CN104648321A - 一种使用nfc优化汽车电子应用的方案及其实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种使用NFC优化汽车电子应用的方案及其实现方法，手持终端A的NFC模块工作于点对点的从机模式下，车载终端B带有的NFC模块在点对点的主机模式下，以轮询的方式不断发射射频信号；用户携手持终端A靠近汽车，此时射频信号会激励处在射频场范围内的带有NFC模块的手持终端A，发送方按照约定在一定的协议框架下开始通信，而接收方则按照相同的传输速度用负载调制数据进行应答；本发明将NFC连接操作简单的特点与蓝牙传输速度快的优点相结合，得到性能更优的同时也维持了系统的安全性。整个方案不仅提升了用户体验，也更加符合了汽车电子智能化的潮流。
Description
技术领域
本发明涉及汽车电子和无线通信技术领域，尤其涉及一种将NFC技术与现代成熟的汽车电子技术相结合的方法。
背景技术
随着人们对汽车智能化体验提出更高的要求，汽车电子领域正进行着不断的发展，进一步促进电子、通信等在汽车领域的应用。现代化汽车电子应用较为常见的技术是应用于车载电话以及车载音频播放器的蓝牙技术以及应用于无钥匙进入的RFID技术。
蓝牙技术是一种短距离无线通信技术，使用距离一般为10m左右。由于其较强的抗干扰能力以及较高的通信效率应用于车载电话以及车载音频播放器。但是蓝牙技术也有其缺点，首先蓝牙的功耗较高，移动设备处于蓝牙待机状态时，需要通过相互呼叫来判断彼此是否处于连接状态，然而这种轮询式的操作太过耗能，现代智能化手机的普及，电池待机时间较短，更加不能支持蓝牙设备的高功耗；其次蓝牙技术安全性并不高，容易遭黑客攻击；而蓝牙连接操作较为复杂也是其缺点之一，用户需要通过搜索、配对等操作才能建立连接，传输数据。
RFID技术是一种非接触式识别技术，又称无线射频识别。在汽车电子钟通常应用于无钥匙进入，当车主走近车辆附近时，不需要拿出钥匙，只要拉动驾驶位的门把手就能激活车内RFID收发器，由此实现汽车无钥匙进入。
NFC技术是一种新兴的极短距离无线通信技术，与RFID相比，NFC技术通信距离更短，并且添加了点对点通信功能，可以帮助蓝牙设备快速建立P2P无线通信。但是NFC技术也有其不足之处，首先它的通信距离太短，限制了数据传输；其次它的传输速率太低，只适用于简单数据的交换。
目前，NFC技术的应用研究在汽车电子中并不多，而蓝牙技术有其缺点，RFID技术又与NFC有着异曲同工之处，因此将NFC与蓝牙技术相结合，集成在一个移动设备上，以此优化车载蓝牙以及RFID在汽车电子上的应用。
发明内容
为了克服现有技术存在的缺陷，本发明提出了一种使用NFC优化汽车电子应用的方案及其实现方法。
一种使用NFC优化汽车电子应用的方案及其实现方法，包括如下步骤：
步骤1：手持终端A的NFC模块工作于点对点的从机模式下，车载终端B带有的NFC模块在点对点的主机模式下，以轮询的方式不断发射射频信号；
步骤2：用户携手持终端A靠近汽车，此时射频信号会激励处在射频场范围内的带有NFC模块的手持终端A，发送方按照约定在一定的协议框架下开始通信，而接收方则按照相同的传输速度用负载调制数据进行应答，双方可以开始通信；
步骤3：手持终端A中的NFC模块通过SWP接口与基带芯片通讯，由基带芯片根据手机内与车载终端绑定的SIM卡安全信息以及当前时刻联合产生时基加密编码，并将此加密编码回送给车载终端B；
步骤4，车载终端B接收到编码后，先根据绑定的SIM卡信息，以和手持终端A同样的编码方式产生秘钥，再对比两组秘钥，生成相应的策略进行解锁；
步骤5：汽车解锁后，由车载终端B控制，自动降低车载终端的NFC射频功率，使射频场的有效范围大大降低，此时只有将手持终端A放置于车载终端B的NFC感应模块上方5-10CM的位置才可以再次进行通讯；
步骤6：当用户有连接车载电话或车载多媒体的需求时，将手持终端A放置于NFC的车内感应区内，NFC通讯再次建立，而这次通讯是为了和车载终端B的蓝牙模块相连接，此次连接手持终端A和车载终端B使用蓝牙技术中的SSP协议，SSP协议启用频外配对，NFC链路完成信息交换并参与频外配对的过程；
步骤7：车载终端B根据接收到的ECC密钥解密正确后，解析手持终端A的记录中包含的OOB信息，根据OOB信息中的蓝牙名称、地址以及唯一的UUID数据，通过蓝牙Socket的connect函数，向手持终端A申请连接发送；
步骤8：手持终端A的蓝牙模块则通过accept函数接收车载终端B的连接请求，向系统注册程序UUID，并开启发送数据线程.，对所传输数据用密钥进行加密，再将加密后的信息使用蓝牙非安全模式发送给对方，接收方接到后进行解密，还原数据，由此完成两设备间的数据发送。
进一步，所述步骤2中发送方按照约定在ISO 144433协议框架下以424Kbps开始通信。
进一步，所述步骤4中生成相应的解锁策略为：若对比一直通过则解锁，可以进入汽车，否则不执行解锁，且如果错误编码存在于射频场中超过一定时间，发出告警信号。
进一步，所述步骤6中频外配对的过程包括以下步骤：
手持终端A的基带芯片处理生成SSP协议中规定的蓝牙OOB数据包，该数据包包含2字节的OOB数据长度、6字节的蓝牙器件地址、和OOB操作数据；其中OOB操作数据包含蓝牙模块名称、HASH C码、R码、UUID以及设备等级码；
OOB数据生成完毕后处理器再将OOB数据包根据NFC数据交换格式(NDEF)打包成一条完整的NDEF记录，由手持终端A的NFC模块发送；
发送完成后手持终端A控制蓝牙Socket的listen函数进入监听等待状态，为了加强系统安全性，在连接过程中加入了椭圆曲线加密算法。
进一步，所述加密算法在使用时，手持终端A在传输OOB数据前先通过NFC触碰方式向接收方设备传递ECC密钥。
本发明的有益效果为：本发明使用了NFC优化汽车电子应用的方案，利用NFC技术为汽车解锁提供更为安全、便捷、智能化的方案。同时，在车载电话及多媒体系统与用户手持终端的连接中，放弃使用传统的蓝牙安全模式，既避免PIN码的产生以及漫长的搜索配对连接过程，又在NFC通信层加入ECC加密算法，直接通过NFC简单的触碰方式交换密钥和蓝牙的一些重要参数，在蓝牙非安全模式下直接连接，进行数据的传输。将NFC连接操作简单的特点与蓝牙传输速度快的优点相结合，得到性能更优的同时也维持了系统的安全性。整个方案不仅提升了用户体验，也更加符合了汽车电子智能化的潮流。
附图说明
图1为蓝牙与NFC连接结构示意图；
图2为蓝牙连接优化原理图；
图3为OOB数据组；
图4为OOB Optional Data格式。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的实现方法进行清楚、完整的说明。
本发明使用基于Android系统的NFC技术进一步优化汽车电子中无线通信的应用。使用NFC进行短距离的数据交换，快速建立连接，传递一些两台蓝牙设备连接时必须的参数，以便于开启蓝牙功能。本发明让用户携带物品变得更加轻便，只需要一台智能手机就能完成所有功能；同时也能省去蓝牙设备间的配对步骤，使车载终端间进行快速的蓝牙连接；而NFC通信距离短的特点也提高了其安全性。
连接设备为包含NFC及蓝牙模块的手持终端A以及包含NFC及蓝牙模块的多媒体车载终端B。一种使用NFC优化汽车电子应用的方案及其实现方法，包含以下步骤：
步骤1：手持终端A的NFC模块工作于点对点的从机模式下。车载终端B带有的NFC模块在点对点的主机模式下，以轮询的方式不断发射射频信号，产生小范围的射频场。
步骤2：用户携手持终端A靠近汽车，此时射频信号会激励处在射频场范围内的带有NFC模块的手持终端A，发送方按照约定在ISO 144433协议框架下以424Kbps开始通信，而接收方则按照相同的传输速度用负载调制数据进行应答，双方可以开始通信。
步骤3：手持终端A中的NFC模块通过SWP接口与基带芯片通讯，由微处理器根据手机内与车载终端绑定的SIM卡安全信息以及当前时刻联合产生时基加密编码，并将此加密编码回送给车载终端B，车载终端接收到编码后，先根据绑定的SIM卡信息，以和手持终端A同样的编码方式产生秘钥，再对比两组秘钥，生成相应的策略：若对比一直通过则解锁，可以进入汽车，否则不执行解锁，且如果错误编码存在于射频场中超过一定时间，发出告警信号。
步骤4：汽车解锁后，由车载终端B控制，自动降低车载终端的NFC射频功率，使射频场的有效范围大大降低。此时只有将手持终端A放置于车载终端B的NFC感应模块上方5-10CM的位置才可以再次进行通讯。
步骤5：当用户有连接车载电话或车载多媒体的需求时，将手持终端A放置于NFC的车内感应区内，NFC通讯再次建立。而这次通讯是为了和车载终端B的蓝牙模块相连接，为了达到快速连接的目的，此次连接终端A和B使用蓝牙技术中的简单安全配对协议(Bluetooth Secure Simple Pairing，SSP)，该协议是2011年SIG及NFC论坛推荐使用的基于NFC的蓝牙连接协议。SSP协议启用频外配对，NFC链路可以完成信息交换并参与频外配对的过程。因此，蓝牙终端的配对不再需要搜索连接以及PIN码认证，大大缩短连接的时间。配对过程包括以下两步，手持终端A的基带芯片处理生成SSP协议中规定的蓝牙OOB数据包，如图3所示，该数据包包含2字节的OOB数据长度、6字节的蓝牙器件地址、和OOB操作数据。其中OOB操作数据，如图4所示，包含蓝牙模块名称、HASH C码、R码、UUID(蓝牙中每个服务及其属性的全球唯一身份编码，此处使用蓝牙连接过程服务的UUID)以及设备等级码。OOB数据生成完毕后处理器再将OOB数据包根据NFC数据交换格式(NDEF)打包成一条完整的NDEF记录，由手持终端A的NFC模块发送。发送完成后手持终端A控制蓝牙Socket的listen函数进入监听等待状态。为了加强系统安全性，在连接过程中加入了椭圆曲线(Elliptic Curve Cryptography，ECC)加密算法。使用这种加密算法，手持终端A在传输OOB数据前先通过NFC触碰方式向接收方设备传递ECC密钥。
步骤6：车载终端B根据接收到的ECC密钥解密正确后，解析手持终端A的记录中包含的OOB信息，根据OOB信息中的蓝牙名称、地址以及唯一的UUID数据，通过蓝牙Socket的connect函数，向手持终端A申请连接发送。手持终端A的蓝牙模块则通过accept函数接收车载终端B的连接请求，向系统注册程序UUID，并开启发送数据线程.。对所传输数据用密钥进行加密，再将加密后的信息使用蓝牙非安全模式发送给对方，接收方接到后进行解密，还原数据，由此完成两设备间的数据发送。
本发明使用的模块主要包括以下三个模块，NFC通信模块、蓝牙通信模块以及控制器模块。将汽车电子中涉及无线通信部分的应用由手持终端代替，代替原本的钥匙、蓝牙播放器，车载电话等等，变为只需要一部手持终端就能实现全部的功能。
(1)NFC通信模块。使用NFC技术代替原本的RFID技术，由于智能化手机的普及，越来越多的手机将NFC技术作为基本配置。不会增加额外的成本。此模块最重要的特点即为通信中的安全性，NFC通信距离极短，无形中增加了其安全性能，只有在极短距离下才能进入车内。另外，本发明中创新地使用射频能量可控的NFC模块，可根据改变射频场的能量来满足不同的使用需求。如在作为解锁作用时，射频范围相对较广，而在用户进入后降低能量，减弱射频场，使只有将手持终端放于感应区很近的位置时才能再次触发NFC通信，控制两蓝牙模块配对链接，完成车载电话、多媒体的连接需求。有效降低手持终端功耗，提高连接的速度与安全。
(2)蓝牙通信模块。使用蓝牙技术与NFC相结合的方式优化蓝牙单独工作模式下的缺陷，创新地将蓝牙设置成在非安全模式下进行工作，通过NFC触碰方式进行蓝牙的自动连接，避免了蓝牙PIN码的产生以及连接配对等一系列繁琐的过程，提高了用户体验的同时也增加了汽车行驶过程中的安全性；
(3)控制器模块。手持终端与车载终端的系统结构中，由基带芯片作为控制器的核心，控制自身的各个通讯模块和必要外设。手持终端中，SIM卡则是作为解锁的安全保证，由基带芯片通过UART接口读取其信息，并根据时基算法生成解锁所需密钥，再由控制器通过SWP接口控制NFC模块NFC模块发送出。在车载终端中，由控制器控制NFC射频模块的通信以及射频功率，处理接收到的NFC及蓝牙信息，比对不同的需求，生成解决方案。
本发明使用了NFC优化汽车电子应用的方案，利用NFC技术为汽车解锁提供更为安全、便捷、智能化的方案。同时，在车载电话及多媒体系统与用户手持终端的连接中，放弃使用传统的蓝牙安全模式，既避免PIN码的产生以及漫长的搜索配对连接过程，又在NFC通信层加入ECC加密算法，直接通过NFC简单的触碰方式交换密钥和蓝牙的一些重要参数，在蓝牙非安全模式下直接连接，进行数据的传输。将NFC连接操作简单的特点与蓝牙传输速度快的优点相结合，得到性能更优的同时也维持了系统的安全性。整个方案不仅提升了用户体验，也更加符合了汽车电子智能化的潮流。
应理解上述施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
Claims (5)
1.一种使用NFC优化汽车电子应用的方案及其实现方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：手持终端A的NFC模块工作于点对点的从机模式下，车载终端B带有的NFC模块在点对点的主机模式下，以轮询的方式不断发射射频信号；
步骤2：用户携手持终端A靠近汽车，此时射频信号会激励处在射频场范围内的带有NFC模块的手持终端A，发送方按照约定在一定的协议框架下开始通信，而接收方则按照相同的传输速度用负载调制数据进行应答，双方可以开始通信；
步骤3：手持终端A中的NFC模块通过SWP接口与基带芯片通讯，由基带芯片根据手机内与车载终端绑定的SIM卡安全信息以及当前时刻联合产生时基加密编码，并将此加密编码回送给车载终端B；
步骤4，车载终端B接收到编码后，先根据绑定的SIM卡信息，以和手持终端A同样的编码方式产生秘钥，再对比两组秘钥，生成相应的策略进行解锁；
步骤5：汽车解锁后，由车载终端B控制，自动降低车载终端的NFC射频功率，使射频场的有效范围大大降低，此时只有将手持终端A放置于车载终端B的NFC感应模块上方5-10CM的位置才可以再次进行通讯；
步骤6：当用户有连接车载电话或车载多媒体的需求时，将手持终端A放置于NFC的车内感应区内，NFC通讯再次建立，而这次通讯是为了和车载终端B的蓝牙模块相连接，此次连接手持终端A和车载终端B使用蓝牙技术中的SSP协议，SSP协议启用频外配对，NFC链路完成信息交换并参与频外配对的过程；
步骤7：车载终端B根据接收到的ECC密钥解密正确后，解析手持终端A的记录中包含的OOB信息，根据OOB信息中的蓝牙名称、地址以及唯一的UUID数据，通过蓝牙Socket的connect函数，向手持终端A申请连接发送；
步骤8：手持终端A的蓝牙模块则通过accept函数接收车载终端B的连接请求，向系统注册程序UUID，并开启发送数据线程.，对所传输数据用密钥进行加密，再将加密后的信息使用蓝牙非安全模式发送给对方，接收方接到后进行解密，还原数据，由此完成两设备间的数据发送。
2.根据权利要求1所述的一种使用NFC优化汽车电子应用的方案及其实现方法，其特征在于，所述步骤2中发送方按照约定在ISO 144433协议框架下以424Kbps开始通信。
3.根据权利要求1所述的一种使用NFC优化汽车电子应用的方案及其实现方法，其特征在于，所述步骤4中生成相应的解锁策略为：若对比一直通过则解锁，可以进入汽车，否则不执行解锁，且如果错误编码存在于射频场中超过一定时间，发出告警信号。
4.根据权利要求1所述的一种使用NFC优化汽车电子应用的方案及其实现方法，其特征在于，所述步骤6中频外配对的过程包括以下步骤：
手持终端A的基带芯片处理生成SSP协议中规定的蓝牙OOB数据包，该数据包包含2字节的OOB数据长度、6字节的蓝牙器件地址、和OOB操作数据；其中OOB操作数据包含蓝牙模块名称、HASH C码、R码、UUID以及设备等级码；
OOB数据生成完毕后处理器再将OOB数据包根据NFC数据交换格式(NDEF)打包成一条完整的NDEF记录，由手持终端A的NFC模块发送；
发送完成后手持终端A控制蓝牙Socket的listen函数进入监听等待状态，为了加强系统安全性，在连接过程中加入了椭圆曲线加密算法。
5.根据权利要求4所述的一种使用NFC优化汽车电子应用的方案及其实现方法，其特征在于，所述加密算法在使用时，手持终端A在传输OOB数据前先通过NFC触碰方式向接收方设备传递ECC密钥。
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