的ble设备12
的目标扇区（右上扇区），以及由方向受限的干扰区域200覆盖并包括位于干扰器设备30的波束成形天线的方向图300内的受干扰的ble设备14的三个非目标扇区。
45.干扰器设备30的干扰效果可以取决于其无线电传输器功率、位置、以及对网络或受干扰设备的影响。干扰器设备30可以以各种方式干扰网络，以使干扰尽可能有效。
46.无线网络中的干扰可以被定义为对现有的无线通信的破坏（通过传输干涉的无线信号来降低接收器侧的信噪比）。
47.作为示例，实际的友好干扰可以通过以足够的功率水平传输看起来像噪声的东西（例如，伪随机位）来实现。如果传输功率相对于干扰区域200足够高，则干扰信号将使干扰区域200内的其他业务（即其他通告）失真到其无法与噪声区分的程度。因为没有更多的业务正在通过，所以源自干扰区域200的其他通告在这一点上应该失败。
48.此外，干扰可以在不同的水平上进行，从阻碍传输（例如，无线电干扰）到使合法通信中的分组失真（例如，链路层干扰）。通过利用链路层协议（即mac协议）的语义，与单独盲目地干扰无线电信号相比，可以实现更好的干扰效率。友好干扰可能只执行几秒钟（例如，2s）。因此，可以发现目标设备10，并且干扰区域200中的其他设备14的通告将不会受到显著扰乱。
49.在一个实施例中，可以仅在通告信道（例如，ble系统的ch37、ch38和ch39）中执行友好干扰。因此，具有正在进行的连接的任何ble设备12、14仍可以工作而不受干扰器设备30的扰乱。在一示例中，只有非目标设备通告信道的特定空间扇区可以被干扰器设备30干扰。也就是说，经由定向天线32应用扇区化的友好干扰，以在短时间段内在特定通告信道上干扰非目标设备的特定扇区（例如，干扰区域200）。因此，可以容易地过滤掉非目标设备14的通告，并且也可以发现目标设备10。
50.在另一实施例中，干扰区域200的特定扇区可以由干扰器设备30仅在一个特定通告信道上进行干扰。仅干扰一个特定的通告信道执行起来更可行。然而，目标设备10的发现可能花费更长的时间，即，直到被干扰的通告信道被目标设备10使用。
51.在另外的实施例中，干扰区域200的特定扇区可以由干扰器设备30在所有可用的通告信道（例如，ch37、ch38、ch39）上进行干扰。干扰所有通告信道可能需要多于一个的干扰器设备30（例如，每个通告信道一个）。然而，该技术可以加速目标设备10的发现。
52.在各种实施例中，干扰可以由主设备20触发，例如，当主设备20旨在发现特定目标设备10时。
53.有几种类型的干扰器可以用作干扰器设备30来过滤掉或阻挡不想要的通告。根据一般干扰模型，干扰器设备30可以是发射连续随机位而不遵循mac层的信道感测多址（csma）协议的恒定干扰器、连续传输常规分组而非随机位的欺骗性干扰器、间歇地将随机位或常规分组传输到网络中的随机干扰器、反应式干扰器（诸如对感测到的rts消息作出反应的请求至发送（rts）/清除至发送（cts）干扰器，或通过破坏数据或确认（ack）分组的传输来干扰网络的数据/确认干扰器）、特定功能干扰器（诸如非常频繁地在所有可用信道上跳跃并在短时间内干扰每个信道的后续干扰器，或通过覆盖由mac层提供的csma算法主动以直接信道访问在不同信道之间跳跃的信道跳跃干扰器，或者可以在不同时间段切换信道并在不同带宽上干扰的脉冲噪声干扰器），或者智能混合干扰器（诸如以控制信道或用于协调网络活动的其他信道为目标的控制信道干扰器，或者除了禁用预期目标的功能之外还在网
络的其他节点处导致拒绝服务状态的隐式干扰器，或者通过使用来自网络层的信息来干扰分组以减少业务流的流干扰器）。
54.此外，如果干扰器设备30可以被编程为仅攻击特定帧，则其可以是选择性的。由于通告是在不同的信道上冗余地发送的，因此可以取决于是同时干扰单个还是多个通告信道来进一步区分窄带和宽带干扰。
55.不同的干扰器类型在其效率、功耗和复杂性方面不同。恒定宽带干扰器在很大的频率范围内发射噪声。虽然它复杂性低，但它效率低且能耗高。这是因为这种干扰器可能必须同时干扰所有三个通告信道，这三个通告信道分布在整个2.4 ghz频带上，如图1所示。
56.恒定窄带干扰器永久发射干扰信号（但是仅在单个通告信道上）。由于在这种情况下，同一时间只能干扰单个信道，因此可能需要应用跳频。
57.反应式宽带干扰器是基于仅在特定时间点（例如，每秒）发送通告的观察。因此，仅在帧传输期间发射干扰信号可能就足够了。因此，这种周期性干扰器需要与要过滤掉的通告源同步，这需要嗅探或信道感测组件。
58.仅当已经检测到要被攻击的帧传输时，反应式窄带干扰器才在单个通告信道上发射干扰信号。同样，可能需要执行跳频，以便不错过在其他信道上传输的信标帧。
59.所提出的干扰器设备30可以是反应式的，因为在通告帧的传输期间仅仅旨在发射短的干扰信号（其长到足以破坏该帧（例如，由于错误检查失败））。
60.干扰器设备30可以是商用现货（cots）嵌入式硬件。一种选项将是使用软件定义无线电（sdr），如通用软件无线电外设（usrp）；但可能有更经济的可用解决方案，诸如称为ubertooth的小型统一串行总线（usb）设备，其软件定义无线电硬件（例如，usrp）不太昂贵且不太耗电。
61.干扰器设备30可以是软件控制的，并且干扰程序可以是中断控制的状态机。在干扰信号传输停止之后，干扰器设备30的传输器或收发器可以调谐到下一通告信道以接收并重复该过程。为了避免停留在一个信道，可以启动超时（例如，10 ms）（这是在一个通告事件中发送的连续使用的通告信道上的两个通告帧之间的最大时间）。在超时时，干扰器设备30可以返回到第一通告信道。如果没有超时发生，则干扰过程可以像在先前的信道上一样继续，并在之后的最后一个信道上重复。
62.图6示出了根据各种实施例的可以由控制单元（例如，软件控制的处理器（例如，中央处理单元（cpu）或数字信号处理器（dsp））执行的基于干扰的通告过滤过程的流程图。
63.在步骤601中，控制单元例如基于从主设备20或目标设备10接收的控制消息（例如，触发命令）来确定空间受限的（即，定向的）干扰区域200（例如，至少一个干扰扇区）。该确定可以基于控制信息中包括的位置或扇区信息，或者基于关于主设备20或目标设备10的位置的网络信息。在后一种情况下，目标设备10可能已经例如在控制消息中被主设备20识别。更具体地，干扰区域200被确定为定向天线32周围的（多个）扇区（目标设备10不定位于其中）。
64.然后，在步骤602中，干扰器设备30的控制单元控制定向天线32应用波束成形处理，以将定向天线32（例如，天线元件阵列）的方向图指向方向受限的干扰区域200。
65.此后，在步骤603中，干扰器设备30的控制单元通过在方向受限的干扰区域200中以特定时序发起干扰信号或信号序列的传输来开始干扰过程。
66.在随后的可选步骤604中，干扰器设备30的控制单元确定干扰是否成功，例如，是否已经在预定时间段内从同一主设备20接收到新的控制消息。如果干扰不成功（例如，已经从主设备20接收到新的控制命令），则该过程跳回到步骤602或603，并且重复干扰过程（可选地，利用定向天线32的方向图的新设置）。
67.如果干扰成功（例如，尚未从主设备20接收到新的控制命令），则该过程继续可选的步骤605，其中干扰器设备的控制单元等待来自网络的新的控制命令，并且如果已经接收到新的控制命令，则在步骤601重新开始该过程。
68.总之，已经描述了一种装置（控制单元）和方法（基于干扰的通告过滤过程），用于通过使用具有波束成形天线的友好干扰来干扰非目标设备的至少一个特定定向扇区中的至少一个通告信道，从而过滤目标设备的通告。因此，主设备可以容易地发现目标设备的通告，以便成功地连接到目标设备。此外，由于仅在通告信道上执行干扰，因此数据连接信道不受扰乱。
69.虽然已经在附图和前面的描述中详细说明和描述了本发明，但是这种说明和描述被认为是说明性的或示例性的，并且不是限制性的。本发明不限于所公开的实施例。所提出的基于干扰的过滤过程可以应用于其他类型的无线网络，并且可能在其他类型的无线网络中标准化。此外，本发明可以应用于基于信标通告实现设备发现、扫描、连接和/或维护的任何网络。一个示例包括大规模zigbee照明、传感器或园艺网络，其中单个网络设备经由单跳网络（例如，ble）使用移动设备（诸如智能手机或平板电脑）进行入网初始化。
70.更一般地，本发明适用于（实现与基于信标的单跳网络的网络接口的）任何网络环境。一个示例包括大规模zigbee照明、传感器或园艺网络，其中单个网络设备可以经由ble（例如，cheetah或类似物）使用移动设备（诸如智能手机或平板电脑）进行联系。
71.此外，尽管遍及本文档使用ble无线电作为示例，但是本发明同样适用于例如与无线多跳技术（例如，zigbee pro、thread、wirelesshart、smartrf、citytouch、以及任何其他基于网格或树的技术）组合的任何其他无线单跳技术（例如，ble、ir、nfc、wi-fi）。
72.任何类型的干扰器都可以用作干扰器设备，以使本发明适用于任何类型的无线技术。特别地，链路层干扰可以用于不支持csma冲突检测（csma/cd）或csma冲突避免（csma/ca）的无线技术。通过研究附图、公开内容和所附权利要求，本领域技术人员在实践所要求保护的发明时可以理解和实现所公开实施例的其他变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”（“a”或“an”）不排除多个。单个处理器或其他单元可以完成权利要求中列举的几个项目的功能。在相互不同的从属权利要求中引用某些措施的纯粹事实不指示这些措施的组合不能被有利地使用。
73.前面的描述详述了本发明的某些实施例。然而，将领会的是，无论前面的描述在文本中出现得多么详细，本发明都可以以多种方式实践，并因此不限于所公开的实施例。应该注意的是，当描述本发明的某些特征或方面时，特定术语的使用不应该被理解为暗示该术语在本文被重新定义以被限制为包括与该术语相关联的本发明的特征或方面的任何具体特性。
74.单个单元或设备可以完成权利要求中列举的几个项目的功能。在相互不同的从属权利要求中引用某些措施的纯粹事实不指示这些措施的组合不能被有利地使用。
75.类似于图6中所指示的所述操作可以实现为计算机程序的程序代码装置和/或实
现为专用硬件。计算机程序可以存储和/或分布在合适的介质上（诸如光学存储介质或固态介质）、与其他硬件一起提供或作为其他硬件的一部分提供，但是也可以以其他形式分布，诸如经由互联网或者其他有线或无线电信系统。