CN114390496B - 基于蓝牙ble的远程安全组网装置、方法、计算机设备和存储介质 - Google Patents

基于蓝牙ble的远程安全组网装置、方法、计算机设备和存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于蓝牙BLE的远程安全组网装置和方法，在支持双工模式的蓝牙板卡装置中自定义安全通讯协议，通过特定操作从安全数据库中取出拟发起连接请求的N个指定蓝牙设备地址和被连接的1个蓝牙板卡装置地址，再通过蓝牙BLE的GATT服务指令将地址组装成报文发送给蓝牙板卡装置，蓝牙板卡装置根据协议判断该地址是否可信任，最后建立蓝牙板卡装置和蓝牙设备的信任连接传输数据。本发明实现了远程控制多设备场景下蓝牙设备的1对1和1对多的连接，不仅可以快速有效的建立准确的数据连接，而且因为蓝牙BLE协议5.2的高速、低功耗、远距离、延时短，可以在较远的距离控制蓝牙设备的连接，并且可以通过微信扫码来控制，所以还支持异地远程控制。

Description

基于蓝牙BLE的远程安全组网装置、方法、计算机设备和存储 介质
技术领域
本发明涉及蓝牙BLE协议、经典蓝牙BT通讯、网络安全通讯领域，尤其涉及一种基于蓝牙BLE的远程安全组网装置及方法。
背景技术
经典蓝牙的连接模式是通过蓝牙sink端广播蓝牙信号，当蓝牙source端搜索到之后进行无线连接，然后再进行数据传输。但是由于目前蓝牙协议的广泛使用，在某些公众场合会有大量的蓝牙设备，导致连接失败、连接困难以及误连等情况，如何精准地指定并建立蓝牙设备之间安全的1对1、1对多的连接，成为很多应用场合的需求。
低功耗蓝牙BLE模式已经发布5.2版本，其传输速度已经高达48M/秒，支持用户自定义的GATT服务实现特定的逻辑功能。而且，部分蓝牙设备芯片可以同时工作在经典蓝牙BT模式和低功耗蓝牙BLE模式，这两种模式之间可以互相通讯。
发明内容
本发明提供了一种蓝牙BLE的远程安全组网装置和方法，可以远程通过特定操作动作，如扫二维码，将指定蓝牙设备的信息，通过基于蓝牙BLE的自定义安全连接协议，发送到蓝牙板卡装置，经过安全验证后，建立其和指定蓝牙设备之间的信任连接。
本发明采用的技术方案具体如下：
一种基于蓝牙BLE的远程安全组网方法，包括：
(1)从安全数据库获得拟发起连接请求的N个指定蓝牙设备地址和被连接的1个蓝牙板卡装置地址。
所述安全数据库存储有多个蓝牙板卡装置地址、多个蓝牙设备地址，其中，每个蓝牙板卡装置上建立有两组GATT服务，其中，服务A用于写入报文信息，服务B用于反馈连接状态信息。
(2)搜索蓝牙板卡装置的GATT服务，将获得的拟发起连接请求的N个指定蓝牙设备地址和被连接的1个蓝牙板卡装置地址组装成报文并通过服务A写入搜索到的蓝牙板卡装置，搜索到的蓝牙板卡装置收到报文后解析并判断报文中蓝牙板卡装置地址与自身地址是否相同，如相同则主动建立和报文中N个指定蓝牙设备的连接，通过服务B反馈连接成功信息，否则拒绝连接并通过服务B反馈连接错误信息。
进一步地，所述步骤(1)中，安全数据库中还包括蓝牙板卡装置及蓝牙设备的应用场景信息，应用场景、蓝牙板卡装置、蓝牙设备具有1:1:N的对应关系。
进一步地，所述步骤(1)中，依据应用场景从安全数据库直接获得所述应用场景对应的N个指定蓝牙设备地址和被连接的1个蓝牙板卡装置地址。
进一步地，所述报文包含拟发起连接请求的N个指定蓝牙设备地址、被连接的1个蓝牙板卡装置地址、拟发起连接请求的N个指定蓝牙设备地址、被连接的1个蓝牙板卡装置地址的总数据长度。
进一步地，所述步骤(1)中，每个蓝牙板卡装置建立的GATT服务具有相同的UUID，每个蓝牙板卡装置建立的服务A具有相同的UUID，每个蓝牙板卡装置建立的服务B具有相同的UUID。
进一步地，所述步骤(2)中，搜索蓝牙板卡装置的GATT服务具体为：首先搜索GATT服务的UUID，然后再搜索GATT服务中的服务A的UUID和服务B的UUID。
进一步地，所述蓝牙板卡装置默认处于服务A状态。
一种基于蓝牙BLE的远程安全组网装置，包括：
安全数据库，所述安全数据库存储有多个蓝牙板卡装置地址、多个蓝牙设备地址，其中，每个蓝牙板卡装置上建立有两组GATT服务，其中，服务A用于写入报文信息，服务B用于反馈连接状态信息。
地址获取模块，从安全数据库获得拟发起连接请求的N个指定蓝牙设备地址和被连接的1个蓝牙板卡装置地址。
搜索模块，用于搜索蓝牙板卡装置的GATT服务，将获得的拟发起连接请求的N个指定蓝牙设备地址和被连接的1个蓝牙板卡装置地址组装成报文并通过服务A写入搜索到的蓝牙板卡装置。
判断模块，用于所述搜索到的蓝牙板卡装置收到报文后解析并判断报文中蓝牙板卡装置地址与自身地址是否相同，如相同则主动建立和报文中N个指定蓝牙设备的连接，通过服务B反馈连接成功信息，否则拒绝连接并通过服务B反馈连接错误信息。
一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序所述处理器执行所述计算机程序是实现上述方法的步骤。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)安全管控：蓝牙设备和蓝牙板卡装置的地址都被纳入统一的安全数据库中进行管控；设备和装置之间的远程通信连接从发起、连接、断开都有安全协议进行保障；
(2)精准配对：由于采用的远程安全协议中包含了设备硬件的信息，如物理地址、设备名称等，可以建立精准配对的1对1或1对多的连接，规避了公众场合发现过多的蓝牙设备、设备重名或者设备过多查找困难、无法准确连接等问题；
(3)距离较远：使用支持蓝牙BLE5.0及以上版本的硬件蓝牙板卡装置，远程连接协议理论上可以达到300米，实际工作距离100米左右，可以在较为广阔的空间内，建立和指定蓝牙设备之间连接，实现数据传输；
(4)远程控制：通过约定的操作动作，如扫码操作、按键点击等，通过GATT服务建立安全连接，就可以异地远程控制蓝牙设备和制定蓝牙板卡装置之间的连接和通讯；
(5)低耗节能：通过蓝牙BLE协议，每次远程安全连接交互数据量小、连接快，通讯时间2-3毫秒,发起2万次连接请求的实际工作时间仅为1分钟；等待连接的过程可以处于休眠状态，因此能耗非常低，普通一颗纽扣电池也能工作长达1年。
附图说明
图1为安全数据库结构图；
图2为GATT自定义服务图；
图3为微信小程序扫码逻辑图；
图4为BLE通讯逻辑图；
图5为地址消息报文结构图；
图6为信任地址匹配逻辑图；
图7为蓝牙板卡1对2工作逻辑图。
具体实施方式
以下结合附图详细说明本发明基于蓝牙BLE的安全组网方法的具体实施步骤。下述实例用以进一步说明本发明，但并不由此限制本发明范围。
一种基于蓝牙BLE的远程安全组网方法，包括：
(1)从安全数据库获得拟发起连接请求的N(N为正整数)个指定蓝牙设备地址和被连接的1个蓝牙板卡装置地址。
所述安全数据库用于设备地址管理，存储有多个蓝牙板卡装置地址、多个蓝牙设备地址，以便选择。作为一优选方案，安全数据库中还存储有蓝牙板卡装置及蓝牙设备的应用场景信息，应用场景、蓝牙板卡装置、蓝牙设备具有1:1:N的对应关系。应用场景信息可以为应用场景的名称、应用场景ID等，所述安全数据库的构建方法具体如下：
如图1所示，在安全数据库中建立蓝牙板卡装置地址库、蓝牙设备地址库、应用场景信息库，并且建立上述三者之间的数据关联；数据关联关系的描述为：先建立蓝牙板卡地址库、蓝牙设备地址库和应用场景的信息库；然后，依据实际应用场景中使用的蓝牙板卡装置和蓝牙设备，建立应用场景ID、蓝牙板卡和蓝牙设备的1:1:N的对应关系。
示例性地，在教学中，多位老师在1个教室中使用蓝牙麦克风设备，通过1个蓝牙板卡装置连接的普通音箱扩音进行教学工作；也可以是多个对象使用蓝牙设备在某个会议室中，通过1个蓝牙板卡装置连接的音箱扩音进行发言交流等等，则应用场景ID为教室编号或者会议室编号，依据应用场景ID便可直接获得应用场景中对应的蓝牙板卡装置地址及N个指定蓝牙设备地址。
在上述示例中，如图3所示，所述应用场景ID还可以以二维码的形式布置于应用场景中，便于使用者通过操作约定的动作，如，微信小程序扫二维码，进入BLE客户端，客户端根据二维码解析的应用场景ID，从数据库里取出该应用场景对应的，拟发起连接请求的N个指定蓝牙设备地址和被连接的1个蓝牙板卡地址。
本发明中的每个蓝牙板卡装置均为支持双工模式(经典蓝牙BT和蓝牙BLE)的蓝牙板卡，每个蓝牙板卡装置上建立有两组GATT服务，其中，服务A用于写入报文信息，服务B用于反馈连接状态信息，蓝牙板卡默认处于等待外部蓝牙设备将地址写入服务A的状态。
作为一优选方案，每个蓝牙板卡装置建立的GATT服务具有相同的UUID，每个蓝牙板卡装置建立的服务A具有相同的UUID，每个蓝牙板卡装置建立的服务B具有相同的UUID。示例性地，每个蓝牙板卡装置上建立两组GATT服务的过程如下：
如图2所示，蓝牙板卡装置的蓝牙芯片(例如高通QCC3034)创建BLE服务器，自定义GATT服务，约定某个具体数值作为UUID开头8位，比如以0000FFF0开头；然后在该服务下创建2个特征值服务，其中服务A的UUID以0000FFF2开头，提供地址信息服务，可以让客户端将组装成报文的地址数据写入；服务B的UUID以0000FFF1开头，提供连接消息通知服务，客户端通过该服务获取蓝牙板卡装置的工作状态。服务创建之后，蓝牙板卡装置处于等待状态，等待蓝牙BLE客户端的将外部蓝牙设备将地址写入服务A的请求。
(2)依据获得拟连接的蓝牙板卡装置和蓝牙设备地址进行组网，具体包括以下子步骤：(2.1)获得拟连接的蓝牙板卡装置和蓝牙设备地址后进入BLE客户端搜索蓝牙板卡装置指定的GATT服务；优选地，可以依据UUID进行搜索，过程具体如图4所示，微信小程序建立BLE客户端，搜索具有指定开头的BLE服务(比如上述中UUID为0000FFF0开头的服务)；如果发现，则继续查找GATT服务下具有写地址的特征服务(比如上述UUID为0000FFF2开头的服务)。
(2.2)当搜索到该服务后，根据自定义安全协议的格式，将地址组装成报文，写入服务A的地址特征值；自定义规格的报文格式具体如图5所示，是由五部分组成，分别为报文头、报文长度、蓝牙设备地址列表、蓝牙板卡地址和报文结束标识；其中报文头为0x01，报文结束为0x0D 0x0A，报文长度是蓝牙设备地址列表的总长度和蓝牙板卡地址之和，蓝牙设备地址列表是由N个拟连接的6位蓝牙设备地址组成，蓝牙板卡地址是1个3位的蓝牙物理地址。
(2.3)如图6所示，当蓝牙板卡装置接收到蓝牙BLE客户端写入到服务A的报文数据后，蓝牙板卡装置根据协议取出蓝牙板卡装置地址和蓝牙设备地址列表；先判断自身地址是否与解析的蓝牙板卡装置地址相同，如果不同则丢弃报文不予连接，并将断连消息通过服务B反馈给客户端，这样可以在多个蓝牙板卡装置同时存在的场景下，准确连接到指定蓝牙板卡装置上；
如图7，如果自身地址与蓝牙板卡装置地址相同，扫描蓝牙设备的无线信号，如果扫描到的蓝牙设备地址，与报文信息解析得到的蓝牙设备地址一致，则建立数据连接，并且将连接成功消息通过服务B反馈给客户端。如果没有扫描到地址匹配的蓝牙设备，则继续扫描，或者等待下一个报文指令。
所述蓝牙板卡装置通过通讯接口与其他设备如音箱等连接，实现所述蓝牙设备与其他设备的数据传输。
另外，在传送数据的工作过程中，如发生蓝牙板卡装置与蓝牙设备断开连接、或者运行不正常的情况，蓝牙板卡装置自动切换回等待指定地址写入到服务A的状态。
与前述基于蓝牙BLE的远程安全组网方法的实施例相对应，本发明还提供了一种基于蓝牙BLE的远程安全组网装置，包括：
安全数据库，所述安全数据库存储有多个蓝牙板卡装置地址、多个蓝牙设备地址，其中，每个蓝牙板卡装置上建立有两组GATT服务，其中，服务A用于写入报文信息，服务B用于反馈连接状态信息。
地址获取模块，从安全数据库获得拟发起连接请求的N个指定蓝牙设备地址和被连接的1个蓝牙板卡装置地址。
搜索模块，用于搜索蓝牙板卡装置的GATT服务，将获得的拟发起连接请求的N个指定蓝牙设备地址和被连接的1个蓝牙板卡装置地址组装成报文并通过服务A写入搜索到的蓝牙板卡装置。
判断模块，用于所述搜索到的蓝牙板卡装置收到报文后解析并判断报文中蓝牙板卡装置地址与自身地址是否相同，如相同则主动建立和报文中N个指定蓝牙设备的连接，通过服务B反馈连接成功信息，否则拒绝连接并通过服务B反馈连接错误信息。
本发明基于蓝牙BLE的远程安全组网装置的实施例可以应用在任意具备数据处理能力的设备上，该任意具备数据处理能力的设备可以为诸如计算机等设备或装置。
装置实施例可以通过软件实现，也以通过硬件或者软硬件结合的方式实现。以软件实现为例，作为一个逻辑意义上的装置，是通过其所在任意具备数据处理能力的设备的处理器将非易失性存储器中对应的计算机程序指令读取到内存中运行形成的从硬件层面而言，本发明基于蓝牙BLE的远程安全组网装置所在任意具备数据处理能力的设备包含处理器、内存、网络接口、以及非易失性存储器，除此之外，实施例中装置所在的任意具备数据处理能力的设备通常根据该任意具备数据处理能力的设备的实际功能，还可以包括其他硬件，对此不再赘述。
上述装置中各个单元的功能和作用的实现过程具体详见上述方法中对应步骤的实现过程，在此不再赘述。
对于装置实施例而言，由于其基本对应于方法实施例，所以相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本发明方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时，实现上述实施例中的基于蓝牙BLE的远程安全组网方法。
所述计算机可读存储介质可以是前述任一实施例所述的任意具备数据处理能力的设备的内部存储单元，例如硬盘或内存。所述计算机可读存储介质也可以是任意具备数据处理能力的设备，例如所述设备上配备的插接式硬盘、智能存储卡(Smart Media Card,SMC)、SD卡、闪存卡(Flash Card)等。进一步的，所述计算机可读存储介质还可以既包括任意具备数据处理能力的设备的内部存储单元也包括外部存储设备。所述计算机可读存储介质用于存储所述计算机程序以及所述任意具备数据处理能力的设备所需的其他程序和数据，还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动。这里无需也无法把所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于蓝牙BLE的远程安全组网方法，其特征在于，包括：
（1）从安全数据库获得拟发起连接请求的N个指定蓝牙设备地址和被连接的1个蓝牙板卡装置地址；
所述安全数据库存储有多个蓝牙板卡装置地址、多个蓝牙设备地址，其中，每个蓝牙板卡装置上建立有两组GATT服务，其中，服务A用于写入报文信息，服务B用于反馈连接状态信息；
（2）搜索蓝牙板卡装置的GATT服务，将获得的拟发起连接请求的N个指定蓝牙设备地址和被连接的1个蓝牙板卡装置地址组装成报文，并通过服务A写入搜索到的蓝牙板卡装置；搜索到的蓝牙板卡装置收到报文后，解析并判断报文中蓝牙板卡装置地址与自身地址是否相同，如相同则主动建立和报文中N个指定蓝牙设备的连接，通过服务B反馈连接成功信息，否则拒绝连接并通过服务B反馈连接错误信息；
安全数据库中还存储有蓝牙板卡装置及蓝牙设备的应用场景信息，应用场景、蓝牙板卡装置、蓝牙设备具有1:1:N的对应关系；依据应用场景从安全数据库直接获得所述应用场景对应的N个指定蓝牙设备地址和被连接的1个蓝牙板卡装置地址。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述报文包含拟发起连接请求的N个指定蓝牙设备地址、被连接的1个蓝牙板卡装置地址、拟发起连接请求的N个指定蓝牙设备地址与被连接的1个蓝牙板卡装置地址的总数据长度。
3.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述步骤（1）中，每个蓝牙板卡装置建立的GATT服务具有相同的UUID，每个蓝牙板卡装置建立的服务A具有相同的UUID，每个蓝牙板卡装置建立的服务 B具有相同的UUID。
4.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述步骤（2）中，搜索蓝牙板卡装置的GATT服务具体为：首先搜索GATT服务的UUID，然后再搜索GATT服务中的服务A的UUID和服务B的UUID。
5.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述蓝牙板卡装置默认处于服务A状态。
6.一种基于蓝牙BLE的远程安全组网装置，其特征在于，包括：
安全数据库，所述安全数据库存储有多个蓝牙板卡装置地址、多个蓝牙设备地址，其中，每个蓝牙板卡装置上建立有两组GATT服务，其中，服务A用于写入报文信息，服务B用于反馈连接状态信息；安全数据库中还存储有蓝牙板卡装置及蓝牙设备的应用场景信息，应用场景、蓝牙板卡装置、蓝牙设备具有1:1:N的对应关系；
地址获取模块，依据应用场景从安全数据库直接获得所述应用场景对应的N个指定蓝牙设备地址和被连接的1个蓝牙板卡装置地址；
搜索模块，用于搜索蓝牙板卡装置的GATT服务，将获得的拟发起连接请求的N个指定蓝牙设备地址和被连接的1个蓝牙板卡装置地址组装成报文并通过服务A写入搜索到的蓝牙板卡装置；
判断模块，用于所述搜索到的蓝牙板卡装置收到报文后，解析并判断报文中蓝牙板卡装置地址与自身地址是否相同，如相同则主动建立和报文中N个指定蓝牙设备的连接，通过服务B反馈连接成功信息，否则拒绝连接并通过服务B反馈连接错误信息。
7.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时用于实现权利要求1至5中任一项所述的方法。
8.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时用于实现权利要求1至5中任一项所述的方法。
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