CN103491534A - 发射设备、接收设备、通信系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

提供了发射设备、接收设备、通信系统及其控制方法。该发射设备用于建立限定区域内的安全的无线通信网络，包括：一个或多个发射器，配置为发射无线信号，以利用所述无线信号的覆盖范围来建立所述限定区域；密钥生成单元，配置为生成应用于所述无线信号的密钥；密钥编码单元，配置为将所述密钥编码为密钥帧；以及，密钥调度单元，配置为对所述密钥帧进行调度，以控制由所述发射器发射包含所述密钥帧的无线信号。通过根据本发明实施例的发射设备、接收设备、通信系统及其控制方法，可以通过简单的配置实现限定区域内的高速、安全、快捷和方便的无线通信网络。

Description

发射设备、接收设备、通信系统及其控制方法

技术领域

本发明总的来说涉及通信领域，且更具体地说涉及用于实现限定区域的安全的无线通信网络的发射设备、接收设备、通信系统及其控制方法。

背景技术

随着网络技术的高速发展，在越来越多的地方建立了无线通信网络，这种无线通信网络可以覆盖一定的范围，以供该范围内的通信设备通信使用。

为了便于用户的使用，这种无线通信网络通常具有很高的开放性，但是这又会使无线通信网络面临普遍的安全威胁。特别是，当在某个公司或者家庭内部构建这种无线通信网络时，希望能够获得更高的安全性。

并且，这种无线通信网络的覆盖区域通常没有明显的边界，其覆盖区域在很大程度上依赖于基础设施，例如无线发射器的功率。

在当前的无线通信网络中，可以通过无线电频率安全设备（RFSD：RadioFrequency Safe Device）系统来提供无线局域网（WLAN：Wireless Local AreaNetword）的定义的周边安全。这种无线电频率安全设备系统可以在无线通信网络的覆盖范围内建立一个安全区，从而限定出物理隔离的WLAN和其相关的网络流量。该无线电频率安全设备系统通过消除数据和截取无线电波，以确保安全区域内唯一授权的无线设备连接，从而实现无线周边安全。

但是，这种无线电频率安全设备系统的工作原理较为复杂，使得其结构复杂且成本较高，用户在使用上会遇到诸多不便。

因此，需要用于实现限定区域的高速、安全、快捷和方便的无线通信网络的方案、

发明内容

因此，针对上述现有技术中存在的问题和需求做出本发明。

本发明实施例的目的是提供用于实现限定区域的安全的无线通信网络的发射设备、接收设备、通信系统及其控制方法。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种发射设备，用于建立限定区域内的安全的无线通信网络，所述发射设备包括：一个或多个发射器，配置为发射无线信号，以利用所述无线信号的覆盖范围来建立所述限定区域；密钥生成单元，配置为生成应用于所述无线信号的密钥；密钥编码单元，配置为将所述密钥编码为密钥帧；密钥调度单元，配置为对所述密钥帧进行调度，以控制由所述发射器发射包含所述密钥帧的无线信号。

在上述发射设备中，所述无线信号是红外信号。

在上述发射设备中，一个红外发射器的覆盖范围由以下公式1限定：

$P_R=\mathrm{\σ}\×{\mathrm{\ρ}}_{D_{\left(d\right)}}\×{\mathrm{\Σ}}_N{P}_{T_{\left(I\right)}}{\mathrm{\ρ}}_{{\mathrm{Tr}}_{\left({\mathrm{\α}}_{\mathrm{Tr}}\right)}}$ 公式1

其中，

是距离的削弱系数，d是到发射器的距离，

是发射器发射角度距离中心线的削减系数，α_Tr是发射器的发射角度（距离中心线），

是一个LED的发射功率与电流关系图，N是红外LED的数量，P_R是在某一点的红外接收器的实际接收功率，σ是其它参数；以及，其中，当某点的接收功率P_R大于一阈值功率时，该点处于所述无线通信网络的覆盖范围内。

在上述发射设备中，两个或两个以上的红外发射器的覆盖范围由每个红外发射器的发射角度(α)、每个红外发射器的发射距离(d)、每个红外发射器的发射功率(I,Pt,Pr₀)以及每个红外发射器的位置和朝向

限定。

在上述发射设备中，所述密钥生成单元配置为由真正的随机噪声生成所述密钥。

在上述发射设备中，所述密钥生成单元配置为实时地生成所述密钥。

在上述发射设备中，所述密钥帧具有由如下构成的帧结构：报头、发射器ID、帧序列号、时间戳、用户设计、接收信息、密钥、自校验码。

根据本发明实施例的另一方面，提供了一种接收设备，用于接收由上述发射设备发射的无线信号，以接入通过上述无线信号建立的无线通信网络，所述接收设备包括：接收器，用于接收所述无线信号；密钥解码单元，用于对所述无线信号中的密钥帧进行解码以获得密钥；时序调整和同步单元，用于对获得的多个密钥进行时序调整以同步所述多个密钥；区域密钥生成单元，用于由所同步的多个密钥生成区域密钥；以及，网络接入单元，用于基于所述区域密钥接入所述无线通信网络。

根据本发明实施例的再一方面，提供了一种无线通信系统，用于建立限定区域内的安全的无线通信网络，所述无线通信系统包括：发射设备，用于建立限定区域内的安全的无线通信网络，包括：一个或多个发射器，用于发射无线信号，以利用所述无线信号的覆盖范围来建立限定区域；密钥生成单元，用于生成应用于所述无线信号的密钥；密钥编码单元，用于将所述密钥编码为密钥帧；密钥调度单元，用于对所述密钥帧进行调度，以控制由所述发射器发射包含所述密钥帧的无线信号；以及，接收设备，用于接收由所述发射设备发射的无线信号，以接入通过所述无线信号建立的无线通信网络，包括：接收器，用于接收所述无线信号；密钥解码单元，用于对所述无线信号中的密钥帧进行解码以获得密钥；时序调整和同步单元，用于对获得的多个密钥进行时序调整以同步所述多个密钥；区域密钥生成单元，用于由所同步的多个密钥生成区域密钥；以及，网络接入单元，用于基于所述区域密钥接入所述无线通信网络。

根据本发明实施例的又一方面，提供了一种无线通信系统的控制方法，用于建立限定区域内的安全的无线通信网络，所述控制方法包括：发射无线信号以利用所述无线信号的覆盖范围来建立限定区域；生成应用于所述无线信号的密钥；将所述密钥编码为密钥帧；对所述密钥帧进行调度以控制所发射的包含所述密钥帧的无线信号；接收所述无线信号；对所述无线信号中的密钥帧进行解码以获得密钥；对获得的多个密钥进行时序调整以同步所述多个密钥；由所同步的多个密钥生成区域密钥；以及，基于所述区域密钥接入所述无线通信网络。

通过根据本发明实施例的发射设备、接收设备、通信系统及其控制方法，可以通过简单的配置实现限定区域内的高速、安全、快捷和方便的无线通信网络。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明实施例的建立的限定区域的无线通信网络的示意图；

图2是示出根据本发明实施例的发射设备的示意性框图；

图3A和图3B是示出了一个红外发射器件的相关参数的示意图；

图4A到图4D是示出由两个或多个红外发射器限定出的区域的示意图；

图5是示出根据本发明实施例的发射设备中的密钥帧格式的示意图；

图6是示出根据本发明实施例的接收设备的示意性框图。

具体实施方式

下面，将结合附图详细描述根据本发明实施例的发射设备、接收设备、通信系统及其控制方法。

图1是根据本发明实施例的建立的限定区域的无线通信网络的示意图。如图1所示，在本发明的实施例中，通过1号发射器和2号发射器的发射信号的覆盖范围来建立限定区域中的无线通信网络，并且在上述通信网络中，只有当某接收器在限定区域范围内时，才可以加入上述无线网络从而与区域内其他接收器进行相互通信，而区域外的接收器则不能加入上述无线网络，从而不能与限定区域内的接收器进行通信。

通过利用发射器的发射信号的覆盖范围来建立限定区域中的无线通信网络，本发明实施例的方案的实质是在物理层上建立一限定区域的安全的无线通信网络。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种发射设备，用于建立限定区域内的安全的无线通信网络，所述发射设备包括：一个或多个发射器，用于发射无线信号，以利用所述无线信号的覆盖范围来建立限定区域；密钥生成单元，用于生成应用于所述无线信号的密钥；密钥编码单元，用于将所述密钥编码为密钥帧；密钥调度单元，用于对所述密钥帧进行调度，以控制由所述发射器发射包含所述密钥帧的无线信号。

图2是示出根据本发明实施例的发射设备的示意性框图。如图2所示，根据本发明实施例的发射设备100用于建立限定区域内的安全的无线通信网络，其包括：一个或多个发射器101，用于发射无线信号，以利用该无线信号的覆盖范围来建立限定区域；密钥生成单元102，用于生成应用于由发射器101所发射的无线信号的密钥；密钥编码单元103，用于将由密钥生成单元102生成的密钥编码为密钥帧；密钥调度单元104，用于对由密钥编码单元103产生的密钥帧进行调度，以控制发射器101发射包含该密钥帧的无线信号。

在根据本发明实施例的发射设备中，可以采用红外发射器来构建限定区域的无线通信网络，这是由于红外光具有一定的特性。首先，由于红外光的不可见光，所构建的无线通信网络不会对人类的视觉造成影响。并且，由于红外光的直线传播特征，通过调整红外发射器的发射角度，可以精确地控制所限定区域的区域边界。另外，红外光的发光特性使得发射信号可以被编码，从而可以在所发射的红外信号中嵌入红外密钥，以提高所建立的无线通信网络的安全性。

在本发明的实施例中，在利用红外发射器的红外特性建立限定区域内的无线通信网络时，可以利用一个红外发射器，也可以利用两个或者多个红外发射器。

如上所述，无线通信网络的覆盖区域在很大程度上依赖于用于发射无线信号的发射器的功率，在上述本发明的实施例中，在利用一个红外发射器构建限定区域的无线通信网络时，也可以类似地利用红外发射器的功率来限定所述区域的区域边界。

具体地说，红外信号的覆盖范围内某一点的接收功率可由以下公式1来计算：

$P_R=\mathrm{\σ}\×{\mathrm{\ρ}}_{D_{\left(d\right)}}\×{\mathrm{\Σ}}_N{P}_{T_{\left(I\right)}}{\mathrm{\ρ}}_{{\mathrm{Tr}}_{\left({\mathrm{\α}}_{\mathrm{Tr}}\right)}}$ 公式1

其中，

是距离的削弱系数，d是到发射器的距离，

是发射器发射角度距离中心线的削减系数，如图3A所示，α_Tr是发射器的发射角度（距离中心线），

是一个LED的发射功率与电流关系图，如图3B所示。N是红外LED的数量，P_R是在某一点的红外接收器的实际接收功率，σ是其它参数，例如，σ可以是传播介质对红外发射功率的影响（空气粉尘浓度，水蒸汽浓度等），此外，σ也可以是不用的LED器件本身对自身发射功率的误差。

这里，令P_R0为阈值功率，则当某一点的接收功率P_R＞P_R0时，可以认为该点处于所建立的无线通信网络的覆盖范围内。例如，在根据本发明的实施例中，可以将P_R0设置为0.2mW/m²。

如上所述，图3A和图3B是示出了一个红外发射器件的相关参数的示意图。具体地说，例如针对单一LED的红外发射器件，图3A是发射器发射角度距离中心线的削减系数示意图，而图3B是LED的发射功率与电流的关系图。

此外，在根据本发明的实施例中，也可以采用两个或多个红外发射器来建立限定区域的无线通信网络，以采用两个红外发射器为例，在限定所建立的区域的范围时，可以首先确定在平面上的一个红外发射器的覆盖范围，随后确定两个红外发射器的朝向，之后确定两个红外发射器的重叠覆盖区域。这里，所建立的区域具体与红外发射器的以下参数相关：红外发射器的发射角度(α)、红外发射器的发射距离(d)、红外发射器的发射功率(I,Pt,Pr₀)以及红外发射器的位置和朝向

图4A到图4D是示出由两个或多个红外发射器限定出的区域的示意图。如图4A所示，当两个红外发射器相对放置，并且将每个红外发射器的发射角度调节为直角时，由两个红外发射器的发射信号所限定的区域是如图所示的矩形。如图4B所示，当两个红外发射器相对放置，且每个红外发射器的发射角度改变时，例如，改变为小于90度的角，由两个红外发射器的发射信号所限定的区域是如图所示的四边形。如图4C所示，当两个红外发射器并排放置，并且向同一方向发射红外信号时，可以建立如图所示的三角形区域，这里，图4C中的三角形区域的另一边可以由实际应用场景中的障碍物，比如墙壁来限定。如图4D所示，采用三个红外发射器，就可以构造如图所示的六边形区域。这里，本领域技术人员可以理解，通过选择红外发射器的数目、放置位置以及发射角度，可以构造出任意多边形的区域。

在上述图4A到图4D的示意图中，为了简单起见，没有考虑每个发射器的发射功率对于所建立的区域范围的影响。事实上，本领域技术人员可以适当地选择红外发射器的发射功率以及所限定的区域的大小，从而使得红外发射器的发射功率足以覆盖所建立的区域范围。

在考虑红外发射器的功率的情况下，假设在一个坐标系中存在一个红外发射器，其位置由

表示，其中，X_A、Y_A是该红外发射器的坐标，而是该红外发射器相对于坐标系原点的向量。以同样的方式，将其它红外发射器的位置表示为

等，这样，上述红外发射器的接收功率可以由下面的公式2和公式3表示：

$P_{\mathrm{RA}}=F(P_R,x_A,y_A,{\stackrel{\→}{\mathrm{\γ}}}_A)$ 公式2

$P_{\mathrm{RBn}}=F(P_R,x_n,y_n,{\stackrel{\→}{\mathrm{\γ}}}_n)$ 公式3

其中， $d={\stackrel{\→}{\mathrm{\γ}}}_A\sqrt{{|x-x_A|}^2+{|y-y_A|}^2}$ 公式4

代入上述接收功率的计算公式1，可以得到以下公式5和公式6：

$P_{\mathrm{RA}}=\mathrm{\σ}\×{\mathrm{\ρ}}_{D_{\left({\stackrel{\→}{\mathrm{\γ}}}_A\sqrt{{|x-x_A|}^2+{|y-y_A|}^2}\right)}}\×{\mathrm{\Σ}}_N{P}_{T_{\left(I\right)}}{\mathrm{\ρ}}_{{\mathrm{Tr}}_{\left({\mathrm{\α}}_{\mathrm{Tr}}\right)}}$ 公式5

$P_{\mathrm{RBn}}=\mathrm{\σ}\×{\mathrm{\ρ}}_{D_{\left({\stackrel{\→}{\mathrm{\γ}}}_n\sqrt{{|x-x_n|}^2+{|y-y_n|}^2}\right)}}\×{\mathrm{\Σ}}_N{P}_{T_{\left(I\right)}}{\mathrm{\ρ}}_{{\mathrm{Tr}}_{\left({\mathrm{\α}}_{\mathrm{Tr}}\right)}}$ 公式6

这样，对于该坐标系内的任意一点

认为限定区域满足以下条件：

(P_RA＞P_R0)∩(P_RB0＞P_R0)∩(P_RB1＞P_R0)……

限定区域边界点=(x,y)当(P_RA=P_R0)∩(P_RB0=P_R0)∩(P_RB1=P_R0)……

其中，P_RA是红外接收器接收从发射器A的功率，P_RBn是红外接收器接收从发射器B(B_n)的功率，是发射器B在相应坐标系中的方向矢量，

是发射器A在相应坐标系中的方向矢量，且(x,y)是接收器在相应坐标系中的坐标。

这样，通过连接边界点（或者根据距离发射点和红外发射器A和Bn的坐标），便可以获得限定区域的边界。

这里，虽然上面以由红外发射器发射的红外信号为例对根据本发明实施例的发射设备的限定区域的构建进行了解释，但是本领域技术人员可以理解，用于构建限定区域的无线信号并不限于红外信号，其也可以是其它类型的无线信号。

在根据本发明实施例的发射设备中，为了建立安全的无线通信网络，在由发射器发射的无线信号中嵌入密钥，这里，密钥可以由电路和微控制单元（MCU：Micro-Control Unit）同时工作生成。在根据本发明实施例的密钥生成单元中，优选地产生随机密钥，并且该随机密钥来自真正的随机噪声或其他传感器，从而获得实时的随机码。

在产生了以随机码形式的密钥之后，在密钥编码单元中，将所获得的密钥编码为密钥帧，具体地说，是要定义用于经无线信号发送的密钥帧的帧格式，以将随机码形式的密钥封装为能够经由无线信号发送的帧。图5是示出根据本发明实施例的发射设备中的密钥帧格式的示意图。如图5所示，该密钥帧由以下部分组成：

报头（head）：用于分辨完整帧开始；

发射器ID（Emitter ID）；发射器的器件编码；

帧序列号（Frame Seq.No.）：在重启发射器后，发射帧的序列号；

时间戳（Time Stamp）：与时间相关的信息，用于时序调整，密钥调度配对等；

用户设计（User Design）：用户可自定义的发射内容；

接收信息（Received Info）：发射器自带红外接收器或者传感器等接收到的信息；

密钥（Key）：上述随机密钥；

自校验码（Self-check）：对帧传输的完整性和正确性进行检测的校验码。

随后，在密钥调度单元中，对由密码编码单元所产生的密钥进行调度，这里，调度指的是以具体的信道和时间频率来发送包含密钥的无线信号的方法。例如，在根据本发明实施例的发射系统中，发射器通过以低频率2Hz的广播方式发送无线代码，并且数据传输比特率为1200，这可以取决于具体的收发装置。并且，在密钥调度单元中，可以控制密钥的生成和编码，即，可以设置在发送完一个密钥之后立刻生成新的密钥（实时的）。这样，通过密钥调度单元，根据本发明实施例的发射设备可以由发射器发射具有嵌入的密钥帧的无线信号。

此外，在根据本发明实施例的发射设备具有多个发射器的情况下，可以由密钥调度单元来设置每一发射器发射包含密钥的无线信号的方式，即，可以控制每个发射器以不同的频率经由不同的信道发送包含各个单独密钥的无线信号。

通过上述根据本发明实施例的发射设备，可以简单的系统装置生成一限定区域的无线通信网络，从而提供了一安全的无线局域网。并且，通过由两个或多个发射器以两个或多个信道实时地发射两个或多个单独的密钥，可以降低发射信号之间的干扰，并且还能够提高整体的安全性。

根据本发明实施例的另一方面，提供了一种接收设备，用于接收由上述发射设备发射的无线信号，以接入通过上述无线信号所建立的无线通信网络，所述接收设备包括：接收器，用于接收所述无线信号；密钥解码单元，用于对所述无线信号中的密钥帧进行解码以获得密钥；时序调整和同步单元，用于对获得的多个密钥进行时序调整以同步所述多个密钥；区域密钥生成单元，用于由所同步的多个密钥生成区域密钥；网络接入单元，用于基于所述区域密钥接入所述无线通信网络。

图6是示出根据本发明实施例的接收设备的示意性框图。如图6所示，根据本发明实施例的接收设备200用于接收由图2所示的发射设备100发射的无线信号，以接入通过上述无线信号所建立的无线通信网络，接收设备200包括：接收器201，用于接收由图2所示的发射设备100的一个或多个发射器101所发射的一个或多个无线信号；密钥解码单元202，用于对由接收器201接收的一个或多个无线信号中的密钥帧进行解码以获得密钥；时序调整和同步单元203，用于对由密钥解码单元202获得的多个密钥进行时序调整以同步该多个密钥；区域密钥生成单元204，用于由时序调整和同步单元203获得的多个密钥生成区域密钥；网络接入单元205，用于基于由区域密钥生成单元204所生成的区域密钥接入该无线通信网络

在本发明实施例的接收设备中，当该接收设备处于由上述发射设备所发射的无线信号定义的无线通信网络的范围中时，其接收由上述发射设备发射的无线信号。同样，只有在上述限定的区域内，接收设备才可以接收到由发射器发射的编码信号，从而解码密钥以生成区域密码，并通过区域密码加入无线通信网络。

在本发明实施例的接收设备中，为了安全性考虑，限定该接收设备需要区域密钥来接入该无线通信网络，并且，该区域密钥由所接收到的无线信号中的密钥产生。在根据本发明实施例的接收设备中，可以接收来自发射设备的一个发射器的密钥并直接以此密钥来接入无线通信网络，但是，为了提高无线通信网络的安全性，优选地由接收的多个发射器的多个密钥来生成区域密钥，从而基于该区域密钥接入无线通信网络。这样，在上述多个发射器发射的多个密钥是实时的情况下，接收设备的时序调整和同步单元需要对上述实时接收的多个密钥进行时序调整，以将该多个密钥的随机码进行同步。此外，区域密钥生成单元可以根据多种算法来生成区域密钥，本发明实施例对此并不做出具体的限定。

对于所生成的区域密钥，例如，可以在无线通信网络的IP层使用，这样，当接收设备想要加入该无线通信网络时，需要该区域密钥来解密IP及加入该网络的其它必要信息。

如上所述，当根据本发明实施例的发射设备采用红外发射器时，在根据本发明实施例的接收设备中也可以相应地采用红外接收器，上述红外发射器和红外接收器具有成本低和便携性好的优点。

在上述根据本发明实施例的接收设备中，由于用于接入所建立的限定区域的无线通信网络的区域密钥由根据本发明实施例的发射设备所发送的无线信号中携带的密钥来生成，因此可以避免非授权的接收设备接入上述无线通信网络，从而显著提高了所建立的无线通信网络的安全性。并且，通过以特定算法基于多个发射器发射的无线信号中的密钥来生成区域密钥，即使某个发射器或者接收器被盗或被损害，也不会造成信息泄露。

根据本发明的再一方面，提供了一种无线通信系统，用于建立限定区域内的安全的无线通信网络，所述无线通信系统包括发射设备和接收设备。其中，该发射设备用于建立限定区域内的安全的无线通信网络，包括：一个或多个发射器，用于发射无线信号，以利用所述无线信号的覆盖范围来建立限定区域；密钥生成单元，用于生成应用于所述无线信号的密钥；密钥编码单元，用于将所述密钥编码为密钥帧；密钥调度单元，用于对所述密钥帧进行调度，以控制由所述发射器发射包含所述密钥帧的无线信号。并且，该接收设备用于接收由上述发射设备发射的无线信号，以接入通过上述无线信号所建立的无线通信网络，包括：接收器，用于接收所述无线信号；密钥解码单元，用于对所述无线信号中的密钥帧进行解码以获得密钥；时序调整和同步单元，用于对获得的多个密钥进行时序调整以同步所述多个密钥；区域密钥生成单元，用于由所同步的多个密钥生成区域密钥；网络接入单元，用于基于所述区域密钥接入所述无线通信网络。

根据本发明的又一方面，提供了一种无线通信系统的控制方法，用于建立限定区域内的安全的无线通信网络，所述控制方法包括：发射无线信号以利用所述无线信号的覆盖范围来建立限定区域；生成应用于所述无线信号的密钥；将所述密钥编码为密钥帧；对所述密钥帧进行调度以控制所发射的包含所述密钥帧的无线信号；接收所述无线信号；对所述无线信号中的密钥帧进行解码以获得密钥；对获得的多个密钥进行时序调整以同步所述多个密钥；由所同步的多个密钥生成区域密钥；基于所述区域密钥接入所述无线通信网络。

这里，本领域技术人员可以理解，在上述无线通信系统及其控制方法中，当发射设备仅包括一个发射器从而仅发射一个无线信号时，接收设备不需要进行多个密钥的时序调整和同步，并且可以基于另外的算法由所获得一个密钥来生成区域密钥，或者直接将该获得的密钥作为区域密钥，本发明实施例并不意在对此进行任意限制。

通过上述根据本发明实施例的无线通信系统和控制方法，可以通过简单的系统配置生成限定区域内的安全的无线通信网络，从而降低了系统成本和用户操作的复杂性。并且，用户可以通过调节发射设备所发射的无线信号的范围来灵活地改变无线通信网络的覆盖范围，这也显著地增强了无线通信网络的使用的便利。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-OnlyMemory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种发射设备，用于建立限定区域内的安全的无线通信网络，所述发射设备包括：

一个或多个发射器，配置为发射无线信号，以利用所述无线信号的覆盖范围来建立所述限定区域；

密钥生成单元，配置为生成应用于所述无线信号的密钥；

密钥编码单元，配置为将所述密钥编码为密钥帧；

密钥调度单元，配置为对所述密钥帧进行调度，以控制由所述发射器发射包含所述密钥帧的无线信号。

2.如权利要求1所述的发射设备，其中，所述无线信号是红外信号。

3.如权利要求2所述的发射设备，其中，一个红外发射器的覆盖范围由以下公式1限定：

$P_R=\mathrm{\σ}\×{\mathrm{\ρ}}_{D_{\left(d\right)}}\×{\mathrm{\Σ}}_N{P}_{T_{\left(I\right)}}{\mathrm{\ρ}}_{{\mathrm{Tr}}_{\left({\mathrm{\α}}_{\mathrm{Tr}}\right)}}$ 公式1

其中，

是距离的削弱系数，d是到发射器的距离，

是发射器发射角度距离中心线的削减系数，α_Tr是发射器的发射角度（距离中心线），

是一个LED的发射功率与电流关系图，N是红外LED的数量，P_R是在某一点的红外接收器的实际接收功率，σ是其它参数；以及

其中，当某点的接收功率P_R大于一阈值功率时，该点处于所述无线通信网络的覆盖范围内。

4.如权利要求2所述的发射设备，其中，两个或两个以上的红外发射器的覆盖范围由每个红外发射器的发射角度(α)、每个红外发射器的发射距离(d)、每个红外发射器的发射功率(I,Pt,Pr₀)以及每个红外发射器的位置和朝向

限定。

5.如权利要求1所述的发射设备，其中，所述密钥生成单元配置为由真正的随机噪声生成所述密钥。

6.如权利要求1所述的发射设备，其中，所述密钥生成单元配置为实时地生成所述密钥。

7.如权利要求1所述的发射设备，其中，所述密钥帧具有由如下构成的帧结构：报头、发射器ID、帧序列号、时间戳、用户设计、接收信息、密钥、自校验码。

8.一种接收设备，用于接收由如权利要求1所述的发射设备发射的无线信号，以接入通过所述无线信号建立的无线通信网络，所述接收设备包括：

接收器，用于接收所述无线信号；

密钥解码单元，用于对所述无线信号中的密钥帧进行解码以获得密钥；

时序调整和同步单元，用于对获得的多个密钥进行时序调整以同步所述多个密钥；

区域密钥生成单元，用于由所同步的多个密钥生成区域密钥；

网络接入单元，用于基于所述区域密钥接入所述无线通信网络。

9.一种无线通信系统，用于建立限定区域内的安全的无线通信网络，所述无线通信系统包括：

发射设备，用于建立限定区域内的安全的无线通信网络，包括：

一个或多个发射器，用于发射无线信号，以利用所述无线信号的覆盖范围来建立限定区域；

密钥生成单元，用于生成应用于所述无线信号的密钥；

密钥编码单元，用于将所述密钥编码为密钥帧；

密钥调度单元，用于对所述密钥帧进行调度，以控制由所述发射器发射包含所述密钥帧的无线信号；以及

接收设备，用于接收由所述发射设备发射的无线信号，以接入通过所述无线信号建立的无线通信网络，包括：

接收器，用于接收所述无线信号；

密钥解码单元，用于对所述无线信号中的密钥帧进行解码以获得密钥；

时序调整和同步单元，用于对获得的多个密钥进行时序调整以同步所述多个密钥；

区域密钥生成单元，用于由所同步的多个密钥生成区域密钥；

网络接入单元，用于基于所述区域密钥接入所述无线通信网络。

10.一种无线通信系统的控制方法，用于建立限定区域内的安全的无线通信网络，所述控制方法包括：

发射无线信号以利用所述无线信号的覆盖范围来建立限定区域；

生成应用于所述无线信号的密钥；

将所述密钥编码为密钥帧；

对所述密钥帧进行调度以控制所发射的包含所述密钥帧的无线信号；

接收所述无线信号；

对所述无线信号中的密钥帧进行解码以获得密钥；

对获得的多个密钥进行时序调整以同步所述多个密钥；

由所同步的多个密钥生成区域密钥；以及

基于所述区域密钥接入所述无线通信网络。

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