CN102986193A - 用于向基站设备注册无线通信设备的方法以及相应的系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于向基站设备注册无线通信设备的方法。该方法包括如下步骤：通过无线验证设备发送验证信息，通过无线通信设备尤其借助带内通信接收验证信息，将该验证信息通过无线通信设备传输至基站设备，通过基站设备检验所传输的验证信息，以及根据检验的结果将无线通信设备并入网络中。同样，本发明涉及一种相应的系统以及应用。

Description

用于向基站设备注册无线通信设备的方法以及相应的系统
技术领域
本发明涉及一种用于注册无线通信设备的方法以及一种相应的系统。
背景技术
控制设备、传感器、执行器目前越来越多地以无线方式彼此连接或连成网络，以便保证尽可能大的灵活性。在此，对设备和传感器的维护也更为简单，因为例如在干扰情况下没有线缆管道等要被打开，而是只要直接打开设备。为了连接所述的控制设备、传感器等等，通常使用开放协议如IEEE 802.11、WLAN、IEEE 802.15.4、蓝牙、ZigBee或其他无线HART。为了尽可能避免在无线连接时对传感器或控制设备的指令的操纵，控制设备或传感器的通信被相应的点接口以密码方式加密，例如通过WLAN连接借助TKIP或CCMP来加密或在802.15.4的情况下借助AES-CCM加密。为了将控制设备、传感器或者类似设备与无线电站连接并且建立经加密的连接，控制设备、传感器或通常无线通信设备必须配置为使得使用相应的加密术，即例如建立加密密钥。密钥的这种建立也称作自展（Bootstrapping）或配对。
在US 2006/282885中公开了，待配置的无线设备的管理设备以无线方式提供证书。管理设备以由管理设备提供的证书对无线设备进行配置。
此外已知的是，在受保护弱的阶段期间进行带内通信。然而，相应的待建立的无线通信设备为此需要经修改的特殊传输方法。最后已知的是，通过带外通道譬如人机交互（menschliche Interaktion）（即PIN的输入或校验等等）安全地进行配对。
在此不利的是，上述方法要求高工作开销并且设计复杂，尤其是在使用在工业领域的情况下，因为在工业领域中设置有大量的无线通信设备。在此情况下同时需要，配对受保护或安全地进行，因为在此建立安全配置参数。
发明内容
本发明的技术问题因此是提供用于向基站设备注册无线通信设备的方法和系统，其中多个要注册的无线设备的配对过程更为简单并且可利用低的工作开销来执行并且同时安全地进行配对过程。
该技术问题通过根据权利要求1所述的方法和根据权利要求7所述的系统来得以解决。所实现的优点在此是，为了向基站设备注册无线通信设备不需要附加的交互，仅必须携带相应的验证设备，例如由装配工等携带，以便为与基站设备配对而准备无线通信设备。
有利地，验证信息的发送借助减小的发射功率和/或定向地进行，使得验证信息只能空间上受限地被接收。在此情况下有利的是，进一步改善了注册无线通信设备的安全性，因为验证信息仅能在确定的范围中被接收，该范围由于有效范围有限和/或发射定向而空间上受限。这样，使潜在攻击者难以窃听或偷听所传输的验证信息。
最好，在发送验证信息之前对无线通信设备和/或其他在验证设备的无线电有效范围中的无线通信设备的信号尤其是通信信号进行监控和/或分析。所实现的优点在此是，一方面由此总体上改进了注册无线通信设备的安全性并且同时可以提高可靠性。例如，如果在无线通信装置的频域中对无电线信号进行监控并且检验由无线通信设备发送和/或接收在此非常见的无线电信号和/或通信信号，则向无线验证设备的使用者显示相应信息，使得验证信息的发送只有当找到非常见的无线电信号和/或通信信号的原因以便能排除对无线通信设备的操纵或对无线通信设备与无线验证设备的通信的窃听时才进行。
有利地，将无线通信设备的被监控和/或被分析的信号编码到验证信息中，其中尤其是经编码的被监控的和/或被分析的信号通过基站设备来分析。在此优点是，由此进一步提高了安全性，因为无线通信设备拥有关于确定的无线电特征和/或信号特征的信息，使得可以确定对无线通信设备的操纵。如果被监控的和/或被分析的信号的信息被编码进通过基站设备分析的验证信息中，则避免了：被操纵的无线通信设备本身将想要的错误校验结果发送给基站设备，并且这样尽管有操纵仍向基站设备进行无线通信设备的注册。由此，进一步提高了安全性。
最好，在发送验证信息之前对无线电环境的至少一个参数进行检验。通过监控无线电环境的至少一个参数例如可以简单地识别出在该环境中的其他无线设备或干扰信号，使得在该环境中有干扰信号或其他设备的情况下必要时可以阻止验证信息的发送，以便避免操纵或验证信息从无线通信设备到无线通信设备的有错误的传输。
为了保证并非出于操纵目的例如而从建筑物或预定义的环境中去除无线通信设备，有利的是，在发送验证信息之前进行无线验证设备的定位。
附图说明
本发明的其他特征和优点从以下借助附图对优选实施例的描述中得到。
在此示出
图1：在本发明的一个实施形式中用于注册无线通信设备的方法或系统；
图2a：根据本发明的第一实施形式的传输方法；
图2b：用于根据本发明的第二实施形式的方法的传输方法；以及
图3：用于根据本发明的第三实施形式的方法的传输图。。
具体实施方式
图1示出了在本发明的第一实施形式中的用于注册无线通信设备的方法或系统。
在图1中，附图标记1表示无线验证设备1，其拥有无线电接口1a。无线验证设备1将验证信息AI通过无线电接口1a传输至无线通信设备2，该无线通信设备2应向基站设备4注册。已向基站设备4注册传感器节点3a、3b、3c、3d形式的其他无线通信设备，这些其他无线通信设备彼此无线连接，用于传输传感器数据，并且必要时还直接与基站设备4的无线电接口4a连接。基站设备4又与网络5连接并且在向基站设备4成功登记或验证（Network Join：网络加入）之后允许传感器节点3a、3b、3c、3d访问网络5。只有向基站设备4注册过的传感器节点3a、3b、3c、3d可以向基站设备4成功地登记。基站设备4为此访问所存储的关于所注册的传感器节点3a、3b、3c、3d的信息。在将验证信息AI从无线验证设备1传输至无线通信设备2之后，无线通信设备将所获得的验证信息AI根据图1经过传感器节点3b和3c以及经过无线电接口4a发送到基站设备4，该基站设备4检验验证信息AI。为此，例如在验证信息AI中包含的加密校验和（消息验证码，数字签名）可以被校验。加密校验和可以通过无线验证设备1通过使用所存储的加密密钥来计算。如果验证信息AI有效，则通过基站设备4产生访问密钥JK（加入密钥）并且通过相应的传感器节点3a、3b、3c、3d最后被传回给无线通信设备2。无线通信设备2现在注册在基站设备4处并且现在访问基站设备4的网络5。
图2a示出了根据本发明的第一实施形式的传输方法。
在图2a中详细地按时间顺序示出了至各设备的信息的传输。无线验证设备1将验证信息AI发送给待注册的无线通信设备2。无线通信设备2现在将所接收的验证信息AI与待注册的无线通信设备2的相应标识号一起发送至相邻的传感器节点3b，该传感器节点3b必要时又通过其他相邻的传感器节点3a、3c、3d和基站设备4的无线电接口4a将待注册的无线通信设备2的相应标识号和验证信息AI发送给基站设备4。基站设备4在注册R1时现在检验所获得的验证信息AI并且在成功检验时产生访问密钥JK并且将待注册的无线通信设备2的标识号记入基站设备4的内部表中，在该表中同样记有有权访问的传感器节点3a、3b、3c、3d。所产生的访问密钥JK于是通过无线电接口4a、必要时通过传感器节点3a、3c、3d和无线通信设备2的相邻的传感器节点3b传输至该无线通信设备2。由此，注册过程结束。在一个变型方案中，基站设备4在注册R1时还将访问密钥JK记入基站设备4的内部表中。在另一未示出的变型方案中，通过基站设备4使用基站设备4的外部表，例如数据库或目录服务, 而不是基站设备4的内部表。
在图2b中，由无线通信设备2与图2a不同还由无线通信设备2将预配置的或自产生的访问密钥JK经过相邻的传感器节点3b，必要时经过其他传感器节点3a、3b、3c和经过基站设备4的无线电接口4a与验证信息AI和标识号一起传输至基站设备4。在基站设备4上的注册R2现在如下地进行：基站设备4校验所获得的验证信息AI并且在检验为肯定的情况下将标识号和访问密钥JK记入有权访问的传感器节点的表中。最后，基站4通过无线电接口4a和传感器节点3a、3b、3c、3将相应的信号（曾经注册成功）传送至无线通信设备2。
图3示出了用于根据本发明的第二实施形式的方法的传输图。在图3中，无线验证设备1执行无线通信设备2的预登记方法的监视B。该无线通信设备2将其标识号和访问密钥JK通过相邻的传感器节点3b并且必要时通过其他传感器节点3a、3c、3d、通过无线电接口4a传送给基站设备4。通过基站设备4对标识号和访问密钥进行存储R3。基站设备4进一步将包含信息的预登记信号（曾经预注册成功）传回给无线通信设备2。预登记方法通过无线验证设备1来监视（监视B）和分析。根据分析的结果于是判断验证信息AI是否被传送至无线通信设备2。在分析A的结果为肯定的情况下，验证信息AI被传送至无线通信设备2。无线通信设备2将所获得的验证信息和无线通信设备2的标识号通过传感器节点3b、3a、3c、3d和无线电接口4a又传送至基站设备4。在基站设备4上进行注册R4，其中验证信息AI被校验，并且在校验结果为肯定的情况下将无线通信设备2的标识号和访问密钥JK记入根据对前面的附图的描述的相应访问表中。此外，基站设备4将相应的信息（无线通信设备2曾向基站设备4注册成功）传回给无线通信设备2。
尽管本发明通过前面的优选的实施例来描述，但本发明并不限于此而是可以以多种方式进行修改。
例如可以将验证信息作为广播来传输。以此方式，所有位于附近的通信设备可以接收验证信息。此外，可以将验证信息作为单播传输至某一无线通信设备，例如在以传感器节点的设备证书或一般而言的无线通信设备的设备证书进行验证之后。在此，进行其他与节点有关的传输特性的测量，例如将其信号强度与预给定的值比较或可以借助远程测量检验在无线验证信息与无线通信设备之间的距离。验证信息AI例如可以包括口令，在带有加密校验和的时间戳的情况下随时间变化的随机序列（消息验证码MAC或数字签名）。此外，由无线验证设备提供的验证信息可以由多个子信息组成。例如可能的是，仅一子信息从无线通信设备被传输给基站设备。例如可能的是，无线验证设备例如提供多元组，包括操作信息或断言（例如SAML断言）和密钥。无线通信设备于是将断言传输给基站设备并且验证密钥的知识，而不将密钥传输给基站设备。这例如可以如下地进行：基站设备将随机数传输至无线通信设备中。无线通信设备于是进行计算，将随机数和密钥例如HMAC-SHA（密钥，随机数）作为参数输入到计算中并且将结果传回给基站设备，基站设备于是又检验：根据结果该无线通信设备是否应获得对基站设备的网络的访问。
无线通信设备的无线通信例如可以借助WLAN或蓝牙来进行。

Claims (10)

1.一种用于向基站设备（4）注册无线通信设备（2）的方法，具有如下步骤：
（a）通过无线验证设备（1）发送验证信息（AI），
（b）通过无线通信设备（2）尤其借助带内通信接收单独的验证信息（AI），
（c）将所接收的验证信息（AI）通过无线通信设备（2）传输至基站设备（4），
（d）通过基站设备（4）检验所传输的验证信息（AI），以及
（e）根据检验的结果将无线通信设备（2）并入网络（5）中。
2.根据权利要求1所述的方法，其中
借助减小的发射功率和/或定向进行验证信息（AI）的发送，使得验证信息只能够空间上受限地被接收。
3.根据权利要求1至2中的至少一项所述的方法，其中在发送验证信息（AI）之前对无线通信设备（2）和/或其他在验证设备（1）的无线电有效范围中的无线通信设备（3a，3b，3c，3d）的信号尤其是通信信号进行监控和/或分析。
4.根据至少权利要求3所述的方法，其中
将无线通信设备（2）的被监控的和/或被分析的信号编码进验证信息（AI）中，尤其是其中被编码的被监控的通信由基站设备（4）进行分析。
5.根据权利要求1至4中的至少一项所述的方法，其中在发送验证信息（AI）之前对无线电环境的至少一个参数进行检验。
6.根据权利要求1至5中的至少一项所述的方法，其中在发送验证信息（AI）之前进行无线验证设备（1）的定位。
7.一种用于注册无线通信设备（2）的系统，尤其适用于执行根据权利要求1至6中的至少一项所述的方法，具有：
（a）用于发送验证信息（AI）的无线通信设备（1），以及具有
（b）用于接收所发送的验证信息（AI）的无线通信设备（2），尤其是借助带内通信来接收，并且用于将验证信息（AI）发送至基站设备（4），用于注册无线通信设备（2），
（c）其中基站设备（4）根据对验证信息（2）检验的结果将无线通信设备（2）并入网络（5）中。
8.根据至少权利要求7所述的系统，其中
其中无线通信设备（1）具有用于监视无线电环境和/或定位无线验证设备（1）的监视装置（1a）。
9.根据权利要求7至8中的至少一项所述的方法，其中无线验证设备（1）具有用于适配发射功率的装置（2）。
10.一种根据权利要求7至9中的至少一项所述系统的应用，该应用是将所述系统用于注册无线通信设备。
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