CN101095318B - 用于蓝牙配对的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

一种在无线通信系统中配对第一电子设备(30)与第二电子设备(1)的方法，包含步骤：使第一和第二电子设备处于彼此接近状态；从所述第二电子设备发射查询信号；在检测到所述查询信号后，从所述第一电子设备发射查询响应信号；基于所述第一电子设备是响应所述查询信号的第一个设备，在所述第一电子设备和所述第二电子设备间发起点到点连接。优选的，所述查询信号具有限定为第一功率等级的输出功率，该第一功率等级是低于所述无线通信系统中的标准信号功率等级的功率。

Description

用于蓝牙配对的方法和设备
发明领域
本发明涉及一种用于电子蓝牙设备配对(pairing)的方法和设备，特别地用于将一个带有附件的设备配对到该设备上，例如带有头戴式送受话器(headset)的移动电话。更具体的，本发明涉及一种具有高安全等级的自动配对方法。
技术背景
用于在电子设备间通信的系统和协议多年来已经以多种不同方式被提出。最近几年中，以蓝牙的名义，使电子设备间短范围无线通信的系统标准化的尝试已经做出。蓝牙基本上是一种无线个人区域网技术，是用于数字声音和数据的短范围传输的开放性标准，主要地是在移动设备间，例如膝上电脑、个人数字助理PDA和移动电话，但是也可以在移动设备和固定设备间，以及在固定设备之间，例如打印机、电脑、传真机等。蓝牙支持点到点和多点应用。蓝牙通常在10米范围内提供达到720Kbps的数据传输并且随着功率增加可达到100米。蓝牙使用在未许可的2.4GHz波段中可穿过墙和其它非金属障碍的全方向无线电波。
为了在两个设备间使用蓝牙通信，两个设备需要首先建立信任关系。这是通过蓝牙配对过程来完成的，有时被称为绑定过程。在配对中，同一个通行密钥(passkey)被输入到双方设备中。对于和移动电话一起使用无线头戴式送受话器的例子，用户首先将两个设备配对在一起以保证GSM预约(subscription)受保护和语音呼叫的完整性被维持。因为蓝牙通常具有至少10m的范围，为了保证被连接的是正确的设备，用户需要确认将要被建立的连接。一些像头戴式送受话器一样的蓝牙设备没有用户接口所以它们使用固定的通行密钥。为简化工作，该值有时在所有的实例中都是相同的，例如在所有的索尼爱立信头戴式送受话器中是“0000”。
在典型的用于配对头戴式送受话器和移动电话的现有技术解决方案中，配对处理包括步骤：
使得头戴式送受话器可发现和可配对，例如，简单地通过打开头戴式送受话器；
从电话发起配对过程；
作为开始配对过程的结果，从被发现的设备的列表中选择将配对的头戴式送受话器；
输入与将配对的头戴式送受话器所对应的通行密钥，例如用于这些设备类型的标准通行密钥。
现有解决方案的问题是许多用户发现执行所有必需的步骤，包括用户可能不熟悉的决定，是非常不直观的和麻烦的。并且如果在其中一个步骤中发生一些问题，则很难改正它。而且，对于诸如免持头戴式送受话器的特定类型的所有设备，使用相同的、不可改变的通行密钥被认为意味着安全等级的降低。
发明概述
本发明的目的是简化配对设备和附件的过程。该目的的一个方面是提供具有高安全等级的用于配对的简化的解决方案。
根据第一方面，该目的通过在无线通信系统中配对第一电子设备与第二电子设备的方法而实现，包含步骤：
使第一和第二电子设备处于彼此接近状态；
从所述第二电子设备发射查询信号；
检测所述查询信号后，从所述第一电子设备发射查询响应信号；
基于所述第一电子设备是响应所述查询信号的第一个设备，在所述第一电子设备和所述第二电子设备间发起点到点连接。
优选地，所述查询信号具有限定为第一功率等级的输出功率，该第一功率等级低于所述无线通信系统中的标准信号功率等级。
在一个实施方式中，所述第一功率等级表示在其中所述查询信号可被检测的最大距离，所述接近状态最远为所述最大距离。
在另一个实施方式中，所述查询信号具有随着时间增加的输出功率。
在一个不同的实施方式中，所述第二设备具有随着时间增加的对于所述查询响应信号的检测灵敏度。
优选地，在所述使第一和第二电子设备处于彼此接近状态的步骤后，所述方法包含步骤：
开启所述第一电子设备中的通信能力；
开启所述第二电子设备中的通信能力。
在一个实施方式中所述发起点到点连接的步骤包含步骤：
所述第二电子设备建立与所述第一电子设备的认证连接。
在一个实施方式中，所述建立认证连接的步骤包含步骤：
在建立所述认证连接后，所述第二电子设备请求所述第一电子设备开始配对。
优选地，所述建立认证连接的步骤包含步骤：
从存储器中取得私有密钥；并
发射所述私有密钥至所述第一电子设备。
在一个实施方式中，该方法进一步包含步骤：
所述第一电子设备使用所述私有密钥检验所述第二电子设备是可信任设备(trusted device)。
优选地，该方法进一步包含步骤：
使用高级认证协议以创建公共唯一通行密钥；以及
所述第一电子设备使用所述通行密钥发起配对。
在一个实施方式中，所述第一功率等级是-50dBm或者更低。
优选地，该方法包含步骤：
在接收到第一个查询响应信号后中断所述查询信号的发射。
在优选的实施方式中，所述无线通信系统是蓝牙。
在一个实施方式中，第一电子设备是移动电话。
在一个实施方式中，所述第二电子设备是无线免持设备。
根据第二方面，所声明的目的通过用于在无线通信系统中配对一个电子设备与其它设备的机制而实现，其中所述电子设备包含用于发射查询信号的信号发射器，和用于接收查询响应信号的接收器，其中所述电子设备包含基于所述其他设备是第一个响应所述查询信号的设备，用于发起与其它设备的点到点连接的装置。
在一个实施方式中，所述信号发射器包含用于以限定为第一功率等级的输出功率发射所述查询信号的装置，该第一功率等级低于所述无线通信系统中的标准信号功率等级。
在一个实施方式中，所述第一功率等级表示在其中所述查询信号可被检测到的最大距离，所述接近状态最远为所述最大距离。
在一个实施方式中，所述信号发射器包含用于以随着时间而增加的输出功率发射所述查询信号的装置。
在一个实施方式中，所述信号接收器具有随着时间增加的对于所述查询响应信号的检测灵敏度。
优选地，所述信号发射器被设计为在开启所述电子设备的通信能力后开始所述查询信号的发射。
在一个实施方式中，所述电子设备包含用于与其它电子设备建立认证连接的装置。
优选地，所述电子设备包含用于在建立所述认证连接后请求所述其它电子设备开始配对的装置。
在一个实施方式中，所述电子设备包含数据存储器，存储用于所述电子设备的私有密钥；用于从所述存储器中取得所述私有密钥的装置；用于发射所述私有密钥至所述其它电子设备的装置。
在一个实施方式中包括了认证装置，被设计为使用高级认证协议以创建公共唯一配对通信密钥。
优选地，所述第一功率等级是-50dBm或者更低。
在优选实施方式中，所述电子设备包含用于在接收第一个查询响应信号后中断所述查询信号发射的装置。
在一个实施方式中，所述无线通信系统是蓝牙。
在一个实施方式中，所述电子设备是头戴式送受话器。
在一个实施方式中，所述其它电子设备是移动电话。
附图简述
下面将参照附图详细地描述本发明，其中：
图1是在无线通信系统中点到点通信的移动终端和头戴式送受话器的示意图；和
图2示意性地说明了根据本发明的一个实施方式进行的图1中电子设备的配对。
优选实施方式详述
现在的描述涉及电子设备的领域，该电子设备能够通过诸如蓝牙之类的直接短范围无线通信相互连接。这种设备包括所有被设计为与无线站无线通信的移动无线终端，该无线站也可以是移动终端或是例如固定基站。因此，术语无线终端包括移动电话、寻呼机、发信机、电子管理器(electronic organisers)、智能电话、PDA(个人数字助理：Personal Digital Assistants)和DECT终端(数字增强无绳电话：Digital Enhanced Cordless Telephony)。可以使用本发明的电子设备进一步包括固定设备，例如桌上电脑、传真机、打印机等，这些设备通过直接的短范围无线通信被可通信地连接到移动装备上。此外，应当被强调的是，在本说明书和所附权利要求中使用术语“包含”或“包括”来说明所包括的特性、要素或步骤时，决不能解释为排除了除明确提到的那些之外的其它特性、要素或步骤的存在。
现在将参照附图被描述实施方式的例子。本发明将主要参照移动电话形式的第一电子设备和诸如头戴式送受话器或免持装备之类的被动(passive)附件形式的第二电子设备来描述。这些设备应当提供了用于通过诸如蓝牙连接的无线电装置来通信的装置。
图1说明了用于本发明的典型情景，其中头戴式送受话器1可用于通过第一类传输链路36来传送去往和来自无线电话30的音频数据。同样地，无线电话30通过第二类传输链路与移动电话系统的基站38通信。在设计用于无线通信的蜂窝移动电话30的实施方式中公开了该通信终端。终端30包含底座或外壳34，携带麦克风32形式的户音频输入装置和扬声器33形式的音频输出装置。一组键、按钮或类似装置组成数据输入接口35，并且可用于例如根据已有技术拨号。进一步包括了包含显示器31的数据输出接口，设计为以普通技术人员所熟知的方式显示通信信息、地址簿等。无线通信终端30包括无线发射和接收电子装置，被设计为具有天线，例如传统的短截线天线(stub antenna)或外壳34中的内置不引人注目的天线设备，用于通过穿过例如由NMT、PDC、CDMA、GSM或WCDMA定义的空中接口与基站38通信。在所示的实施方式中，如果没有头戴式送受话器1，通过它自带的音频接口32、33，终端30也是完全可操作的。在替换实施方式中，终端可以缺少扬声器33或麦克风32的之一或全部，只有通过头戴式送受话器1的使用才可用于传送音频信号。
在头戴式送受话器1与终端30间的通信优选地通过传输接口来完成，该传输接口不同于在终端30与网络基站38间通信的那一个。更特别的，通过传输链路36的通信优选地通过短范围无线电完成，短范围无线电优选是蓝牙。
图2示出了根据本发明的一个实施方式的设备自动配对的处理。在所示出的实施方式中，第一电子设备以移动无线终端30的形式被提供，第二电子设备以无线头戴式送受话器或免持设备1的形式被提供。终端30和头戴式送受话器1都被提供了蓝牙收发器装置，并从而被设计用于通信连接。蓝牙通常具有大约10m的范围，这意味着在头戴式送受话器1的覆盖区域内很可能有多个不同的蓝牙设备，这是为什么在蓝牙通信中配对是至关重要的原因之一。在图2中，在普通蓝牙通信中头戴式送受话器1的范围R1定义了覆盖区域50，它的一部分通过图2中的虚线指示。在覆盖区域50中，终端30和另一个第二终端40被定位。通过消除在配对过程中用户交互的需要，本发明带来了相对于现有技术解决方案的优势。此外，安全配对过程被提供，以使正确的设备被配对，在这个例子中是终端30和头戴式送受话器1。所有用户需要知道的是当至少一个设备中的蓝牙功能被开启时两个设备相互之间需要在近的范围内。
对于所示出的实施方式，为了将终端30配对到头戴式送受话器1，用户需要采取的处理步骤可以被描述如下：
用户使终端30和头戴式送受话器1处于彼此紧密地接近状态，例如通过每个手中持有一个；
用户开启未配对的终端30中的蓝牙功能，从而使得终端成为可发现和可配对。该步骤可以在上述第一步骤前被执行；
用户给未配对的头戴式送受话器1通电；
终端30和头戴式送受话器1自动地执行配对，用户被通知成功结果，例如通过声音和文本指示。有可能地，使用终端接口的用户确认可以被包括。
本发明覆盖了在上述第三步中所发生的，开始于头戴式送受话器被通电。
在一个实施方式中，关键因素是在从头戴式送受话器1发射查询信号时使用非常低的输出功率，例如-50dBm。该输出功率进而又反映了头戴式送受话器1的范围R2。在图2中范围R2通过一个圆周表示，该圆周定义了在以低功率模式发射时头戴式送受话器1的覆盖区域60。范围R2比标准传输范围R1小得多，例如可以是2m，1m，0.5m或甚至更小。
在从头戴式送受话器1发射了查询信号后，在定义范围R2的低功率模式中，在覆盖区域60里任何激活的蓝牙设备可以生成并发射响应信号。通过使用如所述的低功率模式，多于一个设备被定位在覆盖区域60中的可能性是非常小的。不必说，功率越低，即更小的范围R2，从其它设备接收多于一个查询响应信号的可能性越低。
当头戴式送受话器1接收第一个查询响应信号，它中止查询处理并开始寻呼响应信号的发送者。在所示的实施方式中，终端30是在覆盖区域60中的唯一设备，并将因此成为发送查询响应信号的设备。一旦该查询响应信号被头戴式送受话器1检测到，查询信号的发射被中断。这样，头戴式送受话器1被设计为建立与最近设备的通信。
在更多改进的实施方式中，以增加的输出功率执行查询信号的发射，表现为随着时间增加的范围R2(t)。从零或者一个非常低的初始输出功率值开始，输出功率以特定的速率增加直到已经达到表示满值范围R1的满值(full)输出功率，或者直到第一查询响应信号已被检测到。这样，在寻找和连接最接近的蓝牙设备中，在所说明的例子中是终端30，更高程度的确定性被实现。
在另一个实施方式中，使用检测查询响应信号的灵敏度的衰减而不是低输出功率。在这样一个实施方式中，查询信号从头戴式送受话器1以满值功率发射，或者以预定的较低功率等级发射，输入信号传感器的衰减被设置为仅仅感觉某个功率的信号，表示某个范围R2。此外，该实施方式也使用时间相关的函数，使得对于查询响应信号的灵敏度的衰减以某个速率减少，由此增加灵敏度和范围R2。
当终端30响应了寻呼，头戴式送受话器1优选地与终端30建立高级认证(HLA)连接，例如通过在蓝牙L2CAP协议之上使用一些标准安全协议或其它类型的协议。可使用的安全协议的例子包括“Entity authentication using publickey cryptography(使用公钥密码的实体认证)”，FIPS PUB 196；“Entityauthertication using a cryptographic check function(使用密码检验函数的实体认证)”，ISO 9798-4；和TLS，“Transport Layer Security(传输层安全性)”协议v.1.0，RFC 2246。
在HLA连接上，头戴式送受话器1请求终端30开始配对。
头戴式送受话器1优选从存储器中取得私有密钥，并发射所述私有密钥至终端30。
终端30随后通过使用证书和所述私有密钥检验头戴式送受话器1是可信任设备。
通过高级认证，终端30和头戴式送受话器1创建公共和唯一的通行密钥，优选的包含16个不可预测的字符。
从而终端30使用新导出的通行密钥发起配对。
本发明从配对处理中排除了三个不方便的用户交互步骤，其中：
I.用户不再需要手动地开始配对处理。在优选的实施方式中，自动配对是在至少一个将被配对的设备通电后执行的。典型地，要和电子设备配对的附件将在被拿到和该设备处于接近状态时被开启。一个实施例是用作移动电话形式的电子设备的附件的头戴式送受话器。另一个实例是用作电脑形式的电子设备的附件的鼠标。另一方面电子设备可以是已经通电的。
II.用户不再需要在已定位的设备列表中选择设备，因为最接近的一个已经自动定位并被选择为配对的一方。
III.用户不再需要手动输入通行密钥，因为密钥传输已经在配对设备之间自动执行。
总之，本发明使配对处理比现有技术解决方案简单得多，并因此对一般的非技术的消费者更有吸引力。此外，相比于现有解决方案中公知的通行密钥被用于所有的头戴式送受话器，唯一且长的通行密钥的使用相当大地增加了安全等级。
前述的内容已经描述了本发明的原理，优选实施方式和操作模式。然而，本发明应当被认为是示意性的而不是限制性的，并不限于上面讨论的特定实施方式。首先，应当意识到，输出功率和范围间的关系不能通过绝对的数字表示，而是还取决于其它的因素，例如一方或双方设备彼此间屏蔽的程度。因此应当意识到本领域熟练的技术人员可以在所公开的实施方式中作出变型而不脱离本发明通过所附权利要求限定的范围。

Claims (16)

1.一种在无线通信系统中第一电子设备(30)与第二电子设备(1)自动配对的方法，包含步骤：
使第一和第二电子设备处于彼此接近状态；
从所述第二电子设备发射查询信号；
一旦检测到所述查询信号，从所述第一电子设备发射查询响应信号至所述第二电子设备；
基于所述第一电子设备是响应所述查询信号的第一个设备，第二电子设备建立与第一电子设备的高级认证连接，其中，建立包括从所述第二电子设备发射私有密钥至所述第一电子设备；
使用高级认证连接创建公共的唯一通行密钥；和
所述第一电子设备使用所述唯一通行密钥发起配对。
2.如权利要求1中所述的方法，其中，所述查询信号具有限定为第一功率等级的输出功率，该第一功率等级低于所述无线通信系统中的标准信号功率等级。
3.如权利要求2中所述的方法，其中，所述第一功率等级表示在其中所述查询信号可被检测到的最大距离(R2)，所述接近状态最远为所述最大距离。
4.如权利要求1中所述的方法，其中，所述查询信号具有随着时间增加的输出功率。
5.如权利要求1中所述的方法，其中，所述第二电子设备具有对于所述查询响应信号的随着时间增加的检测灵敏度。
6.如权利要求1-5中任意一个所述的方法，在所述使第一和第二电子设备处于彼此接近状态的步骤后，包含步骤：
开启所述第二电子设备中的通信能力。
7.如权利要求1中所述的方法，其中，所述建立高级认证连接的步骤包含步骤：
在建立所述认证连接后，所述第二电子设备请求所述第一电子设备开始配对。
8.如权利要求1中所述的方法，其中，所述发射所述私有密钥至所述第一电子设备的步骤之前具有步骤：
从第二电子设备中的存储器取得私有密钥。
9.如权利要求1中所述的方法，进一步包含步骤：：
在创建公共的唯一通行密钥之前，所述第一电子设备使用所述私有密钥检验所述第二电子设备是可信任设备。
10.如权利要求2中所述的方法，其中，所述第一功率等级是-50dBm或更低。
11.如权利要求1-5以及7-10中任意一个所述的方法，包含步骤：
一旦接收到第一个查询响应信号就中断所述查询信号的发射。
12.如权利要求1-5以及7-10中任意一个所述的方法，其中，所述无线通信系统使用蓝牙技术。
13.如权利要求1-5以及7-10中任意一个所述的方法，其中，所述第一电子设备是移动电话(30)。
14.如权利要求13中所述的方法，其中，所述第二电子设备是无线免持设备(1)。
15.如在前的权利要求1-12中任意一个所述的方法，其中，所述第一电子设备是电脑，所述第二电子设备是鼠标。
16.如权利要求1中所述的方法，包含步骤：
响应于第二电子设备的通电，从所述第二电子设备发起查询信号的发射。
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