CN104919832A

CN104919832A - 使用多个发现区域来耦合设备

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Publication number: CN104919832A
Application number: CN201380065177.3A
Authority: CN
Inventors: A.W.罗维特; J.R.法默; T.E.丁克罗克; C.S.布伦纳; D.基罗夫斯基
Original assignee: Microsoft Technology Licensing LLC
Current assignee: Microsoft Technology Licensing LLC
Priority date: 2012-12-14
Filing date: 2013-12-14
Publication date: 2015-09-16
Anticipated expiration: 2033-12-14
Also published as: CN104919832B; WO2014093954A3; US9848283B2; US20150327049A1; WO2014093954A2; ES2851225T3; US9107028B2; EP3061281A2; EP3061281B1; US20140170968A1

Abstract

一种系统，其中进行发现的无线设备规划第一发现区域。响应于在该区域内发现可发现的无线设备，该进行发现的无线设备使用供电的无线协议建立与可发现的无线设备的无线通信信道，并且使用该无线通信信道与该可发现的无线设备传送安全数据。该进行发现的无线设备也规划比该第一发现区域更大的第二发现区域，并且使用所述安全数据来在该第二发现区域内与目标设备进行配对。因此，从用户角度看，显著地简化了配对。

Description

使用多个发现区域来耦合设备

背景技术

常规地，设备可以使用多个无线协议来无线地进行通信。一些协议要求两个通信设备中的仅一个获得能量以用于传输。这是近场通信的基础，其中一个设备被传递到另一个设备附近。获得（source）其自己功率的设备创建电磁场，该电磁场通过感应耦合将功率提供给没有获得其自己功率的设备。这样的临时转移的功率足够来临时转移少量的数据，但是对于在两个设备之间的复杂的交互是不合适的。

在另一方面，单独供电的设备可能使用要求两个设备都被供电的协议进行通信。这样的协议可称为“供电的无线协议”。这允许在设备之间的复杂得多的交互。一些供电的无线协议允许在两个设备之间进行配对，以便于每个设备得到允许两个设备彼此进行通信的安全信息。例如，BLUETOOTH?和WI-FI DIRECT^TM是使得设备能够进行配对的供电的无线协议。

两个设备的配对可以涉及某种用户交互。有时，这样的用户交互要求许多用户不具备的知识。例如，一些设备配对协议要求用户使得两个设备中的每一个承担互补的配对角色。例如，将一个设备设置为变成可发现的，并且将另一个设备设置为执行发现。对于典型的用户，导航由设备所提供的用户界面来以它们适当互补的角色设置设备可以是困难的。其它的用户交互也被要求（诸如例如代码在一个设备中的键入，以及然后在第二个设备上重新键入相同的代码）以便允许配对是安全的。

发明内容

本文所描述的至少一个实施例涉及其中进行发现的无线设备规划第一发现区域的系统。响应于在区域内发现可发现的无线设备，该进行发现的无线设备使用供电的无线协议来与可发现的无线设备建立无线通信信道，并且使用该无线通信信道与该可发现的无线设备传送安全数据。进行发现的无线设备也规划比第一发现区域更大的第二发现区域，并且使用所述安全数据来与第二发现区域内的目标设备进行配对。在一些情况下，该目标设备可以是该可发现的无线设备。

第一发现区域可以是相对小的，并且因此安全性可以隐式地基于将两个设备放置在彼此附近的能力。在该上下文中，由于非安全设备不能容易地进入第一发现区域的物理地区，所以可以安全地交换安全数据。因此，第一发现区域被用来交换安全数据，可以根据该安全数据来建立后续的配对。在可能将进行发现的设备和可发现的设备中的一个放置在另一个的附近以便处于第一发现区域内之外，这可以在没有来自用户的显著的（或者可能地任何的）输入的情况下而完成。因此，从用户角度显著地简化了配对。

本发明内容不是旨在识别要求保护的主题的关键特征和必要特征，也不是旨在被用来作为辅助确定要求保护的主题的范围。

附图说明

为了描述上文所记载的和其它的优点和特征可以被获得的方式，将通过参考附图来呈现各种实施例的更加特定的描述。理解到这些附图仅描绘了样本实施例并且因此这些附图不会被认为是限制本发明的范围，这些实施例将会通过使用附图以附加的特性和细节来描述和解释，其中：

图1抽象地图示了其中本文中所描述的一些实施例可以被使用的计算系统；

图2A图示了包括进行发现的无线设备的系统，该进行发现的无线设备发出两个发现区域，即，被用来与可发现的设备建立连接以及交换安全数据的较小的区域以及其中该安全数据被用来与该可发现的无线设备建立安全连接的较大的区域；

图2B图示了类似于图2A的系统，除了安全数据被用来与两个目标设备建立安全连接，所述两个目标设备不是由较小的区域内的第一连接所引起的安全数据的交换的参与方；以及

图3图示了用于将进行发现的无线设备与目标无线设备进行配对的方法的流程图。

具体实施方式

根据本文所描述的实施例，其中进行发现的无线设备规划第一发现区域的系统。响应于在区域内发现可发现的无线设备，进行发现的无线设备使用供电的无线协议与该可发现的无线设备建立无线通信信道，并且使用该无线通信信道与该可发现的无线设备传送安全数据。该进行发现的无线设备也规划比第一发现区域更大的第二发现区域，并且使用所述安全数据来与第二发现区域内的目标设备进行配对。因此，从用户角度看，显著地简化了配对。将相对于图1来描述计算系统的某种介绍性的讨论。然后，将相对于图2A、图2B和图3来描述设备的发现和配对的原理。

现今，计算系统越来越多地采用多种多样的形式。例如，计算系统可以是手持设备、器具、膝上型计算机、台式机、大型机、分布式计算系统或者甚至是常规地不被认为是计算系统的设备。在本说明书以及在权利要求中，术语“计算系统”被广泛地定义为包括任何设备或系统（或其结合），其包括至少一个物理的和有形的处理器，并包括能够在其上具有可以由该处理器来执行的计算机可执行指令的物理的和有形的存储器。该存储器可以采用任何形式并且可以取决于该计算系统的性质和形式。计算系统可以在网络环境上分布并且可以包括多个组成的计算系统。

如图1中所图示的，在其最基本的配置中，计算系统100典型地包括至少一个处理单元102和存储器104。该存储器104可以是物理系统存储器，其可以是易失性的、非易失性的或者两者的某种结合。术语“存储器”在本文中也可以被用来指代诸如物理存储介质之类的非易失性的大型存储装置。如果该计算系统是分布式的，则处理、存储器和/或存储容量也可以是分布式的。如在本文中所使用的，术语“模块”或“组件”可以指代在计算系统上执行的软件对象或例程。本文所描述的不同的组件、模块、引擎和服务可以被实现为在该计算系统上执行的对象或进程（例如，作为独立的线程）。

在下面的说明书中，参考由一个或多个计算系统所执行的动作来描述实施例。如果以软件来实现这样的动作，则响应于已经执行计算机可执行指令，执行动作的相关联的计算系统的一个或多个处理器指引计算系统的操作。例如，这样的计算机可执行指令可以被体现在形成计算机程序产品的一个或多个计算机可读介质上。这样的操作的示例涉及数据的操纵。计算机可执行指令（以及操纵的数据）可以被存储在该计算系统100的存储器104中。计算系统100也可以包含允许该计算系统100通过例如网络110与其它消息处理器进行通信的通信信道108。

本文所描述的实施例可以包括或利用专用或通用计算机，其包括诸如例如在下文中将更详细讨论的一个或多个处理器以及系统存储器这样的计算机硬件。本文所描述的实施例也包括用于携带或存储计算机可执行指令和/或数据结构的物理和其它计算机可读介质。这样的计算机可读介质可以是任何可用的介质，其可以由通用或专用计算机系统进行访问。存储计算机可执行指令的计算机可读介质是物理存储介质。携带计算机可执行指令的计算机可读介质是传输介质。因此，作为示例而非限制，本发明的实施例可以包括至少两个明显不同种类的计算机可读介质：计算机存储介质以及传输介质。

计算机存储介质包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储装置、磁盘存储装置或其它磁存储设备或者可以被用来以计算机可执行指令或数据结构的形式存储期望的程序代码装置并且可以由通用或专用计算机进行访问的任何其它介质。

“网络”被定义为使得能够在计算机系统和/或模块和/或其它电子设备之间进行电子数据的传输的一个或多个数据链路。当通过网络或另一个通信连接（可以是硬连线的、无线的或者硬连线或无线的结合）来将信息转移或提供给计算机时，该计算机适当地将该连接视为传输介质。传输介质可以包括网络和/或数据链路，其可以被用来以计算机可执行指令或数据结构的形式来携带期望的程序代码装置并且其可以由通用或专用计算机进行访问。上述的结合也应该被包括在计算机可读介质的范围内。

进一步地，在到达各种计算机系统组件时，计算机可执行指令或数据结构形式的程序代码装置可以自动地从传输介质被转移到计算机存储介质（或者反之亦然）。例如，通过网络或数据链路所接收的计算机可执行指令或数据结构可以被缓冲在网络接口模块（例如，NIC）内的RAM中，并且然后最终被传送到计算机系统RAM和/或被转移到在计算系统上的较不易失性的存储介质。因此，应该被理解的是，计算机存储介质可以被包括在计算机系统组件中，所述计算机系统组件也（或者甚至是主要地）利用传输介质。

例如，计算机可执行指令包括指令以及数据，当其在处理器上被执行时使得通用计算机、专用计算机或专用处理设备执行特定功能或者功能组。例如，计算机可执行指令可以是二进制、诸如汇编语言这样的中间格式指令、或者甚至是源代码。尽管主题已经以特定于结构特征和/或方法动作的语言被描述，但是将被理解的是，在所附的权利要求中所定义的主题不一定限于所描述的特征或上文所描述的动作。相反，描述的特征和动作是作为实现权利要求的示例性形式而公开的。

本领域技术人员将意识到的是，本发明可以以多种类型的计算机系统配置在网络计算环境中被实践，其包括个人计算机、台式机、膝上型计算机、消息处理器、手持式设备、多处理器系统、基于微处理器或可编程消费电子、网络PC、微型计算机、大型计算机、移动电话、PDA、寻呼机、路由器、交换机等。本发明也可以在分布式系统环境中被实践，其中通过网络被链接（或者是通过硬连线数据链路、无线数据链路或者通过硬连线和无线数据链路的结合）的本地和远程计算机两者都执行任务。在分布式系统环境中，程序模块可以位于本地存储器存储装置和远程存储器存储装置两者中。

图2A图示了本文所描述的原理可以在其中被采用的系统200A。系统200A包括进行发现的无线设备201以及可发现的无线设备202。在图2A中（以及在下文进一步描述的图2B中），由圆圈来抽象地表示该进行发现的无线设备201，而由正方形来抽象地表示可发现的无线设备202，以便简单地在抽象意义上来将彼此进行区分。

尽管未被要求，但是图2A和2B的进行发现的无线设备201和可发现的无线设备202中的每一个（以及图2B的目标无线设备203）都可以具有处理和存储器容量，并且因此可以如上文针对图1的计算系统100所描述的进行构造。可替换地或附加地，无线设备201、202以及203可以使用硬件和/或固件进行加工。无线设备201、202以及203可以同样地具有用户接口，用户可以通过所述用户接口来与相应的无线设备进行交互。然而，本文所描述的原理减少了该用户将与该用户接口所做出以便在无线设备之间建立配对的交互量。

参考图2A和2B，进行发现的无线设备201生成两个发现区域：较小的发现区域211以及较大的发现区域212。尽管在图2A和图2B中图示了发现区域211和212的两个维度，但是发现区域是三维的并且具有特定的体积。

在所图示的实施例中，较小的发现区域211是方向性的（例如，在图2A和2B的右侧），尽管其没有被要求。较大的发现区域212在体积上比较小的发现区域211大几个数量级（可能是一个、两个、三个、四个或甚至上更大的数量级）。尽管发现区域的准确范围可以随着时间变化并且可以受较大的发现区域212内的物体、特别是传导性物体的影响，但是较大的发现区域212在图2A中被图示为近似圆形。在特定时间点上发现区域的形状也取决于天线形状、无线设备收发机功率、在相关频谱上的背景噪声水平以及其它动态改变的条件。相应地，发现区域211和212的形状也会存在某种动态改变。例如，较大的发现区域212可以使用多个接入点来形成，并且不需要物理地与一个设备或一组设备相关联。此外，尽管较大的发现区域212可以与较小的发现区域211由相同的设备来形成，但是这不是必需的，因为它们也可以由不同的设备创建。

在汽车环境中，较小的发现区域211可以是仪表板附近大约几英寸或几英尺，而较大的发现区域212可以基本包括车辆内部的全部以及可能地甚至更远一点。在那种情况下，进行发现的设备201可以是车辆或仪表板附近的车辆的内置部分，而可发现的设备202可以例如是智能电话。

在较大的环境中，较小的发现区域211可能是在小安全房间内，并且较大的发现区域212是诸如智能住宅之类的建筑物的尺寸。在那种情况下，该进行发现的无线设备201可以是智能住宅的主卧室中的设备，而可发现的设备202是膝上型或智能电话。然而，这些只是示例应用。本文所描述的原理不限于本文所描述的更广泛的原理的特定应用。

回到图2A，进行发现的无线设备201在较小发现区域211内检测可发现的无线设备202，在所述两个无线设备之间建立通信信道221，并且交换安全数据，如由双向箭头213所表示的。该进行发现的无线设备201也可以在较大的发现区域212内发现可发现的无线设备202，并且使用安全数据来在两个无线设备201和202之间建立安全的通信信道222。在所图示的情况下，较小的发现区域211被完全包含在较大的发现区域212中。相应地，如果较小的发现区域211和较大的发现区域212同时存在，则可发现的无线设备202可以被同时包含在较小的发现区域211以及较大的发现区域212两者中。然而，较大的发现区域212的创建可能被推迟直到使用信道221来交换安全数据之后。

第一通信信道221在如下意义上是安全的，即：进行发现的无线设备201和可发现的无线设备202之间是相对接近的。为了确保这样的安全性，在较小的发现区域已经位于相对安全的位置的情况下，本文所描述的原理可以是更加有用的。例如，在上文的汽车示例中，智能电话将已经在汽车内部，其可能是被锁定的并且由法律效力保护以免于非法进入。在建筑物的示例中，进入进行发现的设备所位于的建筑物和特定房间也可能限于授权的个人（诸如在智能住宅的情况下的家庭）。较小的发现区域211的小尺寸进一步增强了这种安全性。

第二通信信道222在如下意义上是安全的，即：该通信使用安全数据进行保护。作为示例，这样的安全数据可能在应用层来应用安全性（诸如使用SSL证书）或者低于应用层来应用安全性（如针对加密密钥的情况）。

通信信道221和222每一个都由支持配对的供电的无线通信协议所支持。这样的无线协议的示例包括BLUETOOTH?和WI-FI DIRECT^TM，但是本文所描述的示例不限于这些常规的配对协议，也不限于任何存在的配对协议，因为新的配对协议在将来可能会被开发。通信信道221和222可以由相同的配对无线通信协议所支持，或者可以由不同的配对无线通信协议所支持。例如，通信信道221可以是BLUETOOTH?信道，而通信信道222可以是WI-FI DIRECT^TM信道。

供电的无线通信协议允许复杂的通信交换（与允许简单的通信交换的近场通信相比）。此外，准许采用供电的无线通信协议的模块是广泛分布的，而近场通信模块具有有限的市场渗透。尽管如此，进行发现的无线设备201也可以具有近场通信模块。在这样的情况下，该近场通信模块可以被用来交换安全数据的一部分，其由箭头213所表示。

图2B图示了与图2A的环境200A相似的环境200B。然而，在图2A中，初始的通信信道221被用来在两个无线设备201和202之间交换安全数据213，以便可以在进行发现的无线设备201和可发现的无线设备202之间建立配对信道222。因此，在这个情况下，用于配对的目标无线设备是可发现的无线设备202。另一方面，在图2B中，初始的通信信道221被用来交换安全数据213，以便配对信道223A可以在进行发现的无线设备201和目标无线设备203A之间通过信道223A被建立。

图2A和2B的结合也是可能的，在这种情况下，两个配对信道222和223A被创建，一个是与可发现的无线设备202，一个是与第一目标无线设备203A。此外，图2B还表示可能存在可以与其建立相应的配对通信信道223A和223B的多个目标设备203A和203B，每一个使用安全数据213的全部或者一部分。

图2B的示例性应用例如可能是游戏环境。例如，进行发现的设备201可能是游戏控制台。在这种情况下，可发现的设备202可能是智能电话。当该智能电话被带到较接近于该游戏控制台时，该游戏控制台可能与目标无线设备203A配对，并且潜在地也与无线设备203B配对。这样的目标无线设备203A和203B例如可以是游戏控制器。

图3图示了用于将进行发现的无线设备与目标无线设备进行配对的方法300的流程图。因为该方法300可以在图2A的环境200A中执行或者在图2B的环境200B中执行，所以现在将频繁参考图2A和2B来描述该方法300。

进行发现的无线设备规划小的发现区域（动作311），并且在第一发现区域内发现可发现的无线设备（动作312）。例如，在图2A和图2B中，进行发现的无线设备201规划发现区域211并且在发现区域211内检测可发现的设备202。

作为响应，该进行发现的无线设备201使用供电的无线协议与可发现的无线设备建立无线通信信道（动作313）。例如，在图2A和2B中，在进行发现的无线设备201和可发现的无线设备202之间建立通信信道221。

可发现的无线设备以及进行发现的无线设备通过这个通信信道传送安全数据（动作214）。例如，在图2A和图2B中，通过信道221来交换安全数据213。这可能涉及进行发现的无线设备201将安全数据传送到可发现的无线设备202，也可能涉及可发现的无线设备202将安全数据传送到进行发现的无线设备201或者涉及上述两者。以这种方式，对于将进行发现的无线设备201与一个或多个目标无线设备进行配对所必要的安全数据被提供到可发现的无线设备201上。

进行发现的无线设备也规划较大的发现区域（动作321）。例如，参考图2A和2B，该进行发现的无线设备201规划较大的发现区域212。由于大的发现区域可能甚至从小的发现区域311之前、或者从可能晚至交换安全数据之后（动作314）或者从在上述两个时间之间的任何时间起就存在，所以该动作321与动作311至314平行地被示出。这种时间上的独立性由动作321与动作311至314的平行定位所表示。

在规划了较大的发现区域（动作321）之后，一个或多个目标无线设备被发现（动作322）。例如，在图2A中，可发现的无线设备202也是目标无线设备。在图2B中，目标无线设备由目标无线设备203A所表示。在存在多个目标无线设备的情况下，目标的无线设备也可以由目标无线设备203A所表示。

在交换安全数据（动作314）并且较大的发现区域中发现（多个）目标无线设备（动作322）后，进行发现的无线设备使用安全数据与在较大的发现区域内发现的目标设备进行配对（动作331）。例如，在图2A中，进行发现的无线设备201与可发现的无线设备202建立配对信道222。在图2B中，进行发现的无线设备201与目标无线设备203A建立配对信道223A。在多个目标无线设备的情况下，进行发现的无线设备201与目标无线设备203B建立配对信道223B。

再次，图2A和2B可以被合并，使得存在进行发现的无线设备与其建立配对信道的三个目标无线设备。例如，这样的目标无线设备可能包括无线设备202、203A以及203B的全部。

在一个特定的实例中，进行发现的设备包括两个芯片，通信信道221和222的每一种类型一个芯片。然而，在低功率和高功率之间转换的单个芯片也可以足够。在两个芯片的示例中，小范围的芯片可能始终处于查询模式。当可查询的（即，可发现的）电话进入范围内，设备尝试“仅运行”配对并且如果由该用户接受，则设备交换链路密钥。小范围芯片然后与大范围芯片共享该链路密钥，其碰巧与小范围芯片具有完全相同的MAC地址，并且因此可以使用链路密钥来建立第二通信信道。

在第二个示例中，小范围芯片再次始终处于查询模式中。当可查询的电话进入范围内时，“仅运行”配对被拒绝并且“数字比较”或旧有（Legacy）PIN配对被建立。在这种情况下，图形用户界面自动地中断查询设备上的用户并且辅助他们完成配对。小范围芯片然后与大范围芯片共享链路密钥，其碰巧与小范围芯片具有完全相同的MAC地址。

相应地，本文所描述的原理在允许用于在无线设备之间建立安全配对的安全机制，同时将用户从必须执行复杂过程中释放出来以便促进配对。

在不偏离本发明精神和必要特性的情况下，可以以其它特定的形式来体现本发明。所描述的实施例在所有方面都仅被认为是说明性的而不是限制性的。因此，本发明的范围是由所附的权利要求所指示的，而不是由前述的说明书所指示的。在权利要求的等价体的含义和范围内的所有改变都要被包含在它们的范围之内。

Claims

1. 一种系统，其包括：

进行发现的无线设备；以及

可发现的无线设备，

其中该进行发现的无线设备被配置来规划第一发现区域以便在该第一无线区域内发现该可发现的无线设备，其中该进行发现的无线设备还被配置来响应于在该第一发现区域内检测到该可发现的无线设备来执行下述操作：1）使用供电的无线协议与该可发现的无线设备建立无线通信信道，2）使用该无线通信信道与该可发现的无线设备传送安全数据；以及

其中该进行发现的无线设备也被配置来规划在体积上比该第一发现区域大至少一个数量级的第二发现区域，并且使用所述安全数据来在该第二发现区域内与目标设备配对。

2. 根据权利要求1的所述系统，其中该可发现的设备和该目标设备是相同的设备。

3. 根据权利要求1的所述系统，其中该进行发现的设备是汽车的内部部分。

4. 根据权利要求3的所述系统，其中该可发现的设备是智能电话。

5. 根据权利要求1的所述系统，其中该进行发现的设备是游戏控制台。

6. 根据权利要求5的所述系统，其中该目标设备是游戏控制器。

7. 根据权利要求1的所述系统，其中该第一发现区域是方向性的发现区域。

8. 根据权利要求1的所述系统，其中该第二发现区域在体积上比该第一发现区域大至少三个数量级。

9. 根据权利要求1的所述系统，其中该第一和第二发现区域同时存在。

10. 一种用于将进行发现的无线设备与目标无线设备进行配对的方法，该方法包括：

进行发现的无线设备规划第一发现区域；

该发现无线设备在该第一发现区域内发现可发现的无线设备；

响应于在该第一发现区域内发现该可发现的无线设备，该进行发现的无线设备使用供电的无线协议与该可发现的无线设备建立无线通信信道；

该可发现的无线设备使用该无线通信信道与该可发现的无线设备传送安全数据；

该进行发现的无线设备规划在体积上比该第一发现区域大至少一个数量级的第二发现区域；

该进行发现的无线设备在该第二发现区域内发现目标设备；以及

该进行发现的无线设备使用所述安全数据来与在该第二发现区域内所发现的目标设备进行配对。