CN112040078A - 一种基于bnep协议实现音频设备端网络通话系统的方法 - Google Patents

Abstract

一种基于BNEP协议实现音频设备端网络通话系统的方法，属于通信技术领域。音频设备端与移动设备端蓝牙连接，通过BNEP协议，移动设备端通过连接网络连接到后台服务器，以实现音频设备端与服务器的连接，完成网络通信，实现包括设备入网、呼叫、接听和挂断等一系列的通话行为，完成用户对网络通话的需要。上述一种基于BNEP协议实现音频设备端网络通话系统的方法，借助于BNEP的协议高吞吐量和低延迟的特点，可以实现高清音频通话需要，提升通话系统音频质量，提高用户体验；实现单个/多个音频设备端网络通话；极大的提升用户的操作便利性、节约用户的内存资源、降低网络通信延迟。

Description

一种基于BNEP协议实现音频设备端网络通话系统的方法

技术领域

本发明属于通信技术领域，具体为一种基于BNEP协议实现音频设备端网络通话系统的方法。

背景技术

目前网络通话通过音频设备端连接用户终端设备，使用设备上安装的网络通信软件，由音频设备端输入输出音频信号至网络通信软件，网络通信软件连接网络后通过服务器传输音频信号至对端，以完成网络通话行为。用户必须在移动终端下载相应的网络通信软件才能实现网络通话；下载软件占用用户移动终端的内存资源；不同的移动终端存在的软件兼容性问题。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于设计提供一种基于BNEP协议实现音频设备端网络通话系统的方法的技术方案，通过BNEP 的方法，用户终端设备无需下载APP，仅需要连接网络就可以实现音频设备端使用后台服务器输入输出音频信号，实现单个/多个音频设备端网络通话；极大的提升用户的操作便利性、节约用户的内存资源、降低网络通信延迟。

所述的一种基于BNEP协议实现音频设备端网络通话系统的方法，其特征在于该系统包括音频设备端、移动设备端、后台服务器，音频设备端中设置硬件模块、蓝牙内核处理模块、蓝牙RF收发模块、音频编解码模块，移动设备端中设置蓝牙收发模块、网络收发模块，后台服务器中设置服务器网络收发模块、数据处理模块；移动设备端、后台服务器的连接网络为3G、4G、5G或WIFI，音频设备端为TWS蓝牙耳机、传统蓝牙耳机、脖挂式蓝牙耳机、蓝牙音箱或TWS蓝牙音箱；

上述音频设备端的硬件模块包括按键、LED灯、喇叭、麦克风；蓝牙内核处理模块用于驱动音频设备端软硬件；蓝牙RF收发模块用于建立与移动设备端/音频设备端的连接及数据传输；音频编解码模块用于编解输入输出的音频信号。

上述移动设备端的蓝牙收发模块用于建立与音频设备端的连接及数据传输；网络收发模块用于连接3G、4G、5G、WIFI或有线网络。

上述后台服务器的服务器网络收发模块用于连接WIFI或有线网络以实现与移动设备端的网络数据传输；数据处理模块用于接收解析回传从移动设备端处接收到的数据信息；

该方法具体包括以下步骤：

1)音频设备端与后台服务器连接过程：音频设备端与移动设备端蓝牙连接，通过BNEP协议，移动设备端通过连接网络连接到后台服务器，以实现音频设备端与后台服务器的连接；

2）音频设备端发起网络通话请求：单个/多个音频设备端主动发起网络通话请求，后台服务器检索同码请求的设备后将其组网，形成单个/多个音频设备的网络通话组；

3）音频设备端输入音频信号至后台服务器的过程：音频设备端通过蓝牙BNEP协议，通过移动设备端连接网络与后台服务器实现连接后就可进行数据流的交互；

4）对端音频设备端接后台服务器音频信号：后台服务器下发输入的音频信号至对端音频设备端；

5）实现网络通信：两端通过后台服务器完成音频信号输入输出动作完成网络通信。

所述的一种基于BNEP协议实现音频设备端网络通话系统的方法，其特征在于：所设计的网络通话协议是基于BNEP协议的，包括数据通道和控制通道，其中数据通道完成音频原始数据的双向传输，控制通道完成对“入网”、“呼叫”、“选择音频通道”、“接听”、“拒接”和“挂断”控制行为，具体为：

1）入网：音频设备端基于蓝牙的BNEP协议，借助联网移动设备端直接与后台服务器进行通信，而后通过“入网”协议将本地识别码传输到后台服务器，完成“入网”操作，入网后即可被其他设备发现；

2）呼叫：音频设备端输入被呼叫端的唯一识别码，通过控制通道发起“呼叫”协议行为，后台服务器判断被呼叫设备是否入网，如设备入网则转发“呼叫”请求到被呼叫端；

3）接听：被呼叫端收到“呼叫”请求后可以根据需要通过“接听”协议行为与呼叫端建立音频通话服务，之后两个设备开启ADC和DAC通路完成上下行数据传输，后台服务器后续会将双方的音频流数据路由到两端设备，根据“选择音频通道”协议设定音频编码率，可靠性性能参数；

4）挂断：完成音频通话行为后，可以通过“挂断”行为结束通话行为。

所述的一种基于BNEP协议实现音频设备端网络通话的系统的方法，其特征在于：音频设备端、移动设备端蓝牙配对选择Numeric Comparison的方式，即双方都显示一个6位的数字，由用户来核对数字是否一致，并输入Yes/No，两端Yes表示一致即可配对,可以防止中间人攻击； 加密过程算法采用E0算法，在E0算法中，加密密钥Kc被修改为实际加密密钥Kc′，Kc′在1-16字节间变化，但其最大有效长度由厂商预置；增加Kc′的长度有利于增强安全性，当前64位加密密钥已足以满足大多数用户的安全要求；

EO加密算法由线性反馈移位寄存器组LFSR1～4、组合逻辑和混合器Blend组成，其中混合器Blend中T1和T2为线性变换网络，Z^-1为延迟网络，LFSRs的长度分别为25、31、33、39。

所述的一种基于BNEP协议实现音频设备端网络通话的系统的方法，其特征在于步骤1）中：音频设备端为从机，移动设备端蓝牙为主机；

从机端开机并开始广播，主机端打开蓝牙后会扫描蓝牙设备，从机被扫描到会回复主机；

主机端点击连接，从机端收到主机端的连接要求后回发出安全请求要求主机端进行配对，主机端收到从机要求配对的广播包后，就会发起配对请求；

从机收到主机的配对请求后，会回复主机同意配对；主机和从机就会进行信息传输并生成配对秘钥；

秘钥生成后主机和从机保存配对信息，配对完成。

上述一种基于BNEP协议实现音频设备端网络通话系统的方法，简化语音识别的流程，用户终端设备（例如手机）无需下载APP，不占用用户终端设备的内存资源；直接连接服务器数据库，数据传输效率高，有效降低网络通话延迟；网络通话质量高。此外借助于BNEP的协议高吞吐量和低延迟的特点，可以实现高清音频通话需要，提升通话系统音频质量，提高用户体验；实现单个/多个音频设备端网络通话；极大的提升用户的操作便利性、节约用户的内存资源、降低网络通信延迟。

附图说明

图1为本发明的系统结构方框图；

图2为本发明的系统示意图；

图3为本发明的实现流程图；

图4为本发明音频设备端与手机蓝牙配对流程图；

图5为用于机密的E0算法的实现框图；

图中：1-音频设备端、101-硬件模块、102-蓝牙内核处理模块、103-蓝牙RF收发模块、104-音频编解码模块；2-移动设备端、201-蓝牙收发模块、202-网络收发模块；3-后台服务器、301-服务器网络收发模块、302-数据处理模块。

具体实施方式

以下结合附图及具体实施例，对本发明作进一步的详细说明。

BNEP全称为Bluetooth Network Encapsulation Protocol（网络封装协议，以下简称BNEP）。BNEP是针对PAN应用设计的，它提供了构建蓝牙无线局域网的一种应用模型，BNEP能完成从IP层到L2CAP层的映射网络协议层次。蓝牙个人局域网就是利用BNEP为蓝牙设备提供组网能力，使两个或者多个蓝牙设备组成一个临时自组织网（Group Ad-hocNetwork,GN），或通过网络接入点（Network Access Point,NAP）访问远程网络。BNEP提供蓝牙协议栈和TCP/IP协议栈的转换，和IEEE802.3以太网封装支持同样的上层网络协议。BNEP净荷区的MTU定位1691个字节，可以保证网络层向下发送的以太层封包一次性传送。在数据传递方面，BNEP直接接收IP层向下发送的以太网封包，并将以太网净荷区直接复制到BNEP净荷区，加上BNEP头部之后发送到L2CAP层。

本发明所述的一种基于BNEP协议实现音频设备端网络通话系统的方法，该系统包括音频设备端1、移动设备端2、后台服务器3，音频设备端1中设置硬件模块101、蓝牙内核处理模块102、蓝牙RF收发模块103、音频编解码模块104，移动设备端2中设置蓝牙收发模块201、网络收发模块202，后台服务器3中设置服务器网络收发模块301、数据处理模块302；移动设备端2、后台服务器3的连接网络为3G、4G、5G或WIFI，音频设备端1为TWS蓝牙耳机、传统蓝牙耳机、脖挂式蓝牙耳机、蓝牙音箱或TWS蓝牙音箱；

上述音频设备端1的硬件模块101包括按键、LED灯、喇叭、麦克风；蓝牙内核处理模块102用于驱动音频设备端1的软硬件；蓝牙RF收发模块103用于建立与移动设备端2/音频设备端1的连接及数据传输；音频编解码模块104用于编解输入输出的音频信号。

上述移动设备端2的蓝牙收发模块201用于建立与音频设备端1的连接及数据传输；网络收发模块202用于连接3G、4G、5G、WIFI或有线网络。

上述后台服务器3的服务器网络收发模块301用于连接WIFI或有线网络以实现与移动设备端2的网络数据传输；数据处理模块302用于接收解析回传从移动设备端2处接收到的数据信息；

该方法 具体包括以下步骤：

1)音频设备端1与后台服务器3连接过程：音频设备端1与移动设备端2蓝牙连接，通过BNEP协议，移动设备端2通过连接网络连接到后台服务器3，以实现音频设备端1与后台服务器3的连接；

2）音频设备端1发起网络通话请求：单个/多个音频设备端1主动发起网络通话请求，后台服务器3检索同码请求的设备后将其组网，形成单个/多个音频设备的网络通话组；

3）音频设备端1输入音频信号至后台服务器3的过程：音频设备端1通过蓝牙BNEP协议，通过移动设备端2连接网络与后台服务器3实现连接后就可进行数据流的交互；

4）对端音频设备端1接后台服务器3音频信号：后台服务器3下发输入的音频信号至对端音频设备端1；

5）实现网络通信：两端通过后台服务器3完成音频信号输入输出动作完成网络通信。

本发明所设计的网络通话协议是基于BNEP协议的，包括数据通道和控制通道，其中数据通道完成音频原始数据的双向传输（根据音质需要可以选择CVSD,ADPCM等音频编码算法）；控制通道完成对“入网”、“呼叫”、“选择音频通道”、“接听”、“拒接”和“挂断”控制行为，具体为：

1）入网：音频设备端1基于蓝牙的BNEP协议，借助联网移动设备端2直接与后台服务器3进行通信，而后通过“入网”协议将本地识别码传输到后台服务器3，完成“入网”操作，入网后即可被其他设备发现；

2）呼叫：音频设备端1输入被呼叫端的唯一识别码，通过控制通道发起“呼叫”协议行为，后台服务器3判断被呼叫设备是否入网，如设备入网则转发“呼叫”请求到被呼叫端；

3）接听：被呼叫端收到“呼叫”请求后可以根据需要通过“接听”协议行为与呼叫端建立音频通话服务，之后两个设备开启ADC和DAC通路完成上下行数据传输，后台服务器3后续会将双方的音频流数据路由到两端设备，根据“选择音频通道”协议设定音频编码率，可靠性性能参数；

4）挂断：完成音频通话行为后，可以通过“挂断”行为结束通话行为。

本发明音频设备端1、移动设备端2蓝牙配对选择Numeric Comparison的方式，即双方都显示一个6位的数字，由用户来核对数字是否一致，并输入Yes/No，两端Yes表示一致即可配对,可以防止中间人攻击； 加密过程算法采用E0算法，在E0算法中，加密密钥Kc被修改为实际加密密钥Kc′，Kc′在1-16字节间变化，但其最大有效长度由厂商预置；增加Kc′的长度有利于增强安全性，当前64位加密密钥已足以满足大多数用户的安全要求。

蓝牙加密E0算法是蓝牙链路层的加密算法，属于流加密方式，即将数据流与密钥比特流进行异或运算,对每一分组的有效载荷的加密是单独进行的，它发生在循环冗余校验之后，前向纤错编码之前。主要原理是利用线性反馈移位寄存器产生伪随机序列，从而形成可用于加密的密钥流，然后将密钥流与要加密的数据流进行异或，实现加密。解密时把密文与同样的密钥流再异或一次就可得到明文。

关于EO加密算法如图5所示。EO加密算法主要有：线性反馈移位寄存器组(LinearFeedback Shift Registcr，LFSR)，(LFSR1～4)、组合逻辑和复合器(Blend)3部分组成，其中Blend中T1和T2为线性变换网络，Z-1为延迟网络。LFSRs的长度分别为25、31、33、39。采用多个LFSR是为了增加生成的伪随机序列的长度和随机性。当产生加密流时，LFSRs需要赋予初值（种子）。四个LFSR再加上各是两位的Ct和Ct+1共计132位，由主设备地址ADR(48位)、时钟CL(26位)和链路层加密私钥Kc（最多128位）提供，Kc由E0算法产生的

本发明音频设备端1为从机，移动设备端2蓝牙为主机；

从机端开机并开始广播，主机端打开蓝牙后会扫描蓝牙设备，从机被扫描到会回复主机；主机端点击连接，从机端收到主机端的连接要求后回发出安全请求要求主机端进行配对，主机端收到从机要求配对的广播包后，就会发起配对请求；从机收到主机的配对请求后，会回复主机同意配对；主机和从机就会进行信息传输并生成配对秘钥；秘钥生成后主机和从机保存配对信息，配对完成。

目前主流的手机系统集成有BNEPProfile，按照蓝牙规范，在音频设备端1实现BNEPProfile，而后音频设备端1和移动设备端2建立链接，通过BNEP音频设备就可以通过移动设备的无线网络直接与后台服务器3进行通信，至此音频设备端1和后台服务器3就可以实现双向通信。每个音频设备端1在后台服务器3注册一个唯一识别码（如手机号），这样后台服务器3就可以区分各个音频设备端1，通过设计一套基于BNEP的《网络通话协议》就可以通过后台服务器3与另外一个音频设备端1进行音频交互。根据音频设备端1音频资源情况，如能提供充足的IO资源，在音频设备端1即可发起“拨号”服务，直接与另一端建立通话行为。如音频设备端1无充足的IO资源，也可以作为“被呼叫”端，随时响应“呼入”请求。

BNEP是蓝牙标准协议，基于BNEP能够完成音频设备端1与后台服务器3的直接通信。一般而言通话系统对音频传输的速率要求只需要8KMono 16bit，也就是128Kbps，同时也可以承载高清语音通话需要。BNEP的数据吞吐量足够满足通话音频传输需要。

本发明相比于传统基于电信运营商的通话系统，有两大优势：一方面使用的是流量，不需要支付高昂的通话费；另一方面可以实现高清音频通话功能。相比于手机安装的网络通信系统，可以无需用户额外安装应用，只需要有音频设备就可以实现网络通话功能，避免用户安装其他无用的APP。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式作出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于BNEP协议实现音频设备端网络通话系统的方法，其特征在于该系统包括音频设备端（1）、移动设备端（2）、后台服务器（3），音频设备端（1）中设置硬件模块（101）、蓝牙内核处理模块（102）、蓝牙RF收发模块（103）、音频编解码模块（104），移动设备端（2）中设置蓝牙收发模块（201）、网络收发模块（202），后台服务器（3）中设置服务器网络收发模块（301）、数据处理模块（302）；移动设备端（2）、后台服务器（3）的连接网络为3G、4G、5G或WIFI，音频设备端（1）为TWS蓝牙耳机、传统蓝牙耳机、脖挂式蓝牙耳机、蓝牙音箱或TWS蓝牙音箱；

上述音频设备端（1）的硬件模块（101）包括按键、LED灯、喇叭、麦克风；蓝牙内核处理模块（102）用于驱动音频设备端（1）的软硬件；蓝牙RF收发模块（103）用于建立与移动设备端（2）/音频设备端（1）的连接及数据传输；音频编解码模块（104）用于编解输入输出的音频信号。

2.上述移动设备端（2）的蓝牙收发模块（201）用于建立与音频设备端（1）的连接及数据传输；网络收发模块（202）用于连接3G、4G、5G、WIFI或有线网络。

3.上述后台服务器（3）的服务器网络收发模块（301）用于连接WIFI或有线网络以实现与移动设备端（2）的网络数据传输；数据处理模块（302）用于接收解析回传从移动设备端（2）处接收到的数据信息；

该方法具体包括以下步骤：

1)音频设备端（1）与后台服务器（3）连接过程：音频设备端（1）与移动设备端（2）蓝牙连接，通过BNEP协议，移动设备端（2）通过连接网络连接到后台服务器（3），以实现音频设备端（1）与后台服务器（3）的连接；

2）音频设备端（1）发起网络通话请求：单个/多个音频设备端（1）主动发起网络通话请求，后台服务器（3）检索同码请求的设备后将其组网，形成单个/多个音频设备的网络通话组；

3）音频设备端（1）输入音频信号至后台服务器（3）的过程：音频设备端（1）通过蓝牙BNEP协议，通过移动设备端（2）连接网络与后台服务器（3）实现连接后就可进行数据流的交互；

4）对端音频设备端（1）接后台服务器（3）音频信号：后台服务器（3）下发输入的音频信号至对端音频设备端（1）；

5）实现网络通信：两端通过后台服务器（3）完成音频信号输入输出动作完成网络通信。

4.如权利要求1所述的一种基于BNEP协议实现音频设备端网络通话系统的方法，其特征在于：所设计的网络通话协议是基于BNEP协议的，包括数据通道和控制通道，其中数据通道完成音频原始数据的双向传输，控制通道完成对“入网”、“呼叫”、“选择音频通道”、“接听”、“拒接”和“挂断”控制行为，具体为：

1）入网：音频设备端（1）基于蓝牙的BNEP协议，借助联网移动设备端（2）直接与后台服务器（3）进行通信，而后通过“入网”协议将本地识别码传输到后台服务器（3），完成“入网”操作，入网后即可被其他设备发现；

2）呼叫：音频设备端（1）输入被呼叫端的唯一识别码，通过控制通道发起“呼叫”协议行为，后台服务器（3）判断被呼叫设备是否入网，如设备入网则转发“呼叫”请求到被呼叫端；

3）接听：被呼叫端收到“呼叫”请求后可以根据需要通过“接听”协议行为与呼叫端建立音频通话服务，之后两个设备开启ADC和DAC通路完成上下行数据传输，后台服务器（3）后续会将双方的音频流数据路由到两端设备，根据“选择音频通道”协议设定音频编码率，可靠性性能参数；

4）挂断：完成音频通话行为后，可以通过“挂断”行为结束通话行为。

5.如权利要求1所述的一种基于BNEP协议实现音频设备端网络通话的系统的方法，其特征在于：音频设备端（1）、移动设备端（2）蓝牙配对选择Numeric Comparison的方式，即双方都显示一个6位的数字，由用户来核对数字是否一致，并输入Yes/No，两端Yes表示一致即可配对,可以防止中间人攻击；加密过程算法采用E0算法，在E0算法中，加密密钥Kc被修改为实际加密密钥Kc′，Kc′在1-16字节间变化，但其最大有效长度由厂商预置；增加Kc′的长度有利于增强安全性，当前64位加密密钥已足以满足大多数用户的安全要求；

EO加密算法由线性反馈移位寄存器组LFSR1～4、组合逻辑和混合器Blend组成，其中混合器Blend中T1和T2为线性变换网络，Z^-1为延迟网络，LFSRs的长度分别为25、31、33、39。

6.如权利要求1所述的一种基于BNEP协议实现音频设备端网络通话的系统的方法，其特征在于步骤1）中：音频设备端（1）为从机，移动设备端（2）蓝牙为主机；

从机端开机并开始广播，主机端打开蓝牙后会扫描蓝牙设备，从机被扫描到会回复主机；

主机端点击连接，从机端收到主机端的连接要求后回发出安全请求要求主机端进行配对，主机端收到从机要求配对的广播包后，就会发起配对请求；

从机收到主机的配对请求后，会回复主机同意配对；主机和从机就会进行信息传输并生成配对秘钥；

秘钥生成后主机和从机保存配对信息，配对完成。

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