TWI633762B - Decryption method for visible light communication system and communication device thereof - Google Patents

Abstract

本發明提供了一種用於可見光通訊系統中之解密方法，該可見光通訊系統包括接收端和至少一個發射端。該解密方法包括：接收端接收來自發射端的可見光訊號，可見光訊號在發射端至少部分地用隨發射端的狀態機的狀態變化的密鑰被加密；根據可見光訊號獲取用於獲得密鑰的指示訊息，根據指示訊息獲取密鑰，並根據密鑰對可見光訊號進行解密；其中，根據可見光訊號獲取用於獲得密鑰的指示訊息包括：接收來自至少一個發射端中的第一發射端的可見光訊號；根據接收自第一發射端的可見光訊號確定第一發射端的時鐘變化參數和接收端的時鐘變化參數；根據第一發射端的時鐘變化參數和接收端的時鐘變化參數確定第一發射端的時鐘快慢因子；根據第一發射端的時鐘快慢因子每隔預定時間更新接收端本地儲存的第一發射端的時鐘訊息。其中，根據指示訊息獲取密鑰包括：根據接收端本地儲存的第一發射端的時鐘訊息獲取密鑰。

Description

用於可見光通訊系統中之解密方法及其通訊裝置

本發明關於一種通訊領域，特別關於一種用於可見光通訊系統中的解密方法及其通訊裝置。

可見光通訊技術是一種在LED技術上發展起來的新型無線光通訊技術。藉由LED光源的高頻率閃爍來進行通訊，有光代表1，無光代表0，可見光通訊的傳輸速率最高達每秒千兆。可見光通訊有著相當豐富的頻譜資源，這是包括微波通訊在內的一般無線通訊無法比擬的。同時，可見光通訊可以適用任何通訊協議、適用於任何環境，並且可見光通訊的設備架設靈活便捷、成本低廉，適合大規模普及應用。

可見光通訊系統利用可見光進行近距離通訊，可見光的指向性高，不能穿透障礙物，比使用無線通訊方式具有更高的安全性。目前已有一些可見光通訊系統開始應用，如光子物聯網中的門禁系統等。這種門禁系統利用可見光進行單向傳輸。發射端中的身份(ID)訊息藉由脈衝調製和電光轉換，變成可見光訊號被發射出去。接收端將接收到的可見光訊號轉化為電訊號，從中獲得發射端的ID訊息，並將其發送至門禁控制器進行ID權限判斷，確定是否打開門鎖。

為了使可見光通訊更安全，防止高速攝影機進行拍攝以複製同樣頻閃的光訊號來獲得打開門鎖的ID權限，這種門禁系統還可採用同步方式對發射端和接收端分別進行加密和解密。換言之，用於加密和 解密的密鑰分別在發射端和接收端隨時間進行同步變化，才能使用相同的密鑰進行加密和解密。

實踐中，用於加密和解密的密鑰分別在發射端和接收端隨各自的時鐘系統進行變化。由於每個時鐘系統所用的晶振(crystal)的頻率都存著一定的誤差。當可見光通訊系統中的發射端和接收端的晶振頻率存在誤差時，隨著運行的時間越長，收發兩端時鐘系統的誤差就越大，從而導致收發兩端的系統時間不能進行同步變化，進而使得收發兩端的加密和解密密鑰也不能同步。以標準時間為參照，可能發射端的時鐘系統走的慢，接收端的時鐘系統走的快，或反之。在發射端慢、接收端快的情形中，當發射端的狀態機還處於狀態N時，可能接收端的狀態機已經跳變至狀態N+1。此時，接收端解密可見光訊號所用的密鑰與發射端加密所用的密鑰不一致，導致接收端不能正確地進行解密。此外，在門禁系統中，還存在多個發射端對應一個接收端的情況，同步問題將變得更為困難，而採用更高精度的晶振元件，則會帶來成本的上升。

本領域極需一種在可見光通訊系統中接收端與發射端不嚴格同步的情況下仍能正確解密的方法。

以下給出一個或多個方面的簡要概述以提供對這些方面的基本理解。此概述不是所有構想到的方面的詳盡綜覽，並且既非旨在指認出所有方面的關鍵性或決定性要素亦非試圖界定任何或所有方面的範圍。其唯一的目的是要以簡化形式給出一個或多個方面的一些概念以為稍後給出的更加詳細的描述之序。

根據本發明的一方面，提供了一種可見光通訊系統中之解 密方法，該可見光通訊系統包括接收端和至少一個發射端。該解密方法包括：接收端接收來自該發射端的可見光訊號，其中，可見光訊號在發射端至少部分地用隨該發射端的狀態機的狀態變化的密鑰被加密；接收端根據該可見光訊號獲取用於獲得密鑰的指示訊息，根據該指示訊息獲取密鑰，並根據密鑰對可見光訊號進行解密；其中，根據可見光訊號獲取用於獲得密鑰的指示訊息包括：接收來自至少一個發射端中的第一發射端的可見光訊號；根據接收自第一發射端的可見光訊號確定第一發射端的時鐘變化參數和接收端的時鐘變化參數；根據第一發射端的時鐘變化參數和接收端的時鐘變化參數確定第一發射端的時鐘快慢因子；根據第一發射端的時鐘快慢因子每隔預定時間更新接收端本地儲存的第一發射端的時鐘訊息。其中，根據指示訊息獲取密鑰包括：根據接收端本地儲存的第一發射端的時鐘訊息獲取密鑰。

在一實例中，第一發射端的時鐘變化參數是指單位時間對應於第一發射端的系統時間的實際經歷的標準時間，以及該接收端的時鐘變化參數是指該單位時間對應於該接收端的系統時間的實際經歷的標準時間，其中所實際經歷的標準時間都是以該接收端的晶振的系統週期為單位來計量的。

在一實例中，第一發射端的時鐘快慢因子為該單位時間對應於該接收端的系統時間的實際經歷的標準時間與該單位時間對應於第一發射端的系統時間的實際經歷的標準時間之比。

在一實例中，該預定時間是該接收端的系統時間的預定時間，每隔該預定時間，該接收端本地儲存的第一發射端的時鐘訊息的誤差為該預定時間減去第一發射端的時鐘快慢因子與該預定時間的乘積，其中更新該接收端本地儲存的第一發射端的時鐘訊息包括用本地儲存的 第一發射端的時鐘訊息減去該誤差。

在一實例中，該單位時間為接收自第一發射端的可見光訊號的一個光脈衝的標稱持續時間，該標稱持續時間等於該可見光訊號的標稱波特率的倒數。

在一實例中，該單位時間對應於第一發射端的系統時間的實際經歷的標準時間是在該接收端處測量接收自第一發射端的可見光訊號的一個光脈衝的持續時間得到的並以該接收端的晶振的系統週期為單位記為M．T_2系統，以及該單位時間對應於該接收端的系統時間的實際經歷的標準時間被計算為(T_0標稱．f_2標稱)．T_2系統，其中T_0標稱為該可見光訊號的一個光脈衝的標稱持續時間，f_2標稱為該接收端的晶振的標稱頻率，以及T_2系統為該接收端的晶振的系統週期。其中，在該接收端處測量接收自第一發射端的該可見光訊號的一個光脈衝的持續時間包括：將接收自第一發射端的可見光訊號轉換成數位訊號；以及從該數位訊號的一個脈衝的高電位或低電位開始直至該高電位或低電位結束對經歷了多少個T_2系統進行計數，得到的數目即為M。

在一實例中，將接收自第一發射端的可見光訊號轉換成數位訊號包括：藉由光電二極體將該可見光訊號轉換成電脈衝訊號，當該光電二極體藉由的電流值高於門檻值時輸出高電壓電位，以及當該光電二極體藉由的電流值低於該門檻值時輸出低電壓電位。該門檻值是根據預定數學模型至少由接收端與第一發射端之間的距離來決定的。

在一實例中，該方法更包括：在後續每一次接收到來自第一發射端的可見光訊號時，重複該確定第一發射端的時鐘變化參數和該接收端的時鐘變化參數至更新所儲存的第一發射端的時鐘訊息的步驟。

在一實例中，在後續每一次接收到來自第一發射端的可見 光訊號時，根據所儲存的第一發射端的時鐘訊息來選擇對應的偽碼訊號對接收到的可見光訊號進行解碼。

在一實例中，該接收端本地儲存的第一發射端的時鐘訊息最初是在該接收端首次接收到第一發射端的可見光訊號時儲存的並且被設為等於該接收端當時的時鐘訊息。

根據本發明的另一方面，提供了一種用於可見光通訊系統中之通訊裝置，該可見光通訊系統包括發射設備和該通訊裝置，該通訊裝置包括：接收器，其接收來自該發射設備的可見光訊號，其中，該可見光訊號在該發射設備至少部分地用隨該發射設備的狀態機的狀態變化的密鑰被加密；解碼器，用於根據該可見光訊號獲取用於獲得密鑰的指示訊息，根據該指示訊息獲取密鑰，並根據密鑰對所述可見光訊號進行解密；其中，該解碼器包括：時鐘變化參數確定模組，其根據接收自該發射設備的該可見光訊號確定該發射設備的時鐘變化參數和該通訊裝置的時鐘變化參數；時鐘快慢因子確定模組，根據該發射設備的該時鐘變化參數和該通訊裝置的該時鐘變化參數確定該發射設備的時鐘快慢因子；以及時鐘訊息調整模組，其根據該發射設備的該時鐘快慢因子每隔預定時間更新該通訊裝置本地儲存的該發射設備的時鐘訊息，從而能夠根據本地儲存的發射設備的時鐘訊息獲取密鑰。

在一實例中，該發射設備的時鐘變化參數是指一單位時間對應於該發射設備的系統時間的實際經歷的標準時間，以及該通訊裝置的時鐘變化參數是指該單位時間對應於該通訊裝置的系統時間的實際經歷的標準時間，其中該實際經歷的標準時間都是以該通訊裝置的晶振的系統週期為單位來計量的。

在一實例中，該時鐘快慢因子確定模組將該發射設備的時 鐘快慢因子確定為該單位時間對應於該通訊裝置的系統時間的實際經歷的標準時間與該單位時間對應於發射設備的系統時間的實際經歷的標準時間之比。

在一實例中，該時鐘快慢因子確定模組將該發射設備的時鐘快慢因子確定為該單位時間對應於該通訊裝置的系統時間的實際經歷的標準時間與該單位時間對應於發射設備的系統時間的實際經歷的標準時間之比。

在一實例中，該單位時間為接收自該發射設備的可見光訊號的一個光脈衝的標稱持續時間，該標稱持續時間等於該可見光訊號的標稱波特率的倒數。

在一實例中，該單位時間對應於該發射設備的系統時間的實際經歷的標準時間由該時鐘變化參數模組在該通訊裝置處測量接收自該發射設備的可見光訊號的一個光脈衝的持續時間得到並以該通訊裝置的晶振的系統週期為單位記為M．T2系統，以及該單位時間對應於該通訊裝置的系統時間的實際經歷的標準時間由該時鐘變化參數計算為(T_0標稱．f_2標稱)．T_2系統，其中T_0標稱為該可見光訊號的一個光脈衝的標稱持續時間，f_2標稱為該通訊裝置的晶振的標稱頻率，以及T_2系統為該通訊裝置的晶振的系統週期。其中，在該接收端處測量接收自該發射端的可見光訊號的一個光脈衝的持續時間包括：將接收自該發射端的可見光訊號轉換成數位訊號；從該數位訊號的一個脈衝的高電位或低電位開始直至該高電位或低電位結束對經歷了多少個T_2系統進行計數，得到的數目即為M。

在一實例中，該解碼器更用於其在後續每一次接收到來自該發射設備的可見光訊號時，根據所儲存的該發射設備的時鐘訊息來選 擇對應的偽碼訊號對接收到的可見光訊號進行解碼。

根據本發明的又一方面，提供了一種通訊裝置，包括：處理器，該處理器被配置成接收來自該發射設備的可見光訊號，根據接收自該發射設備的該可見光訊號確定該發射設備的時鐘變化參數和該通訊裝置的時鐘變化參數，根據該發射設備的該時鐘變化參數和該通訊裝置的該時鐘變化參數確定該發射設備的時鐘快慢因子，以及根據該發射設備的該時鐘快慢因子每隔預定時間更新該通訊裝置本地儲存的該發射設備的時鐘訊息；以及耦合至該處理器的儲存器。

根據本發明的再一方面，提供了一種設備，包括：用於接收來自至少一個發射設備中的第一發射設備的可見光訊號的裝置；用於根據接收自該第一發射設備的該可見光訊號確定該第一發射設備的時鐘變化參數和接收設備的時鐘變化參數的裝置；用於根據該第一發射設備的該時鐘變化參數和該接收設備的該時鐘變化參數確定該第一發射設備的時鐘快慢因子的裝置；以及用於根據該第一發射設備的該時鐘快慢因子每隔預定時間更新該接收設備本地儲存的該第一發射設備的時鐘訊息的裝置。

根據本發明的另一方面，提供了一種電腦程式產品，其包括電腦可讀媒體，該電腦可讀媒體包括：用於接收來自至少一個發射設備中的第一發射設備的可見光訊號的代碼；用於根據接收自該第一發射設備的該可見光訊號確定該第一發射設備的時鐘變化參數和接收設備的時鐘變化參數的代碼；用於根據該第一發射設備的該時鐘變化參數和該接收設備的該時鐘變化參數確定該第一發射設備的時鐘快慢因子的代碼；以及用於根據該第一發射設備的該時鐘快慢因子每隔預定時間更新該接收設備本地儲存的該第一發射設備的時鐘訊息的代碼。

根據本發明的又一方面，提供了一種通訊裝置，包括處理器，該處理器配置成接收來自發射設備的可見光訊號，該可見光訊號在該發射設備至少部分地用隨該發射設備的狀態機的狀態變化的密鑰被加密，以及用與該通訊裝置的狀態機的當前狀態以及在該當前狀態之前或之後的至少一個狀態對應的密鑰對該可見光訊號進行解密；以及耦合至該處理器的儲存器。

根據本發明的再一方面，提供了一種設備，包括：用於在接收端接收來自發射端的可見光訊號的裝置，該可見光訊號在該發射端至少部分地用隨該發射端的狀態機的狀態變化的密鑰被加密；以及用於用與該接收端的狀態機的當前狀態以及在該當前狀態之前或之後的至少一個狀態對應的密鑰對該可見光訊號進行解密的裝置。

根據本發明的又一方面，提供了一種電腦程式產品，包括電腦可讀媒體，該電腦可讀媒體包括：用於在接收端接收來自發射端的可見光訊號的代碼，該可見光訊號在該發射端至少部分地用隨該發射端的狀態機的狀態變化的密鑰被加密；以及用於用與該接收端的狀態機的當前狀態以及在該當前狀態之前或之後的至少一個狀態對應的密鑰對該可見光訊號進行解密的代碼。

藉由本發明解決了可見光加密解密中存在的無法解密的問題，提高瞭解密的準確性。

100、100d‧‧‧可見光通訊系統

110、110d‧‧‧發射端

111、111d‧‧‧編碼器

112、112d、122、122d‧‧‧偽碼訊號發生器

113、113d‧‧‧發光單元

114、114d、124、124d‧‧‧晶振

120、120d‧‧‧接收端

121、121d‧‧‧解碼器

123、123d‧‧‧接收單元

201~204、401~404‧‧‧步驟

500、500d、600、600d‧‧‧通訊裝置

502、502d‧‧‧接收器

504、510d‧‧‧解碼器

504d‧‧‧時鐘變化參數確定模組

506、512d‧‧‧處理器

506d‧‧‧時鐘快慢因子模組

508‧‧‧偽碼訊號發生器

508d‧‧‧時鐘訊息調製模組

510、514d、608、612d‧‧‧儲存器

512‧‧‧狀態訊息

516d‧‧‧時鐘訊息

602、602d‧‧‧邏輯分組

604、604d、606、606d、608d、610d‧‧‧電子組件

在結合以下圖式閱讀本發明公開的實施例的詳細描述之後，能夠更好地理解本發明的上述特徵和優點。在圖式中，各組件不一定是按比例繪製，並且具有類似的相關特性或特徵的元件可能具有相同 或相近的圖式標記。

第1圖係表示了可在其中實現本發明之可見光通訊系統之框圖；第2圖係表示了可在第1圖的可見光通訊系統中使用的加解密方法之流程圖；第3圖係表示了第1圖的可見光通訊系統中的發射端和接收端的狀態隨時間變化之示意圖；第4圖係表示了根據本發明的一方面的用於可見光通訊系統中的寬鬆解密方法之流程圖；第5圖係表示了根據本發明的一方面的通訊裝置之框圖；第6圖係表示了根據本發明的一方面的通訊裝置之框圖；第7a圖係表示了可在其中實現本發明的可見光通訊系統之框圖；第7b圖係表示了可在第7a圖的可見光通訊系統中使用的加解密方法之流程圖；第7c圖係表示了第7a圖的可見光通訊系統中的發射端和接收端的狀態隨時間變化之示意圖；第7d圖係表示了根據本發明的一方面的用於自動調整可見光通訊系統中的時鐘的方法之流程圖；第7e圖係表示了根據本發明的一方面的通訊裝置之框圖；第7f圖係表示了根據本發明的一方面的通訊裝置之框圖。

以下結合圖式和具體實施例對本發明作詳細描述。注意，以下結合圖式和具體實施例描述的諸方面僅是示例性的，而不應被理解為對本發明的保護範圍進行任何限制。

在以下實施例中提供了一種可見光訊號通訊系統中之解密方法，其中，包括：可見光通訊系統包括接收端和發射端；接收端的解密方法包括：接收來自至少發射端的可見光訊號，可見光訊號在發射端被密鑰加密；獲取密鑰，並根據該密鑰對該可見光訊號進行解密，其中，獲取該密鑰包括：獲取與接收端的狀態機對應的該密鑰；或者，根據該可見光訊號獲取的用於獲得該密鑰的指示訊息並根據該指示訊息獲取該密鑰。

藉由上述步驟，採用了狀態機狀態對應的密鑰，或者採用了指示訊息來指示接收端所使用的密鑰，從而解決了相關技術中解密存在失敗可能性的問題。

在以下實施例更提供了一種用於可見光通訊系統中之通訊裝置，其中，可見光通訊系統包括發射設備和通訊裝置，該通訊裝置包括：接收器，用於接收來自發射設備的可見光訊號，該可見光訊號在該發射設備被密鑰加密；解碼器，用於獲取密鑰，並根據該密鑰對該可見光訊號進行解密；其中，獲取該密鑰包括：獲取與接收端的狀態機對應的該密鑰；或者，根據該可見光訊號獲取的用於獲得該密鑰的指示訊息並根據該指示訊息獲取該密鑰。

下面結合兩個較佳實施例進行說明，這兩個較佳實施例中的技術特徵可以組合使用。

實施例一

第1圖表示了一種可在其中實現本發明的可見光通訊系統 100。可見光通訊系統100包括發射端110和接收端120。發射端110包括編碼器111以及與編碼器111相耦合的偽碼訊號發生器112。編碼器111接收原始通訊數據，並採用偽碼訊號發生器112產生的偽碼訊號對原始通訊數據進行編碼以產生擾碼訊號。由於產生的擾碼訊號與原始通訊數據不同，因此起到了加密的作用。如在本文中使用的，術語「加密」和「編碼」，以及「解密」和「解碼」可以互換地使用。原始通訊數據可以是與發射端110相關聯的身份訊息。編碼器111將擾碼訊號輸出至發光單元113，後者將接收到的擾碼訊號以可見光的形式發送出去。發光單元113可以是LED或其他具有發光功能的元件。發射端110可以是光子物聯網中的手持式客戶端。

接收端120包括用於接收發射端110發射的可見光訊號、並將可見光訊號轉換為數位訊號的接收單元123。解碼器121接收由接收單元123輸出的數位訊號並採用偽碼訊號發生器122產生的偽碼訊號對其進行解碼，以恢復出原始通訊數據。在第1圖所示的可見光通訊系統100中僅示出了一個發射端110，但是本領域技術人員容易領會，對應於一個接收端120往往存在複數個發射端110。

為了使發射端110和接收端120之間的通訊具有更高的安全性，防止高速攝影機拍攝複製光訊號，所以在發射端110和接收端120中都使用了隨時間變化的序列，如偽碼序列，偽隨機序列或偽隨機碼對原始通訊數據進行了加密和解密。因此，如第1圖所示，偽碼訊號發生器112以晶振114提供的時鐘訊號為基準根據發射端110的狀態機的狀態輸出隨時間變化的偽碼訊號。相應地，接收端120中的偽碼訊號發射器122也以晶振124提供的時鐘訊號為基準根據接收端120的狀態機的狀態輸出隨時間變化的偽碼訊號。

第2圖表示了一種在可見光通訊系統100中使用的加解密方法之流程圖。在步驟201，發射端110對原始通訊數據與隨時間變化的第一偽碼訊號進行邏輯運算以獲得擾碼訊號。原始通訊數據可以是要發送的用戶訊息，例如用戶ID訊息、指紋、面部、虹膜、輸入的密碼其他輔助驗證用戶身份的訊息等，當然也可以包括以上兩者或更多者的組合，並且可以是一種數位序列訊號。偽碼訊號可以是隨單位時間變化的數位序列，其中該單位時間可以根據需要設置，例如，每天、每小時、每分鐘、每秒等。原始通訊數據與第一偽碼訊號的邏輯運算可以是邏輯與、邏輯或、邏輯異或等，也可以是上述運算中的任意兩者或更多者的組合。

例如原始通訊數據為發射端的用戶ID，並且始終為00001101。在經過5個單位時間T後所對應的發射端狀態N+5下，第一偽碼訊號可以為10101010，則原始通訊數據與第一偽碼訊號的邏輯運算，例如「異或」的過程如下表所示：

在步驟202，發射端110將該擾碼訊號以可見光訊號的形式發送出去。例如，發射端110藉由LED燈以閃光形式將調製訊號發送出去。針對上述擾碼訊號10100111，LED燈可產生高頻率閃爍，有光可代表1，無光可代表0，或者反之亦然，從而有效地實現了可見光通訊。

在步驟203，接收端120接收發射端110發送的可見光訊號，並將該可見光訊號轉換為數位訊號。例如，對於LED燈產生的高頻 率閃爍，有光可代表1，無光可代表0，或反之，從而可將接收的可見光訊號轉換為數位訊號。

在步驟204，接收端120對該數位訊號與第二偽碼訊號進行解碼例如邏輯運算，以獲得原始通訊數據。具體地，在經過5個單位時間T後所對應的接收端狀態N+5下，第二偽碼訊號也為10101010，與第一偽碼訊號碼型、起止相位相同。接收端120對接收到的訊號與第二偽碼訊號的邏輯運算，例如「異或」過程如下表所示：

可見，解碼輸出訊號為00001101，與原始通訊數據相同，即解碼出了原始通訊數據。

如上文所述，為了使接收端能正確解碼，接收端的偽碼訊號發生器產生的偽碼訊號需要與發射端的偽碼訊號發生器產生的偽碼訊號同步變化。具體地，偽碼訊號的變化是由收發兩端的狀態機的狀態決定的，對應於狀態機的不同狀態，具有不同偽碼訊號。理想地，發射端與接收端的狀態機的狀態是同步變化的，使得發射端和接收端的偽碼訊號也能同步變化。例如在經過一定的單位時間(例如，1秒、1分鐘或其他規定的時間段)後，收發兩端的狀態機的狀態同時由上一個狀態N跳變到下一個狀態N+1，相應地，發射端與接收端處用於加密和解密的偽碼訊號也會同時從與狀態N相對應的偽碼訊號變為與狀態N+1相對應的偽碼訊號。

在可見光通訊系統中，可見光發射端110和接收端120的時鐘系統的精準度由各自的晶振114、124所決定。由於製造技術、工作環境等各方面的原因，晶振114、124都會存在一定的誤差，這就使得發射端110和接收端120的時間變化會不一樣。假設收發兩端都從0秒開始計時，但接收端120的時鐘系統相對快點，如以標準的時間為參照，經過1秒的時間，可能發射端110中的時鐘系統才到達0.999999秒，但這時接收端120的時鐘系統已經到達1.000001秒，兩者的誤差為1.000001-0.999999=0.000002秒，在經過標準時間的500000秒後，收發兩端的時鐘系統顯示將相差1秒。

發射端110和接收端120的狀態變化都是以自身的時鐘系統為基準的，由於上述收發兩端的時鐘系統之間的誤差，導致發射端110和接收端120的狀態機的狀態變化可能不同步。以收發兩端的狀態機以標準的單位時間T變化為例，假設發射端110的時鐘系統比標準時間慢，而接收端120的時鐘系統比標準時間快。在經過某一標準時間後，發射端110和接收端120的系統時間相差一個單位時間T。此時，發射端110處於狀態N，而接收端120處於狀態N+1，即接收端120用來解密的偽碼訊號與發射端110用來加密的偽碼訊號不一樣，因此接收端120不能正確解密。

第3圖係表示了發射端和接收端的狀態機的狀態隨時間變化之示意圖。如第3圖所示，在標準時間t0時刻，假設發射端和接收端的時鐘系統是對準的，發射端與接收端都處於狀態N，在經過一段時間後，到達標準時間t1時刻。此時，發射端由於時鐘系統較慢，還處於狀態N+5，而接收端由於時鐘系統較快，已經處於狀態N+6。因此接收端所選用的解密的偽碼訊號與發射端選用的加密的偽碼訊號不一致，導致解密出錯。

為此，本發明提供了一種可見光通訊系統中的寬鬆解密方法。根據本發明的一方面，在接收到來自發射端的可見光訊號時，不僅用接收端的狀態機的當前狀態對應的密鑰對收到的可見光訊號進行解密，而且在解密未成功的情況下還使用與在該當前狀態之前或之後的至少一個狀態對應的密鑰對可見光訊號進行解密。以這種方式，避免了因發射端與接收端的時鐘系統的誤差而導致的誤檢。

第4圖係表示了根據本發明的一方面的可見光通訊系統中的寬鬆解密方法之流程圖。在步驟401，在接收端處接收來自發射端的可見光訊號，該可見光訊號在該發射端至少部分地用隨該發射端的狀態機的狀態變化的密鑰被加密。在一實例中，該可見光訊號包括通訊數據以及該發射端的標識符，其中該通訊數據用隨該發射端的狀態機的狀態變化的密鑰被加密，而該發射端的該標識符未被加密。例如，該通訊數據可以是用戶身份(ID)訊息，而該發射端的標識符可以是該發射端的設備號。在可見光通訊系統中，發射端的設備號對於發射端是獨一無二的，從而可被用於唯一地標識發射端。該通訊數據諸如用戶ID是與發射端的標識號一起相關聯地儲存在接收端的。

在步驟402，用與該接收端的狀態機的當前狀態以及在該當前狀態之前或之後的至少一個狀態對應的密鑰對該可見光訊號進行解密。根據本發明的一方面，除了接收端的狀態機的當前狀態外，取決於接收端與發射端的時鐘系統的相對快慢，接收端還可以選用當前狀態之前的預定數目個狀態、選用當前狀態之後的預定數目個狀態、或者既選用當前狀態之前的預定數目個狀態又選用當前狀態之後的預定數目個狀態。例如，在已知接收端的時鐘系統比發射端的時鐘系統快的實例中，除了接收端的狀態機的當前狀態外，接收端可以僅選用當前狀態之前的預定數目個狀態。在已知接收端的時鐘系統比發射端的時鐘系統慢的實 例中，除了接收端的狀態機的當前狀態外，接收端可以僅選用當前狀態之後的預定數目個狀態。在接收端與發射端的時鐘系統的相對快慢不確定的實例中，除了接收端的狀態機的當前狀態外，接收端可以既選用當前狀態之前的預定數目個狀態又選用當前狀態之後的預定數目個狀態。該預定數目的大小可取決於接收端和發射端中晶振的精準度、接收端和發射端的處理能力等因素。

在一實例中，接收端可以首先用與其狀態機的當前狀態對應的密鑰對該可見光訊號進行解密。如果該解密成功，則該過程結束。若該解密未成功，則繼續用與該當前狀態之前或之後的預定數目個狀態對應的密鑰進行解密。例如，接收端可以依次用與該當前狀態之前或之後的預定數目個狀態中的每個狀態對應的密鑰對可見光訊號進行解密，直至該可見光訊號被成功解密或者已使用與該當前狀態之前或之後的預定數目個狀態中的所有狀態對應的密鑰對可見光訊號進行瞭解密。

在可見光訊號包括加密的通訊數據以及未加密的該發射端的標識符的實例中，接收端可首先從可見光訊號中獲得發射端的標識符，並檢索出本地儲存的與該標識符相關聯的通訊數據。在接收端使用與所選用的這些狀態中的某一狀態對應的密鑰恢復出通訊數據後，將恢復出的通訊數據與在接收端本地儲存的通訊數據作比較，若兩者相同，則認為解密成功。例如，如果恢復出的用戶ID與接收端本地儲存的用戶ID一致，則認為該可見光訊號為合法訊號。否則，繼續用與餘下的狀態對應的密鑰對該可見光訊號解密，直至解密成功或已經使用了與所選用的所有狀態對應的密鑰對可見光訊號進行瞭解密為止。如果與該當前狀態以及之前或之後的預定數目個狀態中的所有狀態對應的密鑰對可見光訊號的解密皆未成功，則認為該可見光訊號為非法訊號。

在上述寬鬆解密過程中，解密的順序是首先採用與當前狀態對應的密鑰，然後是與當前狀態前後的預定數目個狀態對應的密鑰。然而，該順序僅是示例性的，事實上，接收端可以按任意的預定順序用與當前狀態以及在當前狀態之前或之後的至少一個狀態中的每個狀態對應的密鑰進行解密，直至可見光訊號被成功解密或已使用與這些狀態中的所有狀態對應的密鑰對可見光訊號進行瞭解密為止。

儘管為使解釋簡單化將上述寬鬆解密方法圖示並描述為一系列動作，但是應理解並領會，這些方法不受動作的順序所限，因為根據一個或多個實施例，一些動作可按不同順序發生或與來自本文中圖示和描述或本文中未繪示和描述但本領域技術人員可以理解的其他動作併發地發生。例如，上述選用不止當前狀態一個狀態解密的過程可以是一次檢索一個狀態，當用該狀態對應的密鑰解密不成功時，再檢索下一個狀態並相應地解密，直至解密成功或已經檢索了所有預定數目個狀態，或者可以是一次檢索當前狀態以及前後的預定數目個狀態，然後再依次用對應每個狀態的密鑰進行解密，直至解密成功為止。

下文參照第3圖的狀態圖來描述上述寬鬆解密方法。接收端在標準時間t1接收到發射端發射的可見光訊號。接收端可以將收到的可見光訊號轉換成數位訊號，並首先獲得未加密的該發射端的設備號。此時，接收端的狀態機的當前狀態為N+6。除了當前狀態N+6，接收端更可以選用當前狀態之前的預定數目個(例如2個)狀態N+4、N+5，以及當前狀態之後的2個狀態N+7、N+8。接收端可以首先用對應當前狀態N+6的偽碼序列對該數位訊號進行解密，例如可以執行邏輯異或運算，以得到一用戶ID。接收端將解密得到的該用戶ID與本地儲存的與該發射端相關聯的用戶ID作比較，兩者並不相同，因此該解密不成功。隨後，接收端按預定順序用與當前狀態的前後四個狀態相對應的偽碼序 列對該數位訊號進行邏輯異或運算。該預定順序可以是依距離當前狀態從近到遠的順序，例如，可以是N+7、N+5、N+8、N+4。接收端用與狀態N+7對應的偽碼序列進行解密，由於解密出的用戶ID與本地儲存的用戶ID不一致，接收端繼續使用與狀態N+5對應的偽碼序列進行解密。此時，解密得到的用戶ID與本地儲存的用戶ID一致，因此解密成功，將該可見光訊號標識為合法訊號，該過程終止。如上所述，該預定順序可以是符合實際需要的任意順序。例如接收端可以按N+4、N+5、N+6、N+7、N+8的順序用相應偽碼序列解密，直至解密成功。

第5圖係表示了根據本發明的一方面的通訊裝置500之框圖。通訊裝置500包括接收來自發射設備的可見光訊號的接收器502，該可見光訊號在發射設備至少部分地用隨發射設備的狀態機的狀態變化的密鑰被加密。通訊裝置500更包括解碼器504。解碼器504用與通訊裝置500的狀態機的當前狀態以及在當前狀態之前或之後的至少一個狀態對應的密鑰對該可見光訊號進行解密。根據本發明的一方面，除了通訊裝置500的狀態機的當前狀態外，取決於通訊裝置500與發射設備的時鐘系統的相對快慢，解碼器504更可以選用當前狀態之前的預定數目個狀態、選用當前狀態之後的預定數目個狀態、或者既選用當前狀態之前的預定數目個狀態又選用當前狀態之後的預定數目個狀態。在一實例中，解碼器504可以首先用與通訊裝置500的狀態機的當前狀態對應的密鑰對該可見光訊號進行解密。如果該解密成功，則該過程結束。若該解密未成功，則解碼器504繼續用與該當前狀態之前或之後的預定數目個狀態對應的密鑰進行解密。例如，解碼器504可以依次用與該當前狀態之前或之後的預定數目個狀態中的每個狀態對應的密鑰對可見光訊號進行解密，直至該可見光訊號被成功解密或者已使用與該當前狀態之前或之後的預定數目個狀態中的所有狀態對應的密鑰對可見光訊號進行瞭 解密。偽碼訊號發生器508可生成隨通訊裝置500的狀態機的狀態變化的密鑰，例如偽碼序列訊號。

通訊裝置500更可包括儲存器510。儲存器510可儲存狀態訊息512，例如通訊裝置500的狀態機。通訊裝置500更可包括處理器506。該處理器506可以是專用於分析接收器502收到的訊息的處理器、控制通訊裝置500的一個或複數個組件的處理器、或既分析接收器502收到的訊息又控制通訊裝置500的一個或複數個組件的處理器。

第6圖係表示了根據本發明的一方面的通訊裝置600之框圖。應當領會到，通訊裝置600被表示為包括功能模組，這些功能模組可以表示由處理器、軟體或其組合(例如固體組件)實現的功能模組。通訊裝置600包括可協作的電子組件的邏輯分組602。例如，邏輯分組602可包括用於在接收端接收來自發射端的可見光訊號的電子組件604，該可見光訊號在發射端至少部分地用隨發射端的狀態機的狀態變化的密鑰被加密。此外，邏輯分組602更可包括用於用與接收端的狀態機的當前狀態以及在當前狀態之前或之後的至少一個狀態對應的密鑰對該可見光訊號進行解密的電子組件606。另外，通訊裝置600可包括保存用於執行與電子組件604、606相關聯的功能的指令的儲存器608。儘管示為處於儲存器608的外部，但是應當理解電子組件604、606中的一個或多個可存在於儲存器608內。

實施例二

本實施例中的時鐘調整方法不僅僅可以應用於接收端的密鑰的獲取，也可以應用於其他方面。本實施例中的時鐘調整方法可以作為一個單獨的技術方案存在。

第7a圖表示了一種可在其中實現本發明之可見光通訊系 統100d。可見光通訊系統100d包括發射端110d和接收端120d。發射端110d包括編碼器111d以及與編碼器111d相耦合的偽碼訊號發生器112d。編碼器111d接收原始通訊數據，並採用偽碼訊號發生器112產生的偽碼訊號對原始通訊數據進行編碼以產生擾碼訊號。由於產生的擾碼訊號與原始通訊數據不同，因此起到了加密的作用。如在本文中使用的，術語「加密」和「編碼」，以及「解密」和「解碼」可以互換地使用。原始通訊數據可以是與發射端110d相關聯的ID訊息。編碼器111d將擾碼訊號輸出至發光單元113d，後者將接收到的擾碼訊號以可見光的形式發送出去。發光單元113d可以是LED或其他具有發光功能的元件。發射端110d可以是光子物聯網中的手持式客戶端。

接收端120d包括用於接收發射端110d發射的可見光訊號、並將可見光訊號轉換為數位訊號的接收單元123d。解碼器121d接收由接收單元123d輸出的數位訊號並採用偽碼訊號發生器122d產生的偽碼訊號對其進行解碼，以恢復出原始通訊數據。在第7a圖所表示的可見光通訊系統100d中僅表示了一個發射端110d，但是本領域技術人員容易領會，對應於一個接收端120d往往存在複數個發射端110d。

為了使發射端110d和接收端120d之間的通訊具有更高的安全性，防止高速攝影機拍攝複製光訊號，所以在發射端110d和接收端120d中都使用了隨時間變化的偽碼序列對原始通訊數據進行了加密和解密。因此，如第7a圖所示，偽碼訊號發生器112d以晶振114d提供的時鐘訊號為基準根據發射端110d的狀態機的狀態輸出隨時間變化的偽碼訊號。相應地，接收端120d中的偽碼訊號發射器122d也以晶振124d提供的時鐘訊號為基準根據接收端120d的狀態機的狀態輸出隨時間變化的偽碼訊號。

第7b圖表示了一種在可見光通訊系統100d中使用的加解密方法之流程圖。在步驟201，發射端110d對原始通訊數據與隨時間變化的第一偽碼訊號進行邏輯運算以獲得擾碼訊號。原始通訊數據可以是要發送的訊息，例如用戶身份(ID)訊息等，並且可以是一種數位序列訊號。偽碼訊號可以是隨單位時間變化的數位序列，其中該單位時間可以根據需要設置，例如，每天、每小時、每分鐘、每秒等。原始通訊數據與第一偽碼訊號的邏輯運算可以是邏輯與(logical and)、邏輯或(logical or)、邏輯異或(logical XOR)等，也可以是上述運算中的任意兩者或更多者的組合。

例如原始通訊數據為發射端的用戶ID，並且始終為00001101。在經過5個單位時間T後所對應的發射端狀態N+5下，第一偽碼訊號可以為10101010，則原始通訊數據與第一偽碼訊號的邏輯運算，例如「異或」的過程如下表所示：

在步驟202，發射端110d將該擾碼訊號以可見光訊號的形式發送出去。例如，發射端110d藉由LED燈以閃光形式將調製訊號發送出去。針對上述擾碼訊號10100111，LED燈可產生高頻率閃爍，有光可代表1，無光可代表0，或者反之亦然，從而有效地實現了可見光通訊。

在步驟203，接收端120d接收發射端110d發送的可見光訊號，並將該可見光訊號轉換為數位訊號。例如，對於LED燈產生的高頻率閃爍，有光可代表1，無光可代表0，或反之，從而可將接收的可見 光訊號轉換為數位訊號。光訊號轉換為數位訊號的過程如下：首先是光電轉換，利用光電二極體的電訊號與光訊號的特性，形成電脈衝訊號。但是由於發射端與接收端的位置不一樣，即每個發射端發射到接收端的光訊號強度是不一樣的，所以其電訊號強弱也是不一樣的，所以需要對光電二極體所形成的電流進行整流比較。如當二極體藉由的電流值高於某一定門檻值時，光電轉換電路將輸出的電壓電位值調整為高電位；當藉由光電二極體的電流值低於某一門檻值時，光電轉換電路將輸出的電壓電位值調整為低電位。該門檻值的設定是藉由一個數學模型根據不同的環境來設定的，如距離較遠時，門檻值可能會降低；距離近時門檻值可能會相對升高，即門檻值與門檻值之間的變化關係由數學模型決定，可以是線性關係，也可以是非線性關係。藉由以上過程，可以將電位調整到一定範圍內，以此保證正確的脈衝形狀，以保證採樣的正確，從而保證時鐘計算的正確性。

在步驟204，接收端120d對該數位訊號與第二偽碼訊號進行解碼例如邏輯運算，以獲得原始通訊數據。具體地，在經過5個單位時間T後所對應的接收端狀態N+5下，第二偽碼訊號也為10101010，與第一偽碼訊號碼型、起止相位相同。接收端120d對接收到的訊號與第二偽碼訊號的邏輯運算，例如「異或」過程如下表所示：

可見，解碼輸出訊號為00001101，與原始通訊數據相同，即解碼出了原始通訊數據。

如上文所述，為了使接收端能正確解碼，接收端的偽碼訊號發生器產生的偽碼訊號需要與發射端的偽碼訊號發生器產生的偽碼訊號同步變化。具體地，偽碼訊號的變化是由收發兩端的狀態機的狀態決定的，在經過一定的單位時間(例如，1秒、1分鐘或其他規定的時間段)後，收發兩端的狀態機的狀態就會由上一個狀態跳變到下一個狀態，同時與狀態機狀態對應的加密和解密所使用的偽碼訊號也會作相同的變化。

在可見光通訊系統中，可見光發射端110d和接收端120d的時鐘系統的精準度由各自的晶振114d、124d所決定。由於製造技術、工作環境等各方面的原因，晶振114d、124d都會存在一定的誤差，這就使得發射端110d和接收端120d的時間變化會不一樣。假設收發兩端都從0秒開始計時，但接收端120的時鐘系統相對快點，如以標準的時間為參照，經過1秒的時間，可能發射端110d中的時鐘系統才到達0.999999秒，但這時接收端120d的時鐘系統已經到達1.000001秒，兩者的誤差為1.000001-0.999999=0.000002秒，在經過標準時間的500000秒後，收發兩端的時鐘系統顯示將相差1秒。

在系統的具體實現中，收發兩端時鐘系統的時間變化是以各自的系統最小單位時間--即晶振的週期--數目來計量的，注意，此處晶振的週期是指晶振的實際週期(下文稱為晶振的系統週期)。例如，假設發射端110d的晶振114d的標稱頻率為f_1標稱=1MHz，晶振的標稱週期T_1標稱=10-6s。理想地，若晶振114絕對精準沒有誤差，即晶振114的實際頻率(下文稱為晶振的系統頻率)f_1系統=f_1標稱=1MHz，則晶振114的實際週期T_1系統=T_1標稱=10-6s，發射端110d處每f_1標稱(=106)個T_1系統記為發射端時鐘系統的系統時間1秒鐘，這種理想情況下，發射端系統時間1秒鐘等於標準時間1秒鐘。類似地，假設接收端120d的晶 振124d的標稱頻率為f_2標稱=1MHz，晶振的標稱週期T_2標稱=10-6s。理想地，若晶振124d絕對精準沒有誤差，即晶振124的系統頻率f_2系統=f_2標稱=1MHz，則晶振124d的實際週期T_2系統=T_2標稱=10-6s，接收端120處每f_2標稱(=106)個T_2系統記為接收端時鐘系統的系統時間1秒鐘，這種理想情況下，接收端系統時間1秒鐘等於標準時間1秒鐘。

然而，由於製造技術或工作環境等各方面的因素，晶振的實際頻率與標稱頻率之間存在一定誤差，並不相等。例如，若f_1系統<f_1標稱=1MHz，則T_1系統>T_1標稱=10-6秒，然而發射端110d仍然是將f_1標稱(即106)個T_1系統記為時鐘系統時間的1秒鐘，這一點對於理解發射端的系統時間的快慢原因非常重要。此時，發射端110d處的時鐘系統的1秒鐘，實際經歷了即f_1標稱．T_1系統的標準時間，該實際經歷的標準時間大於1秒的標準時間，即發射端110d處的系統時間較標準時間慢。若f_2系統>f_2標稱=1MHz，則T_2系統<T_2標稱=10-6秒，然而接收端120d仍然是將f_2標稱(即106)個T_2系統記為時鐘系統時間的1秒鐘。此時，接收端120d處的時鐘系統的1秒鐘，實際經歷了f_2標稱．T_2系統的標準時間，該實際經歷的標準時間小於1秒的標準時間，即接收端120d處的系統時間較標準時間快。由此可清楚地看到，收發兩端的時鐘系統的系統時間是緣何快於或慢於標準時間的。

發射端110d和接收端120d的狀態變化都是以自身的時鐘系統為基準的，由於上述收發兩端的時鐘系統之間的誤差，導致發射端110d和接收端120d的狀態機的狀態變化可能不同步。以收發兩端的狀態機以標準的單位時間T變化為例，假設發射端110d的時鐘系統比標準時間慢，而接收端120d的時鐘系統比標準時間快。在經過某一標準時間後，發射端110d和接收端120d的系統時間相差一個單位時間T。此時，發射端110d處於狀態N，而接收端120d處於狀態N+1，即接收端120 用來解密的偽碼訊號與發射端110d用來加密的偽碼訊號不一樣，因此接收端120d不能正確解密。

第7c圖係表示了發射端和接收端的狀態機的狀態隨時間變化之示意圖。如第7c圖所示，在標準時間t0時刻，假設發射端和接收端的時鐘系統是對準的，發射端與接收端都處於狀態N，在經過一段時間後，到達標準時間t1時刻。此時，發射端由於時鐘系統較慢，還處於狀態N+5，而接收端由於時鐘系統較快，已經處於狀態N+6。因此接收端所選用的解密的偽碼訊號與發射端選用的加密的偽碼訊號不一致，導致解密出錯。

如上所述，時鐘系統的系統時間可能快於或慢於標準時間，為了衡量發射端110d和接收端120d的系統時間的快慢程度，本發明中引入了「時鐘變化參數」的概念。時鐘變化參數可以是對應於系統時間的單位時間實際經歷的標準時間。假定以1秒鐘為單位時間。如上所述，對應於發射端110d的系統時間的單位1秒鐘時間，實際經歷的標準時間為f_1標稱．T_1系統。取決於系統時鐘的快慢，該實際經歷的標準時間f_1標稱．T_1系統可能小於或大於1秒鐘標準時間。對應於接收端120d的系統時間的單位1秒鐘時間，實際經歷的標準時間為f_2標稱．T_2系統，該實際經歷的時間取決於系統時鐘的快慢也可能小於或大於1秒鐘標準時間。

對應於收發兩端同樣大小的系統時間，卻實際經歷不同標準時間的事實反映了它們系統時間之間的快慢關係。在本文中，將對應於接收端120d的系統時間的單位時間實際經歷的標準時間與對應於發射端110d的系統時間的同樣單位時間實際經歷的標準時間之比稱為發射端110d的時鐘快慢因子。以單位時間為1秒鐘為例，發射端110d的時鐘快慢因子Q=(f_2標稱．T_2系統)/(f_1標稱．T_1系統)。顯然，該時鐘快 慢因子等於經過相同時間發射端的系統時間的變化幅度與接收端的系統時間的變化幅度之比。因此，可以在接收端120d處根據接收端120d的系統時間的變化確定發射端110d的系統時間的變化。

為了能夠在接收端120d處確定該時鐘快慢因子，可以用接收端120d本地晶振的系統週期T_2系統的數目來計量對應於收發兩端的系統時間的單位時間實際經歷的標準時間。令該單位時間為發射端110d發射的可見光訊號的一個光脈衝的標稱持續時間T_0標稱。T_0標稱是由訊號的標稱波特率決定的，具體地為波特率的倒數。例如，在標稱波特率為4800bps的情況下，一個光脈衝的標稱持續時間T_0標稱=1/4800秒。在可見光通訊系統中，用於通訊的可見光的波特率一般是由收發兩端協定的，因此已為接收端120d所知曉。對應於接收端120d的系統時間的T_0標稱實際經歷的標準時間可以計算得到，具體為(T_0標稱．f_2標稱)．T_2系統，即(T_0標稱．f_2標稱)個系統週期。對應於發射端11od的系統時間的T_0標稱實際經歷的標準時間可以在接收端120d處實際測量來自發射端110d的可見光訊號的一個光脈衝的持續時間得到並以接收端120的晶振的系統週期為單位記為M．T2_系統。相應地，發射端110的時鐘快慢因子Q=(T_0標稱．f_2標稱)/M。由此，根據接收端120d經過的系統時間，可以計算出發射端110d的系統時間的變化。

一般地，在可見光通訊系統建立的早期，收發兩端時鐘系統的誤差還沒有隨時間被放大，因此可以認為是對準的。因此，在早期例如設備調試期間接收端120d與發射端110d初次通訊時，在接收端120d本地儲存發射端110d的時鐘訊息，具體地可以將發射端110d的時鐘訊息設為與此時接收端120d的時鐘訊息一致。時鐘訊息可以指時鐘系統的系統時間值。假設此時發射端110d與接收端120d的時鐘系統的系統時間值為0時。由於收發兩端時鐘系統是對準的，所以此時接收端120d 本地儲存的發射端110d的時鐘訊息與發射端110d的真實的時鐘訊息是一致的。

注意，接收端120d處保存的發射端110d的時鐘訊息的變化是與接收端120d自身的系統時間的變化相一致的，因此，在系統建立後隨著時間的流逝，接收端120d處保存的發射端110d的時鐘訊息與發射端110d處的真實的時鐘訊息之間產生誤差。具體地，經過接收端120d的系統時間的預定時間，接收端120d本地儲存的發射端110d的時鐘訊息的變化幅度也為該預定時間，但是實際上，發射端110d真實的時鐘訊息的變化幅度應為該預定時間乘以發射端110d的時間快慢因子。因此，每隔該預定時間，產生的該誤差等於該預定時間減去發射端110d的時鐘快慢因子與該預定時間的乘積。相應地，可用所儲存的發射端110d的時鐘訊息減去該誤差以對其進行更新。每隔預定時間段，接收端120d就在所儲存的發射端110d的時鐘訊息上消除該誤差量，以使得更新後的發射端110d的時鐘訊息與發射端110d處的真實的時鐘訊息相一致。

作為說明性示例，假設該預定時間為5分鐘，並且假設Q=4/5。從0時開始，當接收端120d處經過系統時間5分鐘時，接收端120d本地保存的發射端110d的時鐘訊息為0時5分。然而，發射端110真實的時鐘系統的變化是5×4/5=4分鐘，即誤差為5-4=1分鐘。相應地，將本地保存的發射端110d的時鐘訊息0時5分減去1分鐘誤差，更新為0時4分。類似地，當接收端120處再經過5分鐘系統時間時，本地保存的發射端110d的時鐘訊息為0時9分，其中又包含所產生的誤差1分鐘，因此，更新後的發射端110d的時鐘訊息為0時8分。

由於收發兩端晶振的誤差有可能隨溫度等環境條件變化，因此發射端110d的時鐘快慢因子也可能變化。所以，後續每次收到該發 射端110d的可見光訊號時，都可以根據新接收到的可見光重新計算該時鐘快慢因子。相應地，接收端120d根據本地所儲存的發射端110d的時鐘訊息來選擇用於解密的偽碼訊號。由於，本地所儲存的發射端110的時鐘訊息是每隔預定時間段自動調整的，所以與發射端110d處的真實的時鐘訊息的誤差不會放大。進而，保證了根據接收端120d處所儲存的發射端110d的時鐘訊息選擇的偽碼訊號能夠與發射端110d處根據真實的發射端110d時鐘訊息選擇的偽碼訊號能夠同步。

第7d圖係表示了根據本發明的一方面的用於自動調整可見光通訊系統中的時鐘的方法之流程圖。儘管為使解釋簡單化將該方法圖示並描述為一系列動作，但是應理解並領會，這些方法不受動作的順序所限，因為根據一個或複數個實施例，一些動作可按不同順序發生或與來自本文中圖示和描述的其他動作併發地發生。

在步驟401，接收端接收來自至少一個發射端中的第一發射端的可見光訊號。該接收端可以是第7a圖中的接收端120d，第一發射端可以是第7a圖中的發射端110d。該可見光訊號是光脈衝訊號，例如有光代表1，無光代表0，或反之。該可見光訊號一般包含該第一發射端的用戶身份(ID)訊息，該ID訊息是採用隨第一發射端的系統時間變化的偽碼訊號進行加密的。另外，該可見光訊號更包括用於標識該第一發射端的標識符，例如第一發射端的設備號。發射端的設備號在系統中是唯一性的，因此可藉由設備號來唯一地標識某一發射端。該標識符是未加密的，可以被接收端直接解讀得到。

在步驟402，根據接收自第一發射端的可見光訊號確定第一發射端的時鐘變化參數和接收端的時鐘變化參數。如上文提及的，第一發射端的時鐘變化參數是對應於第一發射端的系統時間的單位時間所 實際經歷的標準時間，其中該實際經歷的標準時間可以用接收端的晶振的系統週期為單位來計量。在一實例中，該單位時間為來自第一發射端的可見光訊號的一個光脈衝的標稱持續時間，後者等於可見光訊號的標稱波特率的倒數。對應於第一發射端的系統時間的該單位時間所實際經歷的標準時間可以藉由在接收端處實際測量該可見光訊號的一個光脈衝的持續時間得到並以接收端的晶振的系統週期為單位記為M．T2_系統。在一實例中，接收端可以將該可見光訊號轉換成數位訊號，並且從該數位訊號的一個脈衝的高電位或低電位開始直至該高電位或低電位結束對經歷了多少個T2_系統-進行計數，得到的數目即為M。

接收端的時鐘變化參數可以是指對應於接收端的系統時間的該單位時間實際經歷的標準時間，其中該實際經歷的標準時間可以用接收端的晶振的系統週期為單位來計量。在該單位時間為來自第一發射端的可見光訊號的一個光脈衝的標稱持續時間T_0標稱的實例中，對應於接收端的系統時間的該單位時間實際經歷的標準時間被計算為(T_0標稱．f_2標稱)．T_2系統。

在步驟403，根據第一發射端的該時鐘變化參數和接收端的該時鐘變化參數確定第一發射端的時鐘快慢因子。第一發射端的時鐘快慢因子為對應於接收端的系統時間的該單位時間實際經歷的標準時間與對應於第一發射端的系統時間的該單位時間實際經歷的標準時間之比。在該單位時間為來自第一發射端的可見光訊號的一個光脈衝的標稱持續時間T_0標稱的實例中，該第一發射端的時鐘快慢因子Q=(T_0標稱．f_2標稱)/M。由於T_0標稱、f_2標稱皆是接收端已知的，而M是實際測量得到的，因此，在接收端可以得到第一發射端的時鐘快慢因子的大小。

在步驟404，根據第一發射端的該時鐘快慢因子每隔預定 時間更新該接收端本地儲存的第一發射端的時鐘訊息。如上所述，時鐘快慢因子等於經過相同時間，第一發射端的系統時間的變化幅度與接收端的系統時間的變化幅度之比。因此，接收端處每流逝該預定時間的系統時間，第一發射端的系統時間的真實變化幅度應為該時鐘快慢因子與該預定時間的乘積，但接收端本地儲存的第一發射端的系統時間的變化幅度為該預定時間，所以本地儲存的第一發射端的時鐘訊息的誤差為該預定時間減去該乘積。進而，用本地儲存的第一發射端的時鐘訊息減去該誤差以進行更新可以消除該誤差。以此方式，每經過該預定時間，就更新一次本地儲存的第一發射端的時鐘訊息。

接收端本地的該第一發射端的時鐘訊息最初可以是在接收端與第一發射端在系統建立初期(例如，首次)通訊時儲存的並且可以被設為等於接收端當時的時鐘訊息。這是因為可見光通訊系統中的收發兩端的首次通訊一般是在系統建立初期，例如在系統建立調試期間，此時接收端處還沒有儲存第一發射端的時鐘訊息。由於在系統建立初期認為收發兩端的時鐘訊息基本是一致的，所以，可以直接將接收端當前的時鐘訊息作為第一發射端的時鐘訊息儲存在接收端本地。時鐘訊息可以指時鐘系統的系統時間。例如，接收端在首次接收到第一發射端的可見光訊號時，可以從可見光訊號中直接解讀出第一發射端的標識符，諸如設備號，並在本地與該第一發射端的標識符相關聯地儲存第一發射端的時鐘訊息。

儘管第7d圖中未明確表示，但是該方法更可以包括在後續每一次接收到來自該第一發射端的可見光訊號時，可以根據新接收到的可見光重新計算該時鐘快慢因子，從而根據新計算出的時鐘快慢因子每隔該預定時間來更新本地儲存的第一發射端的時鐘訊息。藉由這種方式，接收端本地保存的發射端的時鐘訊息可以及時地更新，從而與發射 端真實的時鐘訊息基本一致。接收端在後續接收到第一發射端的可見光時，可以用根據本地所儲存的第一發射端的時鐘訊息來選擇對應的偽碼訊號對接收到的可見光訊號進行解碼。由此選擇的偽碼序列必然與第一發射端處用於加密的偽碼序列是對應的，從而保證了正確地解密。

第7e圖係表示了根據本發明的一方面的通訊裝置500d之框圖。接收器502d可接收來自至少一個發射設備中的第一發射設備的可見光訊號。解碼器，用於獲取密鑰，並根據該密鑰對該可見光訊號進行解密；在本實施例中，獲取該密鑰包括：根據該可見光訊號獲取的用於獲得該密鑰的提示訊息並根據該提示訊息獲取該密鑰。在一具體實施例中，解碼器工作過程如下：時鐘變化參數確定模組504d可根據接收自第一發射設備的可見光訊號確定第一發射設備的時鐘變化參數和通訊裝置500d自身的時鐘變化參數。如前文所述的，時鐘變化參數可以是對應於系統時間的單位時間實際經歷的標準時間。在該單位時間為來自第一發射設備的可見光訊號的一個光脈衝的標稱持續時間的情況下，對應於第一發射設備的系統時間的單位時間實際經歷的標準時間由時鐘變化參數確定模組504d在該通訊裝置500d處測量接收自第一發射設備的可見光訊號的一個光脈衝的持續時間得到並以通訊裝置500d的晶振的系統週期為單位記為M．T2系統，以及對應於該通訊裝置500d的系統時間的該單位時間實際經歷的標準時間由時鐘變化參數確定模組504d計算為(T_0標稱．f_2標稱)．T_2系統，其中T_0標稱為該可見光訊號的一個光脈衝的標稱持續時間，f_2標稱為該通訊裝置500d的晶振的標稱頻率，以及T_2系統為該通訊裝置500d的晶振的系統週期。時鐘快慢因子模組506d可根據第一發射設備的時鐘變化參數和通訊裝置500d自身的時鐘變化參數確定第一發射設備的時鐘快慢因子。根據本發明的一方面，時鐘快慢因子確定模組將第一發射設備的時鐘快慢因子確定為對應於該通訊裝置500d 的系統時間的該單位時間實際經歷的標準時間與對應於第一發射設備的系統時間的該單位時間實際經歷的標準時間之比。時鐘訊息調製模組508d根據第一發射設備的時鐘快慢因子每隔預定時間更新通訊裝置500d本地儲存的第一發射設備的時鐘訊息。根據本發明的一方面，該預定時間是通訊裝置500d的系統時間的預定時間，每隔該預定時間，通訊裝置500d本地儲存的第一發射設備的時鐘訊息的誤差為該預定時間減去第一發射設備的時鐘快慢因子與該預定時間的乘積，由此，時鐘訊息調整模組508d用本地儲存的第一發射設備的時鐘訊息減去該誤差以進行更新。在後續每一次接收到來自第一發射設備的可見光訊號時，解碼器510d可根據所儲存的第一發射設備的時鐘訊息來選擇對應的偽碼訊號對接收到的可見光訊號進行解碼。

通訊裝置500d更可包括儲存器514d。儲存器514d可儲存時鐘訊息516d，例如第一發射設備的時鐘訊息。通訊裝置500d更包括處理器512d。該處理器512d可以是專用於分析接收器502d收到的訊息的處理器、控制通訊裝置500d的一個或複數個組件的處理器、或既分析接收器502d收到的訊息又控制通訊裝置500d的一個或複數個組件的處理器。

第7f圖係表示了根據本發明的一方面的通訊裝置600d之框圖。應當領會到，通訊裝置600d被表示為包括功能模組，這些功能模組可以表示由處理器、軟件或其組合(例如固體組件)實現的功能模組。通訊裝置600d包括可協作的電子組件的邏輯分組602d。例如，邏輯分組602d可包括用於接收來自至少一個發射設備中的第一發射設備的可見光訊號的電子組件604d。邏輯分組602d可包括用於根據接收自該第一發射設備的該可見光訊號確定該第一發射設備的時鐘變化參數和接收設備的時鐘變化參數的電子組件606d。邏輯分組602d更可包括用於根 據該第一發射設備的該時鐘變化參數和該接收設備的該時鐘變化參數確定該第一發射設備的時鐘快慢因子的電子組件608d。此外，邏輯分組602d更可包括用於根據該第一發射設備的該時鐘快慢因子每隔預定時間更新接收設備本地儲存的該第一發射設備的時鐘訊息的電子組件610d。另外，通訊裝置600d可包括保存用於執行與電子組件604d、606d、608d、和610d相關聯的功能的指令的儲存器612d。儘管示為處於儲存器612d的外部，但是應當理解電子組件604d、606d、608d、和610d中的一個或複數個可存在於儲存器612d內。

本領域技術人員將可理解，訊息和訊號可使用各種不同技術和手段中的任何技術和手段來表示。例如，以上描述通篇引述的數據、指令、命令、訊息、訊號、位元(比特)、碼元、和碼片可由電壓、電流、電磁波、磁場或磁粒子、光場或光學粒子、或其任何組合來表示。

本領域技術人員將進一步領會，結合本文中所公開的實施例來描述的各種解說性邏輯板塊、模組、電路、和算法步驟可實現為電子硬體、電腦軟體、或這兩者的組合。為清楚地解說硬件與軟件的這一可互換性，各種解說性組件、框、模組、電路、和步驟在上面是以其功能性的形式作一般化描述的。此類功能性是被實現為硬件還是軟件取決於具體應用和施加於整體系統的設計約束。技術人員對於每種特定應用可用不同的方式來實現所描述的功能性，但這樣的實現決策不應被解讀成導致脫離了本發明的範圍。

結合本文所公開的實施例描述的各種解說性邏輯板塊、模組、和電路可用通用處理器、數位訊號處理器(DSP)、專用積體電路(ASIC)、可程式邏輯閘陣列(FPGA)或其它可編程邏輯組件、分立的門或電晶體邏輯、分立的硬體組件、或其設計成執行本文所描述功能 的任何組合來實現或執行。通用處理器可以是微處理器，但在替換方案中，該處理器可以是任何常規的處理器、控制器、微控制器、或狀態機。處理器更可以被實現為計算設備的組合，例如DSP與微處理器的組合、複數個微處理器、與DSP核心協作的一個或複數個微處理器、或任何其他此類配置。

結合本文中公開的實施例描述的方法或算法的步驟可直接在硬件中、在由處理器執行的軟件模組中、或在這兩者的組合中體現。軟件模組可駐留在隨機存取記憶體(RAM)、快閃暫存儲存器、唯讀記憶體(ROM)、可抹拭可程式唯讀記憶體(EPROM)、電子可抹除可程式化唯讀記憶體(EEPROM)、寄存器、硬碟、可移動碟、CD-ROM、或本領域中所知的任何其他形式的儲存媒體中。示例性儲存媒體耦合到處理器以使得該處理器能從/向該儲存媒體讀取和寫入訊息。在替換方案中，儲存媒體可以被整合到處理器。處理器和儲存媒體可駐留在ASIC中。ASIC可駐留在用戶終端中。在替換方案中，處理器和儲存媒體可作為分立組件駐留在用戶終端中。

在一個或多個示例性實施例中，所描述的功能可在硬體、軟體、固體或其任何組合中實現。如果在軟體中實現為電腦程式產品，則各功能可以作為一條或更多條指令或代碼儲存在電腦可讀媒體上或藉其進行傳送。電腦可讀媒體包括電腦儲存媒體和通訊媒體兩者，其包括促成電腦程式從一地向另一地轉移的任何媒體。儲存媒體可以是能被電腦訪問的任何可用媒體。作為示例而非限定，這樣的電腦可讀媒體可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光碟儲存、磁碟儲存或其它磁儲存設備、或能被用來攜帶或儲存指令或數據結構形式的合意程式代碼且能被電腦訪問的任何其它媒體。任何連接也被正當地稱為電腦可讀媒體。例如，如果軟體是使用同軸電纜、光纖電纜、雙絞線、數位用 戶線(DSL)、或諸如紅外線、無線電、以及微波之類的無線技術從web網站、伺服器、或其它遠程源傳送而來，則該同軸電纜、光纖電纜、雙絞線、DSL、或諸如紅外線、無線電、以及微波之類的無線技術就被包括在媒體的定義之中。如本文中所使用的盤(disk)和碟(disc)包括壓縮碟(CD)、雷射碟、光碟、數位多用碟(DVD)、軟碟和藍光碟，其中盤(disk)往往以磁的方式再現數據，而碟(disc)用激光以光學方式再現數據。上述的組合也應被包括在電腦可讀媒體的範圍內。

提供對本發明公開的先前描述是為使得本領域任何技術人員皆能夠製作或使用本公開。對本公開的各種修改對本領域技術人員來說都將是顯而易見的，且本文中所定義的普適原理可被應用到其他變體而不會脫離本公開的精神或範圍。由此，本公開並非旨在被限定於本文中所描述的示例和設計，而是應被授予與本文中所公開的原理和新穎性特徵相一致的最廣範圍。

Claims (16)

1. 一種可見光通訊系統中之解密方法，該可見光通訊系統包括接收端和至少一個發射端，該解密方法包括：該接收端接收來自該發射端的可見光訊號，其中，該可見光訊號在該發射端至少部分地用隨該發射端的狀態機的狀態變化的密鑰被加密；以及該接收端根據該可見光訊號獲取用於獲得密鑰的指示訊息，根據該指示訊息獲取密鑰，並根據該密鑰對該可見光訊號進行解密；其中，根據該可見光訊號獲取用於獲得該密鑰的指示訊息包括：接收來自該至少一個發射端中的第一發射端的可見光訊號；根據接收自第一發射端的該可見光訊號確定第一發射端的時鐘變化參數和該接收端的時鐘變化參數；根據該第一發射端的時鐘變化參數和該接收端的時鐘變化參數確定第一發射端的時鐘快慢因子；以及根據第一發射端的時鐘快慢因子每隔預定時間更新該接收端本地儲存的第一發射端的時鐘訊息；其中，根據該指示訊息獲取密鑰包括：根據接收端本地儲存的第一發射端的時鐘訊息獲取該密鑰；其中，該單位時間為接收自第一發射端的可見光訊號的一個光脈衝的標稱持續時間，該標稱持續時間等於該可見光訊號的標稱波特率的倒數。
2. 如申請專利範圍第1項所述之解密方法，其中第一發射端 的時鐘變化參數是指一單位時間對應於第一發射端的系統時間的實際經歷的標準時間，以及該接收端的時鐘變化參數是指該單位時間對應於該接收端的系統時間的實際經歷的標準時間，其中該實際經歷的標準時間都是以該接收端的晶振的系統週期為單位來計量的。
3. 如申請專利範圍第2項所述之解密方法，其中第一發射端的時鐘快慢因子為該單位時間對應於該接收端的系統時間的實際經歷的標準時間與該單位時間對應於第一發射端的系統時間的實際經歷的標準時間之比。
4. 如申請專利範圍第3項所述之解密方法，其中該預定時間是該接收端的系統時間的預定時間，每隔該預定時間，該接收端本地儲存的第一發射端的時鐘訊息的誤差為該預定時間減去第一發射端的時鐘快慢因子與該預定時間的乘積，其中更新該接收端本地儲存的第一發射端的時鐘訊息包括用本地儲存的第一發射端的時鐘訊息減去該誤差。
5. 如申請專利範圍第1項所述之解密方法，其中該單位時間對應於第一發射端的系統時間的實際經歷的標準時間是在該接收端處測量接收自第一發射端的可見光訊號的一個光脈衝的持續時間得到的並以該接收端的晶振的系統週期為單位記為M．T_2系統，以及該單位時間對應於該接收端的系統時間的實際經歷的標準時間被計算為(T_0標稱．f_2標稱)．T_2系統，其中T_0標稱為該可見光訊號的一個光脈衝的標稱持續時間，f_2標稱為該接收端的晶振的標稱頻率，以及T_2系統為該接收端的晶振的系統週期； 其中，在該接收端處測量接收自第一發射端的該可見光訊號的一個光脈衝的持續時間包括：將接收自第一發射端的可見光訊號轉換成數位訊號；以及從該數位訊號的一個脈衝的高電位或低電位開始直至該高電位或低電位結束對經歷了多少個T_2系統進行計數，得到的數目即為M。
6. 如申請專利範圍第5項所述之解密方法，其中將接收自第一發射端的可見光訊號轉換成數位訊號包括：藉由光電二極體將該可見光訊號轉換成電脈衝訊號；當該光電二極體藉由的電流值高於門檻值時輸出高電壓電位；以及當該光電二極體藉由的電流值低於該門檻值時輸出低電壓電位。
7. 如申請專利範圍第6項所述之解密方法，其中該門檻值是根據預定數學模型至少由該接收端與第一發射端之間的距離來決定的。
8. 如申請專利範圍第1項所述之解密方法，其更包括：在後續每一次接收到來自第一發射端的可見光訊號時，重複該確定第一發射端的時鐘變化參數和該接收端的時鐘變化參數至更新所儲存的第一發射端的時鐘訊息的步驟。
9. 如申請專利範圍第8項所述之解密方法，其中在後續每一次接收到來自第一發射端的可見光訊號時，根據所儲存的第一發射端的時鐘訊息來選擇對應的偽碼訊號對接收到的 可見光訊號進行解碼。
10. 如申請專利範圍第1項所述之解密方法，其中該接收端本地儲存的第一發射端的時鐘訊息最初是在該接收端首次接收到第一發射端的可見光訊號時與第一發射端的標識符相關聯的儲存的並且被設為等於該接收端當時的時鐘訊息。
11. 一種用於可見光通訊系統中之通訊裝置，該可見光通訊系統包括發射設備和該通訊裝置，該通訊裝置包括：接收器，用於接收來自該發射設備的可見光訊號，其中，該可見光訊號在該發射設備至少部分地用隨該發射設備的狀態機的狀態變化的密鑰被加密；以及解碼器，用於根據該可見光訊號獲取用於獲得密鑰的指示訊息，根據該指示訊息獲取密鑰，並根據該密鑰對該可見光訊號進行解密；其中，該解碼器包括：時鐘變化參數確定模組，其根據接收自該發射設備的可見光訊號確定該發射設備的時鐘變化參數和該通訊裝置的時鐘變化參數；時鐘快慢因子確定模組，根據該發射設備的時鐘變化參數和該通訊裝置的時鐘變化參數確定該發射設備的時鐘快慢因子；以及時鐘訊息調整模組，其根據該發射設備的時鐘快慢因子每隔預定時間更新該通訊裝置本地儲存的該發射設備的時鐘訊息，從而能夠根據該本地儲存的發射設備的時鐘訊息獲取該密鑰； 其中，該單位時間為接收自該發射設備的可見光訊號的一個光脈衝的標稱持續時間，該標稱持續時間等於該可見光訊號的標稱波特率的倒數。
12. 如申請專利範圍第11項所述之通訊裝置，其中該發射設備的時鐘變化參數是指一單位時間對應於該發射設備的系統時間的實際經歷的標準時間，以及該通訊裝置的時鐘變化參數是指該單位時間對應於該通訊裝置的系統時間的實際經歷的標準時間，其中該實際經歷的標準時間都是以該通訊裝置的晶振的系統週期為單位來計量的。
13. 如申請專利範圍第12項所述之通訊裝置，其中該時鐘快慢因子確定模組將該發射設備的時鐘快慢因子確定為該單位時間對應於該通訊裝置的系統時間的實際經歷的標準時間與該單位時間對應於發射設備的系統時間的實際經歷的標準時間之比。
14. 如申請專利範圍第13項所述之通訊裝置，其中該預定時間是該通訊裝置的系統時間的預定時間，每隔該預定時間，該通訊裝置本地儲存的該發射設備的時鐘訊息的誤差為該預定時間減去該發射設備的時鐘快慢因子與該預定時間的乘積，該時鐘訊息調整模組用本地儲存的該發射設備的時鐘訊息減去該誤差。
15. 如申請專利範圍第11項所述之通訊裝置，其中該單位時間對應於該發射設備的系統時間的實際經歷的標準時間由該時鐘變化參數模組在該通訊裝置處測量接收自該發射設備的可見光訊號的一個光脈衝的持續時間得到並以該通訊裝 置的晶振的系統週期為單位記為M．T2系統，以及該單位時間對應於該通訊裝置的系統時間的實際經歷的標準時間由該時鐘變化參數計算為(T_0標稱．f_2標稱)．T_2系統，其中T_0標稱為該可見光訊號的一個光脈衝的標稱持續時間，f_2標稱為該通訊裝置的晶振的標稱頻率，以及T_2系統為該通訊裝置的晶振的系統週期；其中，在該接收端處測量接收自該發射端的可見光訊號的一個光脈衝的持續時間包括：將接收自該發射端的可見光訊號轉換成數位訊號；以及從該數位訊號的一個脈衝的高電位或低電位開始直至該高電位或低電位結束對經歷了多少個T2系統進行計數，得到的數目即為M。
16. 如申請專利範圍第11項所述之通訊裝置，其中該解碼器更用於其在後續每一次接收到來自該發射設備的可見光訊號時，根據所儲存的該發射設備的時鐘訊息來選擇對應的偽碼訊號對接收到的可見光訊號進行解碼。