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      使用藍(lán)牙技術(shù)的無(wú)線身份認(rèn)證和數(shù)據(jù)收發(fā)的門禁系統(tǒng)的制作方法

      文檔序號(hào):2155216閱讀:221來(lái)源:國(guó)知局
      專利名稱:使用藍(lán)牙技術(shù)的無(wú)線身份認(rèn)證和數(shù)據(jù)收發(fā)的門禁系統(tǒng)的制作方法
      技術(shù)領(lǐng)域
      本實(shí)用新型涉及無(wú)線數(shù)據(jù)通信方式的門禁領(lǐng)域,特別涉及使用藍(lán)牙技術(shù)的無(wú)線身份認(rèn)證和數(shù)據(jù)收發(fā)的門禁系統(tǒng)。
      本實(shí)用新型解決上述技術(shù)問(wèn)題提供了無(wú)線身份認(rèn)證和數(shù)據(jù)收發(fā)的門禁系統(tǒng)包括有如下兩種技術(shù)方案第一種技術(shù)方案包括數(shù)據(jù)庫(kù)、服務(wù)器、PC機(jī)、固定認(rèn)證方的門禁基站裝置BS和被認(rèn)證目標(biāo)的從站裝置MS,PC機(jī)與服務(wù)器通過(guò)有線網(wǎng)絡(luò)連接;PC機(jī)與BS通過(guò)有線連接;BS與MS通過(guò)藍(lán)牙無(wú)線連接;BS和MS總體結(jié)構(gòu)為藍(lán)牙嵌入式設(shè)備,MS包括主板及其連接的藍(lán)牙模塊、LCD顯示、兩個(gè)串口、按鍵或小鍵盤、FLASH或DOC存儲(chǔ)器和備用網(wǎng)絡(luò)模塊,其中主板與藍(lán)牙模塊經(jīng)RS232、UART、PIO或USB連接;BS包括主板及其連接的藍(lán)牙模塊、網(wǎng)絡(luò)模塊、兩個(gè)串口和FLASH或DOC存儲(chǔ)器,其中主板與藍(lán)牙模塊經(jīng)RS232、UART、PIO或USB連接。該方案適用于基站裝置BS主板帶CPU的情況。
      第二種技術(shù)方案它包括數(shù)據(jù)庫(kù)、服務(wù)器、PC機(jī)、固定認(rèn)證方的門禁基站裝置BS和被認(rèn)證目標(biāo)的從站裝置MS,其中BS直接接在PC機(jī)上構(gòu)成BS與PC機(jī)合為一體的整體BS,且BS通過(guò)有線網(wǎng)絡(luò)直接與服務(wù)器聯(lián)接;BS與MS通過(guò)藍(lán)牙無(wú)線連接;BS和MS總體結(jié)構(gòu)為藍(lán)牙嵌入式設(shè)備,MS包括主板及其連接的藍(lán)牙模塊、LCD顯示、兩個(gè)串口、按鍵或小鍵盤、FLASH或DOC存儲(chǔ)器和備用網(wǎng)絡(luò)模塊,其中主板選擇RS232、UART、PIO或USB連接;BS包括PC機(jī)、藍(lán)牙模塊和藍(lán)牙接口板,且藍(lán)牙模塊與PC機(jī)串口、并口或USB口連接。該方案適用于基站裝置BS主板不帶CPU的情況。
      上述第一種方案在高可靠性要求下,為了防止因?yàn)榫W(wǎng)卡和網(wǎng)線的硬件故障導(dǎo)致系統(tǒng)無(wú)法工作,BS采用具有完成網(wǎng)絡(luò)熱備份功能的雙網(wǎng)卡冗余方案,該方案由硬件和軟件組成,其中硬件包括二片網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)器;軟件包括雙網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)。
      上述兩種方案中的藍(lán)牙模塊經(jīng)接口芯片與PIO、串口或USB引入;主板由其并口或總線接口經(jīng)LCD控制邏輯與LCD連接;按鍵經(jīng)按鍵控制邏輯與主板的并口或總線接口連接。
      上述雙網(wǎng)卡的基站裝置BS組成如下硬件包括工業(yè)級(jí)主板(X86、ARM、POWERPC機(jī)等等)和網(wǎng)卡;軟件有操作系統(tǒng)如Windows、vxWorks、PSOS、Linux等,以及雙網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng),藍(lán)牙協(xié)議棧,TCP/IP等。
      ●硬件組成工業(yè)級(jí)主板配合兩片工業(yè)級(jí)網(wǎng)卡;●軟件組成Windows、vxWorks、PSOS、Linux等;藍(lán)牙協(xié)議棧,TCP/IP等;雙網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng);雙網(wǎng)卡熱備份設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序特點(diǎn)●基于嵌入式操作系統(tǒng)下的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序;●可支持通用雙網(wǎng)卡;●基于標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.3;●雙網(wǎng)卡具有熱備份功能;●雙網(wǎng)卡具有同一IP地址,同時(shí)只有一個(gè)可工作;●網(wǎng)卡切換時(shí)間在微秒級(jí),具體的切換時(shí)間可通過(guò)API函數(shù)調(diào)用來(lái)控制;檢測(cè)網(wǎng)線,當(dāng)工作網(wǎng)卡的網(wǎng)線不通時(shí),毫秒級(jí)切換到另一可連通到交換機(jī)的網(wǎng)卡上。
      本實(shí)用新型能夠快速方便地實(shí)現(xiàn)無(wú)方向性限制的雙向數(shù)據(jù)和語(yǔ)音的傳輸,由于它利用藍(lán)牙技術(shù)將無(wú)線身份認(rèn)證和無(wú)線雙向數(shù)據(jù)收發(fā)合為一體,使得認(rèn)證方和被認(rèn)證方在認(rèn)證正確后立即在一定距離內(nèi)進(jìn)行高速數(shù)據(jù)及語(yǔ)音的傳輸,在短暫停留時(shí)間內(nèi)甚至在運(yùn)動(dòng)中完成整個(gè)交互過(guò)程。
      圖2是本實(shí)用新型門禁系統(tǒng)(主板不帶CPU)的構(gòu)成示意圖。
      圖3是MS系統(tǒng)框圖。
      圖4是主板帶CPU的BS系統(tǒng)框圖。
      圖5是藍(lán)牙協(xié)議模型。
      圖6是藍(lán)牙門禁系統(tǒng)海關(guān)實(shí)例簡(jiǎn)圖。
      以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)過(guò)程作詳細(xì)說(shuō)明。



      圖1和圖2中,MS為有待認(rèn)證移動(dòng)目標(biāo)攜帶的從站裝置,BS為固定在認(rèn)證方的基站裝置。BS依據(jù)主板是否帶CPU分為兩種。帶CPU的基站與PC機(jī)用網(wǎng)線、串口或USB等有線連接,藍(lán)牙協(xié)議棧運(yùn)行在基站上;如果主板示帶CPU,那么主板直接與PC機(jī)插口或插槽連接,藍(lán)牙協(xié)議棧運(yùn)行在PC機(jī)上。MS主板帶有CPU,脫機(jī)運(yùn)行,CPU既可以是8位的,也可以是16位、32位或64位。由應(yīng)用需求的實(shí)際性能要求決定。系統(tǒng)的軟件包括操作系統(tǒng)、藍(lán)牙協(xié)議站和應(yīng)用程序等?;綛S與從站MS共同完成查詢、驗(yàn)證、連接、收發(fā)數(shù)據(jù)、語(yǔ)音傳輸及收聽(tīng)和切斷連接過(guò)程。BS和MS總體結(jié)構(gòu)為藍(lán)牙嵌入式設(shè)備。
      如圖3所示,MS包括主板及其連接的藍(lán)牙模塊、LCD顯示、兩個(gè)串口、按鍵或小鍵盤、FLASH或DOC存儲(chǔ)器和備用網(wǎng)絡(luò)模塊,其中主板與藍(lán)牙模塊用RS232、UART、PIO或USB連接。LCD和按鍵通過(guò)主板的并口接入系統(tǒng)。
      如圖4所示,主板帶CPU的BS包括主板及其連接的藍(lán)牙模塊、網(wǎng)絡(luò)模塊、兩個(gè)串口和FLASH或DOC存儲(chǔ)器,主板與藍(lán)牙模塊用RS232、UART、PIO或USB連接。此時(shí),BS通過(guò)網(wǎng)絡(luò)或串口與PC機(jī)相連。
      MS缺省狀態(tài)處于查詢狀態(tài)(或可被查詢的掃描狀態(tài)),以無(wú)線方式經(jīng)過(guò)查詢和鑒權(quán)過(guò)程搜索并辨識(shí)基站目標(biāo)、認(rèn)證通過(guò)后連接并傳輸數(shù)據(jù)信息或傳送、收聽(tīng)語(yǔ)音信息;然后斷鏈重新查詢;認(rèn)證不通過(guò)則重新查詢。從站包括帶有藍(lán)牙芯片的Host controller和控制Host controller的Host,藍(lán)牙主板的硬件說(shuō)明如下一、功能模塊●12V到5V和3V的轉(zhuǎn)換電路(每路500mA);●COM1的TTL到RS232的轉(zhuǎn)換電路;●COM2 UART口(5V TTL)電平到藍(lán)牙模塊(3V UART)的接口;●以太網(wǎng)RJ45的接頭;●LCD的轉(zhuǎn)出;●小鍵盤和按鍵;二、輸入輸出布置CN110Base-T以太網(wǎng)接口包含LED狀態(tài)燈驅(qū)動(dòng)CN2可編程并行IO16線CN3RS232/RS485CN4固定并行IO10線輸出8線輸入CN5DC+5V電源三、接口●12V/24V電壓輸入要求汽車電瓶電壓方便接入或其他12伏/24伏電源。
      ●RS232串口COM1輸出(9針);針名 說(shuō)明
      1 CD←Carrier Detect2 RXD←Receive Data3 TXD→Transmit Data4 DTR→Data Terminal Ready5 GND--System Ground6 DSR←Data Set Ready7 RTS→Request to Send8 CTS←Clear to Send9 RI←Ring Indicator●LCD的20腳并口輸出●以太網(wǎng)RJ45輸出CN1為以太網(wǎng)10BASET接口用戶可直接讓CN1與其它系統(tǒng)單元相連或選用我們配套的RJ45轉(zhuǎn)接帶線設(shè)計(jì)時(shí),引入以太網(wǎng)收發(fā)燈。
      ●小鍵盤和按鍵主要是復(fù)位按鍵和上下滾屏鍵。小鍵盤包括數(shù)字輸入功能。
      ●主板COM2的引入COM2的TTL電平轉(zhuǎn)換3V后與藍(lán)牙模塊相連。
      ●藍(lán)牙模塊的接口定義藍(lán)牙模塊由多家公司的產(chǎn)品可供選擇,藍(lán)牙模塊的接入的方式各自不同。
      用到的接口信號(hào)線有●TXD●RXD●RTS●CTS●VDD●GND●ANT(可選)BS與MS的信息交互采用無(wú)線方式。在
      圖1所示的系統(tǒng)中,所有PC機(jī)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)端服務(wù)器連接。
      服務(wù)器定期將一定時(shí)間內(nèi)的有效信息發(fā)送給PC機(jī),當(dāng)MS移動(dòng)到與BS的距離小于或等于藍(lán)牙通信有效距離時(shí),PC機(jī)與BS共同對(duì)MS完成身份認(rèn)證和數(shù)據(jù)交互過(guò)程。在圖2所示系統(tǒng)中,所有的由BS和PC機(jī)協(xié)作完成的操作都由BS完成。以下過(guò)程均以主板帶CPU為例。
      本門禁系統(tǒng)工作流程由MS、BS、PC機(jī)和服務(wù)器共同協(xié)作完成??梢苑譃椴樵冞^(guò)程、身份認(rèn)證、加密過(guò)程和數(shù)據(jù)交換過(guò)程。
      1.查詢過(guò)程查詢過(guò)程由BS和MS共同參與完成,主動(dòng)查詢方稱為master,被查詢方稱為slave,BS和MS都既可以當(dāng)master,也可以當(dāng)slave。在這種門禁方法中,將要被認(rèn)證的目標(biāo)(人、車輛或其他物體)攜帶一個(gè)裝有無(wú)線藍(lán)牙模塊的從站裝置(以下稱為MS);認(rèn)證方裝有內(nèi)含無(wú)線藍(lán)牙模塊的基站裝置(以下稱為BS)。BS(或MS,下面以BS為例)缺省狀態(tài)處于不斷查詢狀態(tài)即不斷地向四周無(wú)線發(fā)送查詢消息,MS(或BS,下面以MS為例)缺省狀態(tài)處于可被查詢的不斷掃描狀態(tài)。藍(lán)牙在一定的工作距離范圍內(nèi),當(dāng)目標(biāo)進(jìn)入這個(gè)距離范圍內(nèi)時(shí),MS就掃描到BS的查詢消息,然后MS將產(chǎn)生并發(fā)送響應(yīng)消息。該響應(yīng)分組使用藍(lán)牙協(xié)議中規(guī)定的常規(guī)FHS分組,攜帶著MS的參數(shù),其中包括MS中藍(lán)牙模塊的設(shè)備地址、本地時(shí)鐘等等,這個(gè)地址是全球唯一的。BS監(jiān)聽(tīng)并讀取MS的響應(yīng),BS收集到設(shè)定個(gè)數(shù)的MS響應(yīng)或到達(dá)超時(shí)時(shí)間時(shí)結(jié)束查詢過(guò)程。MS作為查詢方,BS作為被查詢方式過(guò)程相同。如果一定時(shí)間內(nèi)沒(méi)有合法目標(biāo)進(jìn)入藍(lán)牙工作范圍內(nèi),查詢方將因?yàn)槌瑫r(shí)重新返回缺省的查詢狀態(tài),循環(huán)往復(fù)。
      2.查詢過(guò)程完成后進(jìn)入身份認(rèn)證過(guò)程,這個(gè)過(guò)程中實(shí)際上包括二個(gè)子過(guò)程,本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)的特征是MS查詢響應(yīng)包內(nèi)的設(shè)備地址信息將在PC機(jī)上進(jìn)行認(rèn)證;本過(guò)程中,BS和PC機(jī)合為一體時(shí)(圖2)——即BS直接接在PC機(jī)上從而整體作為BS時(shí),下述所有的由BS和PC機(jī)協(xié)作完成的操作都由BS完成。
      (1)本發(fā)明的身份認(rèn)證特征BS讀取MS響應(yīng)中的設(shè)備地址并將所有地址發(fā)送給PC機(jī)。PC機(jī)收到這些地址后對(duì)它們進(jìn)行鑒別認(rèn)證,認(rèn)證過(guò)程是將這些地址與事先存放在PC機(jī)上合法地址比照,如果吻合就表示合法,而且可以察看與這個(gè)設(shè)備地址綁定的目標(biāo)本身特征;當(dāng)一定距離內(nèi)有多個(gè)目標(biāo)合法時(shí),PC機(jī)將根據(jù)一定的算法選擇出當(dāng)前應(yīng)該連接的目標(biāo),然后將被選中的這個(gè)目標(biāo)的設(shè)備地址發(fā)送給BS。
      (2)第二個(gè)子過(guò)程是鑒權(quán)過(guò)程,過(guò)程主體由服務(wù)器、PC機(jī)、BS和MS共同完成。BS收到PC機(jī)返回的地址后按照藍(lán)牙協(xié)議的規(guī)定對(duì)該地址的MS鑒權(quán)、加密和連接。這個(gè)子過(guò)程在藍(lán)牙協(xié)議中有詳細(xì)的描述,鑒權(quán)密鑰由藍(lán)牙設(shè)備地址、PIN碼和隨機(jī)數(shù)通過(guò)協(xié)議規(guī)定的算法推出,隨機(jī)數(shù)從藍(lán)牙設(shè)備的偽隨機(jī)過(guò)程得到。為了支持鑒權(quán)過(guò)程,必須在BS和MS間生成和分發(fā)鑒權(quán)密鑰。由于鑒權(quán)密鑰是保密的,因此它不能像藍(lán)牙地址那樣通過(guò)查詢過(guò)程獲得,密鑰的交換在初始化階段完成,初始化過(guò)程包括以下5個(gè)部分●初始化密鑰Kinit的生成;BS和MS中都保存有一個(gè)共同的PIN碼值,BS連接MS時(shí)提出鑒權(quán)要求,PIN碼值被用來(lái)通過(guò)一些算法推出Kinit;●鑒權(quán)密鑰的生成;●鑒權(quán)密鑰的交換;●鑒權(quán);●及在BS和MS由鑒權(quán)密鑰生成加密密鑰。
      本實(shí)用新型鑒權(quán)過(guò)程的特征在于PIN碼的動(dòng)態(tài)變化與分配。在服務(wù)器端有一個(gè)隨機(jī)數(shù)發(fā)生器,可以產(chǎn)生從00000000到99999999之間的隨機(jī)數(shù);服務(wù)器定期用隨機(jī)數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生并更換所有MS的PIN碼值。服務(wù)器PIN碼與其他調(diào)度和安全信息等一起定期發(fā)送給PC機(jī)。BS和MS每次使用上一次生成的PIN碼值鑒權(quán)通過(guò)后,PC機(jī)將最新的PIN碼值通過(guò)BS傳送給MS,MS收到新的PI N碼值后替代舊的PIN碼值。從而每次BS和MS的鑒權(quán)過(guò)程都使用變化的PIN值,大大提高了系統(tǒng)的安全性。
      3.加密過(guò)程這個(gè)過(guò)程也遵從藍(lán)牙協(xié)議的方法,通過(guò)加密分組的凈荷可以保護(hù)用戶的信息。接入碼和分組頭從不加密。加密過(guò)程使用流密系統(tǒng)E0來(lái)完成。流密系統(tǒng)由Massey和Rueppel提出。該加密方法已經(jīng)被廣泛深入地進(jìn)行了分析,在此就不做進(jìn)一步闡述了。
      4.數(shù)據(jù)交換過(guò)程HCI層連接成功后,接著建立上層連接,然后BS向PC機(jī)發(fā)送一個(gè)建鏈成功幀,報(bào)告PC機(jī)連接已經(jīng)建立成功。PC機(jī)內(nèi)保存有與具體應(yīng)用相關(guān)的有效數(shù)據(jù),PC機(jī)收到后將與目標(biāo)有關(guān)的數(shù)據(jù)按事先約定好的格式打包發(fā)送給BS,同時(shí)語(yǔ)音連接建立,BS可以與MS直接交換語(yǔ)音信號(hào)。BS收到來(lái)自PC機(jī)的數(shù)據(jù)包后將需要發(fā)送給MS的數(shù)據(jù)在L2CAP層分解成協(xié)議規(guī)定的數(shù)據(jù)包傳給下層協(xié)議。最后由發(fā)射芯片發(fā)送給MS。MS收到BS發(fā)送來(lái)的數(shù)據(jù)包后,按照事先約定,判斷是否顯示、是否保存等等后分別進(jìn)行處理。MS也可以將自己需要傳遞給門亭的信息按約定格式打包后發(fā)送給BS,再由BS傳送給PC機(jī)進(jìn)行處理。當(dāng)PC機(jī)向BS發(fā)送數(shù)據(jù)的過(guò)程全部完成時(shí),PC機(jī)將給BS發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)通信結(jié)束幀;反過(guò)來(lái)BS向PC機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)的過(guò)程全部完成時(shí),BS也向PC機(jī)發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)通信結(jié)束幀。與此類似,BS向MS發(fā)送數(shù)據(jù)的過(guò)程全部完成時(shí),也將向MS發(fā)送通信結(jié)束幀,MS向BS發(fā)送數(shù)據(jù)的過(guò)程全部結(jié)束時(shí),MS向BS發(fā)送通信結(jié)束幀。當(dāng)BS接到了PC機(jī)和MS發(fā)來(lái)的通信結(jié)束幀,同時(shí)確認(rèn)自己已經(jīng)向MS發(fā)送了通信結(jié)束幀后,自動(dòng)切斷與MS的連接,回到缺省的不斷查詢狀態(tài);MS收到BS的斷鏈?zhǔn)录笠矊⑶袛噙B接,回到缺省的不斷掃描狀態(tài)。
      配置與升級(jí)所謂配置就是本系統(tǒng)的一些可改變的系統(tǒng)參數(shù)的配置和修改,其中包括BS和MS的藍(lán)牙設(shè)備地址、BS的IP地址和套接字端口、MS本身的物理特征及PIN碼值是可修改的,配置參數(shù)以文件形式存放,被寫入設(shè)備存儲(chǔ)器中,將在程序中被調(diào)用,并且它們可以通過(guò)配置程序進(jìn)行改動(dòng)。所謂升級(jí)就是隨著公司的后續(xù)研發(fā)工作不斷進(jìn)行,很快產(chǎn)品就會(huì)有一個(gè)更新?lián)Q代的過(guò)程,我們?cè)谶@里要講到的就是軟件的升級(jí)更新。在現(xiàn)有的系統(tǒng)中,系統(tǒng)的配置和升級(jí)往往是通過(guò)有線方式進(jìn)行,有線的方式開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)單、應(yīng)用可靠;但是現(xiàn)場(chǎng)操作卻費(fèi)時(shí)費(fèi)力。
      本系統(tǒng)除了提供有線方式還提供了無(wú)線配置升級(jí)方式,大大加快和簡(jiǎn)化了配置升級(jí)過(guò)程。
      (1)無(wú)線方式無(wú)線方式針對(duì)MS開(kāi)發(fā)。它的操作建立在無(wú)線藍(lán)牙連接已經(jīng)建立起來(lái)的基礎(chǔ)之上,所有信息及文件的傳輸都采用無(wú)線傳輸方式從BS端傳送給MS,這樣MS可以非常方便的集中進(jìn)行配置和升級(jí)。
      (2)有線方式有線方式的配置和升級(jí)采用串口或有線網(wǎng)絡(luò)升級(jí)方式。系統(tǒng)管理員和一般用戶的配置權(quán)限不同,升級(jí)必須擁有系統(tǒng)管理員的權(quán)限。它和無(wú)線配置升級(jí)的區(qū)別主要在通信方式上,其他過(guò)程類似。
      配置程序主要功能如下1)用戶輸入用戶名和對(duì)應(yīng)的密碼,如果用戶名或者密碼三次輸入不正確,則退出程序不能再繼續(xù)執(zhí)行,如果用戶名和密碼正確,則切換到相應(yīng)的主菜單界面。
      2)用戶有兩種管理員和一般用戶,管理員能看到并修改除升級(jí)以外所有的菜單項(xiàng)目,用戶只能看到并修改有線的菜單項(xiàng)目。對(duì)于升級(jí)信息,管理員只能看到不能修改。
      3)菜單下面用戶輸入項(xiàng)目編號(hào),如果下面有子菜單則切換到相應(yīng)子菜單,如果是末級(jí)菜單,則顯示該項(xiàng)目的舊值,輸入新值并且新值確認(rèn)后該參數(shù)的值被修改。
      4)用戶可以選擇保存或者不保存修改后的參數(shù),如果保存則將保存到boot.cfg文件。
      升級(jí)程序只能由管理員運(yùn)行。MS將當(dāng)前系統(tǒng)版本號(hào)以無(wú)線通信方式發(fā)送給BS,再由BS傳送給PC機(jī),最新的系統(tǒng)文件集中存放在服務(wù)器上。PC機(jī)上的升級(jí)程序首先通過(guò)取值函數(shù)調(diào)用當(dāng)前系統(tǒng)版本號(hào)與最新版本號(hào)相比較,如果系統(tǒng)版本號(hào)比最新版本號(hào)老,則自動(dòng)進(jìn)行升級(jí)操作。升級(jí)程序?qū)⒄{(diào)取系統(tǒng)內(nèi)一個(gè)*.O文件的版本列表文件,與服務(wù)器上*.O文件比較,如果版本較老,則從服務(wù)器上下載新版本文件并將新文件傳送到BS,由BS通過(guò)無(wú)線藍(lán)牙發(fā)送給MS覆蓋原有的*.o文件然后將文件版本號(hào)修改保存。升級(jí)全部完成后,將配置文件中的系統(tǒng)版本號(hào)更新。
      BS上電初始化過(guò)程完成后,BS作為master時(shí),缺省狀態(tài)處于不斷查詢狀態(tài);當(dāng)MS與BS的距離到達(dá)藍(lán)牙芯片工作距離范圍內(nèi)時(shí),BS看是否收到MS發(fā)送過(guò)來(lái)的響應(yīng)包,響應(yīng)包內(nèi)包含了MS的設(shè)備地址、本地時(shí)鐘等信息。如收到,BS將收到的一個(gè)或多個(gè)藍(lán)牙物理地址通過(guò)網(wǎng)絡(luò)或串口發(fā)送給PC機(jī),PC機(jī)內(nèi)存有當(dāng)前一段時(shí)間內(nèi)允許通過(guò)的目標(biāo)的藍(lán)牙物理地址及其與目標(biāo)本身特征綁定的列表。當(dāng)傳輸過(guò)來(lái)的地址有一個(gè)或多個(gè)在表上存在時(shí),經(jīng)過(guò)選擇算法選擇其中一個(gè)當(dāng)前合法,然后將當(dāng)前合法提示傳送給BS并在PC機(jī)顯示器上顯示該設(shè)備地址所對(duì)應(yīng)目標(biāo)的本身特征;如果地址在表上不存在,則發(fā)送非法提示給BS并顯示。BS收到非法提示則重新轉(zhuǎn)入查詢操作,同時(shí)將非法提示發(fā)送給MS;BS收到當(dāng)前合法提示后就進(jìn)入鑒權(quán)連接操作,當(dāng)MS的PIN碼輸入正確,鑒權(quán)成功后完成HCI連接,同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)傳輸加密;鑒權(quán)不成功則向PC機(jī)發(fā)送目標(biāo)非法信息并重新轉(zhuǎn)入查詢操作。
      HCI連接完成后BS向PC機(jī)發(fā)一個(gè)建鏈完成幀,PC機(jī)將需要傳送給MS的數(shù)據(jù)發(fā)給BS。在L2CAP層建立連接時(shí),MS作為CLIENT端向作為SERVER的BS發(fā)出L2CAP層的注冊(cè)請(qǐng)求,BS作為SERVER給予響應(yīng),注冊(cè)成功后CLIENT發(fā)出連接請(qǐng)求,SERVER響應(yīng),L2CAP層連接建立起來(lái)后就可以傳送數(shù)據(jù)和通話了。BS將收到的MS的信息轉(zhuǎn)交PC機(jī)處理并顯示;BS向MS發(fā)送來(lái)自PC機(jī)的信息。數(shù)據(jù)收發(fā)和通話完成并確認(rèn)后BS與MS斷鏈并轉(zhuǎn)入缺省狀態(tài)。
      MS上電初始化過(guò)程完成后,MS作為slave,MS缺省狀態(tài)處于可被查詢的不斷掃描查詢狀態(tài)。當(dāng)MS與BS的距離到達(dá)藍(lán)牙芯片工作距離范圍內(nèi)時(shí),MS掃描到BS的查詢,并產(chǎn)生響應(yīng)包將自己的物理地址等信息發(fā)送給BS。當(dāng)?shù)刂夫?yàn)證通過(guò)后,進(jìn)入鑒權(quán)過(guò)程,MS用攜帶的PIN碼、設(shè)備地址和隨機(jī)數(shù)生成的初始化鏈接字進(jìn)行鑒權(quán)。鑒權(quán)通過(guò)后進(jìn)行HCI和L2CAP層的連接。連接成功后MS向BS發(fā)送自身攜帶的信息,并接受BS發(fā)送的消息。通信結(jié)束后斷鏈回到缺省狀態(tài)。
      反之,當(dāng)BS作為slave時(shí),BS缺省狀態(tài)處于可被查詢的不斷掃描狀態(tài);當(dāng)MS與BS的距離到達(dá)藍(lán)牙芯片工作距離范圍內(nèi)時(shí),BS掃描到MS的查詢請(qǐng)求,并產(chǎn)生響應(yīng)包將自己的物理地址等信息發(fā)送給MS。MS認(rèn)證并鑒權(quán)后選擇其中適當(dāng)?shù)囊粋€(gè)當(dāng)前連接,并將自己的藍(lán)牙物理地址和通道號(hào)發(fā)送給BS;如果認(rèn)證或鑒權(quán)不通過(guò),則顯示非法提示并中斷連接回到缺省狀態(tài)。BS收到MS的物理地址后發(fā)送給PC機(jī)進(jìn)行認(rèn)證。如前所述,PC機(jī)內(nèi)存有當(dāng)前一段時(shí)間內(nèi)允許通過(guò)的目標(biāo)的藍(lán)牙物理地址及其與目標(biāo)本身特征綁定的列表。如通過(guò)則如前所述建立L2CAP層的連接并開(kāi)始通信,數(shù)據(jù)收發(fā)和通話完成并確認(rèn)后MS與BS分別斷鏈并轉(zhuǎn)入各自的缺省狀態(tài)。
      當(dāng)本系統(tǒng)中的MS作為master時(shí),MS缺省狀態(tài)處于不斷查詢狀態(tài)。MS收到工作距離范圍內(nèi)BS的響應(yīng)包后,取出響應(yīng)包中BS的地址。MS內(nèi)存有當(dāng)前一段時(shí)間某些BS目標(biāo)的藍(lán)牙物理地址及其與目標(biāo)本身特征綁定的列表。取出的地址有一個(gè)或多個(gè)在表上存在時(shí),經(jīng)過(guò)選擇算法選擇其中適當(dāng)?shù)囊粋€(gè)鑒權(quán),認(rèn)證后當(dāng)前連接,并把自己的設(shè)備地址和本地時(shí)鐘發(fā)送給BS,BS認(rèn)證通過(guò)后即可以在L2CAP層連接并收發(fā)數(shù)據(jù)了。數(shù)據(jù)收發(fā)和通話完成并確認(rèn)后MS與BS分別斷鏈并轉(zhuǎn)入各自的缺省狀態(tài)。
      眾所周知,藍(lán)牙協(xié)議是一項(xiàng)公開(kāi)的技術(shù)規(guī)范,參照藍(lán)牙協(xié)議,本發(fā)明的藍(lán)牙技術(shù)實(shí)現(xiàn)如下(為方便起見(jiàn),后文如果不作特殊說(shuō)明,BS將作為master,MS將作為slave)。
      藍(lán)牙工作在全球通用的非授權(quán)2.4GHz的ISM頻段,使用了跳頻技術(shù),即把頻帶分成若干個(gè)跳頻信道,在一次連接中,無(wú)線收發(fā)器按一定的碼序列不斷地從一個(gè)信道跳到另一個(gè)信道,只有收發(fā)雙方按這個(gè)規(guī)律通信,從而克服干擾和衰落。藍(lán)牙技術(shù)獨(dú)立于不同的操作系統(tǒng)和通信協(xié)議之外,適用于任何數(shù)據(jù)、圖像、聲音的短距離通信場(chǎng)合。
      如圖5所示,藍(lán)牙協(xié)議模型主要包括物理層,即藍(lán)牙無(wú)線接口層;核心協(xié)議,基帶(Baseband)協(xié)議、LMP、L2CAP、SDP等;電纜代替協(xié)議,RFCOMM;電話傳送控制協(xié)議,TCS二進(jìn)制、AT命令集等??蛇x協(xié)議,PPP、UDP/TCP/IP、OBEX、WAP、vCard、vCal、IrMC、WAE。
      除上述協(xié)議層外,規(guī)范還定義了主機(jī)控制器接口(HCI),它為基帶控制器、鏈路控制器、鏈路管理器、硬件狀態(tài)和控制寄存器提供命令接口。
      可使用各種用戶模式在BS和MS間傳送語(yǔ)音,面相連接的話音分組只需經(jīng)過(guò)基帶傳輸,無(wú)需到達(dá)L2CAP。話音模式在藍(lán)牙系統(tǒng)內(nèi)相對(duì)簡(jiǎn)單,只需開(kāi)通話音連接,就可傳送話音。
      藍(lán)牙連接的信道特性完全由master來(lái)確定,master的藍(lán)牙物理地址(BD_ADDR)確定跳頻序列及信道識(shí)別碼。Master的系統(tǒng)時(shí)鐘確定跳頻序列的狀態(tài)和定時(shí)設(shè)置。初始化連接的藍(lán)牙單元定義為master,一旦聯(lián)接建立,主-從角色完全可以進(jìn)行互換。
      為了建立新的連接,應(yīng)使用查詢和傳呼過(guò)程。查詢過(guò)程使一個(gè)單元能夠發(fā)現(xiàn)那些在范圍之內(nèi)的單元,以及它們的設(shè)備地址和時(shí)鐘。通過(guò)傳呼過(guò)程,能夠確定實(shí)際連接。
      在本系統(tǒng)中master永遠(yuǎn)處于不可被查詢的狀態(tài)。master廣播的查詢消息不包含任何有關(guān)master的信息,master連續(xù)以不同的跳頻傳送查詢消息,查詢跳頻序列總是取自GIAC的LAP。它將指出應(yīng)答設(shè)備的類型,使用通用查詢?cè)O(shè)備識(shí)別碼(GIAC)可以查詢?nèi)魏嗡{(lán)牙設(shè)備,使用一些專用查詢識(shí)別碼(DIAC)可以查詢指定類型設(shè)備。本實(shí)用新型通過(guò)設(shè)置兩個(gè)參數(shù)來(lái)確定一次查詢?nèi)^(guò)程的時(shí)間長(zhǎng)短T全過(guò)程=N×1.28秒 (1<=N<=8)Num=a (1<=a<=255)T全過(guò)程——表示一次查詢?nèi)^(guò)程時(shí)間,在此時(shí)間內(nèi)如果沒(méi)有應(yīng)答相應(yīng),則重新進(jìn)入查詢子狀態(tài)Rum——表示查詢方搜集到Num個(gè)目標(biāo)時(shí)決定放棄查詢子狀態(tài)。
      Slave缺省處于不斷有規(guī)律的查詢掃描子狀態(tài)以便應(yīng)答查詢消息,收到查詢消息時(shí),應(yīng)返回一個(gè)含有slave設(shè)備地址、本地時(shí)鐘、和其他slave信息的FHS分組作應(yīng)答。
      當(dāng)master查詢結(jié)束并且搜集到一個(gè)或多個(gè)應(yīng)答時(shí),BS將得到的地址傳送給PC機(jī)驗(yàn)證,取適當(dāng)合法目標(biāo)進(jìn)入傳呼過(guò)程,從而將信道特性確定下來(lái),建立連接。然后開(kāi)始鑒權(quán)。
      鑒權(quán)過(guò)程基于PIN和隨機(jī)數(shù)創(chuàng)建初始化字Kinit。創(chuàng)建初始化字Kinit在校驗(yàn)器發(fā)送一個(gè)LMP_in_rand PDU分組給請(qǐng)求者時(shí)進(jìn)行,請(qǐng)求者用LMP_accepted應(yīng)答,兩設(shè)備計(jì)算出Kinit字,然后基于此字進(jìn)行鑒權(quán)。在校驗(yàn)器檢查鑒權(quán)應(yīng)答值后,如正確,就創(chuàng)建鏈接字用于加密。
      L2CAP層的連接MS與BS都可以做Server或Client,過(guò)程相同。BS向PC機(jī)發(fā)一個(gè)建鏈完成幀,PC機(jī)將需要傳送給MS的數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)或串口發(fā)給BS。在L2CAP層建立連接時(shí),MS作為CLIENT端向作為SERVER的BS發(fā)出L2CAP層的注冊(cè)請(qǐng)求,BS作為SERVER給予響應(yīng),注冊(cè)成功后CLIENT發(fā)出連接請(qǐng)求,SERVER響應(yīng),L2CAP層連接建立起來(lái)后就可以傳送數(shù)據(jù)和通話了。MS向BS發(fā)送自身攜帶的信息,BS將收到的信息轉(zhuǎn)交PC機(jī)處理并顯示;BS向MS發(fā)送來(lái)自PC機(jī)的信息。數(shù)據(jù)收發(fā)和通話完成并確認(rèn)后MS斷鏈并轉(zhuǎn)入各自的缺省狀態(tài)。
      實(shí)例海關(guān)藍(lán)牙門禁系統(tǒng)海關(guān)是國(guó)家的門戶,人員和貨物進(jìn)出國(guó)門都必須經(jīng)過(guò)海關(guān),隨著我國(guó)對(duì)外開(kāi)放及加入WTO,進(jìn)出口貿(mào)易的進(jìn)一步發(fā)展,海關(guān)的貨物流通量急劇上升。貨物通關(guān)有一系列的必要手續(xù),海關(guān)門口的貨車長(zhǎng)龍已經(jīng)司空見(jiàn)慣,通關(guān)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)成了一個(gè)瓶頸,如何提高通關(guān)效率成了迫在眉睫的問(wèn)題。本實(shí)用新型的一個(gè)重要實(shí)例就是針對(duì)海關(guān)通關(guān)開(kāi)發(fā)的一個(gè)具體產(chǎn)品。
      如圖6所示,圖中的通道1、通道2、通道3…通道n表示海關(guān)或碼頭的通關(guān)通道,通道盡頭的方塊表示崗?fù)?,BS即基站裝置就安放在崗?fù)ね饨?,通過(guò)網(wǎng)線或串口與崗?fù)?nèi)的PC機(jī)連接。所有的PC機(jī)都用網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)端的服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫(kù)連接起來(lái),海關(guān)每天的通關(guān)調(diào)度計(jì)劃和所有允許通關(guān)的車輛記錄都保存在服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi),車輛記錄包括車載藍(lán)牙設(shè)備地址、車輛特征和司機(jī)特征的綁定。服務(wù)器定期將調(diào)度計(jì)劃和車輛記錄發(fā)送給PC機(jī),從而PC機(jī)內(nèi)就存有當(dāng)前一定時(shí)間內(nèi)將有哪些車輛、運(yùn)送什么貨物、將要運(yùn)到什么地方、堆放在何處、應(yīng)該提交哪些文件資料等等一系列的信息。
      海關(guān)應(yīng)用的特點(diǎn)通關(guān)門亭多個(gè)排列;業(yè)務(wù)上需要雙向傳輸數(shù)據(jù);工作時(shí)間長(zhǎng),要求24小時(shí)不間斷工作,可靠性要求高;等等。
      與這些特點(diǎn)相對(duì)應(yīng),本實(shí)用新型應(yīng)用于海關(guān)時(shí),有以下特征為了避免固定在門上的BS每次都查詢到固定在鄰近門上的BS,所有BS在工作的全過(guò)程中都設(shè)置為不能響應(yīng)查詢的狀態(tài)(即關(guān)閉Inquire Scan Enable)。硬件上采用雙網(wǎng)卡熱備份,避免因網(wǎng)卡和網(wǎng)線故障造成系統(tǒng)無(wú)法工作,具體做法如前所述。程序始終處于自動(dòng)循環(huán)狀態(tài),具體流程如下BS上電初始化后缺省狀態(tài)始終處于不斷的查詢狀態(tài),且關(guān)閉被查詢掃描。查詢使用通用查詢?cè)O(shè)備識(shí)別碼(GIAC),使用通用查詢?cè)O(shè)備識(shí)別碼(GIAC)可以查詢?nèi)魏嗡{(lán)牙設(shè)備;查詢跳頻序列取自GIAC的LAP。兩個(gè)參數(shù)的設(shè)置如下來(lái)確定一次查詢?nèi)^(guò)程的時(shí)間長(zhǎng)短取N=4;Num=4;從而得到T全過(guò)程=N×1.28秒=4×1.28=5.12秒T全過(guò)程——表示一次查詢?nèi)^(guò)程時(shí)間,在此時(shí)間內(nèi)如果沒(méi)有應(yīng)答相應(yīng),則重新進(jìn)入查詢子狀態(tài);Num——表示查詢方搜集到Num個(gè)目標(biāo)時(shí)決定放棄查詢子狀態(tài)。
      車輛駕駛室裝有MS即從站裝置,MS的缺省狀態(tài)始終處于可被查詢的不斷掃描狀態(tài)。BS和MS分別存有已經(jīng)確定好的PIN碼值。出發(fā)時(shí)有關(guān)部門管理機(jī)構(gòu)通過(guò)藍(lán)牙通信在出發(fā)地就將通關(guān)時(shí)需要提交的信息發(fā)送到MS內(nèi)保存下來(lái)。當(dāng)車輛進(jìn)入通關(guān)通道,與崗?fù)さ木嚯x小于或等于藍(lán)牙通信距離時(shí),MS掃描到BS的查詢,產(chǎn)生查詢應(yīng)答并發(fā)送給BS,應(yīng)答中包括MS的設(shè)備地址和本地時(shí)鐘等;BS收到一個(gè)或多個(gè)應(yīng)答后,將應(yīng)答消息中的藍(lán)牙設(shè)備地址發(fā)送給PC機(jī),PC機(jī)將收到的地址與保存的車輛記錄相比較,判斷車輛是否合法。如否,則發(fā)送非法消息給BS,BS將禁止車輛通過(guò)并將非法消息發(fā)送給MS,然后BS重新回到查詢狀態(tài);如合法,則從記錄中調(diào)出該地址所對(duì)應(yīng)的車輛和司機(jī)特征顯示在PC機(jī)的顯示器上,也可以查閱車輛應(yīng)該裝載的貨物等相關(guān)信息,當(dāng)同時(shí)返回的響應(yīng)有多個(gè)合法,也就是在藍(lán)牙工作范圍內(nèi)有多個(gè)合法的MS存在時(shí),PC機(jī)將選擇算法判斷出當(dāng)前應(yīng)當(dāng)連接的目標(biāo)。PC機(jī)將選擇的當(dāng)前目標(biāo)的合法信息發(fā)送給BS,BS對(duì)MS連接和鑒權(quán);如果MS同時(shí)收到多個(gè)BS的連接事件時(shí),通過(guò)選擇算法選擇當(dāng)前正對(duì)的BS操作并向其他BS發(fā)送錯(cuò)誤信息。BS和MS在鑒權(quán)完成后對(duì)信道信息進(jìn)行加密。連接完成后MS將本身攜帶的需要提交的信息發(fā)送給BS,BS給PC機(jī)發(fā)送一個(gè)建鏈完成幀,并將MS提交的信息提交給PC機(jī)。PC機(jī)收到建鏈完成幀后將此車輛的有關(guān)調(diào)度信息發(fā)送給BS,信息按約定格式打包,分有數(shù)值型/字符型、顯示/不顯示、保存/不保存等區(qū)別,分別在包頭的各位表示。再由BS發(fā)送給MS,MS按約定處理收到的數(shù)據(jù)包,將在自帶的顯示屏上顯示需要顯示的內(nèi)容,并對(duì)其他消息作一些必要的處理。如果雙方通信完畢,則互發(fā)通信結(jié)束幀,PC機(jī)發(fā)出并收到結(jié)束幀后開(kāi)關(guān)放行。所有這些過(guò)程將在幾秒鐘內(nèi)完成。然后BS和MS各自斷鏈并回到缺省狀態(tài)。PC機(jī)保存收到的信息并在處理后將必要的信息發(fā)送給服務(wù)器。
      權(quán)利要求1.一種無(wú)線身份認(rèn)證和數(shù)據(jù)收發(fā)的門禁系統(tǒng),它包括數(shù)據(jù)庫(kù)、服務(wù)器、PC機(jī)、固定認(rèn)證方的門禁基站裝置BS和被認(rèn)證目標(biāo)的從站裝置MS,其特征在于PC機(jī)與服務(wù)器通過(guò)有線網(wǎng)絡(luò)連接;PC機(jī)與BS通過(guò)有線連接;BS與MS通過(guò)藍(lán)牙無(wú)線連接;BS和MS總體結(jié)構(gòu)為藍(lán)牙嵌入式設(shè)備,MS包括主板及其連接的藍(lán)牙模塊、LCD顯示、兩個(gè)串口、按鍵或小鍵盤、FLASH或DOC存儲(chǔ)器和備用網(wǎng)絡(luò)模塊,其中主板選擇RS232、UART、PIO或USB連接;BS包括主板及其連接的藍(lán)牙模塊、網(wǎng)絡(luò)模塊、兩個(gè)串口和FLASH或DOC存儲(chǔ)器,其中主板與藍(lán)牙模塊經(jīng)RS232、UART、PIO或USB連接。
      2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的門禁系統(tǒng),其特征在于所述BS采用具有完成網(wǎng)絡(luò)熱備份功能的雙網(wǎng)卡冗余方案,該方案由硬件和軟件組成,其中硬件包括二片網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)器;軟件包括雙網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)。
      3.一種無(wú)線身份認(rèn)證和數(shù)據(jù)收發(fā)的門禁系統(tǒng),它包括數(shù)據(jù)庫(kù)、服務(wù)器、PC機(jī)、固定認(rèn)證方的門禁基站裝置BS和被認(rèn)證目標(biāo)的從站裝置MS,其特征在于其中BS直接接在PC機(jī)上構(gòu)成BS與PC機(jī)合為一體的整體BS,且BS通過(guò)有線網(wǎng)絡(luò)直接與服務(wù)器聯(lián)接;BS與MS通過(guò)藍(lán)牙無(wú)線連接;BS和MS總體結(jié)構(gòu)為藍(lán)牙嵌入式設(shè)備,MS包括主板及其連接的藍(lán)牙模塊、LCD顯示、兩個(gè)串口、按鍵或小鍵盤、FLASH或DOC存儲(chǔ)器和備用網(wǎng)絡(luò)模塊,其中主板選擇RS232、UART、PIO或USB之一連接;BS包括PC機(jī)、藍(lán)牙模塊和藍(lán)牙接口板,且藍(lán)牙模塊與PC機(jī)串口、并口或USB口連接。
      4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的門禁系統(tǒng),其特征在于其中藍(lán)牙模塊經(jīng)接口芯片由PIO、UART或USB引入;主板由其并口或總線接口經(jīng)LCD控制邏輯與LCD連接;按鍵經(jīng)按鍵控制邏輯與主板的并口或總線接口連接。
      專利摘要本實(shí)用新型無(wú)線身份認(rèn)證和數(shù)據(jù)收發(fā)的門禁系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)庫(kù)、服務(wù)器、PC機(jī)、固定認(rèn)證方的門禁基站裝置BS和被認(rèn)證目標(biāo)的從站裝置MS,其中PC機(jī)與服務(wù)器經(jīng)有線網(wǎng)絡(luò)連接;PC機(jī)與BS有線連接,在BS與PC機(jī)合為一體的情況下,BS經(jīng)有線網(wǎng)絡(luò)直接與服務(wù)器連接;BS與MS經(jīng)藍(lán)牙無(wú)線連接;BS和MS總體結(jié)構(gòu)為藍(lán)牙嵌入式設(shè)備。本實(shí)用新型能夠快速方便地實(shí)現(xiàn)無(wú)方向性限制的雙向數(shù)據(jù)和語(yǔ)音的傳輸,由于它利用藍(lán)牙技術(shù)將無(wú)線身份認(rèn)證和無(wú)線雙向數(shù)據(jù)收發(fā)合為一體,使得認(rèn)證方和被認(rèn)證方在認(rèn)證正確后立即在一定距離內(nèi)進(jìn)行高速數(shù)據(jù)及語(yǔ)音的傳輸,在短暫停留時(shí)間內(nèi)甚至在運(yùn)動(dòng)中完成整個(gè)交互過(guò)程。
      文檔編號(hào)E05B51/00GK2591155SQ0223338
      公開(kāi)日2003年12月10日 申請(qǐng)日期2002年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月30日
      發(fā)明者劉志春, 孫兵, 肖愛(ài)平 申請(qǐng)人:北京信源咨訊信息技術(shù)有限公司
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