TWI647968B - 無線通訊配對方法及其系統 - Google Patents

Abstract

無線通訊配對系統包含訊號接收器、訊號發送器以及主機裝置。訊號接收器包含第一有線連接埠及第一無線連接埠。訊號發送器包含第二有線連接埠及第二無線連接埠。主機裝置耦接於訊號接收器的第一有線連接埠及訊號發送器的第二有線連接埠。訊號接收器及訊號發送器與主機裝置建立兩有線連結後，主機裝置將訊號接收器及訊號發送器進行配對，以使第一無線連接埠與第二無線連接埠之間的無線通訊被啟用。

Description

無線通訊配對方法及其系統

本發明描述一種無線通訊配對方法及其系統，尤指一種具有高安全性的無線通訊配對方法及其系統。

隨著科技日新月異，各種無線滑鼠、無線鍵盤、無線繪圖板、無線麥克風等等的裝置已經大量應用於日常生活之中。相較於有線裝置，無線裝置使用電磁波訊號進行傳輸，因此，除了可以降低纜線(連接線)的消耗成本外，亦具有減低收納空間以及高操作距離的優勢。近年來，無線裝置已有逐漸取代掉有線裝置的趨勢。

現行在無線裝置之間的配對技術大多使用無線的方式來傳送配對資訊。例如無線滑鼠會發送無線訊號至具備通用序列匯流排的無線網路收發器模組(Universal Serial Bus Dongle)，以要求進行無線配對程序。然而，由於無線訊號是以廣播的形式傳輸，使用無線訊號進行配對程序容易讓有心人士以側錄或模擬配對資料的方式獲得相關的配對資訊，再利用這些配對資訊進行資料竊取或是進行破壞。因此，安全性的問題的確是目前無線裝置在使用時所遇到的風險。

除了安全性的問題外，由於無線裝置之間是以特定頻率的無線訊號進行通訊(例如使用中心頻率為2.4G赫茲的訊號進行通訊)，因此，在多個無線裝 置同時使用時，容易發生無線通道被占用的問題。在無線通道被占用的情況下，無線訊號將會被干擾，嚴重時會導致裝置無法正常操作。

本發明一實施例提出一種無線通訊配對系統，包含訊號接收器、訊號發送器以及主機裝置。訊號接收器包含第一有線連接埠及第一無線連接埠。訊號發送器包含第二有線連接埠及第二無線連接埠。主機裝置耦接於訊號接收器的第一有線連接埠及訊號發送器的第二有線連接埠。訊號接收器及訊號發送器與主機裝置建立兩有線連結後，主機裝置將訊號接收器及訊號發送器進行配對，以使第一無線連接埠與第二無線連接埠之間的無線通訊被啟用。

本發明另一實施例提出一種無線通訊配對方法，包含將訊號接收器透過第一有線連接埠連接至主機裝置，將訊號發送器透過第二有線連接埠連接至主機裝置，辨識訊號接收器的至少一個第一無線通訊參數，辨識訊號發送器的至少一個第二無線通訊參數，將至少一個第一無線通訊參數及至少一個第二無線通訊參數進行比較，以產生至少一個配對後的無線通訊參數，及將至少一個配對後的無線通訊參數儲存至訊號接收器及訊號發送器中。

100‧‧‧無線通訊配對系統

10‧‧‧主機裝置

11‧‧‧訊號接收器

12‧‧‧訊號發送器

13‧‧‧操作介面

14‧‧‧第一有線連接埠

15‧‧‧第一儲存裝置

16‧‧‧第一無線連接埠

17‧‧‧第二有線連接埠

18‧‧‧第二儲存裝置

19‧‧‧第二無線連接埠

S201至S211‧‧‧步驟

S301至S306‧‧‧步驟

CH1至CH5‧‧‧通道

B1至B5‧‧‧頻譜範圍

第1圖係為本發明之無線通訊配對系統之實施例的架構圖

第2圖係為第1圖之無線通訊配對系統，執行無線通訊配對的流程圖。

第3圖係為第1圖之無線通訊配對系統，執行通道設定的流程圖。

第4圖係為第3圖之通道設定流程中，由複數個可用無線通道中選出被選擇的無線通道之示意圖。

第1圖為無線通訊配對系統100之實施例的架構圖。無線通訊配對系統100包含主機裝置10、訊號接收器11以及訊號發送器12。主機裝置10可為任何具有軟體執行功能或是可程式化邏輯運算功能的裝置，例如電腦、工作機台、智慧型手機等等。訊號接收器11包含第一有線連接埠14、第一儲存裝置15以及第一無線連接埠16。訊號接收器11可為具備通用序列匯流排(Universal Serial Bus，USB)的無線網路收發器模組(例如USB Dongle)。因此，第一有線連接埠14可為通用序列匯流排連接埠。而本發明的有線連接埠並不被通用序列匯流排連接埠的形式所侷限，任何的纜線連接埠，微型通用串列匯流排(Micro-USB)連接埠、網路線接頭插座(RJ45)連接埠、迷你通用串列匯流排(Mini-USB)連接埠等等均屬於本發明所揭露的範疇。第一儲存裝置15可為任何具備讀寫功能的記憶體裝置，例如硬碟、非揮發性記憶體(Non-volatile Memory)等等。第一無線連接埠16可為具備網路傳輸功能的訊號接收端，所支援的訊號種類可為任何形式的電磁波訊號。在本實施例中，第一無線連接埠16可用於接收頻率在2.4G赫茲的電磁波訊號。訊號發送器12可為任何具備訊號發送功能的裝置，例如無線滑鼠、無線鍵盤、或無線數位繪圖板等等。訊號發送器12包含第二有線連接埠17、第二儲存裝置18以及第二無線連接埠19。第二有線連接埠17可為通用序列匯流排連接埠，也可以變換為如上述之第一有線連接埠14之各種有線連接埠的組合。第二儲存裝置18可為任何具備讀寫功能的記憶體裝置，例如硬碟、非揮發性記憶體等等。類似地，第二無線連接埠19可為具備網路傳輸功能的訊號發送端，所支援的訊號種類可為任何形式的電磁波訊號。在本實施例中，第二無線連接埠19可用於發送頻率在2.4G赫茲的電磁波訊號。在無線通訊配對系統100中，主機裝置10耦接於訊號接收器11的第一有線連接埠14及訊號發送器12的第二有線 連接埠17。換句話說，主機裝置係以有線連接的方式，分別耦接於訊號接收器11以及訊號發送器12。並且，主機裝置10可包含操作介面13。在訊號接收器11及訊號發送器12與主機裝置10建立兩有線連結後，主機裝置10將訊號接收器11及訊號發送器12進行配對，以使第一無線連接埠16與第二無線連接埠17之間的無線通訊被啟用。主機裝置10將訊號接收器11及訊號發送器12進行配對的方式可採用軟體/應用程式進行自動地配對，或是使用者利用操作介面13輸入自訂配對參數，以手動的形式進行配對。在無線通訊配對系統100中，由於訊號接收器11以及訊號發送器12在配對時所載出的無線通訊參數是以有線傳輸的方式輸入至主機裝置10中，並不會廣播任何的無線訊號。因此，無線通訊配對系統100能夠大幅降低無線通訊參數被竊取的機率。以下將描述無線通訊配對系統100進行無線通訊配對的方法。

第2圖為無線通訊配對系統100，執行無線通訊配對的流程圖。無線通訊配對的流程包含步驟S201至步驟S211。然而，本發明的無線通訊配對的流程並不侷限於步驟S201至步驟S211的順序，舉例而言，步驟S201及步驟S202之順序可以互換，步驟S204及步驟S205的順序也可以互換。任何合理的步驟變換以及新增/省略步驟皆屬於本發明的範疇。步驟S201至步驟S211描述於下：

步驟S201：將訊號接收器11透過第一有線連接埠14連接至主機裝置10；

步驟S202：將訊號發送器12透過第二有線連接埠17連接至主機裝置10；

步驟S203：主機裝置10是否能偵測到訊號接收器11及訊號發送器12？若是，進入步驟S204；若否，返回步驟S201；

步驟S204：辨識訊號接收器11的至少一個第一無線通訊參數；

步驟S205：辨識訊號發送器12的至少一個第二無線通訊參數；

步驟S206：將至少一個第一無線通訊參數及至少一個第二無線通訊參數進行比較，若一致，進入步驟S211；若不一致，進入步驟S207；

步驟S207：主機裝置10啟動配對程序，並告知使用者；

步驟S208：產生對應於使用者設定的至少一個配對後的無線通訊參數；

步驟S209：將至少一個配對後的無線通訊參數儲存至訊號接收器11及訊號發送器12中；

步驟S210：配對完成。

步驟S211：使用者是否請求啟動配對程序以修改配對參數？若是，進入步驟S207；若否，進入步驟S210完成配對。

在步驟S201中，訊號接收器11透過第一有線連接埠14連接至主機裝置10。例如，使用者將訊號接收器11(USB Dongle)透過USB連接埠連接至主機裝置10。接著，在步驟S202中，訊號發送器12透過第二有線連接埠17連接至主機裝置10。例如，使用者將無線滑鼠透過USB連接埠連接至主機裝置10。於此說明，本發明的訊號接收器11以及訊號發送器12具備雙模傳輸(Dual Modes Transmission)的功能。亦即，訊號接收器11以及訊號發送器12都具備使用有線連接埠與主機裝置10傳輸資料的功能，也具備使用各自的無線連接埠傳輸資料的功能。當使用者將訊號接收器11以及訊號發送器12與主機裝置10以有線的方式連接後，依據步驟S203，主機裝置10內的軟體或是應用程式就會偵測訊號接收器11及訊號發送器12，以判斷訊號接收器11及訊號發送器12是否有確實連接於主機裝置10。若訊號接收器11以及訊號發送器12無法被偵測(亦即無法被辨識)，表示訊號接收器11以及訊號發送器12的有線連接埠的功能不良(可能為有線連接埠的接觸不良、生鏽或是損壞)。因此，依據步驟S201至步驟S202，使用者將再次將訊號接收器11以及訊號發送器12連接至主機裝置10。然而，步驟S201至步驟S203也可以合理修改。例如，當主機裝置10有偵測到訊號接收器11但沒有偵測到訊號發送器12時，使用者只要依據步驟S202，再次將訊號發送器12連接至主機裝置10即可。或者，當主機裝置10有偵測到訊號發送器12但沒有偵測到訊 號接收器11時，使用者只要依據步驟S201，再次將訊號接收器11連接至主機裝置10即可。在訊號接收器11以及訊號發送器12都可被主機裝置10偵測後，依據步驟S204以及步驟S205，主機裝置10會辨識訊號接收器11以及訊號發送器12各自的至少一個無線通訊參數。為了避免混淆，訊號接收器11的無線通訊參數在此稱為第一無線通訊參數，而訊號發送器12的無線通訊參數在此稱為第二無線通訊參數。第一無線通訊參數以及第二無線通訊參數可為無線射頻識別(Radio Frequency Identification)參數、連結金鑰(Link Key)、進階加密標準金鑰(Advanced Encryption Standard Key)、序號或無線通道參數等等。在主機裝置10讀出對應於訊號接收器11的至少一個無線通訊參數以及讀出對應於訊號發送器12的至少一個第二無線通訊參數後，依據步驟S206，主機裝置10會將至少一個第一無線通訊參數及至少一個第二無線通訊參數進行比較。若至少一個第一無線通訊參數及至少一個第二無線通訊參數不一致，表示訊號接收器11以及訊號發送器12並不是成對的通訊系統，則依據步驟S207，主機裝置10會啟動配對程序，並告知使用者。反之，若所有的第一無線通訊參數及第二無線通訊參數都一致，表示訊號接收器11以及訊號發送器12是成對的通訊系統，隨後，依據步驟S211，主機裝置10會確認使用者是否請求啟動配對程序以修改配對參數？若是，進入步驟S207；若否，進入步驟S210而完成配對。換句話說，在無線通訊配對的流程中，進入步驟S207之啟動配對程序的條件有兩種。第一種為訊號接收器11以及訊號發送器12原本的通訊參數不一致時，會進入配對程序。第二種為訊號接收器11以及訊號發送器12原本的通訊參數一致，但使用者請求啟動配對程序以修改配對參數時，會進入配對程序。然而，在第二種情況時(步驟S211)，若使用者不要求啟動配對程序，無線通訊配對的流程會進入步驟S210而結束。當無線通訊配對的流程進入步驟S207之啟動配對程序後，依據步驟S208，主機裝置10會產生對應於使用者設定的至少一個配對後的無線通訊參數。然而，如前述，主 機裝置10也可以利用應用程式啟動配對程序，因此至少一個配對後的無線通訊參數也可以利用應用程式而自動產生。配對後的無線通訊參數可為配對後的無線射頻識別參數、連結金鑰、進階加密標準金鑰、序號或無線通道參數等等。隨後，依據步驟S209，主機裝置10會將至少一個配對後的無線通訊參數儲存至訊號接收器11的第一儲存裝置15以及訊號發送器12的第二儲存裝置18中，並依據步驟S210完成配對。因此，在完成配對後，由於訊號接收器11及訊號發送器12內已儲存了配對後的無線通訊參數，使用者於之後可以直接啟動訊號接收器11以及訊號發送器12的無線通訊功能而進行無線資料傳輸。並且，在步驟S201至步驟S211中，由於主機裝置10偵測訊號接收器11及訊號發送器12的步驟、主機裝置10辨識至少一個第一無線通訊參數以及至少一個第二無線通訊參數的步驟、主機裝置10產生對應於使用者設定的至少一個配對後的無線通訊參數的步驟均利用有線的資料傳輸而完成，並不會廣播任何的無線訊號。因此，無線通訊配對系統100能夠大幅降低無線通訊參數被竊取的機率。

第3圖為無線通訊配對系統100，執行通道設定的流程圖。第4圖為通道設定的流程中，由複數個可用無線通道中選出被選擇的無線通道之示意圖。於此說明，本發明的無線通訊配對的流程可只包含第2圖所述的步驟S201至步驟S211，即具有大幅降低無線通訊參數被竊取的機率之功效。然而，為了最佳化訊號接收器11以及訊號發送器12之間的無線通道設定。本發明還揭露了通道設定的流程。換句話說，第3圖之通道設定的流程可為在步驟S210之後的後續步驟。因此，執行第2圖之配對流程以及第3圖之通道設定的流程後，訊號接收器11及訊號發送器12之無線通訊參數被盜用的風險不僅可以大幅降低，訊號接收器11及訊號發送器12之間的通道設定也可以被最佳化，因此可提升無線通訊的品質。通道設定的流程包含步驟S301至步驟S306。然而，任何合理的步驟變換以及新增/省略步驟皆屬於本發明的範疇。步驟S301至步驟S306描述於下：

步驟S301：辨識訊號接收器11及訊號發送器12之間的複數個可用無線通道的資訊；

步驟S302：偵測複數個可用無線通道中是否至少一個可用無線通道被干擾？若是，進入步驟S303；若否，進入步驟S306；

步驟S303：主機裝置10啟動通道設定程序，並告知使用者；

步驟S304：使用者透過主機裝置10由複數個可用無線通道中選出至少一個被選擇的無線通道；

步驟S305：通道設定完成。

步驟S306：使用者是否請求啟動通道設定程序以設定傳輸通道？若是，進入步驟S303；若否，進入步驟S305而完成通道設定。

在步驟S301中，主機裝置10會辨識訊號接收器11及訊號發送器12之間的複數個可用無線通道(Available Wireless Channel)的資訊。舉例而言，如第4圖所示，主機裝置10會辨識訊號接收器11及訊號發送器12之間原本預設的複數個無線通道CH1至CH4，其中無線通道CH1對應的頻帶範圍為B1、無線通道CH2對應的頻帶範圍為B2、無線通道CH3對應的頻帶範圍為B3、無線通道CH4對應的頻帶範圍為B4。由於無線通訊環境會導致某些頻譜發生通道增益(Channel Gain)衰減，例如陰影效應(Shadow Effect)或是同頻帶訊號干擾。因此對於複數個無線通道CH1至CH4而言，每一個通道對應的接收訊號強度指標(Received Signal Strength Indicator，RSSI)資訊也會不同。接著，在步驟S302中，主機裝置10偵測複數個可用無線通道中是否至少一個可用無線通道被干擾(Channel Interference)。而偵測通道被干擾的依據可為前述的RSSI資訊、訓練訊號(Pilot Signals)的訊雜比(SNR)、或是任何判斷無線通道的通道增益是否衰減(Fading)之演算法。舉例而言，在第4圖中，無線通道CH4發生較大干擾，導致通道增益嚴重衰減以及RSSI嚴重降低的情況。此時，依據步驟S303，主機裝置10會啟動通 道設定程序，並告知使用者。反之，若複數個無線通道都沒有被干擾，則依據步驟S306，主機裝置10將會詢問使用者是否請求啟動通道設定程序以更動傳輸通道？若是，進入步驟S303；若否，進入步驟S305並完成通道設定。換句話說，進入步驟S303之啟動通道設定程序的條件有兩種。第一種為複數個可用無線通道中至少一個可用無線通道被干擾，主機裝置10會啟動通道設定程序。第二種為複數個可用無線通道均未被干擾，但是使用者請求啟動通道設定程序時，主機裝置10亦會啟動通道設定程序。之後，依據步驟S304，使用者透過主機裝置10由複數個可用無線通道中選出至少一個被選擇的無線通道。舉例而言，如第4圖所示，使用者可以由複數個可用無線通道CH1至CH4中選出一個干擾程度最小的無線通道CH2。然而，步驟S304的也可合理變更為任何具備迴避使用被干擾的無線通道之步驟。舉例而言，在步驟S304中，若複數個可用無線通道均被嚴重干擾，使用者可以設定新的無線通道CH5(如第4圖所示)，並設定其對應的頻帶範圍B5。隨後，使用者可以選擇新的無線通道CH5做為無線傳輸的訊號頻譜範圍。當使用者依據步驟S304選出至少一個被選擇的無線通道後，至少一個被選擇的無線通道將會被應用於訊號接收器11及訊號發送器12之間的無線傳輸，並依據步驟S305結束通道設定程序。因此，在執行步驟S301至步驟S306後，訊號接收器11及訊號發送器12將不會使用被嚴重干擾的無線通道之對應頻帶進行訊號傳輸。甚至所有預設的無線通道都被嚴重干擾時，使用者仍可以自訂訊號傳輸頻帶以避免接收訊號強度嚴重失真。換句話說，步驟S301至步驟S306的通道設定程序保證了訊號接收器11及訊號發送器12之間的無線訊號傳輸品質，以使訊號接收器11及訊號發送器12之間的操作具備更高的可靠度。

本發明的無線通訊配對系統100，除了利用主機裝置10將訊號接收器11及訊號發送器12進行無線通訊配對之外，在其它實施例中，訊號接收器11及訊號發送器12也可以實現自我配對的功能。例如，訊號發送器12可保留一個收 納槽。當訊號接收器11(USB Dongle)放進訊號發送器12的收納槽時，只要保持電源開啟，訊號發送器12以及訊號接收器11就可用內建的有線連接埠連接，而完成無線通訊的自我配對。

綜上所述，本發明描述了一種無線通訊配對方法及其系統。訊號接收器以及訊號發送器均透過有線連接埠與主機裝置連接。主機裝置上的軟體/應用程式會取得訊號接收器以及訊號發送器相關的配對資料並進行比較，若相同，則表示訊號接收器以及訊號發送器已經成對，除非使用者要求修改配對參數，否則不會做額外的處理。若不同，軟體/應用程式會主動詢問使用者使否進行同步與配對，同時也會提供操作介面讓使用者自訂配對參數，或是依照系統建議的內定配對參數進行處理。由於所有的配對步驟均利用有線傳輸的資料通訊而完成，並不會廣播任何的無線訊號，主機裝置僅視為在配對過程中的資料傳輸媒介。因此，本發明的無線通訊配對系統能夠大幅降低無線通訊參數被竊取的機率。並且，為了降低無線通訊被干擾的機率，本發明的無線通訊配對方法可以再執行通道設定的步驟。主機裝置上的軟體/應用程式會取得目前可用的無線通道被干擾的情況，若發現某些預定通道被干擾而導致裝置無法正常使用時，會主動告知使用者以選擇適合訊號傳輸的通道。使用者可以透過軟體/應用程式直接選取適合訊號傳輸的通道，或是依據系統建議的通道來變更無線傳輸所用的通道。因此，訊號接收器及訊號發送器之間的操作將具備更高的可靠度。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

Claims (10)

1. 一種無線通訊配對系統，適用於一電腦周邊裝置與設置於該電腦周邊裝置內之一訊號接收器之間的無線訊號傳輸配對，其中，該無線訊號傳輸配對係於將該訊號接收器自該電腦周邊裝置內取出並連接於一主機裝置時進行，包含：該訊號接收器，包含一第一有線連接埠以及第一無線連接埠，其中該訊號接收器具有一第無線通訊參數；該電腦周邊裝置，包含：一第二有線連接埠以及一第二無線連接埠，其中該電腦周邊裝置具有一第二無線通訊參數；以及該主機裝置，耦接於該訊號接收器的該第一有線連接埠及該電腦周邊裝置的該第二有線連接埠；其中，在該訊號接收器及該電腦周邊裝置與該主機裝置建立兩有線連結後，該主機裝置接收該第一無線通訊參數以及該第二無線通訊參數，並比較該第一無線通訊參數與該第二無線通訊參數是否一致；其中，於該第一無線通訊參數與該第二無線通訊參數一致且該主機裝置未接收到一啟動配對程序之指令時，該主機裝置將該訊號接收器及該電腦周邊裝置進行配對，以使該訊號接收器與該電腦周邊裝置之間的無線通訊被啟用；以及，當該第一無線通訊參數與該第二無線通訊參數不一致時，該主機裝置於接收該啟動配對程序之指令時產生一配對後無線通訊參數並將該配對後無線通訊參數存入該訊號接收器及該電腦周邊裝置，以使該訊號接收器與該電腦周邊裝置之間的無線通訊被啟用。
2. 如請求項1所述之系統，其中該主機裝置包含一操作介面，用於供一使用者輸入該啟動配對程序之指令。
3. 如請求項2所述之系統，其中，於該第一無線通訊參數與該第二無線 通訊參數一致且該主機裝置接收到一啟動配對程序之指令時，該主機裝置依據該使用者之設定產生該配對後無線通訊參數而完成該訊號接收器及該電腦周邊裝置之配對。
4. 如請求項2所述之系統，其中該至少一個無線通訊參數包含一無線射頻識別(Radio Frequency Identification)參數、一連結金鑰(Link Key)、一進階加密標準金鑰(Advanced Encryption Standard Key)、一序號及/或一無線通道參數。
5. 如請求項2所述之系統，其中該操作介面顯示複數個可用無線通道(Available Wireless Channel)，以讓一使用者選擇性地由該複數個可用無線通道中選出至少一個無線通道。
6. 如請求項2所述之系統，其中該訊號接收器另包含一第一儲存裝置，該訊號發送器另包含一第二儲存裝置，且該第一儲存裝置及該第二儲存裝置用以儲存至少一配對後的無線通訊參數。
7. 如請求項2所述之系統，其中該主機裝置於該訊號接收器與該電腦周邊裝置配對完成後，另包含：辨識該訊號接收器及該訊號發送器之間的複數個可用無線通道(Available Wireless Channel)的資訊；依據該複數個可用無線通道的資訊，由該複數個可用無線通道中選出至少一被選擇的無線通道；及將該至少一被選擇的無線通道的資訊儲存至該訊號接收器及該訊號發送器中。
8. 如請求項7所述之系統，其中該複數個可用無線通道的資訊係為該複數個可用無線通道的複數個頻帶資訊以及複數個接收訊號強度指標(Received Signal Strength Indicator，RSSI)資訊。
9. 如請求項7所述之系統，其中若該複數個可用無線通道中至少一可用 無線通道被干擾，該主機裝置告知一使用者啟動一通道設定程序，以讓該使用者透過該主機裝置由該複數個可用無線通道中選出該至少一被選擇的無線通道。
10. 如請求項7所述之系統，其中若該複數個可用無線通道均未被干擾且該使用者請求啟動一通道設定程序，該使用者透過該主機裝置由該複數個可用無線通道中選出該至少一被選擇的無線通道。