CN112367649A

CN112367649A - 一种低功耗蓝牙的数据发现方法、装置以及电子设备

Info

Publication number: CN112367649A
Application number: CN202011052236.1A
Authority: CN
Inventors: 李明春; 张智钧
Original assignee: Beijing Ruanhui Technology Co ltd
Current assignee: Beijing Zhilian Anhang Technology Co.,Ltd.
Priority date: 2020-09-29
Filing date: 2020-09-29
Publication date: 2021-02-12

Abstract

本说明书一个或多个实施例提供了一种低功耗蓝牙的数据发现方法、装置以及电子设备；所述方法包括：获取在BLE通信过程中，广播阶段的主设备发送出的连接请求数据包；以此来确定在BLE通信阶段，数据按照既定跳转序列进行跳频过程时，数据所在的信道；其中所述的连接请求数据包，主要关键参数包括：访问地址，跳转增量，CRC initial seed(循环冗余校验初始化种子)；其中所述的定义跳转序列的关键组成包括：广播信道索引，跳转间隔，跳转增量。在发现BLE通信阶段的数据信道后，可解包BLE的通信数据包，解决BLE在通信阶段无法获取数据的技术问题，进而分析数据包内容进行BLE通信安全评估等工作。

Description

一种低功耗蓝牙的数据发现方法、装置以及电子设备

技术领域

本说明书一个或多个实施例涉及蓝牙通信技术领域，尤其涉及一种低功耗蓝牙的数据发现方法。

背景技术

BLE(低耗功蓝牙)于蓝牙核心规格4.0版本提出，专为物联网开发的蓝牙技术版本。为了评估BLE传输安全，通常需获取BLE数据进行分析。如图1所示，蓝牙设备建立连接的过程可以分为广播阶段和通信阶段。现有的方案是在BLE设备广播阶段发现设备，并依据设备的物理地址，获取设备发送的广播包用以评估。设备的物理地址只有在广播阶段可以被发现，在该阶段，想要被连接的从设备会广播带有自身物理地址信息的广播包，等待主设备扫描请求。而一旦BLE连接建立，设备的物理地址无法再被发现。这种方案的不足是只能获取到广播阶段广播信道的数据包，由于无法获得设备连接后的物理地址，进而无法获得连接建立后，设备通信过程中各信道的数据包，因而存在局限性。

发明内容

有鉴于此，本说明书一个或多个实施例的目的在于提出一种BLE的数据发现方法，在BLE建立通信连接后，仍然可以获取通信数据的技术，克服了获取数据必先获取设备物理地址进行连接的技术偏见，解决了在设备建立连接后的通信阶段，无法获取通信数据的问题。获取的通信阶段的数据包可被分析后，用于通信安全评估等工作。

基于上述目的，本说明书一个或多个实施例提供了一种低功耗蓝牙的数据发现方法，包括：

获取广播阶段，由主设备发送的连接请求数据包，并解码出与所述连接请求数据包相关的关键参数；

在应用跳频扩频技术的条件下，按照数据跳频过程中的跳转序列定义的规则，使用所述关键参数预测跳频频率；

跟随所述跳频频率，抓取数据包，并解包位于所述跳频频率上的所述数据包。

基于同一发明构思，本书明书一个或多个实施例还提供了一种低功耗蓝牙的数据发现装置，包括：

获取模块，被配置为获取广播阶段，由主设备发送的连接请求数据包，并解码出与所述连接请求数据包相关的关键参数；

预测模块，被配置为在应用跳频扩频技术的条件下，按照数据跳频过程中的跳转序列定义的规则，使用所述关键参数预测跳频频率；

抓取、解析模块，被配置为跟随所述跳频频率，抓取数据包，并解包位于所述跳频频率上的所述数据包。

基于同一发明构思，本书明书一个或多个实施例还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上任意一项所述的方法。

从上面所述可以看出，本说明书一个或多个实施例提供的低功耗蓝牙的数据发现方法、装置和电子设备，基于跟踪数据的跳频扩频，综合考虑了数据通信的整体过程，克服了依赖设备物理地址获取通信数据的技术偏见，实现了在设备建立连接后的通信阶段，有效的抓取连接请求数据包，相对于只片面评估广播阶段数据包的方式，为评估通信安全，提供了更为全面，准确，的方案，有效完善了BLE通信中安全评估的效果以及完整性。

附图说明

为了更清楚地说明本说明书一个或多个实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书一个或多个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本说明书BLE主从设备连接以及通信过程示意图；

图2为本说明书一个或多个实施例中BLE数据发现的方法步骤示意图；

图3为本说明书一个或多个实施例中BLE数据发现的硬件装置结构示意图；

图4为本说明书一个或多个实施例中BLE数据发现的硬件装置模块示意图；

图5为本说明书一个或多个实施例中的电子设备结构示意图。

具体实施方式

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。

需要说明的是，除非另外定义，本说明书一个或多个实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本说明书一个或多个实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

如背景技术部分所述，现有的技术方案，难以满足BLE通信阶段获取数据的需要。如图1所示，所述BLE主从设备之间的通信过程被分为广播阶段和通信阶段。申请人在实现本公开的过程中发现，无法获取BLE通信阶段数据的问题在于：不同于BLE设备在广播阶段的通信，是开放式广播的，发出的数据包或广播包是带有自身物理地址信息的，是所有其他BLE主设备皆可扫描发现的；通信阶段的BLE主从设备处于连接状态，而连接状态下的每对BLE主从设备的通信是经过加密的，是非开放式广播的，且BLE主从设备的物理地址是无法被其他设备扫描发现的。实际上，通信数据在主从设备的物理地址之间，经由特定的通信信道传输。从信道中而非物理地址端，获取通信数据的方式，由于通信时数据会频繁更换其所在的实时信道，即跳频扩频过程，使得探知数据所在信道产生一定困难，因此，依靠频率跟踪获取数据的方式往往是被忽略的。

根据表1所示，在BLE的40个信道中，广播阶段的广播信道为信道37，38，39；其余的37个信道：信道0至信道36为通信阶段的通信信道。其中，广播信道索引37，38，39，并非于广播信道37，38，39为一一对应的关系，而是离散分布在40个信道当中。表1示出了频率按照固定的增量值阶跃，对应了不同的信道，因此BLE设备的通信信道与通信频率的概念是等价的，获取数据通信的实时信道，可视为等价于获取数据通信的跳频频率；所述3个广播信道，等同于3个广播频率；其余所述37个通信信道，等同于37个通信频率；预测跳频频率，等同于预测信道。

表1信道频率对照表

信道	频率/MHz	信道功能	数据信道索引	广播信道索引
					0	2402	广播	无	37
1	2404	数据	0	无
					2	2406	数据	1	无
...	...	数据	...	无
					12	2426	广播	无	38
13	2428	数据	11	无
					...	...	数据		无
39	2480	广播	无	39

有鉴于此，本说明书一个或多个实施例提供了一种BLE的数据发现方法，具体的，首先获取广播阶段，由主设备发送的连接请求数据包，并解码出与所述连接请求数据包相关的关键参数，其中包括访问地址、跳转增量和CRC initial seed。然后，在应用跳频扩频技术的条件下，按照数据跳频过程中的跳转序列定义的规则，使用所述关键参数预测跳频频率。其中所述的跳转序列定义的规则，包含了频率以及时间，具体的，是由跳转间隔，广播信道索引，和跳转增量组成。进一步的，根据预测的跳频频率，实时跟踪数据包，并时间准确地在正确信道上，抓取通信阶段数据包，并解包位于所述跳频频率上的所述数据包。

可见，本说明书一个或多个实施例的低功耗蓝牙数据发现方法，基于跟踪数据的跳频扩频，综合考虑了数据通信的整体过程，克服了依赖设备物理地址获取通信数据的技术偏见，实现了在设备建立连接后的通信阶段，有效的抓取连接请求数据包，相对于只片面评估广播阶段数据包的方式，为评估通信安全，提供了更为全面，准确，的方案，有效完善了BLE通信中安全评估的效果以及完整性。

以下，通过具体的实施例来详细说明本说明书一个或多个实施例的技术方法。参考图2，本说明书一个实施例的低功耗蓝牙的数据发现方法，包括步骤：

步骤S201、获取广播阶段，由主设备发送的连接请求数据包，并解码出与所述连接请求数据包相关的关键参数。

本步骤中，首先获取在广播阶段，于广播信道37，38，39之中任一信道上，获取主设备发送至从设备的连接请求数据包。由于广播信道只有三个，但无法得知是具体哪一个，因此需要一一尝试获取，并且有一一尝试的可能性，在本实施例中对于具体广播信道的位置，不做具体限定。

在获取到所述连接请求数据包后，从其中解码出与所述连接请求数据包相关的关键参数，具体的，包括：跳转增量，访问地址，CRC initial seed(循环冗余校验种子)。

步骤S202、在应用跳频扩频技术的条件下，按照数据跳频过程中的跳转序列定义的规则，使用所述关键参数预测跳频频率。

在本实施例中，所述的跳转增量是由连接请求数据包中直接获得的，用以判断数据在下一跳频时，跳转到哪一个信道中。

所述的跳转序列定义的规则由跳转增量、跳转间隔和广播信道索引组成，其中，跳转增量和广播信道索引，用来定义频率，跳转间隔用来定义时间，具体执行，由频率算法和跳转间隔共同具体执行，以预测在确定的时间时刻，数据包停留在确定的信道上。

对于本实施例所述的频率算法，其伪代码表达为：

currentIndex＝0

hopIncrement＝from connection request packet

for i＝0to 38

currentIndex＝(currentIndex+hopIncrement)％37

所述伪代码具体的解释为：

将当前信道索引，加上跳转增量，得到下次信道索引；其中当前信道索引，为上述前置步骤中，装置设备发现连接请求数据包时，连接请求数据包所在的广播信道引；其中下次信道索引，为下次运算中的当前信道索引，是3个广播信道之外的，其余的37个信道之一。

本实施例中的跳转间隔的具体执行方式为：

将两个连续数据包出现的时间间隔，除以37，将得到跳频的跳转间隔。

步骤S203、跟随所述跳频频率，抓取通信阶段数据包，并解包位于所述跳频频率上的所述数据包。

在此步骤中，将控制频率按照上一步骤中的频率预测结果跳转，具体的，在信道跳转的时间节点上，按照固定的跳转间隔进行跳转；在信道跳转的距离上，按照运算的跳转增量进行跳转，以达到跳频跟随的效果，并进一步在锁定的频率上抓取数据包，以对其进行解析。

基于同一发明构思，本书明书一个或多个实施例还提供了一种低功耗蓝牙数据的发现装置。参考图4，所述的低功耗蓝牙数据的发现装置，包括：

获取模块S401，被配置为获取广播阶段，由主设备发送的连接请求数据包，并解码出与所述连接请求数据包相关的关键参数。

预测模块S402，被配置为在应用跳频扩频技术的条件下，按照数据跳频过程中的跳转序列定义的规则，使用所述关键参数预测跳频频率。

抓取、解析模块S403，被配置为跟随所述跳频频率，抓取数据包，并解包位于所述跳频频率上的所述数据包。

作为一个可选的实施例，结合图3中的具体结构，所述获取模块S401，具体被配置为，从广播信道37，38，以及39中任一信道开始尝试跟踪由主设备发送的连接请求数据包的射频信号。由于广播信道只有3个，硬件装置通过2.4GHz天线，依次对3个信道进行连接请求数据包的扫描。

进一步的，在装置发现广播信道上由主设备发送的，连接请求数据包的射频信号后，与所述2.4GHz天线连接的2.4GHz ISM前端射频芯片，将对射频信号进行放大，滤波，和除噪的工作。

进一步的，信号将由所述2.4GHz ISM前端射频芯片传递至2.4GHz ISM基带芯片，对射频信号进行进一步的调制解调，其作用为将模拟信号转化为数字信号。

进一步的，调制解调后的数字信号，由2.4GHz ISM基带芯片发送至MCU，MCU对连接请求数据包进行解码，并从中获取跟随跳频的关键参数，包括：访问地址，跳转增量，CRCinitial seed；其中，CRC initial seed根据线性反馈移位寄存器计算得出，并用做获取连接请求数据包中其他内容。

作为一个可选的实施例，结合图3中的具体结构，所述获取模块S402，具体被配置为，利用MCU预设的跳转序列定义的规则，预测跳频频率。

其中MCU将执行跳转序列定义的规则，具体的操作为：

在定义频率的部分，按照具体的频率算法，将当前信道索引，加上跳转增量，得到下次信道索引；其中当前信道索引，为上述前置步骤中，装置设备发现数据包时，数据包所在的广播信道索引；下次信道索引，为下次运算中的当前信道索引，若下次跳转至通信信道，则下次运算中的当前信道索引，为剩余的37个通信信道。

其中所述的跳转算法伪代码表达为：

currentIndex＝0

hopIncrement＝from connection request packet

for i＝0to 38

currentIndex＝(currentIndex+hopIncrement)％37

在定义时间的部分，将两个连续数据包出现的时间间隔，除以37，得到跳频的跳转间隔。

作为一个可选的实施例，结合图3中的具体结构，所述获取模块S403，具体被配置为，利用MCU调整控制基带芯片的调制频率至预测频率，实现在BLE主从设备跳频的同时，MCU将控制所述2.4GHz ISM基带芯片，将其自身的频率，调整为，在信道跳转的时间节点上，按照固定的跳转间隔跳转；在信道跳转的距离上，按照所述频率算法的结果进行跳转，由此实现装置的频率与BLE主从设备通信的频率，在通信阶段的通信信道上，进行同时同距离的跳变，并抓取信道上的数据包。所述数据包经过MCU的解析后，通过与所述MCU相连的USB接口，传送至PC端呈现，以便进行后续的通信安全评估等工作。

需要说明的是，本说明书一个或多个实施例的方法，所述方法的使用场景，可以包括：1、由单点对单点场的主从设备执行通信的过程，例如一台计算机与一个蓝牙键盘的通信等。2、单点对多点的拓扑结构场景下，由多组主从设备分别各自完成通信过程，例如一台计算机为主设备，一个蓝牙键盘，一个蓝牙鼠标，一个蓝牙耳机同时作为从设备的通信等。

上述对本说明书特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。

为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种模块分别描述。当然，在实施本说明书一个或多个实施例时可以把各模块的功能在同一个或多个软件/或硬件中实现。

上述实施例的装置用于实现前述实施例中相应的方法，并且具有相应的方法实施例的有益效果，在此不再赘述。

基于同一发明构思，本说明书一个或多个实施例还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上任意一实施例所述的低功耗蓝牙的数据发现方法。

图5示出了本实施例所提供的一种更为具体的电子设备硬件结构示意图，该设备可以包括：处理器1010、存储器1020、输入/输出接口1030、通信接口1040和总线1050。其中处理器1010、存储器1020、输入/输出接口1030和通信接口1040通过总线1050实现彼此之间在设备内部的通信连接。

处理器1010可以采用通用的CPU(Central Processing Unit，中央处理器)、微处理器、应用专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、或者一个或多个集成电路等方式实现，用于执行相关程序，以实现本说明书实施例所提供的技术方案。

存储器1020可以采用ROM(Read Only Memory，只读存储器)、RAM(Random AccessMemory，随机存取存储器)、静态存储设备，动态存储设备等形式实现。存储器1020可以存储操作系统和其他应用程序，在通过软件或者固件来实现本说明书实施例所提供的技术方案时，相关的程序代码保存在存储器1020中，并由处理器1010来调用执行。

输入/输出接口1030用于连接输入/输出模块，以实现信息输入及输出。输入输出/模块可以作为组件配置在设备中(图中未示出)，也可以外接于设备以提供相应功能。其中输入设备可以包括键盘、鼠标、触摸屏、麦克风、各类传感器等，输出设备可以包括显示器、扬声器、振动器、指示灯等。

通信接口1040用于连接通信模块(图中未示出)，以实现本设备与其他设备的通信交互。其中通信模块可以通过有线方式(例如USB、网线等)实现通信，也可以通过无线方式(例如移动网络、WIFI、蓝牙等)实现通信。

总线1050包括一通路，在设备的各个组件(例如处理器1010、存储器1020、输入/输出接口1030和通信接口1040)之间传输信息。

需要说明的是，尽管上述设备仅示出了处理器1010、存储器1020、输入/输出接口1030、通信接口1040以及总线1050，但是在具体实施过程中，该设备还可以包括实现正常运行所必需的其他组件。此外，本领域的技术人员可以理解的是，上述设备中也可以仅包含实现本说明书实施例方案所必需的组件，而不必包含图中所示的全部组件。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本公开的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本说明书一个或多个实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。

另外，为简化说明和讨论，并且为了不会使本说明书一个或多个实施例难以理解，在所提供的附图中可以示出或可以不示出与集成电路(IC)芯片和其他部件的公知的电源/接地连接。此外，可以以框图的形式示出装置，以便避免使本说明书一个或多个实施例难以理解，并且这也考虑了以下事实，即关于这些框图装置的实施方式的细节是高度取决于将要实施本说明书一个或多个实施例的平台的(即，这些细节应当完全处于本领域技术人员的理解范围内)。在阐述了具体细节(例如，电路)以描述本公开的示例性实施例的情况下，对本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下或者这些具体细节有变化的情况下实施本说明书一个或多个实施例。因此，这些描述应被认为是说明性的而不是限制性的。

尽管已经结合了本公开的具体实施例对本公开进行了描述，但是根据前面的描述，这些实施例的很多替换、修改和变型对本领域普通技术人员来说将是显而易见的。例如，其它存储器架构(例如，动态RAM(DRAM))可以使用所讨论的实施例。

本说明书一个或多个实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本说明书一个或多个实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims

1.一种低功耗蓝牙的数据发现方法，其特征在于，包括：

跟随所述跳频频率，抓取通信阶段数据包，并解包位于所述跳频频率上的所述数据包。

2.根据权利要求1所述的低功耗蓝牙的数据发现方法，其特征在于，所述关键参数，包括：访问地址、跳转增量和循环冗余校验种子；

所述跳转序列定义的规则，其组成包括：广播信道索引、跳转间隔和所述跳转增量。

3.根据权利要求2所述的低功耗蓝牙的数据发现方法，其特征在于，所述的访问地址是根据低功耗蓝牙协议的链路层数据包格式直接获取的。

4.根据权利要求2所述的低功耗蓝牙的数据发现方法，其特征在于，所述的跳转增量增值是解码所述连接请求数据包得到的。

5.根据权利要求2所述的低功耗蓝牙的数据发现方法，其特征在于，所述的循环冗余校验种子是根据线性反馈移位寄存器计算得出的。

6.根据权利要求2所述的低功耗蓝牙的数据发现方法，其特征在于，所述的跳转间隔是根据某一信道两个连续数据包的出现时间间隔除以37得到的。

7.根据权利要求2所述的低功耗蓝牙的数据发现方法，其特征在于，所述广播信道索引是获取所述连接请求数据包时，所述连接请求数据包所在的当前信道索引；

所述跳转增量，与所述当前信道索引，共同作用于通信信道的频率算法的运算中，并得到下次信道索引；所述频率算法为：

将所述当前信道索引，加上所述跳转增量，得到下次信道索引。

8.根据权利要求1所述的低功耗蓝牙的数据发现方法，其特征在于，所述的跳频扩频技术，要求收发双方传输信号的载波频率，按照所述跳转序列定义的规则进行离散变化，并且阶跃值是固定的。

9.一种低功耗蓝牙的数据发现装置，其特征在于，包括：

抓取解析模块，被配置为跟随所述跳频频率，抓取数据包，并解包位于所述跳频频率上的所述数据包。

10.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至8任意一项所述的方法。