基于時間戳的單向通信的系統、電路及方法

專利名稱：基于時間戳的單向通信的系統、電路及方法
基于時間戳的單向通信的系統、電路及方法技術領域
本公開一般涉及單向通信系統和電路，以及其方法。
背景技術：
傳統的遠程控制系統包括用于接收無線信號的接收機，該系統響應該無線信號。 此類遠程控制系統可包括可移動的屏障，諸如，車庫門，支樞式閘門、卷閘門或掩閘門，護臂，及類似物。此類系統往往是響應于來源于遠方、單向的控制信號進行操作的。在一個示例中，用戶可操作無線遠程控制設備向耦合至制動器的控制系統傳送“打開”命令以移動屏障，從而允許控制系統控制該屏障(例如，打開車庫門、打開大門，等等)。
諸如用于車庫門系統、安全防護系統以及其他短程無線發射機的遠程控制發射機包括射頻發射機，該射頻發射機在專門的射頻上傳送代碼。一般使用編碼器來生成該代碼， 并且發射頻率一般而言在特定的國家內是通過立法來固定的。發明內容
在一個實施例中，一種電路包括用于接收輸入信號的輸入端子和包括輸入和輸出的時間戳電路。該輸入耦合至輸入端子。該時間戳電路包括定時器，并且該輸出是用于響應于接收到輸入信號而基于定時器的值來提供時間戳。該電路還包括編碼器，該編碼器包括耦合至時間戳電路的輸出的輸入并配置為將該時間戳編碼成分組。該電路還包括配置為傳送該分組的發射機。
在另一實施例中，一種方法包括接收與電路的輸入端子處的用戶輸入對應的信號；響應于接收到該信號，使用該電路的定時器生成時間戳，其中，該時間戳對應于接收到該信號時定時器的值。該方法還包括使用該電路的編碼器將該時間戳編碼在一起以產生分組并將該分組經由該電路的發射機提供給通信鏈路。
在又一實施例中，一種系統包括發射設備，該發射設備配置為通過無線鏈路傳送分組，其中，該分組包括時間戳。該發射設備包括發射機，該發射機包括輸入并包括用于傳送該分組的輸出；編碼器/分組發生器，該編碼器/分組發生器包括用于接收包括時間戳的數據的輸入和耦合至該發射機的輸入的輸出；以及時間戳電路，該時間戳電路包括定時器并配置為響應于輸入信號生成對應于定時器值的時間戳。該系統還包括接收機設備，該接收機設備配置為從無線鏈路接收該分組，對該分組進行解碼以取回該時間戳，并使用該時間戳來認證該分組。該接收機設備配置為在該時間戳落到時間戳窗口外時忽略該分組并在該時間戳落在該時間戳窗口內時對該分組進行操作。


圖1是系統的框圖，該系統包括將時間戳編碼到分組中的發射設備和使用該時間戳認證收到分組的接收設備。
圖2是圖1的發射設備的一部分的框圖，其說明具有包括時間戳的加密有效載荷的一種可能類型的分組的形成。
圖3是配置為將時間戳編碼成被傳送分組的發射設備的第二實施例。
圖4是用于圖3的時間戳電路的時間戳值相對于時間的示意圖。
圖5是時間戳電路的實施例的框圖，該時間戳電路具有易失性定時器和非易失性定時器并包括用于存儲時間戳的各部分的易失性和非易失性存儲器。
圖6是圖5的易失性定時器的易失性定時器輸出信號的幅度相對于時間的示意圖。
圖7是圖5的非易失性定時器的非易失性定時器輸出信號的幅度相對于時間的示意圖。
圖8是圖1的發射設備的一部分的框圖，其說明具有包括已加擾的時間戳的加密有效載荷的一種可能類型的分組的形成。
圖9是根據圖8的發射設備用于產生已加擾時間戳的加擾器電路的實施例的邏輯圖。
圖10是用于圖1的接收設備中對已加擾時間戳進行解擾的解擾器電路的實施例的邏輯圖。
圖11是根據圖8的發射設備的已加擾時間戳的時間戳值相對于時間的示意圖。
圖12是包括用于接收包括時間戳的信號的接收窗口的時間戳值相對于時間的示意圖。
圖13是用于在接收窗口期滿后接收到傳輸時將接收機重新同步到發射機時間戳的方法的流程圖。
圖14是包括用于接收包括時間戳的信號的時變接收 窗口的時間戳值相對于時間的示意圖。
圖15是包括配置為提供基于時間戳的單向通信安全的發射機電路的系統框圖。
在以下討論中，在不同附圖中相同的附圖標記被重復使用以指代相同或相似的元件。具體實施例
相應地，以下描述了系統的各實施例，包括配置為傳送包括時間戳的單向通信分組的發射機設備以及配置為接收該單向通信分組并將其解碼以認證傳輸的接收機設備。在用于諸如無線控制操作(例如，車庫門開啟器、大門開啟器、以及其他單向無線控制設備)的應用中時，此類實施例可提供增強或改善的安全性措施。此類安全性措施包括防止危及控制操作或者增加危及控制操作的難度，例如，防止對尋求被保護或被保衛的房屋的未經授權的訪問。
圖1是系統100的框圖，該系統包括將時間戳(TS)編碼到傳送分組中的發射設備 102和使用該時間戳認證收到分組的接收設備104。在一個示例中，發射設備102可以是便攜式遠程控制設備，諸如車庫門遠程控制器、遙控鑰匙、或者其他便攜式遠程控制設備。接收設備104可以是車庫門開啟器、安全面板、或者其他可控制電子設備。
發射設備102包括用戶可選擇按鈕108，用戶可選擇按鈕108包括耦合至時間戳電路110的輸入的輸出，時間戳電路Iio具有耦合至非易失性存儲器(NVM)116的第一輸出和耦合至編碼器/分組發生器112的第二輸出。時間戳電路110向非易失性存儲器提供時間戳的第一部分并向編碼器/分組發生器112的易失性存儲器提供該時間戳的第二部分。 NVMl 16包括耦合至編碼器/分組發生器112的輸入的輸出。編碼器/分組發生器112包括加密塊114，用于在將時間戳編碼到分組中時對時間戳進行加密。在該特定示例中，編碼器/分組發生器112將時間戳編碼到分組的一部分(諸如該分組的有效載荷部分)中以用于傳輸。編碼器/分組發生器112包括I禹合至發射機118的輸入的輸出，發射機118的輸出耦合至天線以用于將各分組無線地通過無線通信鏈路106傳送至接收設備104。發射設備 102還包括向時間戳電路110、NVM 116、發射機118以及編碼器/分組發生器112供應電源的電源120，諸如電池。接收設備104包括接收機122，接收機122包括耦合至天線以通過無線通信鏈路 106接收分組的輸入并包括耦合至緩沖器124的輸出，緩沖器124的輸出耦合至解碼器126 的輸入。解碼器126包括用于對收到分組的有效載荷進行解密的解密塊128。進一步，解碼器126包括耦合至控制邏輯電路130的輸入的輸出，控制邏輯電路130包括耦合至計數器 132的輸出的輸入、以及耦合至存儲器136的輸入/輸出接口、以及耦合至其他電路134的輸出。此外，接收設備104包括電源138，電源138可包括穩壓器和用于從電源出口(諸如， 插頭或壁上插座)接收電源的其他電路。
如以下詳細描述的，在示例性實施例中，可使用簡單計數器或者一個或多個用于存儲計數器數據的至少部分的存儲器來實現時間戳電路110。例如，時間戳值的各最高有效位可存儲在NVM 116中，而時間戳值的各最低有效位可存儲在易失性存儲器中。
在一個示例中，響應于用戶按壓按鈕108，發射設備102的時間戳電路110生成時間戳，該時間戳被提供給編碼器/分組發生器112，并且該時間戳的一部分被提供給NVM 116。編碼器/分組發生器112生成通信分組并將該通信分組提供給發射機118以用于通過無線通信鏈路106向接收設備104的傳輸，該通信分組具有用于承載時間戳的有效載荷。 在一些實例中，編碼器/分組發生器112對時間戳進行加密并將經加密的時間戳連同其他信息放置在分組的有效載荷中，然后將該分組提供給發射機118以通過無線通信鏈路106 向接收設備104進行傳送。
接收設備104在接收機122處接收該分組，接收機122將該分組提供給緩沖器124 以供解碼器126對該分組進行解碼(并且可選地使用解密塊128進行解密)。已解碼(以及已解密)分組被提供給控制邏輯電路130，控制邏輯電路130將時間戳值與來自計數器132 的計數器值進行比較。如果時間戳值超過了計數器值并且在預計范圍內，則控制邏輯電路 130確定收到分組是有效的，在存儲器136中記錄該時間戳值，并將來自分組有效載荷的其他數據傳送至其他電路134，諸如制動器以打開大門或車庫門。如果時間戳值落在預計范圍或窗口外，則使用較短的重新同步窗口發起恢復規程。在示例性實施例中，接收設備104不需要時鐘，而是將時間戳值作為能易于與計數器值或計數器值范圍進行比較的數字。該屬性可簡化接收設備104和/或降低其成本。
一般而言，接收設備104打開接收窗口并接受包括落在該接收窗口內的時間戳值的傳輸。然后新的有效時間戳將下一個接收窗口在時間上向前移動。接收設備104拒絕舊碼或重復碼。進一步，接收設備104不需要定時器。相反，它將時間戳作為數字并且可使用簡單計數器(諸如計數器132)來認證時間戳。
在以上示例中，編碼器/分組發生器112生成具有有效載荷部分的分組。但是，時間戳值可被編碼到結構較少類型的信息分組中。如本文中所使用的，術語“分組”是指一束數據。在一個實例中，分組可以是數據分組，諸如在因特網上傳送的數據分組類型。在另一實例中，分組可包括以可用于向接收設備104進行無線傳輸的格式的一個或多個數據片。 例如，分組可包括預定義部分中的多個數據片，這些預定義部分包括例如有效載荷部分。在另一示例中，分組可包括時間戳和另一數據片。
進一步，盡管以上討論涉及一個分組的傳輸，但是發射設備102和接收設備104之間的完整傳輸可包括多個分組的傳輸。在一特定示例中，這多個分組中的每一個分組可包括時間戳和數據片。在另一特定示例中，這多個分組中的第一分組包括時間戳并且可選地包括數據片，而其他分組可僅包括數據。如果在收到帶有時間戳的分組后均在時間窗口內收到多個分組中的每個分組，則接收設備104可認證這多個分組。
一般而言，系統100提供簡單安全性實現，其防止RF無線傳輸的簡單頻率非法訪問。尤其，通過利用可表示跨度一百年的時間值的計數器，時間戳電路110可配置為在一百年窗口內的某一點處的時間戳值處開始，由此使得黑客難以猜測或難以使用將測試每個可能時間戳值的蠻力辦法來進行解密。雖然以上討論已提到分組傳輸，但下面將關于圖2描述編碼器/分組發生器112的示例，圖2描繪了包括經·加密有效載荷的分組的示例，該加密有效載荷包括時間戳值。
圖2是圖1的發射設備102的一部分200的框圖，說明了具有包括時間戳的經加密有效載荷的分組的形成。該部分200包括時間戳電路110，時間戳電路110包括耦合至編碼器/分組發生器112的輸入的輸出，編碼器/分組發生器112具有耦合至發射機118的輸出。
編碼器/分組發生器112生成分組204以用于經由發射機118進行傳送。分組 204包括經加密有效載荷206，后者是使用加密塊或電路114加密的。加密塊114接收包括命令、狀態指示符、以及時間戳值的數據202，將數據202進行加密以產生經加密有效載荷， 并將經加密有效載荷206插入到分組204中。
在該實例中，可使用獨立于按鈕按壓而改變的計數器、時鐘、或其他電路來產生時間戳值，確保每個被傳送分組一旦被加密就是唯一的并表現為與其他分組不關連。該唯一的傳輸值提供了第一層的安全性。此外，可在發射機中使用定時器，并且可在接收機中使用簡單計數器以實現解碼認證功能。替換地，發射機設備102和接收機設備104兩者均可使用計數器、定時器、或者其組合。
雖然以上討論已提供了用于提供基于時間戳的單向通信技術的系統100的概覽， 但是有實現時間戳的各種方式，如本領域普通技術人員理解的。應當領會到，本文中所討論的時間戳不同于舉例而言每次按鈕按壓遞增計數器的“滾動碼”，因為時間戳數值的遞增值是獨立于按鈕按壓的。換言之，時間戳值在按鈕按壓之間的時段持續改變，由此獨立于按鈕按壓變化。當按壓按鈕時，獲取該特定的時間戳值。以下關于圖3描述了時間戳電路的一個可能示例。
圖3是發射設備300的實施例的框圖，發射設備300配置為將時間戳編碼到被傳送分組中。發射設備300包括低功率時鐘302，低功率時鐘302包括耦合至時間戳電路110 的輸出，時間戳電路110包括用于向編碼器/分組發生器112提供時間戳316的輸出。發射設備300還包括耦合至時間戳電路110的按鈕108。編碼器/分組發生器112包括耦合至發射機118的輸入的輸出，發射機118通過(圖1中的)無線通信鏈路106向接收設備104 無線地傳送分組。
編碼器/分組發生器112包括用于接收標識數據的第一輸入304、用于接收狀態數據的第二輸入306、以及用于接收其他數據(諸如命令)的第三輸入308。在一個示例中，編碼器/分組發生器112從時間戳電路110接收時間戳316、接收唯一標識發射設備102的標識符數據、指示(例如)發射設備102的電池狀態的狀態數據、以及一個或多個指令或命令 (或者表示命令的代碼)，諸如“打開”或“關閉”大門，其中，命令被傳送到接收設備104以由控制邏輯電路130執行以進行期望操作，只要收到分組的時間戳落在時間戳窗口內即可。
時間戳電路110包括鎖存器310，鎖存器310包括耦合至低功率時鐘302的輸出的時鐘輸入、耦合至鎖存器314的數據輸入的輸出、以及耦合至求和節點312的節點輸出的數據輸入。求和節點312還包括耦合至鎖存器310的輸出的節點輸入。求和節點312將鎖存器310的輸出處的值遞增預定義的增量并將已遞增的值提供給鎖存器310的輸入。因此， 響應于低功率時鐘302的時鐘信號，鎖存器將值從其輸入傳遞到輸出，遞增了一計數。鎖存器314包括耦合至求和節點的節點輸出的數據輸入、耦合至按鈕108的輸出的時鐘輸入、以及用于向編碼器/分組發生器112的輸入提供時間戳316的輸出。
在替換性實施例中，低功率時鐘302可替換為可編程振蕩器或者其他可編程電路，使其有可能改變定時器的頻率。進一步，時間戳316可以是諸如序號的數字，而不是時間，使其有可能唯一地標記每個生成的分組。在該實例中，時間戳是指相對于其他時間戳唯一的數 字，沒有必要是時間值。
在所示出的示例中，鎖存器310以每個來自低功率時鐘302的時鐘脈沖遞增，并且當用戶按壓按鈕108時由鎖存器310存儲的值被提供給編碼器/分組發生器，使得鎖存器 314將其數據輸入處的值鎖存到其輸出。因此，不同于滾動碼，時間戳電路110產生隨著時鐘信號變化的唯一值以產生響應于每次按鈕按壓被獲取的唯一時間戳。以下關于圖4描述因變于時間的時間戳值的一個示例。
圖4是用于圖3的時間戳電路110的時間戳值相對于時間的示意圖400。在示意圖400中，時間戳316隨時間線性變化，因為低功率時鐘302提供周期性增量。如圖所示， 在按壓按鈕108時的第一時間點(Ttl)處，第一時間戳值(TSJ402由鎖存器314鎖存并作為時間戳316提供給編碼器/分組發生器112。隨后，在再次按壓按鈕108時的第二時間點 (T1)處，第二時間戳值(TS1)404由鎖存器314鎖存并作為時間戳316提供給編碼器/分組發生器112。類似地，在時間T2和T3處，對應的時間戳(TS2和TS3)406和408由鎖存器314 鎖存并作為時間戳316提供給編碼器/分組發生器112。
在該示例中，低功率時鐘302提供為每次按鈕按壓產生唯一的時間戳的增量調節。該唯一的時間戳可被編碼到待傳送分組的有效載荷部分中并由接收設備104用于認證該分組。尤其，每個被傳送分組的時間戳應當大于先前收到的時間戳。這提供了關于單向通信的第一級別的安全性，使得具有錯誤時間戳值的未授權分組將被接收設備104忽略。以下關于圖5描述了具有易失性和非易失性定時器的時間戳電路110的一種可能的實施例。
圖5是時間戳電路110的實施例的框圖，該時間戳電路110具有易失性定時器501 和非易失性定時器511并包括用于存儲時間戳的各部分的易失性存儲器508和非易失性存儲器518。如本文中所使用的，術語“易失性定時器”是指產生存儲于易失性存儲器中的值的定時器，而術語“非易失性定時器”是指產生存儲于非易失性存儲器中的值的定時器。時間戳電路110包括鎖存器506，鎖存器506具有耦合至易失性定時器501的輸出以用于接收易失性定時器信號522的數據輸入、用于接收按鈕按壓信號的時鐘輸入、以及耦合至易失性存儲器508以用于存儲時間戳值的各最低有效位的輸出。
易失性定時器501包括鎖存器502，鎖存器502具有用于接收頻率相對低的時鐘信號的時鐘輸入(諸如在一些實施例中具有大約為2.1kHz的頻率的時鐘信號)。鎖存器502 還包括耦合至求和節點504的節點輸出的數據輸入，求和節點504包括耦合至鎖存器502 的輸出的節點輸入。進一步，鎖存器502的輸出耦合至鎖存器506的數據輸入并耦合至比較器510的輸入。比較器510進一步包括用于接收復位計數器值的第二輸入和耦合至或門 512的輸入的輸出。或門512包括用于接收復位信號的第二輸入。在該示例中，復位計數器值被設為222，這使得比較器510的輸出以大約33分鐘的間隔或者響應于復位信號而改變， 由此遞增非易失性定時器511。進一步，或門512的輸出耦合至鎖存器502的復位輸入，以復位鎖存器502。
非易失性定時器511包括鎖存器514，鎖存器514具有耦合至或門512的輸出的時鐘輸入、數據輸入、以及耦合至求和節點516的節點輸入的輸出，求和節點516具有耦合至非易失性存儲器518并耦合至數據輸入的節點輸出。在該示例中，鎖存器514可配置為存儲與O年與32年之間的時間值對應的值。進一步，非易失性定時器511的起始值可通過將值遞增到今后很遠的時間點來調節。例如，非易失性定時器514的起始點可初始地設為未來15年，這提供了附加的安全性級別，因為時間戳的各最高有效位不會被容易猜出或甚至由蠻力辦法來獲得。
在一個示例中，鎖存器502的時鐘輸入處的時鐘信號使得鎖存器502計數的值隨時間增加。當按下按鈕108時，鎖存器506向易失性存儲器508提供鎖存器502的輸出處的當前值。進一步，當鎖存器502的值達到222的計數時，易失性定時器信號522被復位并且非易失性定時器511被遞增。
通過結合利用非易失性存儲器518和易失性存儲器508來存儲定時器值，就有可能產生作為存儲于這兩個存儲器中的值的組合的時間戳。在該示例中，存儲在易失性存儲器中的時間戳值被截去五個最低有效位，然后將易失性存儲器508存儲的剩余值附加(組合)至存儲在非易失性存儲器518的時間戳值以產生經組合的時間值，該經組合的時間值表示從O位到37位形成的時間戳值520。在該示例中，存儲在易失性存儲器508中的時間戳值部分表示各最低有效位并且存儲在非易失性存儲器518中的時間戳值表示時間戳值520 的各最聞有效位。
在該示例中，有兩個復位間隔，一個用于易失性定時器501，對應于應用于比較器 510的第二輸入的值。在該實例中，該值被設為222 ;但是計數器可取決于易失性存儲器508 的大小來調節。進一步，非易失性存儲器511配置為每32年復位。但是，可基于非易失性存儲器518組合易失性存儲器508的大小來增加或減少非易失性定時器511的值。相應地， 有可能例如取決于特定的實現將非易失性定時器配置為每10年或每100年復位。
一般而言，易失性定時器501相比于非易失性定時器511更為頻繁地遞增。因此， 非易失性定時器511的遞增頻率小于第一定時器501的遞增頻率。例如，易失性定時器501表示時鐘頻率為2.1kHz的22位定時器。易失性定時器501的每個遞增間隔為大約O. 48ms, 并且該定時器每33分鐘或O. 55小時復位。因此，易失性存儲器508中的時間戳的各最低有效位每O. 48ms更新。相反，非易失性存儲器響應于復位信號或者每33分鐘遞增。非易失性存儲器518可實現為具有21位的電可擦編程只讀存儲器(EEPROM)，每O. 55小時遞增。 這21位向EEPROM提供可表示1，163，504小時、48，479天、或者132. 8年的存儲器。在該示例中，非易失性存儲器518在132. 8年中被寫入大約2，200, 000次，比易失性存儲器508的次數少得多。因此，通過在易失性存儲器508中存儲時間戳的第一部分并在非易失性存儲器518中存儲第二部分，可避免非易失性存儲器的持久性問題(諸如由閃存擦除/寫入周期引起的那些問題)并且可減少關于非易失性存儲器寫入操作的總體能耗。尤其，與對應于易失性存儲器508的寫操作的頻率相關聯的第一寫入頻率高于與對應于非易失性存儲器518 的寫入操作的頻率相關聯的第二寫入頻率。因此，向非易失性存儲器寫入操作的數量小于向易失性存儲器的寫入操作，由此避免了與對非易失性存儲器518的磨損相關損害有關的持久性問題。取決于所使用的技術，諸如半導體類型和設計及制造技術，并取決于期望的安全性級別，在一些實施例中可使用其他類型的存儲器。作為一個示例，在一些實現中可使用閃存。
在一些實施例中，可能期望包括具有耦合至鎖存器506輸出的輸入和耦合至易失性存儲器508的輸出的求和節點，其中，求和節點配置為從222的位值減去易失性定時器信號522，使得易失性定時器倒計數直到易失性定時器復位。可替換地或附加地，可能期望在接收到按鈕按壓信號后通過調節一時段上的時鐘頻率來減少第一定時器電路的增量頻率。
盡管以上討論描述了包括兩個定時器間隔的一個可能實現，應當領會到，非易失性定時器511結合非易失性存儲器提供了將時間戳初始化為今后數年的值的機會，從而時間戳的起始點足夠高使得難以通過蠻力辦法確定。以下關于圖6描述易失性定時器和非易失性定時器復位的一個示例。
圖6是圖5的易失性定時器501輸出處的易失性定時器信號522的幅度相對于時間的示意圖。在所示示例中，易失性定時器信號522從第一時間Ttl線性增加到第二時間 T1，在T1點處易失性定時器信號522的值已達到比較器510的第二輸入處的復位值(例如， 222)，使得或門512的輸出值轉換并復位易失性定時器501.易失性定時器信號522在第二時間(Tl)與第三時間(T2)之間線性增加并隨后再次復位，以此類推。因此，比較器510的第二輸入處的值為易失性定時器501設置復位定時。如果復位是經由應用到或門512的復位信號發起的，則易失性定時器信號522的復位可響應于該復位信號發生，然后該非易失性定時器復位并且該易失性定時器信號522再次線性增加。
圖7是圖5的非易失性定時器511的非易失性定時器輸出信號700的幅度相對于時間的示意圖。在該實例中，非易失性定時器信號704將具有零值直至在或門512的第二輸入處接收到復位信號或者直至易失性定時器信號522達到超過閾值(例如，222)的值的時間TN。非易失性定時器511的初始值可被設為非零值。例如，非易失性定時器511可被配置為存儲跨O至132年范圍的時間戳，并且，例如，時間戳的非易失性部分的初始值可配置為今后32年。
在一個示例中，時間戳的非易失性部分可呈現為從O至32年的隨機值，例如，使其更難以非法侵入。例如，該值可由生產廠商一次預置。通過將時間戳的非易失性部分配置為今后很遠的時間，添加了安全性級別，使得蠻力辦法在沒有要求很長時間來測試不同時間戳值的情況下較不可能成功。
圖8是圖1的發射設備102的一部分800的框圖，其說明具有包括已加擾的時間戳的加密有效載荷的分組的形成的第二實施例。在該示例中，時間戳電路110向編碼器/ 分組發生器112提供時間戳值。編碼器/分組發生器112接收包括命令數據、狀態數據、以及該時間戳值的數據。編碼器/分組發生器包括加擾器802，加擾器802接收種子數據并應用該種子數據來對該時間戳值進行加擾。在對該時間戳進行加擾后，數據202和已加擾時間戳值由加密塊加密并載入到分組804的經加密有效載荷部分206，分組804被提供給發射機118以供傳送至接收設備104。
在該示例中，如果延遲塊904具有延遲變量(N=2),貝U在兩位延遲后輸出處的位值提供給異或門902的第二輸入。因此，如果輸入值為“I”(即，00001)，則加擾器對I值延遲兩位并將其提供給異或門902，在異或門902處其與第3位的O值異或以產生值“1”，該值 “I”(在兩位延遲后)與第5位的O值異或以產生值“I”。相應地，已加擾的時間戳具有十進制值21或位值10101，如表I中所示。
通過在將時間戳值加密到分組804的有效載荷206中之前將有效載荷206加擾， 猜測或非法入侵下一個未編碼時間戳值變得更為困難。在一個示例中，加擾器的種子可以是發射設備102的標識號的函數。
圖9是用于根據圖8的發射設備102的部分800產生經加擾時間戳的加擾器電路 802的實施例的邏輯框圖。加擾器電路802包括異或門902，該異或門902包括用于接收時間戳的第一輸入、第二輸入、以及用于提供經加擾時間戳906的輸出。加擾器電路802還包括延遲塊904，該延遲模塊904具有耦合到該輸出的輸入以及耦合到異或門902的第二輸入的輸出。
在一個示例中，異或門902對時間戳的各位與對應于異或門902的輸出處各位的延遲操作執行異或操作。當延 遲模塊904的變量(N)等于值2時，待傳送的位值“I” (BP, 00001)被轉換為經加擾的值“21”(S卩，010101)。雖然以上示例使用具有值N=2的變量(N)， 還可取決于系統使用其他的變量(N)值。
圖10是用于圖1的接收設備104中對已加擾時間戳906解擾的解擾器電路1000 的實施例的邏輯圖。在該示例中，解擾器1000包括異或門1002，該異或門902包括用于接收經加擾時間戳906的第一輸入、第二輸入、以及用于提供經解擾時間戳信號1006的輸出。 解擾器1000包括延遲塊1004，該延遲模塊1004具有耦合至異或門1002的第一輸入的輸入以及耦合至異或門1002的第二輸入的輸出。通過將變量(N)設為等于發射設備102的加擾器802的延遲塊中的變量(N)，解擾器1000可對經加擾時間戳進行解碼。以下在表I中描繪傳送值、已加擾值、以及經解擾值的示例。
表1:時間戳值，已加擾值、以及經解擾值。
權利要求
1.一種裝置，包括 用于接收輸入信號的輸入端子； 具有耦合至所述輸入端子的輸入的時間戳電路，所述時間戳電路包括定時器并具有用于響應于接收到所述輸入信號基于所述定時器的值提供時間戳的輸出； 編碼器，包括耦合至所述時間戳電路的所述輸出的輸入并配置為將所述時間戳編碼到分組中；以及 發射機，配置為傳送所述分組。
2.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述編碼器在將所述時間戳編碼進所述有效載荷部分之前加密所述時間戳。
3.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述定時器包括 第一鎖存器，所述第一鎖存器包括數據輸入、用于接收時鐘信號的時鐘輸入、以及輸出； 求和節點，所述求和節點包括節點輸入和節點輸出并配置為遞增所述節點輸入處的值并將所遞增的值提供給所述節點輸出，所述節點輸入耦合至所述第一鎖存器的所述輸出，所述節點輸出耦合至所述第一鎖存器的所述數據輸入；以及 第二鎖存器，所述第二鎖存器包括耦合至所述第一鎖存器的所述輸出的數據輸入、耦合至所述輸入端子的時鐘輸入、以及用于提供所述時間戳的輸出。
4.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述定時器包括 第一定時器，配置為生成第一定時器輸出； 第二定時器，配置為生成具有預定偏移的第二定時器輸出；以及 其中，所述時間戳從所述第一和所述第二定時器輸出推導出。
5.如權利要求4所述的裝置，其特征在于，進一步包括 第一存儲器，響應于來自所述輸入端子的所述輸入信號存儲所述第一定時器輸出； 第二存儲器，周期性地存儲所述第二計數器輸出；以及 其中 所述易失性定時器的與將所述第一定時器輸出寫入所述第一存儲器相關聯的第一寫入頻率大于所述第二定時器的與將所述第二定時器輸出寫入所述第二存儲器相關聯的第二寫入頻率；以及 所述第二計數器可配置為在一時段上逐漸降低第二寫入頻率。
6.如權利要求4所述的裝置，其特征在于，所述第一定時器包括 第一鎖存器，所述第一鎖存器包括數據輸入、用于接收時鐘信號的時鐘輸入、復位輸入、以及輸出； 求和節點，所述求和節點包括節點輸入和節點輸出，所述節點輸入耦合至所述第一鎖存器的所述輸出，所述節點輸出耦合至所述第一鎖存器的所述數據輸入，所述求和節點配置為遞增所述節點輸入處接收到的值并將所遞增的值提供給所述節點輸出； 第二鎖存器，所述第二鎖存器包括耦合至所述第一鎖存器的所述輸出的數據輸入、耦合至所述輸入端子的時鐘輸入、以及耦合至所述第二存儲器的輸出；以及 比較器，所述比較器包括耦合至所述第一鎖存器的所述輸出的第一輸入、用于接收預定閾值的第二輸入、以及比較器輸出；以及其中，所述比較器輸出耦合至所述第一鎖存器的所述復位輸入以當所述比較器輸出上的信號從邏輯低值轉變為邏輯高值時復位所述時間戳。
7.如權利要求6所述的裝置，其特征在于，所述第二定時器包括 第三鎖存器電路，所述第三鎖存器電路包括數據輸入、時鐘輸入、以及輸出，所述時鐘輸入耦合至所述比較器輸出；以及 求和節點，所述求和節點包括耦合至所述第三鎖存器電路的所述輸出的節點輸入和耦合至所述非易失性存儲器并耦合至所述第三鎖存器電路的所述數據輸入的節點輸出，所述求和節點配置為遞增所述節點輸入處的值并將所遞增的值提供給所述節點輸出。
8.一種方法，包括 接收與電路的輸入端子處的用戶輸入對應的信號； 響應于接收到所述信號，使用所述電路的定時器生成時間戳，所述時間戳對應于接收到所述信號時所述定時器的值； 使用所述電路的編碼器編碼所述時間戳以產生分組；以及 經由所述電路的發射機將所述分組提供給通信鏈路。
9.如權利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法還包括 使用種子數據對所述時間戳加擾；以及 加密所述分組的所述有效載荷。
10.如權利要求9所述的方法，其特征在于，所述種子數據包括與所述電路相關聯的標識號的一部分。
11.如權利要求8所述的方法，其特征在于，生成所述時間戳包括 響應于接收到所述信號使用第一定時器生成第一時間值； 將所述第一時間值與來自第二定時器的第二時間值組合以產生組合時間值；以及 選擇性地截去所述第一時間值與所述第二時間值之一的多個位以產生所述時間戳。
12.如權利要求11所述的方法，其特征在于，選擇性地截去所述多個位包括截去所述第一時間值的各最低有效位中的選擇數目個位。
13.如權利要求11所述的方法，其特征在于，將所述第一時間值與所述第二時間值組合包括將所述第一時間值附加到所述第二時間值，使得所述第二時間值表示所述時間戳的各最聞有效位。
14.如權利要求11所述的方法，其特征在于，還包括 使用所述第二定時器生成所述第二時間值，所述第二定時器的遞增頻率小于所述第一定時器的遞增頻率；以及 降低在接收到所述信號后所述第一定時器和所述第二定時器中的至少一者在一時段上遞增的頻率。
15.—種系統,包括 發射設備，配置為通過無線鏈路發射分組，所述分組包括已加密時間戳，所述發射設備包括 發射機，所述發射機包括輸入并包括用于傳送所述分組的輸出； 編碼器/分組發生器，所述編碼器/分組發生器包括用于接收包括時間戳的數據的輸入以及耦合至所述發射機的輸入的輸出；以及包括定時器的時間戳電路，所述時間戳電路配置為響應于輸入信號生成對應于所述定時器的值的時間戳。
16.如權利要求15所述的系統，其特征在于，還包括 接收機設備，配置為從所述無線鏈路接收所述分組，解碼所述分組以取回所述時間戳，以及使用所述時間戳驗證所述分組，所述接收機設備配置為當所述時間戳落在時間戳窗口外時忽略所述分組并在所述時間戳落在所述時間戳窗口內時對所述分組進行操作；以及其中，所述接收機設備包括控制邏輯電路，用于當所述時間戳大于先前的時間戳但在所述時間戳窗口外時發起重新同步過程。
17.如權利要求16所述的系統，其特征在于，所述控制邏輯電路使用小于所述時間戳窗口的重新同步窗口以接收具有大于所述時間戳的新時間戳的第二輸入信號。
18.如權利要求15所述的系統，其特征在于，所述時間戳電路包括 第一鎖存器，所述第一鎖存器包括數據輸入、用于接收時鐘信號的時鐘輸入、以及輸出； 求和節點，所述求和節點包括節點輸入和節點輸出，所述節點輸入耦合至所述第一鎖存器的所述輸出，所述節點輸出耦合至所述第一鎖存器的所述數據輸入，所述求和節點配置為遞增所述節點輸入處的值并將所遞增的值提供給所述節點輸出；以及 第二鎖存器，所述第二鎖存器包括耦合至所述第一鎖存器的所述輸出的數據輸入、耦合至所述輸入端子的時鐘輸入、以及用于提供所述時間戳的輸出。
19.如權利要求15所述的系統，其特征在于，所述時間戳電路包括 第一定時器，所述第一定時器配置為生成第一定時器輸出； 第二定時器，用于生成具有預定偏移的第二定時器輸出；以及 其中，所述第二定時器輸出和所述第一定時器輸出被組合以形成所述時間戳。
20.如權利要求19所述的系統，其特征在于，所述發射機、所述編碼器/分組發生器、以及所述時間戳電路在集成電路的處理器可讀指令和硬件中實現，所述集成電路包括 處理器； 可被所述處理器訪問以存儲指令和定時器數據的存儲器；以及 耦合至所述處理器的一個或更多個定時器。
全文摘要
本發明涉及基于時間戳的單向通信的系統、電路及方法。一種電路，包括用于接收輸入信號的輸入端子和包括輸入和輸出的時間戳電路。該輸入耦合至輸入端子。該時間戳電路包括定時器并且該輸出用于響應于接收到輸入信號基于該定時器的值提供時間戳。該電路還包括編碼器，該編碼器包括耦合至時間戳電路的輸出的輸入并配置為將時間戳編碼到分組中。該電路還包括配置為傳送分組的發射機。
文檔編號G08C17/02GK103023639SQ20121035689
公開日2013年4月3日 申請日期2012年9月21日 優先權日2011年9月22日
發明者H·F·小伯格 申請人:硅實驗室股份有限公司