CN103209009B - 一种采用nfc配对的服务器无线输入设备及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种采用NFC配对的服务器无线输入设备，其核心是采用NFC技术和无线通讯技术，在无线输入设备和目标服务器分别安装发送端和接收端，其中发送端包括NFC发送模块和无线通信发送模块，接收端包括NFC接收模块、无线通信接收模块、MCU控制模块和USB接口。本发明还提供了上述采用NFC配对的服务器无线输入设备的工作方法。本发明的目的是实现一套无线输入设备键鼠在与多台服务器通信的应用，使用NFC技术在多个服务器中通过近距离接触配对、唯一对应目标服务器，然后进行唯一的输入操作，而且本发明还利用NFC技术通过近距离接触实现无线输入设备在多台服务器间的选择切换。

Description

一种采用NFC配对的服务器无线输入设备及其工作方法

技术领域

本发明涉及一种采用NFC配对的服务器无线输入设备及其工作方法，属于计算机输入设备与服务器无线通信的技术领域。

背景技术

NFC是NearField Communication缩写，近距离无线通信，通常称为近场通信。是由飞利浦公司和索尼公司共同开发的。NFC是一种非接触式识别和互联技术，可以在移动设备、消费类电子产品、PC和智能控件工具间进行近距离无线通信。它是一种极短距离的无线射频识别通讯协议技术标准。技术上采用了类似RFID的辨识技术并结合无线网络协议来传输数据。

与RFID一样，NFC信息也是通过频谱中无线频率部分的电磁感应耦合方式传递，但两者之间还是存在很大的区别。首先，NFC是一种提供轻松、安全、迅速的通信的无线连接技术，其传输范围比RFID小，RFID的传输范围可以达到几米、甚至几十米，但由于NFC采取了独特的信号衰减技术，相对于RFID来说NFC具有距离近、带宽高、能耗低等特点。其次，NFC与现有非接触智能卡技术兼容，目前已经成为得到越来越多主要厂商支持的正式标准。再次，NFC还是一种近距离连接协议，提供各种设备间轻松、安全、迅速而自动的通信。与无线世界中的其他连接方式相比，NFC是一种近距离的私密通信方式。最后，RFID更多的被应用在生产、物流、跟踪、资产管理上，而NFC则在门禁、公交、手机支付等领域内发挥着巨大的作用。

目前，无线输入设备（键盘、鼠标等），主要采用27MHz RF无线技术和2.4G无线技术。27MHz RF指的是使用27MHz ISM（工业、科学、医学）无线频率带的一项技术，输出功率<54dBuV/m。在这个频率带中有四个全球范围的频道：其中两个用于无线键盘，另外两个用于无线鼠标；因为27MHz最远有效传输距离仅为6英尺（182.88cm），为了防止出现频率干扰和传输不畅的情况，部分较新型的无线键鼠产品采用了双频道的方案。27MHz虽然占据了技术成熟、成本低和受干扰风险较低的优势，但该类键鼠产品仅支持单向传输，也就是说仅支持鼠标的发射端向信号接收器发送信号而不能“逆行”。另外，27MHz技术由于传输速率的原因，必须连续工作，因此功耗也比较大。“2.4GHz非联网解决方案”也就是我们俗称的2.4G无线网络技术。它是为了解决27MHz功率大、传输距离短、同类产品容易出现互相干扰等缺点而提出的。其频段处于2.405GHz-2.485GHz（科学、医药、农业）之间，这个频段里是国际规定的免费频段，是不需要向国际相关组织缴纳任何费用的。2.4G无线技术不同于之前的27MHz无线技术，它的工作方式是全双工模式传输，在抗干扰性能上要比27MHz有着绝对的优势。这个优势决定了它的超强抗干扰性以及最大可达10米的传输距离。

当今，NFC技术已经发展成熟，并已经在手机领域得到了一定的实际应用，但是其在服务器无线输入设备方面的应用甚少。例如，在拥有多台服务器的机房中，当工作人员需要使用一套输入设备（无线键鼠）对多台服务器进行输入操作时，目前的无线输入设备要想实现其与不同的服务器之间通信的切换，要么需要不断的重新设置建立连接，要么需要不断插拔服务器端的接收器（目前应用2.4G无线技术的键鼠采用这种方法），其工作较为繁琐，不适用于大范围应用，大大降低了无线设备对目标服务器的输入控制效率。

发明内容

发明概述

针对一套无线输入设备与多台服务器通信的应用场景，本发明提供一种采用NFC配对的服务器无线输入设备，其核心是采用NFC技术和2.4G无线通讯技术，在无线输入设备（无线键鼠）和目标服务器分别安装发送端和接收端，其中发送端包括NFC发送模块和2.4G发送模块，接收端包括NFC接收模块、2.4G无线接收模块、MCU控制模块和USB接口。本发明还提供了上述采用NFC配对的服务器无线输入设备的工作方法。

本发明的目的是实现一套无线输入设备键鼠在与多台服务器通信的应用，使用NFC技术在多个服务器中通过近距离接触配对、唯一对应目标服务器，然后进行唯一的输入操作，而且本发明还利用NFC技术通过近距离接触实现无线输入设备在多台服务器间的选择切换。

本发明的技术方案如下：

一种采用NFC配对的服务器无线输入设备，包括发送端和接收端，所述发送端包括NFC发送模块和无线通信发送模块，所述接收端包括NFC接收模块、无线通信接收模块、MCU控制模块和USB接口。使用本发明所述的设备时，前期将所述的发送端安装在所述的无线输入设备中、将所述的接收端分别安装在多个服务器中。

根据本发明优选的，所述无线通信发送模块为2.4G发送模块；所述无线通信接收模块为2.4G接收模块。

如上述采用NFC配对的服务器无线输入设备的工作方法，包括步骤如下：

（1）对无线输入设备中的NFC发送模块和服务器中的NFC接收模块分别进行通电，初始时，所述发送端维持的配对标识ID为0，所有接收端维持的配对标识ID为1，多个服务器中的所有接收端的NFC接收模块开始监听，而无线通信接收模块处于关闭状态；如步骤（1）所述，初始时，因为所有无线通信接收模块处于关闭状态，所以无线输入设备与所有服务器不能正常通信；当有NFC配对连接到时，MCU控制模块控制打开无线通信接收模块，无线输入设备与其配对的服务器拥有相同的配对标识ID，所以此时无线输入设备只能与这个通过NFC配对的服务器进行通信；当无线输入设备又与其它服务器完成NFC配对时，无线输入设备的配对标识ID改变，之前配对的服务器接收端检测到配对标识ID的不一致性，通过MCU控制模块关闭其无线通信接收模块，保证无线输入设备只能与新建立NFC配对的服务器进行通信，这样就通过简单容易的NFC配对，完成了一个无线输入设备对在与多个服务器通信时的灵活切换；

（2）当接收端的NFC接收模块监听到有连接到时，所述监听到连接的NFC接收模块所在的服务器即为目标服务器，则所述NFC发送模块和NFC接收模块完成NFC配对，同时生成配对标识ID’，更新所述发送端和接收端的配对标识ID为配对标识ID’并维持，即建立NFC连接；所述步骤（2）中接收端的NFC接收模块监听到有连接到时，NFC收发模块完成配对。NFC的有效通信距离为10cm，正是其近距离通信的优势保证了无线输入设备每次只能与一个目标服务器建立连接，与其它服务器不发生冲突通信。NFC提供的是一种轻松、安全、迅速的通信的无线连接技术，它简化了整个通讯识别过程，只要两个电子装置贴近在一起，就可以安全地完成配对连接；

（3）所述NFC接收模块通知MCU控制模块已建立NFC连接，所述MCU控制模块置位无线通信接收模块使能信号，使其接收所述无线通信发送模块发出的数据消息；所述步骤（3）中MCU控制模块接到已经有NFC配对连接的信号后，置位无线通信接收模块的使能信号，使其变为打开状态：接收端的无线通信接收模块的开关由MCU控制模块控制，而MCU控制模块则受是否有NFC配对以及配对标识ID影响；

（4）当接收端的无线通信接收模块监听到有数据到时，则中断MCU控制器，并通知MCU控制器有数据消息到；

（5）所述MCU控制模块从无线通信接收模块寄存器中取出数据消息，并比较数据消息中提供的发送端配对标识ID’与接收端维持的配对标识ID是否一致：如果不一致，则丢弃数据消息、并关闭无线通信接收模块；否则跳至步骤（6）；

（6）所述MCU控制模块处理数据消息，然后通过USB接口、根据USB规定定义的无线输入设备的协议产生相应的动作通信，即实现所述无线输入设备与目标服务器的唯一通信。

根据本发明优选的，所述步骤（4）中无线通信接收模块接收的数据包格式包括前导码、地址、配对标识ID、封包控制域、数据、CRC校验七个字段。接收到正确的数据包（正确的地址和正确的CRC校验码）后，自动把字头、地址、CRC校验位移去，其它字段信息分别存入寄存器。

根据本发明优选的，所述步骤（4）中无线通信接收模块接收到数据后，通过中断nIRQ通知MCU控制模块已接到数据，进行读入操作。

根据本发明优选的，所述步骤（5）接收端通过中断的形式通知MCU控制模块有数据包到来后，MCU控制模块通过MISO数据传输线从寄存器中读入数据。

根据本发明优选的，所述步骤（5）MCU控制模块检测到配对标识ID不一致时，通过复位无线通信接收模块的使能信号，是其处于关闭状态。

本发明所述的采用NFC配对的服务器无线输入设备，首先利用NFC技术，由NFC收发模块完成无线输入设备与目标服务器的配对，并生成此次连接的一个配对标识ID’，发送端和接收端分别维持这个配对标识ID’，同时通知MCU控制模块已经建立NFC连接；然后，MCU控制模块置位无线通信接收模块的使能信号使其为有效位（默认无线通信接收模块使能端无效，模块不接受任何数据，处于关闭状态）；无线输入设备和目标服务器间的数据传输采用2.4G无线通讯技术（由2.4G收发模块完成）：数据传输时，在发送的数据包头部加上发送端维持的配对标识ID’，接收端的MCU控制模块从无线通信接收模块中取出数据消息后，比较发送端和接收端的配对标识是否一致：如果一致，则通过USB规定定义的无线输入设备（鼠标和键盘）的协议产生相应的动作通信；如果不一致，则MCU控制模块丢弃数据消息，同时复位无线通信接收模块使能信号，使其处于关闭状态。

所述NFC发送模块和NFC接收模块均采用NFC技术，NFC让用户只要将两个电子装置贴近在一起，就可以安全地交换两个电子装置中各式各样的数据。本发明中NFC主要起促成者的作用，意即两装置间借由NFC这项功能，快速建立起彼此沟通的桥梁后，再通过其他传输距离远、速率高的无线技术（2.4G无线技术）来传输数据。

所述无线通信发送模块和无线通信接收模块的使能端有效性由MCU控制模块控制，开始时默认是关闭，当有NFC连接建立后，MCU控制模块则置位其使能信号，可以接收数据；当MCU控制模块检测到发送端与接收端维持的配对标识ID不一致时，MCU控制模块复位其使能信号，使其处于关闭状态；本发明中所述无线通信发送模块和无线通信接收模块主要用于完成数据信息的收发；本发明对2.4G无线通讯协议的数据消息格式做相应更改，在原消息数据格式里加入发送端维持的配对标识ID字段，用于MCU部分检测用。

所述接收端的MCU控制模块是本发明接收端的控制中心，它首先比较接收数据消息中提供的发送端配对标识ID’与接收端本身维持的配对标识ID的一致性：如果两个配对标识ID一样，则打开无线通信接收模块（通过置位使能信号）接收数据消息，否则丢弃数据，同时关闭无线通信接收模块（通过复位使能信号）。

本发明的有益效果：

1.本发明所述的设备采用NFC技术，实现了接触配对，很大程度上简化了连接建立所需要的通讯识别过程，使电子设备更直接、更安全、更清楚的相互沟通。

2.本发明针对目前的无线键鼠在与多个服务器通信的应用场景中，做不到灵活的切换的难题：如单纯的使用2.4G无线通信技术的键鼠要想完成与多个服务器通信时的切换，则需要经过在原服务器上卸下接收器再在将要连接的服务器安装接收器的过程。本发明提供的一种采用NFC配对的服务器无线输入设备，克服了单纯使用2.4G无线技术的无线键鼠与多个服务器通信时不能够灵活切换的缺点，采用了NFC与2.4G无线通讯技术相结合的方法，做到了无线输入设备在与多个服务器通信时的灵活切换。

附图说明

图1是本发明所述采用NFC配对的服务器无线输入设备发送端和接收端的硬件架构图；

图2是本发明所述采用NFC配对的服务器无线输入设备进行一次通信过程的流程图；

图3是所述无线输入设备（无线鼠标键盘）的接收器中的程序执行流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明，但不限于此。

实施例1、

如图1所示。

一种采用NFC配对的服务器无线输入设备，包括发送端和接收端，所述发送端包括NFC发送模块和2.4G发送模块，所述接收端包括NFC接收模块、2.4G无线接收模块、MCU控制模块和USB接口。使用本发明所述的设备时，前期将所述的发送端安装在所述的无线输入设备中、将所述的接收端分别安装在多个服务器中。

实施例2、

如图2所示。

如实施例1所述采用NFC配对的服务器无线输入设备的工作方法，包括步骤如下：

（1）对无线输入设备中的NFC发送模块和服务器中的NFC接收模块分别进行通电，初始时，所述发送端维持的配对标识ID为0，所有接收端维持的配对标识ID为1，多个服务器中的所有接收端的NFC接收模块开始监听，而2.4G无线接收模块处于关闭状态；如步骤（1）所述，初始时，因为所有2.4G无线接收模块处于关闭状态，所以无线输入设备与所有服务器不能正常通信；当有NFC配对连接到时，MCU控制模块控制打开2.4G无线接收模块，无线输入设备与其配对的服务器拥有相同的配对标识ID，所以此时无线输入设备只能与这个通过NFC配对的服务器进行通信；当无线输入设备又与其它服务器完成NFC配对时，无线输入设备的配对标识ID改变，之前配对的服务器接收端检测到配对标识ID的不一致性，通过MCU控制模块关闭其2.4G无线接收模块，保证无线输入设备只能与新建立NFC配对的服务器进行通信，这样就通过简单容易的NFC配对，完成了一个无线输入设备对在与多个服务器通信时的灵活切换；

（2）当接收端的NFC接收模块监听到有连接到时，所述监听到连接的NFC接收模块所在的服务器即为目标服务器，则所述NFC发送模块和NFC接收模块完成NFC配对，同时生成配对标识ID’，更新所述发送端和接收端的配对标识ID为配对标识ID’并维持，即建立NFC连接；所述步骤（2）中接收端的NFC接收模块监听到有连接到时，NFC收发模块完成配对。NFC的有效通信距离为10cm，正是其近距离通信的优势保证了无线输入设备每次只能与一个目标服务器建立连接，与其它服务器不发生冲突通信。NFC提供的是一种轻松、安全、迅速的通信的无线连接技术，它简化了整个通讯识别过程，只要两个电子装置贴近在一起，就可以安全地完成配对连接；

（3）所述NFC接收模块通知MCU控制模块已建立NFC连接，所述MCU控制模块置位2.4G无线接收模块使能信号，使其接收所述2.4G发送模块发出的数据消息；所述步骤（3）中MCU控制模块接到已经有NFC配对连接的信号后，置位2.4G无线接收模块的使能信号，使其变为打开状态：接收端的2.4G无线接收模块的开关由MCU控制模块控制，而MCU控制模块则受是否有NFC配对以及配对标识ID影响；

（4）当接收端的2.4G无线接收模块监听到有数据到时，则中断MCU控制器，并通知MCU控制器有数据消息到；所述步骤（4）中2.4G无线接收模块接收的数据包格式包括前导码、地址、配对标识ID、封包控制域、数据、CRC校验七个字段。接收到正确的数据包（正确的地址和正确的CRC校验码）后，自动把字头、地址、CRC校验位移去，其它字段信息分别存入寄存器；

所述步骤（4）中2.4G无线接收模块接收到数据后，通过中断nIRQ通知MCU控制模块已接到数据，进行读入操作；

（5）所述MCU控制模块从2.4G无线接收模块寄存器中取出数据消息，并比较数据消息中提供的发送端配对标识ID’与接收端维持的配对标识ID是否一致：如果不一致，则丢弃数据消息、并关闭2.4G无线接收模块；否则跳至步骤（6）；所述步骤（5）接收端通过中断的形式通知MCU控制模块有数据包到来后，MCU控制模块通过MISO数据传输线从寄存器中读入数据；

所述步骤（5）MCU控制模块检测到配对标识ID不一致时，通过复位2.4G无线接收模块的使能信号，是其处于关闭状态；

（6）所述MCU控制模块处理数据消息，然后通过USB接口、根据USB规定定义的无线输入设备的协议产生相应的动作通信，即实现所述无线输入设备与目标服务器的唯一通信。

图3为本发明的无线输入设备（无线鼠标键盘）接收器的程序执行流程图。在程序中，键盘使用端点1，配置为输入；鼠标使用端点2，配置为输入。都采用USB通信协议中的中断传输。采用“轮询”的工作机制，轮询间隔为8ms。接收器上电后，完成系统的初始化，包括MCU控制模块的初始化和收发器的接收模式的配置过程。然后进入NFC监听状态，一旦有NFC连接到时，MCU置位使能信号，使其可以接收数据；一旦收到数据包就通过中断的形式通知MCU有数据包到来，MCU就会通过I/O口模拟SPI总线通信过程将收到的数据读出，然后比较两个配对标识ID的一致性；不一致的话MCU置位使能信号，使其处于关闭状态，否则将数据写到相应的USB端点FIFO中。服务器通过查询的方式读取各端点的数据信息，然后按照USB规范定义的鼠标和键盘的协议产生相应的动作（如鼠标的移动和按键的值）。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (5)

1.一种采用NFC配对的服务器无线输入设备的工作方法，所述设备包括发送端和接收端，所述发送端包括NFC发送模块和无线通信发送模块，所述接收端包括NFC接收模块、无线通信接收模块、MCU控制模块和USB接口；所述无线通信发送模块为2.4G发送模块；所述无线通信接收模块为2.4G接收模块；其特征在于，所述工作方法包括步骤如下：

(1)对无线输入设备中的NFC发送模块和服务器中的NFC接收模块分别进行通电，初始时，所述发送端维持的配对标识ID为0，所有接收端维持的配对标识ID为1，多个服务器中的所有接收端的NFC接收模块开始监听，而无线通信接收模块处于关闭状态；

(2)当接收端的NFC接收模块监听到有连接到时，所述监听到连接的NFC接收模块所在的服务器即为目标服务器，则所述NFC发送模块和NFC接收模块完成NFC配对，同时生成配对标识ID’，更新所述发送端和接收端的配对标识ID为配对标识ID’并维持，即建立NFC连接；

(3)所述NFC接收模块通知MCU控制模块已建立NFC连接，所述MCU控制模块置位无线通信接收模块使能信号，使其接收所述无线通信发送模块发出的数据消息；

(4)当接收端的无线通信接收模块监听到有数据到时，则中断MCU控制器，并通知MCU控制器有数据消息到；

(5)所述MCU控制模块从无线通信接收模块寄存器中取出数据消息，并比较数据消息中提供的发送端配对标识ID’与接收端维持的配对标识ID是否一致：如果不一致，则丢弃数据消息、并关闭无线通信接收模块；否则跳至步骤(6)；

(6)所述MCU控制模块处理数据消息，然后通过USB接口、根据USB规定定义的无线输入设备的协议产生相应的动作通信，即实现所述无线输入设备与目标服务器的唯一通信。

2.根据权利要求1所述的采用NFC配对的服务器无线输入设备的工作方法，其特征在于，所述步骤(4)中无线通信接收模块接收的数据包格式包括前导码、地址、配对标识ID、封包控制域、数据、CRC校验六个字段。

3.根据权利要求1所述的采用NFC配对的服务器无线输入设备的工作方法，其特征在于，所述步骤(4)中无线通信接收模块接收到数据后，通过中断nIRQ通知MCU控制模块已接到数据，进行读入操作。

4.根据权利要求1所述的采用NFC配对的服务器无线输入设备的工作方法，其特征在于，所述步骤(5)接收端通过中断的形式通知MCU控制模块有数据包到来后，MCU控制模块通过数据传输线(MISO)从寄存器中读入数据。

5.根据权利要求1所述的采用NFC配对的服务器无线输入设备的工作方法，其特征在于，所述步骤(5)MCU控制模块检测到配对标识ID不一致时，通过复位无线通信接收模块的使能信号，使其处于关闭状态。