CN102111192B - 一种蓝牙连接方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种蓝牙连接方法，所述方法包括：客户端读取存储在RFID卡的信息；根据读取的信息，与服务端建立蓝牙连接。本发明还提供了一种蓝牙连接系统，通过将蓝牙地址和RFID卡的ID值预先存储在RFID卡内，当客户端读取RFID卡内存储的信息后，直接使用SDP服务搜索与服务端进行交互，实现了在蓝牙服务搜索时，自动完成蓝牙认证的目的，从而建立安全可靠的蓝牙连接；该方法大大减少了建立蓝牙连接的时间，使得蓝牙服务的应用在实现上更为简洁快速，且成本较低，效率更高，便于推广。

Description

一种蓝牙连接方法及系统
技术领域
本发明涉及无线通信的蓝牙技术，尤其涉及一种蓝牙连接方法及系统。
背景技术
蓝牙(Bluetooth)是一种支持设备短距离通信的无线电技术，一般的通信距离在10m内，蓝牙能在包括移动电话、PDA、无线耳机、笔记本电脑、相关外设等众多设备之间进行无线信息交换。利用蓝牙技术，能够有效地简化移动通信终端设备之间的通信，也能够成功地简化设备与因特网之间的通信，从而使得数据的传输变得更加迅速高效，为无线通信拓宽道路。
蓝牙采用分散式网络结构、以及快跳频和短包技术，支持点对点及点对多点通信，工作在全球通用的2.4GHz ISM(Industrial Scientific Medical)频段，其数据速率为1Mbps，采用时分双工传输方案实现全双工传输。其中，在蓝牙协议栈中，服务发现协议(Service Discovery Protocol，SDP)也叫做蓝牙SDP，用于提供应用程序在蓝牙环境中特定的涵义，用于发现哪个服务可用和决定可用服务的特征。SDP定义了一个蓝牙客户机发现可用蓝牙服务器服务和特征的方法，其中，蓝牙服务属性如表1所示：
表1
SDP采用客户端/服务器模型和请求/响应机制，如图1所示，服务器上保存服务的记录，客户端通过请求协议数据单元(Protocol Data Unit，PDU)发起一次事务，服务器返回响应协议数据单元来响应这个请求。
每一个SDP的PDU包括PDU头(Header)和PDU特定的参数(Parameter)；PDU头包括三个域：PDU标识符(PDU ID)、事务标识符(Transaction ID)和参数长度(Parameter Length)，具体如图2所示。其中，PDU ID用来区分PDU的类型，以此来判断PDU的意义及正确解析其参数，PDU ID规范和其对应的值详见表2；
表2
Transaction ID用来区分不同请求的PDU，收到响应PDU时，根据该响应PDU的Transaction ID来判断是否为相应请求PDU的响应，具体判断原则为：SDP客户端选择与已有请求PDU的Transaction ID不同的任意值作为一个请求PDU的Transaction ID，响应PDU所包含的Transaction ID必须与其对应的请求PDU的Transaction ID相同。参数长度字段表示了该PDU所带参数的总长度(以字节为单位)。
射频识别(Radio Frequency Identification，RFID)是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。RFID是一种简单的无线系统，通常至少由一个询问器(或阅读器)和多个应答器(或标签)组成。该系统常用于控制、检测和跟踪物体。
通讯终端和不断变换的环境的信息交互可以改变和提高人们的生活习惯和生活水平，而蓝牙和RFID技术是两项十分具有潜力的选择。蓝牙可以与有效范围内的其他设备进行信息交互，从而达到采集信息或者发布命令的目的。但目前通常使用的蓝牙连接的模式有一个缺点，就是每次建立蓝牙连接之前都需要经过查询蓝牙设备和查询服务，而要完成上述查询会耗费十几秒甚至二、三十秒的时间；不仅如此，上述查询还需要人为的参与。因此，目前普遍使用的蓝牙连接的模式在通讯终端和不断变换的环境中不能很好地满足简洁、快速连接的要求。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种蓝牙连接的方法及系统，能实现蓝牙服务的快速连接。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种蓝牙连接方法，所述方法包括：
客户端读取存储在射频识别RFID卡的信息；
根据读取的信息，与服务端建立蓝牙连接。
进一步地，在客户端读取存储在RFID卡的信息之前，所述方法还包括：
存储蓝牙地址和RFID卡的ID值至所述RFID卡。
其中，所述根据读取的信息与服务端建立蓝牙连接为：
根据读取的信息，利用服务发现协议SDP服务搜索的挑战/应答机制、以及RFID，与服务端进行蓝牙认证，认证通过时建立蓝牙连接。
其中，所述利用SDP服务搜索的挑战/应答机制以及RFID进行蓝牙认证为：
服务端产生一个随机数R，并将R和询问消息Query发送给客户端；
客户端根据收到的R和读取到的ID值，通过单向哈希函数计算H(ID)、H(ID||R)、ID*＝S(ID)、以及H(ID*)＝H(S(ID))，并将H(ID)和H(ID||R)发送给服务端；
所述服务端将接收到的H(ID)和H(ID||R)以及R转发给后台数据库；
所述数据库根据接收到的数据及自身存储的列表，计算H(ID* i)并通过服务端转发给客户端；
客户端比较接收到的H(ID* i)与计算得到的H(ID*)是否相等，相等时，将RFID卡内的ID值更新为ID*，蓝牙认证通过。
其中，所述数据库根据接收到的数据及自身存储的列表，计算H(ID* i)为：
数据库在自身存储的列表中查找是否存在i满足H(IDi)＝H(ID)，存在时，找到H(IDi)对应的IDi，计算H(IDi||R)；
比较H(IDi||R)与接收到的H(ID||R)是否相等，相等时进一步计算ID* i＝S(IDi)、H(ID* i)＝H(S(IDi))，并将H(ID* i)发送给服务端。
进一步地，在数据库将H(ID* i)发送给服务端之后，所述方法还包括：
所述数据库判断计算得到的H(ID* i)在列表中对应的关联指针是否为0，若是，则增加新的记录；若否，则将所述关联指针指向的记录进行修改。
进一步地，在比较H(IDi||R)与接收到的H(ID||R)是否相等之后，所述方法还包括：不相等时，判定当前客户端为未授权的终端。
一种蓝牙连接系统，所述系统包括：射频识别RFID卡、客户端、及服务端；其中，
客户端，用于读取存储在RFID卡的信息，并根据读取的信息，与所述服务端建立蓝牙连接。
进一步地，所述RFID卡，用于存储蓝牙地址和RFID卡的ID值。
进一步地，所述客户端，具体用于根据读取的信息，利用服务发现协议SDP服务搜索的挑战/应答机制、以及RFID，与服务端进行蓝牙认证，认证通过时建立蓝牙连接。
进一步地，所述系统还包括数据库；
相应的，服务端，用于产生一个随机数R，将R和询问消息Query发送给客户端，并将R、客户端发来的H(ID)和H(ID||R)转发给所述数据库；
数据库，用于根据接收到的数据及自身存储的列表，计算H(ID* i)并通过服务端转发给客户端；
客户端，还用于根据R和读取的ID，通过单向哈希函数计算H(ID)、H(ID||R)、ID*＝S(ID)、以及H(ID*)＝H(S(ID))，并将H(ID)和H(ID||R)发送给服务端，比较接收到的H(ID* i)与计算得到的H(ID*)是否相等，相等时确认蓝牙认证通过。
其中，所述数据库，具体用于在自身存储的列表中查找是否存在i满足H(IDi)＝H(ID)，存在则找到H(IDi)对应的IDi，计算H(IDi||R)；比较H(IDi||R)与接收到的H(ID||R)是否相等，相等时计算ID* i＝S(IDi)、H(ID* i)＝H(S(IDi))；并将H(ID* i)发送给服务端。
进一步地，所述数据库，还用于判断计算得到的H(ID* i)在列表中对应的关联指针是否为0，是则增加新的记录；否则将所述关联指针指向的记录进行修改。
本发明通过将蓝牙地址和RFID卡的ID值存储在RFID卡内，当客户端读取RFID卡内存储的信息后，直接使用SDP服务搜索与服务端进行交互，实现了在蓝牙服务搜索时，自动完成蓝牙认证的目的，从而建立安全可靠的蓝牙连接；该方法大大减少了建立蓝牙连接的时间，使得蓝牙服务的应用在实现上更为简洁快速，且成本较低，效率更高，便于推广；还可广泛应用到工业控制、企业管理、家居生活等，尤其在需要安全认证的蓝牙应用中更为适用。
附图说明
图1为SDP客户端/服务器模型的结构示意图；
图2为PDU的格式示意图；
图3为本发明提供的蓝牙连接方法的流程示意图；
图4为本发明提供的蓝牙连接方法的具体实施例的流程示意图；
图5为SDP服务搜索的PDU报文交互示意图；
图6为本发明提供的蓝牙认证的过程示意图；
图7为本发明提供的蓝牙连接方法与传统的蓝牙连接方法的用时对照图。
具体实施方式
本发明的基本思想为：客户端读取存储在RFID卡的信息；根据读取的信息，与服务端建立蓝牙连接。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下举实施例并参照附图，对本发明进一步详细说明。
图3示出了本发明的蓝牙连接方法的流程，如图3所示，所述方法包括下述步骤：
步骤301，客户端读取预先存储在RFID卡的信息；
本步骤中，RFID卡记录七个字节的数据，其中六个字节的数据为蓝牙地址，一个字节的数据为初始化的RFID卡的ID号；应当注意，此处初始化的ID号不是RFID卡在出厂时所配置的唯一的ID值，而是预先存储的用于蓝牙认证的一个随机数；
另外，应当理解，RFID卡可以位于客户端内部，也可以相对于客户端独立存在。
步骤302，客户端根据读取的信息，与服务端建立蓝牙连接；
本步骤中，客户端与服务端利用SDP服务搜索的挑战/应答机制，并利用RFID，与服务端进行蓝牙认证，若认证通过，建立蓝牙连接。
图4示出了本发明提供的蓝牙连接方法的具体实施例的流程，如图4所示，所述实施例包括下述步骤：
步骤401，存储蓝牙地址和RFID卡的ID值信息到RFID卡内；
步骤402，客户端读取存储在RFID卡的信息，获取所述蓝牙地址；
本步骤中，客户端获取一个48位比特的蓝牙地址，该地址定义了一个通信终端，可以唯一标识一个蓝牙设备。
步骤403，客户端利用SDP服务搜索的挑战/应答机制、RFID卡，根据读取的信息，进行蓝牙服务搜索，同时进行蓝牙认证，认证通过则建立蓝牙连接；
具体地，结合图5所示的SDP服务搜索的过程，客户端通过与服务端进行PDU报文的交互，发送蓝牙认证所需要的信息，完成蓝牙认证，建立蓝牙连接。
应当理解，SDP为一个应用层的协议，而客户端与服务端在传输层的功能还需要逻辑链路控制和适配协议(Logical Link Control and Adaptation Protocol，L2CAP)进行保证。
下面结合图5和图6，进一步对本发明提供的蓝牙连接方法中蓝牙认证部分进行详细说明；其中，以RFID卡相对于客户端独立存在的情况进行说明，以更清晰地明了蓝牙认证的过程，应当理解，实际应用时，RFID卡也可以位于客户端内。
步骤61，客户端读取存储在RFID卡内的ID值；
一般地，客户端通过自身配置的RFID读卡器读取存储在该RFID卡内的值；
步骤62，服务端收到客户端发送的SDP_ServiceSearchRequest请求后，产生一个随机数R，并将该随机数R和询问消息Query添加到SDP_ServiceSearchResponse中返回给客户端；
其中，具体客户端发送的SDP_ServiceSearchRequest请求、服务端发送的SDP_ServiceSearchResponse如图5所示。
步骤63，客户端根据预先存储的单向哈希函数，计算H(ID)、H(ID||R)、ID*＝S(ID)、以及H(ID*)＝H(S(ID))，并将计算出的H(ID)和H(ID||R)添加到SDP_ServiceAttributeRequest中发送给服务端；
其中，单向的哈希函数为H(x)函数和S(x)函数；S(x)函数的作用是通过原先RFID卡内存储的ID值，产生新的RFID卡的ID值，即ID*＝S(ID)；本发明实施例中，S(x)的规则对于客户端和数据库可以是公开的，对于服务端可以保密。
步骤64，服务端将接收到的H(ID)和H(ID||R)以及产生的随机数R转发给后台的数据库；
步骤65，数据库根据接收到的数据及自身存储的列表，计算H(ID* i)并发送给服务端；
具体地，数据库中预先存储的列表为(H(IDi)，IDi，Pointeri)，其中，主键为H(ID)，ID为授权可与服务端建立蓝牙连接的电子标签的ID，H(ID)为单向Hash函数的计算值，Pointer是数据记录的关联指针，用来保持数据的一致性。
其中，数据库计算H(ID* i)的具体过程为：首先，数据库在列表(H(IDi)，IDi，Pointeri)中查找是否存在i满足H(IDi)＝H(ID)，若存在，则找到H(IDi)对应的IDi，计算H(IDi||R)；
然后，比较计算得到的H(IDi||R)与接收到的H(ID||R)是否相等，若相等，则进一步计算ID* i＝S(IDi)、H(ID* i)＝H(S(IDi))，并将H(ID* i)发送给服务端；其中，还可以将ID* i也一同发送给服务端。
另外，若此时数据库判断计算得到的H(ID* i)在列表(H(IDi)，IDi，Pointeri)中对应的Pointeri是否为0，若是，则增加新的记录j：(H(ID* i)，ID* i，j)；若否，则找到所述Pointeri指向的第Pointeri条记录，将该记录修改为(H(ID* i)，ID* i，i)。
步骤66，服务端将接收到的H(ID* i)添加到SDP_ServiceAttributeResponse中发送给客户端；
具体地，本步骤中还包括客户端比较接收到的H(ID* i)与计算得到的H(ID*)是否相等，若相等，则执行步骤67，完成蓝牙服务搜索和蓝牙认证，若不相等，则蓝牙认证失败，蓝牙服务终止。
步骤67，客户端将RFID卡中的ID值更新为ID*’。
本步骤中，由于RFID卡中ID值的不断更新，增加了蓝牙连接的安全性。
图7示出了利用上述蓝牙连接方法与传统的蓝牙连接方法的用时对照，其中，柱形图中左斜线填充的部分为设备查询耗时，网格线填充的部分为服务搜索耗时，右斜线填充的部分为连接耗时。如图7所示，RFID所对应的柱形为利用本发明所提供的蓝牙连接方法的用时图，由于在客户端读取到RFID卡内的蓝牙地址后(即图7中的设备查询耗时)，直接跳过传统方法中搜索蓝牙设备的步骤，而是根据读取到的RFID卡内存储的ID值，通过SDP服务搜索，实现在蓝牙服务搜索时，自动完成蓝牙认证，以建立蓝牙连接；而传统方法中搜索蓝牙设备是建立蓝牙连接过程中最为耗时的部分，因此，如图7所示，RFID所对应的柱形在设备查询用时上要达到少于传统方法，可见，本发明提供的蓝牙连接的方法大大减少了蓝牙连接的时间。
本发明还提供了一种蓝牙连接系统，所述系统包括：RFID卡、客户端、及服务端；其中，
客户端，用于读取存储在RFID卡的信息，并根据读取的信息，与所述服务端建立蓝牙连接；
进一步地，所述RFID卡，用于存储蓝牙地址和RFID卡的ID值。
所述客户端，用于根据读取的信息，利用服务发现协议SDP服务搜索的挑战/应答机制、以及RFID，与服务端进行蓝牙认证，认证通过时建立蓝牙连接。
进一步地，所述系统还包括数据库；
相应的，服务端，还用于产生一个随机数R，将R和询问消息Query发送给客户端，并将R、客户端发来的H(ID)和H(ID||R)转发给所述数据库；
所述数据库，用于根据接收到的数据及自身存储的列表，计算H(ID* i)并通过服务端转发给客户端；
所述客户端，还用于根据R和读取的ID，通过单向哈希函数计算H(ID)、H(ID||R)、ID*＝S(ID)、以及H(ID*)＝H(S(ID))，并将计算出的H(ID)和H(ID||R)发送给服务端，并比较接收到的H(ID* i)与计算得到的H(ID*)是否相等，相等时，确认蓝牙认证通过。
进一步地，所述数据库，具体用于在自身存储的列表(H(IDi)，IDi，Pointeri)中查找是否存在i满足H(IDi)＝H(ID)，存在时找到H(IDi)对应的IDi，计算H(IDi||R)；比较H(IDi||R)与接收到的H(ID||R)是否相等，相等时，则进一步计算ID* i＝S(IDi)、H(ID* i)＝H(S(IDi))。并将H(ID* i)发送给服务端。
其中，所述数据库，还用于判断计算得到的H(ID* i)在列表(H(IDi)，IDi，Pointeri)中对应的Pointeri是否为0，若是，则增加新的记录j：(H(ID* i)，ID* i，j)；若否，则将第Pointeri条记录修改为(H(ID* i)，ID* i，i)。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种蓝牙连接方法，其特征在于，所述方法包括：
客户端读取存储在射频识别RFID卡的信息，获取蓝牙地址；
根据读取的信息，与服务端建立蓝牙连接；
所述根据读取的信息与服务端建立蓝牙连接为：根据读取的信息，利用服务发现协议SDP服务搜索的挑战/应答机制、以及RFID，与服务端进行蓝牙认证，认证通过时建立蓝牙连接；
所述利用SDP服务搜索的挑战/应答机制以及RFID进行蓝牙认证为：服务端产生一个随机数R，并将R和询问消息Query发送给客户端；
客户端根据收到的R和读取到的ID值，通过单向哈希函数计算H(ID)、H(ID‖R)、ID*＝S(ID)、以及H(ID*)＝H(S(ID))，并将H(ID)和H(ID‖R)发送给服务端；
所述服务端将接收到的H(ID)和H(ID‖R)以及R转发给数据库；
所述数据库根据接收到的数据及自身存储的列表，计算H(ID* i)并通过服务端转发给客户端；
客户端比较接收到的H(ID* i)与计算得到的H(ID*)是否相等，相等时，将RFID卡内的ID值更新为ID*，蓝牙认证通过。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在客户端读取存储在RFID卡的信息之前，所述方法还包括：
存储蓝牙地址和RFID卡的ID值至所述RFID卡。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述数据库根据接收到的数据及自身存储的列表，计算H(ID* i)为：
数据库在自身存储的列表中查找是否存在i满足H(IDi)＝H(ID)，存在时，找到H(IDi)对应的IDi，计算H(IDi‖R)；
比较H(IDi‖R)与接收到的H(ID‖R)是否相等，相等时进一步计算ID* i＝S(IDi)、H(ID* i)＝H(S(IDi))，并将H(ID* i)发送给服务端。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在数据库将H(ID* i)发送给服务端之后，所述方法还包括：
所述数据库判断计算得到的H(ID* i)在列表中对应的关联指针是否为0，若是，则增加新的记录；若否，则将所述关联指针指向的记录进行修改。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在比较H(IDi‖R)与接收到的H(ID‖R)是否相等之后，所述方法还包括：不相等时，判定当前客户端为未授权的终端。
6.一种蓝牙连接系统，其特征在于，所述系统包括：射频识别RFID卡、客户端、及服务端；其中，
客户端，用于读取存储在RFID卡的信息，获取蓝牙地址；并根据读取的信息，与所述服务端建立蓝牙连接；
客户端，具体用于根据读取的信息，利用服务发现协议SDP服务搜索的挑战/应答机制、以及RFID，与服务端进行蓝牙认证，认证通过时建立蓝牙连接；
服务端，用于产生一个随机数R，将R和询问消息Query发送给客户端，并将R、客户端发来的H(ID)和H(ID‖R)转发给数据库；
数据库，用于根据接收到的数据及自身存储的列表，计算H(ID* i)并通过服务端转发给客户端；
客户端，还用于根据R和读取的ID，通过单向哈希函数计算H(ID)、H(ID‖R)、ID*＝S(ID)、以及H(ID*)＝H(S(ID))，并将H(ID)和H(ID‖R)发送给服务端，比较接收到的H(ID* i)与计算得到的H(ID*)是否相等，相等时确认蓝牙认证通过。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述RFID卡，用于存储蓝牙地址和RFID卡的ID值。
8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述数据库，具体用于在自身存储的列表中查找是否存在i满足H(IDi)＝H(ID)，存在则找到H(IDi)对应的IDi，计算H(IDi‖R)；比较H(IDi‖R)与接收到的H(ID‖R)是否相等，相等时计算ID* i＝S(IDi)、H(ID* i)＝H(S(IDi))；并将H(ID* i)发送给服务端。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述数据库，还用于判断计算得到的H(ID* i)在列表中对应的关联指针是否为0，是则增加新的记录；否则将所述关联指针指向的记录进行修改。
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