СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОПАРНОГО СОЕДИНЕНИЯ ПО ТЕХНОЛОГИИ BLUETOOTH
METHOD AND DEVICE FOR PAIRWISE BLUETOOTH CONNECTION

Область изобретения
Настоящее изобретение относится к способу и устройству для попарного соединения электронных устройств согласно технологии «Bluetooth», и, в частности, для попарного соединения устройства с аксессуаром и устройством, например мобильного телефона с гарнитурой. Более конкретно, изобретение относится к способу автоматического попарного соединения с высоким уровнем безопасности (защищенности).
Уровень техники
Системы и протоколы для связи между электронными устройствами обеспечивались во многих различных формах на протяжении нескольких лет. За последние годы была предпринята попытка стандартизировать систему для беспроводной связи малой дальности между электронными устройствами под названием «Bluetooth». В основном, «Bluetooth» является технологией беспроводной персональной локальной сети, которая является открытым стандартом для передачи на малом расстоянии цифровых данных и речевых сигналов преимущественно между мобильными устройствами, например ноутбуками, «карманными» компьютерами (PDA) и мобильными телефонами, а также между мобильными устройствами и стационарными устройствами, и между стационарными устройствами, например принтерами, компьютерами, аппаратами факсимильной связи и так далее. Технология «Bluetooth» поддерживает двухточечное и многоточечное применения. Технология «Bluetooth» обычно обеспечивает скорость передачи данных до 720 кбит/с в диапазоне от 10 метров до 100 метров с увеличением мощности. Технология «Bluetooth» использует всенаправленные радиоволны, которые могут передаваться (проникать) через стены и другие неметаллические преграды, в нелицензированной полосе частот 2,4 ГГц.
Для использования связи по технологии «Bluetooth» между двумя устройствами эти два устройства сначала должны установить доверительные отношения. Это осуществляется посредством попарного соединения по технологии «Bluetooth», иногда называемое связыванием, процессом. В течение попарного соединения ключ (доступа) вводится в оба устройства. Например, при использовании беспроводной гарнитуры с мобильным телефоном пользователь должен сначала попарно соединить два устройства для гарантии того, что подписка GSM защищена, и поддерживается целостность для речевых вызовов. Так как технология «Bluetooth» обычно имеет диапазон равный, по меньшей мере, 10 метрам, пользователь нуждается в подтверждении того, что соединения должны быть установлены для гарантии, что устройство, с которым он соединяется, является верным. Некоторые устройства с технологией «Bluetooth», например гарнитуры, не имеют пользовательского интерфейса, и по этой причине они используют фиксированный ключ. Для упрощения логистики его значение иногда является аналогичным во всех моделях, например «0000» во всех гарнитурах Sony Ericsson.
В уровне техники типичное решение заключается в попарном соединении гарнитуры с мобильным телефоном, процесс попарного соединения включает в себя этапы:
создания обнаружимых и способных к попарному соединению гарнитур, например, посредством простого включения (энергоснабжения) гарнитуры;
инициирования процедуры попарного соединения от телефона;
выбора гарнитуры для попарного соединения из списка таких устройств, которые были обнаружены в результате начала процедуры попарного соединения;
ввода ключа (доступа), который соответствует гарнитуре, для выполнения попарного соединения, например, со стандартным ключом для этих типов устройств.
Проблема такого решения заключается в том, что многие пользователи находят крайне не интуитивным и утомительным выполнение всех необходимых этапов, которые включают в себя решения, которым пользователи не могут быть обучены. И если на одном из этапов возникает некая проблема, то ее трудно исправить. Кроме того, использование аналогичного фиксированного ключа для всех устройств определенного типа, например гарнитур, обеспечивающих наличие свободных рук («Hands-free»), как полагают, подразумевает пониженный уровень безопасности.
Сущность изобретения
Задача изобретения заключается в том, чтобы упростить процедуру попарного соединения устройства и аксессуара. Аспект этой задачи заключается в том, чтобы предоставить упрощенное решение для попарного соединения, которое имеет высокий уровень безопасности.
Согласно первому аспекту эта цель достигается посредством способа попарного соединения первого электронного устройства и второго электронного устройства в системе беспроводной связи, содержащего этапы:
расположения первого и второго электронных устройств в пространственной близости друг к другу;
передачи сигнала запроса с упомянутого второго электронного устройства;
передачи сигнала ответа на запрос с упомянутого первого электронного устройства после обнаружения упомянутого сигнала запроса;
инициирования двухточечного соединения между упомянутым первым электронным устройством и упомянутым вторым электронным устройством на основании упомянутого первого электронного устройства, являющегося первым устройством, ответившим на упомянутый сигнал запроса.
Предпочтительно, выходная мощность упомянутого сигнала запроса ограничена первым уровнем мощности, который ниже стандартного уровня мощности сигнала в упомянутой системе беспроводной связи.
В одном варианте осуществления упомянутый первый уровень мощности представляет максимальное расстояние, в пределах которого может быть обнаружен упомянутый сигнал запроса, упомянутая пространственная близость не может быть больше упомянутого максимального расстояния.
В другом варианте осуществления упомянутый сигнал запроса имеет выходную мощность, которая увеличивается со временем.
В другом варианте осуществления упомянутое второе устройство имеет чувствительность обнаружения упомянутого сигнала ответа на запрос, которая увеличивается со временем.
Предпочтительно, упомянутый способ содержит, после упомянутого этапа размещения первого и второго электронных устройств в пространственной близости друг к другу, этапы:
включение возможности связи в упомянутом первом электронном устройстве;
включение возможности связи в упомянутом втором электронном устройстве.
В одном варианте осуществления упомянутый этап инициирования двухточечного соединения содержит этап, на котором
упомянутое второе электронное устройство устанавливает соединение аутентификации с упомянутым первым электронным устройством.
В одном варианте осуществления упомянутый этап установления соединения аутентификации содержит этап, на котором
упомянутое второе электронное устройство запрашивает упомянутое первое электронное устройство для начала попарного соединения после установления упомянутого соединения аутентификации.
Предпочтительно, упомянутый этап установления соединения аутентификации содержит этапы:
извлечение секретного ключа из памяти;
передача упомянутого секретного ключа упомянутому первому электронному устройству.
В одном варианте осуществления способ дополнительно содержит этап, на котором
упомянутое первое электронное устройство проверяет то, что упомянутое второе электронное устройство является доверенным устройством, используя упомянутый секретный ключ.
Предпочтительно, способ дополнительно содержит этапы:
использования протокола аутентификации высокого уровня для создания общего уникального ключа (доступа); и на котором
упомянутое первое электронное устройство инициирует попарное соединение, используя упомянутый ключ.
В одном варианте осуществления упомянутый первый уровень мощности равен -50 дБм или ниже. Предпочтительно, способ содержит этап прерывания передачи упомянутого сигнала запроса после приема первого сигнала ответа на запрос.
В предпочтительном варианте осуществления упомянутая система беспроводной связи является системой с технологией «Bluetooth».
В одном варианте осуществления первое электронное устройство является мобильным телефоном.
В одном варианте осуществления упомянутое второе электронное устройство является устройством беспроводной связи, оставляющим руки свободными («Hands-free»).
Согласно второму аспекту поставленная задача решается посредством механизма для попарного соединения электронного устройства с другими устройствами, находящимися в системе беспроводной связи, причем упомянутое электронное устройство содержит передатчик радиосигналов для передачи сигнала запроса и приемник для приема сигнала ответа на запрос, причем упомянутое электронное устройство содержит средство для инициирования двухточечного соединения с другим устройством на основании упомянутого другого устройства, являющегося первым устройством, ответившим на упомянутый сигнал запроса.
В одном варианте осуществления упомянутый передатчик радиосигналов содержит средство для передачи упомянутого сигнала запроса с выходной мощностью, ограниченной первым уровнем мощности, который ниже стандартного уровня мощности сигнала в упомянутой системе беспроводной связи.
В одном варианте осуществления упомянутый первый уровень мощности представляет максимальное расстояние, в пределах которого может быть обнаружен упомянутый сигнал запроса, упомянутая пространственная близость не может быть больше упомянутого максимального расстояния.
В одном варианте осуществления упомянутый передатчик радиосигналов содержит средство для передачи упомянутого сигнала запроса с выходной мощностью, которая увеличивается со временем.
В одном варианте осуществления упомянутый приемник радиосигналов имеет чувствительность обнаружения сигнала ответа на запрос, которая увеличивается со временем.
Предпочтительно, упомянутый передатчик радиосигналов выполняется с возможностью начала передачи упомянутого сигнала запроса после включения возможности связи упомянутого электронного устройства.
В одном варианте осуществления упомянутое электронное устройство содержит средство для установления соединения аутентификации с другим электронным устройством.
Предпочтительно, упомянутое электронное устройство содержит средство для запроса упомянутого другого электронного устройства для начала попарного соединения после установления упомянутого соединения аутентификации.
В одном варианте осуществления упомянутое электронное устройство содержит память для хранения данных, сохраняющую секретный ключ для упомянутого электронного устройства, средство для извлечения упомянутого секретного ключа из упомянутой памяти и средство для передачи упомянутого секретного ключа упомянутому другому электронному устройству.
В одном варианте осуществления включено средство аутентификации, выполненное с возможностью создания общего уникального ключа попарного соединения для использования протокола аутентификации высокого уровня.
Предпочтительно, упомянутый первый уровень мощности равен -50 дБм или ниже.
В предпочтительном варианте осуществления упомянутое электронное устройство содержит средство для прерывания передачи упомянутого сигнала запроса после приема первого сигнала ответа на запрос.
В одном варианте осуществления упомянутая система беспроводной связи является системой с технологией «Bluetooth».
В одном варианте осуществления упомянутое электронное устройство является гарнитурой.
В одном варианте осуществления упомянутое другое электронное устройство является мобильным телефоном.
Краткое описание чертежей
Далее изобретение подробно описано со ссылками на сопроводительные чертежи, на которых изображено следующее:
Фиг.1 - схематическое представление мобильного терминала и гарнитуры, взаимодействующих по двухточечному соединению в системе беспроводной связи;
Фиг.2 схематично иллюстрирует попарное соединение электронных устройств, изображенных на Фиг.1, согласно варианту осуществления изобретения.
Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления
Настоящее описание относится к области техники электронных устройств, которые могут быть попарно соединены посредством прямой беспроводной связи малой дальности, например, посредством технологии «Bluetooth». Такие устройства включают в себя все терминалы мобильной связи, выполненные с возможностью беспроводной связи с радиостанцией, причем радиостанция также может являться мобильным терминалом или, например, стационарной базовой станцией. Следовательно, термин радиотерминал включает в себя мобильные телефоны, пейджеры, коммуникаторы, электронные записные книжки, смартфоны, «карманные» компьютеры (PDA) и терминалы DECT (усовершенствованной цифровой телефонии). Электронные устройства, которые могут использовать настоящее изобретение, также включают в себя стационарные устройства, например настольные компьютеры, аппараты факсимильной связи, принтеры и так далее, которые являются коммуникационно соединяемыми с мобильным оборудованием посредством прямой беспроводной связи малой дальности. Кроме того, должно быть придано особое значение тому, что термин “содержащий” или “содержит” при использовании в этом описании и в приложенной формуле изобретения для указания того, что включенные признаки, элементы или этапы никоим образом не должны интерпретироваться в качестве исключающих присутствие других признаков элементов или этапов, если они явно не заявлены.
Далее описаны примеры вариантов осуществления со ссылками на сопровождающие чертежи. Преимущественно изобретение описано со ссылкой на первое электронное устройство в виде мобильного телефона и на второе электронное устройство в виде пассивного аксессуара, например гарнитуры или комплекта, оставляющего руки свободными («Hands-free»). Устройства должны быть оборудованы средствами для беспроводной связи, например соединения по технологии «Bluetooth».
Фиг.1 иллюстрирует типичную область применения настоящего изобретения, где гарнитура 1 используется для передачи аудиоданных с и на радиотелефон 30 по линии 36 связи первого типа. По существу, радиотелефон 30 взаимодействует с базовыми станциями 38 системы мобильной телефонной связи по линии связи второго типа. Терминал связи раскрыт в варианте осуществления сотового мобильного телефона 30, выполненного с возможностью беспроводной связи. Терминал 30 содержит блок или корпус 34, имеющий пользовательский аудиовход в виде микрофона 32 и пользовательский аудиовыход в виде динамика 33. Набор клавиш, кнопок или подобного составляет интерфейс 35 ввода данных и используется, например, для набора номера, согласно известному уровню техники. Также включен интерфейс вывода данных, содержащий дисплей 31, выполненный с возможностью отображения информации связи, адресного списка и т.д. известным специалистам в данной области техники способом. Терминал 30 беспроводной связи включает в себя электронику радиоприема и радиопередачи и выполнен с антенной, например обычной штыревой антенной или встроенным малым антенным устройством, размещенным в корпусе 34, для взаимодействия с базовой станцией 38 посредством радиоинтерфейса, например, заданного посредством NMT, PDC, CDMA, GSM или WCDMA. В иллюстрированном варианте осуществления терминал 30 работает без гарнитуры 1, имея его собственный аудиоинтерфейс 32, 33. В альтернативном варианте осуществления терминал может не иметь, или динамика 33, или микрофона 32, или обоих, только будучи используемым для передачи аудиосигналов при помощи гарнитуры 1.
Связь между гарнитурой 1 и терминалом 30 предпочтительно достигается посредством интерфейса передачи, который отличается от интерфейса передачи информации между терминалом 30 и сетевыми базовыми станциями 38. Более конкретно, обмен по линии 36 связи предпочтительно достигается по беспроводной связи малой дальности, предпочтительно по технологии «Bluetooth».
Фиг.2 иллюстрирует процесс автоматического попарного соединения устройств, согласно варианту осуществления изобретения. В иллюстрированном варианте осуществления первое электронное устройство обеспечивается в виде мобильного терминала 30 беспроводной связи, а второе электронное устройство обеспечивается в виде беспроводной гарнитуры или устройства 1, не требующего использования рук («Hands-free»). Терминал 30 и гарнитура 1 оборудованы средством приемопередатчика с технологией «Bluetooth» и, таким образом, выполнены с возможностью коммуникационного соединения. Технология «Bluetooth» обычно имеет дальность действия, равную приблизительно 10 метрам, это означает, что в пределах зоны охвата гарнитуры 1 вполне могут находиться несколько разных устройств с технологией «Bluetooth», что является одной из причин того, что попарное соединение является очень важным элементом связи по технологии «Bluetooth». На Фиг.2 диапазон R1 гарнитуры 1 при нормальной связи по технологии «Bluetooth» определяет зону 50 охвата, часть которой обозначена с помощью пунктирной линии на Фиг.2. В пределах зоны 50 охвата расположен терминал 30, а также второй терминал 40. Изобретение влечет за собой преимущество перед решениями предшествующего уровня техники в виде исключения потребности в пользователе во взаимодействии в течение процедуры попарного соединения. Кроме того, обеспечивается безопасная процедура попарного соединения из условия, чтобы были попарно соединены корректные устройства, в этом случае - терминал 30 и гарнитура 1. Все что нужно понимать пользователю - это то, что эти два устройства должны находиться на близком расстоянии друг от друга, когда включена функция технологии «Bluetooth» в, по меньшей мере, одном из устройств.
Этапы процесса, которые пользователь должен выполнить для попарного соединения терминала 30 с гарнитурой 1, для иллюстрированного варианта осуществления могут быть описаны следующим образом:
пользователь размещает терминал 30 и гарнитуру 1 в тесной пространственной близости друг к другу, например удерживая каждое устройство в разных руках;
пользователь включает функцию технологии «Bluetooth» в не соединенном попарно терминале 30, после чего терминал делается доступным для обнаружения и попарного соединения. Этот этап может быть выполнен перед первым этапом, описанным выше;
пользователь включает не соединенную попарно гарнитуру 1;
терминал 30 и гарнитура 1 выполняют попарное соединение автоматически, а пользователь уведомляется об успешном результате, например, через звуковую и текстовую индикации. Может быть включено пользовательское подтверждение, используя интерфейс терминала.
Изобретение охватывает то, что происходит в течение вышеописанного третьего этапа, начинающегося с этапа включения гарнитуры.
В одном варианте осуществления ключевым элементом является использование чрезвычайно малой выходной мощности, равной, например, -50 дБм при передаче сигнала запроса с гарнитуры 1. Выходная мощность, в свою очередь, отражает диапазон R2 гарнитуры 1. На Фиг.2 диапазон R2 иллюстрирован с помощью круга, который определяет зону 60 охвата для гарнитуры 1 при передаче в режиме малой мощности. Диапазон R2, который является значительно меньшим стандартного диапазона R1 передачи, может, например, быть равен 2 метрам, 1 метру, 0,5 метра или быть еще меньше.
После передачи сигнала запроса с гарнитуры 1 в режиме малой мощности, определяющем диапазон R2, любое активное устройство с технологией «Bluetooth», находящееся в пределах зоны 60 охвата, может формировать и передавать ответный сигнал. При использовании режима малой мощности, как было описано, вероятность расположения более одного устройства, располагаемого в пределах зоны 60 охвата, является очень малой. Само собой разумеется, чем ниже мощность, то есть меньший диапазон R2, тем ниже вероятность приема более одного сигнала ответа на запрос от других устройств.
После того как гарнитура 1 приняла первый сигнал ответа на запрос, процесс запроса прерывается и начинается поисковый вызов отправителя ответного сигнала. В иллюстрированном варианте осуществления терминал 30 является единственным устройством, находящимся в пределах зоны 60 охвата, и поэтому является устройством, отославшим сигнал ответа на запрос. После обнаружения сигнала ответа на запрос гарнитурой 1 передача сигнала запроса прерывается. Таким образом, гарнитура 1 выполнена с возможностью установления связи с ближайшим устройством.
В более усовершенствованном варианте осуществления передача сигнала запроса выполняется с увеличивающейся выходной мощностью, представляющей диапазон R2(t), который увеличивается со временем. Начиная с нуля или очень малого первоначального значения выходной мощности, выходная мощность увеличивается с определенной скоростью до тех пор, пока или полная выходная мощность, представляющая полный диапазон R1, не будет достигнута, или пока первый сигнал ответа на запрос не будет обнаружен. Таким образом, терминал 30 в иллюстрированном примере достигает наибольшей степени уверенности в обнаружении и соединении с ближайшим устройством с технологией «Bluetooth».
В еще одном варианте осуществления вместо малой выходной мощности используется ослабление чувствительности обнаружения ответных сигналов запроса. В таком варианте осуществления сигнал запроса передается с гарнитуры 1 с полной мощностью или с предопределенным более низким уровнем мощности, а ослабление датчика входных сигналов устанавливается только для подсчета сигналов некоторой мощности, представляющей некоторый диапазон R2. Кроме того, также этот вариант осуществления может использовать зависимую от времени функцию для того, чтобы ослабление чувствительности к ответным сигналам запроса сокращалось с некоторой скоростью, таким образом, увеличивая чувствительность и диапазон R2.
После того как терминал 30 ответил на поисковый вызов, гарнитура 1 предпочтительно устанавливает соединение аутентификации высокого уровня (HLA) с терминалом 30, например, при использовании некоторого стандартного протокола безопасности или другого типа протокола вдобавок к протоколу Bluetooth L2CAP. Примеры пригодных для использования протоколов безопасности включают в себя FIPS PUB 196 «Аутентификация объекта с использованием шифрования с открытым ключом»; ISO 9798-4 «Аутентификация объекта с использованием функции криптографической проверки»; RFC 2246 протокол TLS «Безопасности Транспортного уровня» вер.1,0, запрос на комментарии 2246.
При соединении HLA гарнитура 1 запрашивает терминал 30 для начала попарного соединения.
Гарнитура 1 предпочтительно выполняет извлечение секретного ключа из памяти и передает упомянутый секретный ключ терминалу 30.
Терминал 30 затем проверяет то, что гарнитура 1 является доверенным устройством, посредством использования сертификата и упомянутого секретного ключа.
Посредством аутентификации высокого уровня терминал 30 и гарнитура 1 создают общий и уникальный ключ, предпочтительно содержащий 16 непредсказуемых символов.
Таким образом, терминал 30 инициирует попарное соединение, используя вновь полученный ключ. Изобретение исключает три обременительных пользовательскому взаимодействию этапа из процесса попарного соединения, в частности:
I. Пользователь больше не должен запускать процесс попарного соединения вручную. В предпочтительном варианте осуществления автоматическое попарное соединение выполняется при включении питания, по меньшей мере, одного из попарно соединяемых устройств. Как правило, аксессуар, попарно соединяемый с электронным устройством, будет включен, когда он будет размещен в пространственной близости к устройству. Одним примером является гарнитура, используемая в качестве аксессуара для электронного устройства в виде мобильного телефона. Другим примером является «мышь», используемая в качестве аксессуара к электронному устройству в виде компьютера. С другой стороны, электронное устройство может быть уже включено.
II. Пользователь больше не должен выбирать устройство из списка обнаруженных устройств, так как ближайшее устройство автоматически обнаруживается и выбирается для соединения в качестве партнера.
III. Пользователь больше не должен вводить ключ вручную, так как передача ключа выполняется автоматически между соединяющимися попарно устройствами.
В итоге, изобретение делает процесс попарного соединения намного проще, чем решения предшествующего уровня техники, и поэтому оно более привлекательно для средних нетехнических потребителей. Кроме того, по сравнению с текущим решением, в котором обычно известный ключ используется посредством всех гарнитур, использование уникального и длинного ключа значительно повышает уровень безопасности.
Вышеупомянутое раскрытие описало принципы, предпочтительные варианты осуществления и режимы работы настоящего изобретения. Однако изобретение должно быть расценено скорее в качестве иллюстративного, а не ограничительного, и не в качестве ограниченного вышеупомянутыми конкретными вариантами осуществления. С одной стороны, должно быть оценено, что отношение между выходной мощностью и диапазоном не может быть представлено посредством абсолютного числа, скорее оно зависит от других факторов, например насколько хорошо экранировано одно или оба устройства друг от друга. Поэтому должно быть оценено, что в раскрытых вариантах осуществления специалистами в данной области техники могут быть сделаны изменения, не отступая от объема настоящего изобретения, как определено посредством нижеследующей формулы изобретения.