Область техники

Изобретение относится к способу и устройству для обеспечения акустической связи между близкорасположенными устройствами. В частности, изобретение может применяться для непосредственного обмена данными между мобильными устройствами или между мобильными и стационарными устройствами или для обмена регистрационной информацией между ними с целью дальнейшего установления между ними соединения для обмена другой информацией, например, для передачи личных данных или для совершения электронных платежей.

Уровень техники

Применение акустической связи для передачи первоначальной регистрационной и синхронизационной информации между носимыми электронными устройствами или между носимыми и стационарными электронными устройствами известно со времени появления носимых электронных устройств. С развитием микроэлектроники и средств цифровой обработки сигналов акустическая связь была существенно усовершенствована - реализована многоканальность, повышена пропускная способность каждого канала и увеличена дальность и надежность передачи. В последние годы вырос интерес к применению

акустической связи ближнего действия в ультразвуковом диапазоне частот для пэйринга мобильных устройств (например, путем обмена токенами аутентификации), в том числе, с целью последующей передачи личных данных, совершения электронных покупок, осуществления банковских транзакций и т.п.

В патентных документах US2017302886A1, US2015208034A1, US2015208033A1, US2013171930А1, ETS2013106977A1 раскрыт способ подключения мобильного устройства связи к видеоконференции путем передачи IP-адреса этой видеоконференции с

использованием акустической связи между мобильным устройством связи и устройством для проведения видеоконференции.

В патентном документе US2017111937А1 раскрыт способ установления акустической связи между двумя мобильными устройствами связи с использованием их штатных динамиков и микрофонов. Способ предусматривает частотное мультиплексирование.

В патентном документе US2017071017А1 раскрыт способ установления акустической связи между двумя мобильными устройствами связи с использованием их штатных динамиков и микрофонов. Решение об установлении соединения принимается с учетом направления на другое устройство, вычисленного по разности фаз принятых акустических сигналов.

В патентных документах US2017019188A1, US2014164629A1 раскрыт способ передачи сетевого адреса с использованием ультразвуковой акустической связи между мобильным устройством связи и центральным устройством связи с целью последующего установления соединения для реализации аудио- или видеоконференции.

В патентном документе US2016277925A1 раскрыт способ обеспечения доступа к электронному устройству в зависимости от расстояния между ним и другим электронным устройством. Расстояние определяется с использованием ультразвуковой акустической связи между устройствами.

В патентном документе US2016248779A1 раскрыт способ авторизации мобильного электронного устройства с использованием акустической связи для выполнения

последующей платежной транзакции.

В патентных документах US2016197648A1, US2014134951A1 раскрыт способ пэйринга мобильных устройств путем передачи кода Bluetooth-соединения с использованием акустической связи между устройствами.

В патентном документе US2015261415A1 раскрыт способ управления с мобильного устройства другим устройством с использованием акустической связи в звуковом или ближнем ультразвуковом диапазоне частот.

В патентном документе US2015243163A1 раскрыт способ управления устройствами бытовой техники с использованием акустической связи.

В патентном документе US2015201424A1 раскрыт способ установления соединения между устройствами с использованием акустической связи, при этом частотный диапазон для акустической связи выделяется в зависимости от уровня приоритета устройства.

В патентных документах US2015012441A1, US2014154969A1, US2013332355A1, US2012151515A1, US2010256976A1, US2004031856A1 раскрыт способ установления соединения между стационарным или переносным электронным устройством и электронной картой с использованием акустической связи в звуковом или ближнем ультразвуковом диапазоне частот. При этом уровень передаваемого акустического сигнала зависит от уровня окружающего шума.

В патентных документах US2014355386A1, US2012051187А1 раскрыт способ передачи данных с использованием акустической связи. При этом уровень передаваемого акустического сигнала и его частота зависят от уровня окружающего шума и его

спектральных характеристик. В патентном документе US2014279101 А1 раскрыт способ выбора мобильного электронного устройства с использованием акустической связи для выполнения

последующей платежной транзакции.

В патентном документе US2013336497A1 раскрыт способ передачи данных с использованием акустической связи. При этом уровень передаваемого акустического сигнала зависит от уровня окружающего шума.

В патентном документе US2013301392A1 раскрыт способ передачи мобильному устройству идентификационного токена с использованием акустической связи. Токен передается в звуковом потоке.

В патентном документе US2013275305A1 раскрыт способ идентификации мобильного электронного устройства с использованием акустической связи для выполнения

последующей платежной транзакции. При этом уровень передаваемого акустического сигнала зависит от уровня окружающего шума.

В патентном документе US2013268277A1 раскрыт способ передачи данных с использованием акустической связи в ультразвуковом диапазоне частот с целью

идентификации для выполнения последующей платежной транзакции.

В патентном документе US2013218571A1 раскрыт способ аутентификации

пользователя путем воспроизведения записи его голоса и распознавания принятого акустического сигнала.

В патентном документе US2013106975A1 раскрыт способ подключения мобильного устройства связи к видеоконференции с использованием акустической связи между мобильным устройством связи и устройством для проведения видеоконференции.

В патентном документе US2012214416A1 раскрыт способ установления соединения между двумя мобильными устройствами путем передачи идентификационного кода с использованием акустической связи. Способ может применяться в платежных системах.

В патентном документе US2012171963A1 раскрыт способ установления соединения между двумя мобильными устройствами с использованием акустической связи. Способ может применяться для обеспечения связи, например, между мобильным устройством связи и беспроводной гарнитурой.

В патентном документе US2012134238A1 раскрыт протокол акустической связи в ультразвуковом диапазоне частот, в котором уровень передаваемого акустического сигнала зависит от уровня окружающего шума.

В патентном документе US2010227549A1 раскрыт способ пэйринга мобильных устройств путем передачи RIN-кода Bluetooth-соединения с использованием акустической связи между устройствами. В патентном документе US2005053122A1 раскрыта система для передачи информации о цене товара на мобильное устройство покупателя с использованием акустической связи. Уровень передаваемого акустического сигнала зависит от характеристик окружающего шума.

В непатентном документе [ 1 ] описаны способы модуляции акустического сигнала для ультразвуковой передачи данных.

В непатентном документе [2] описан способ акустической передачи данных между смартфонами в диапазоне частот 18,5-20 кГц на расстояние порядка 2 м со скоростью порядка 100 бит/с.

В непатентном документе [3] описаны спектральные характеристики сигнала для ультразвуковой передачи данных в диапазоне частот 20,0-20,6 кГц. Описан протокол установления соединения.

В непатентном документе [4] приведены теоретические основы некогерентной ультразвуковой передачи данных (без синхронизации) на расстояние до 8 м при высоком (до 80 дБ) уровне шума.

В непатентном документе [5] описан способ ультразвуковой передачи данных между смартфонами в диапазоне частот 50-105 кГц на расстояние порядка 3 м со скоростью порядка 56 кбит/с.

В непатентном документе [6] описан способ ультразвуковой передачи данных между смартфонами в диапазоне частот 50-110 кГц на расстояние порядка 3 м со скоростью порядка 63 кбит/с и на расстояние порядка 10 м со скоростью порядка 30 кбит/с.

В непатентном документе [7] в свете GDPR обсуждены вопросы, связанные с ультразвуковой передачей данных и касающиеся персональных данных.

В непатентном документе [8] описана ультразвуковая передача данных на частотах порядка 21,5 кГц на расстояние до 4 м.

В непатентном документе [9] описан способ обеспечения безопасности при ультразвуковой передаче данных без использования ключа шифрования данных в канале.

В непатентном документе [10] описана ультразвуковая передача данных между смартфонами в диапазоне частот 8-20 кГц.

В непатентном документе [11] описана ультразвуковая передача данных со скоростью порядка 16 бит/с на расстояние до 25 м.

В непатентном документе [12] описана акустическая передача данных между смартфонами в диапазоне частот 8-20 кГц со скоростью порядка 4,9 кбит/с на расстояние до 20 см. В непатентном документе [13] описана акустическая передача данных между мобильными устройствами в диапазоне частот 17-22 кГц со скоростью порядка 2,76 кбит/с на расстояние порядка 30 см.

В непатентном документе [14] описана акустическая передача данных между мобильными устройствами в диапазоне частот 17-22 кГц со скоростью порядка 2,76 кбит/с на расстояние порядка 30 см.

В непатентном документе [15] описан способ установления WiFi соединения между мобильными устройствами на основе анализа шумовой обстановки (сигнатуры шума).

В непатентном документе [16] описан способ установления WiFi соединения между мобильными устройствами на основе анализа шумовой обстановки (сигнатуры шума).

В непатентном документе [17] описано программное обеспечение для ультразвуковой передачи данных (в частности, для бесконтактных платежных систем) в диапазоне частот 16,5-19 кГц с применением гетеродинного демодулятора (без использования быстрого преобразования Фурье).

В документах, раскрывающих уровень техники, основное внимание уделяется либо общей идее использования акустической передачи данных для пэйринга устройств, в том числе, мобильных, с целью последующего установления между ними связи с применением других (обычных) каналов связи - канала сотовой (минисотовой, микросотовой и т.п.) связи, WiFi, Bluetooth и т.д., либо техническим аспектам акустической передачи данных как таковой - способам модуляции, шифрованию и т.д. При этом в уровне техники не решена задача автоматического установления и поддержания первичной связи между устройствами в полнодуплексном режиме для обмена токенами аутентификации (без предварительного определения режима передачи или приема каждого устройства) с оптимальным выбором параметров акустической передачи данных, в частности, с выбором частоты сигнала, его мощности, очередности и скорости передачи, таким образом, чтобы соединение

устанавливалось автоматически (т.е. без дополнительных действий пользователя), быстро, надежно, максимально удобно и интуитивно понятно для пользователя, но в то же время безопасно (с точки зрения информационной безопасности) и, по возможности, скрытно.

Раскрытие изобретения

Указанная выше задача решена путем реализации способа установления акустической связи между электронными устройствами, включающего в себя следующие действия:

- размещают электронные устройства вблизи друг друга;

- первым устройством выполняют передачу сигнала синхронизации и прием сигнала синхронизации, переданного вторым устройством; - вторым устройством выполняют передачу сигнала синхронизации и прием сигнала синхронизации, переданного первым устройством;

- выявляют перекрытие во времени циклов синхронизации первого устройства и второго устройства;

- выбирают канал акустической связи при наличии перекрытия во времени циклов синхронизации.

При отсутствии перекрытия во времени циклов синхронизации в сигнал

синхронизации по меньшей мере одного из электронных устройств может быть внесена псевдослучайная задержка. При наличии перекрытия во времени циклов синхронизации дополнительно может быть определена очередность сигналов синхронизации первого устройства и второго устройства и канал акустической связи может быть выбран в зависимости от очередности сигналов синхронизации.

Выбор канала акустической связи может включать в себя выбор частотных и/или временных ресурсов канала акустической связи. Частотные ресурсы канала акустической связи могут быть выбраны в зависимости от количества акустических датчиков в электронных устройствах. Мощность передаваемого акустического сигнала может быть выбрана таким образом, что акустическая связь осуществляется только в заранее заданном диапазоне дальности связи.

При этом мощность передаваемого акустического сигнала может регулироваться в зависимости от величины взвешенного уровня шума, которая может определяться с учетом прогноза на заранее заданный момент времени в будущем. Такое прогнозирование может выполняться на основе исторических данных величины взвешенного уровня шума и/или на основе исторических данных кумулятивного спектра шума. Прогнозирование может выполняться с применением линейной или нелинейной экстраполяции. В другом случае прогнозирование может выполняться с применением нейронной сети.

Электронные устройства могут быть размещены таким образом, что их экраны обращены друг к другу и по меньшей мере один акустический датчик каждого из электронных устройств расположен вблизи по меньшей мере одного акустического излучателя другого из электронных устройств. В частности, электронные устройства могут быть размещены таким образом, что их экраны обращены друг к другу и верхняя часть одного электронного устройства расположена по существу напротив нижней части другого электронного устройства. При этом положение электронных устройств может определяться на основе данных инерциальных датчиков.

Этот способ установления акустической связи может быть использован при непосредственной передаче данных пользователей между электронными устройствами, при передаче служебной информации между электронными устройствами для аутентификации этих устройств с целью последующего обмена данными пользователей между ними с применением других каналов связи и при осуществлении финансовых и/или нефинансовых транзакций пользователей электронных устройств.

Указанная выше задача также решена путем реализации устройства для

осуществления акустической связи, содержащего один или несколько акустических датчиков, соединенных с анализатором шума окружающей среды, и один или несколько акустических излучателей, соединенных с регулятором мощности излучаемого

акустического сигнала, при этом анализатор соединен с регулятором и выполнен с возможностью предсказания шумовой обстановки вблизи этого устройства, а регулятор выполнен с возможностью обеспечения акустической связи в заранее заданном диапазоне дальности связи на основе предсказания шумовой обстановки.

Анализатор шума окружающей среды может содержать: аналогово-цифровой преобразователь, анализатор спектра, измеритель взвешенного уровня шума,

перемножитель, компаратор, регистр заранее заданных значений взвешенного уровня шума, линию задержки, измеритель скорости изменения характеристик шума и модуль

прогнозирования.

Анализатор шума окружающей среды дополнительно может содержать по меньшей мере одну цепь обратной связи, соединенную с модулем прогнозирования и содержащую перемножитель, линию задержки и компаратор. Кроме того, анализатор шума окружающей среды дополнительно может содержать хранилище кумулятивного шумового спектра.

Предсказание шумовой обстановки может выполняться модулем прогнозирования с применением экстраполяции значений взвешенного уровня шума на заранее заданный горизонт экстраполяции. При этом экстраполяция значений взвешенного уровня шума может быть основана на текущих данных измерителя скорости изменения характеристик шума. Экстраполяция значений взвешенного уровня шума также может быть основана на исторических данных измерителя скорости изменения характеристик шума. Кроме того, экстраполяция значений взвешенного уровня шума может быть основана на данных хранилища кумулятивного шумового спектра.

Предсказание шумовой обстановки может выполняться модулем прогнозирования с применением нейронной сети. Выбор способа предсказания шумовой обстановки может осуществляться на основе сигнала цепи обратной связи.

Это устройство для осуществления акустической связи может быть использовано для непосредственной передачи данных пользователей между электронными устройствами, для передачи служебной информации между электронными устройствами для аутентификации этих устройств с целью последующего обмена данными пользователей между ними с применением других каналов связи и для осуществления финансовых и/или нефинансовых транзакций пользователя электронного устройства.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 представлены обобщенные схемы вариантов конфигурации систем, в которых акустическая передача данных использована для непосредственного обмена данными между устройствами или для передачи токенов аутентификации с целью последующего установления связи между этими устройствами с применением других каналов связи.

На фиг. 2 представлена структурная схема устройства, участвующего в акустической передаче данных, иллюстрирующая принцип управления мощностью передачи

акустического сигнала согласно изобретению.

На фиг. 3 представлена структурная схема анализатора шума окружающей среды.

На фиг. 4 представлен график зависимости дальности акустической связи от соотношения сигнал/шум для разных значений мощности акустического сигнала.

На фиг. 5 проиллюстрированы варианты взаимного расположения мобильных устройств при попытке установления акустической связи между ними.

На фиг. 6 представлен пример частотного спектра акустической связи в случае, когда частота передаваемого акустического сигнала не совпадает с контрольными частотами.

На фиг. 7 представлен пример частотного спектра акустической связи в случае, когда измерения выполняются на частоте передачи акустического сигнала на частоте передачи акустического сигнала на частоте передачи акустического сигнала в моменты времени, отличные от момента времени передачи звукового сигнала.

На фиг. 8 представлены временные диаграммы сигналов синхронизации устройств при установлении акустической связи.

На фиг. 9 представлены временные диаграммы сигналов синхронизации устройств с разным фазовым соотношением циклов синхронизации.

На фиг. 10 представлена блок-схема примера алгоритма синхронизации и выделения канала связи двум устройствам, основанного на определении наличия перекрытия циклов синхронизации этих устройств.

На фиг. 11 представлена блок-схема примера алгоритма синхронизации и выделения канала связи двум устройствам, основанного на определении очередности сигналов синхронизации этих устройств. На фиг. 12 представлена блок-схема примера алгоритма синхронизации двух устройств и выделения им каналов связи при псевдослучайном выборе канала

синхронизации.

Осуществление изобретения

В системе, обобщенные схемы примеров которой представлены на фиг. 1 ,

акустическая передача данных использована для обеспечения непосредственного обмена данными или для передачи токенов аутентификации между устройствами. Токены

представляют собой служебную информацию, обеспечивающую аутентификацию устройств с целью последующего обмена данными между ними с применением других каналов связи.

Акустическая передача данных может быть использована в ряде сценариев, которые включают в себя следующие примеры, но не ограничиваются ими.

(A) Непосредственный обмен данными небольшого объема между устройствами, в том числе, мобильными, посредством акустической связи. Примерами таких данных могут служить электронные визитные карточки, идентификаторы эккаунтов в социальных сетях, адреса персональных сайтов в сети Интернет и т.п.

(B) Пэйринг устройств, в том числе, мобильных, с последующим обменом данными значительного объема между ними. Обмен данными между такими устройствами может включать в себя передачу текста, изображений, звука и т.п. в виде файлов или в виде потоковой трансляции и может выполняться с применением обычных (неакустических) каналов беспроводной связи: спутниковой связи, мобильной связи 3G, 4G, 5G и т.д., WiFi, Bluetooth и т.п.

(C) Пэйринг устройств, в том числе, мобильных, с последующим обменом данными между ними через внешнего провайдера услуг. Внешний провайдер услуг может быть располагаться на сервере (локальном, удаленном или распределенном), в т.н. облачных структурах и т.д., и доступ к нему может обеспечиваться с применением обычных

(неакустических) каналов беспроводной связи: спутниковой связи, мобильной связи 3G, 4G, 5G и т.д., WiFi, Bluetooth и т.п.

(D) Передача идентификационной информации с мобильных устройств с

последующим выполнением финансовой транзакции. Финансовая транзакция может представлять собой банковскую операцию, оплату товара или услуги через платежную систему, биржевую операцию, операцию с криптовалютой и т.п. Доступ к соответствующей инфраструктуре может обеспечиваться с применением обычных (неакустических) каналов беспроводной связи (спутниковой связи, мобильной связи 3G, 4G, 5G и т.д., WiFi, Bluetooth и т.п.), проводной связи или оптической связи. (E) Передача идентификационной информации с мобильных устройств с последующим выполнением нефинансовой транзакции. Нефинансовая транзакция может представлять собой подачу заявлений, ходатайств, запросов и прочих обращений в государственные и муниципальные инстанции, суды и общественные организации, включая запросы на предоставление государственных услуг, подписание документов электронной цифровой подписью, операции с использованием технологии blockchain, и т.п. Доступ к соответствующей инфраструктуре может обеспечиваться с применением обычных

(неакустических) каналов беспроводной связи (спутниковой связи, мобильной связи 3G, 4G, 5G и т.д., WiFi, Bluetooth и т.п.), проводной связи или оптической связи.

Должно быть очевидно, что приведенные выше примеры носят исключительно иллюстративный характер и что показанные на фиг. 1 конфигурации системы могут быть использованы иными способами, чем описано выше. Например, система согласно варианту (С) может использоваться для выполнения финансовой транзакции путем передачи от одного устройства другому устройству данных заранее определенного формата, которые описывают такую транзакцию (в частности, платеж за товар или услугу, заем, возврат долга и т.п.), содержат идентификаторы участников транзакции и средства валидации транзакции и затем могут быть предъявлены получателем этих данных для исполнения в финансовую

организацию.

Реализация описанных выше функций возможна, например, в отдельном

специализированном приложении. В этом случае для установления акустической связи между устройствами достаточно запустить такое приложение на этих устройствах.

Дальнейшие действия по синхронизации, выделению канала акустической связи,

мониторинга его параметров, регулированию мощности излучаемого акустического сигнала и т.д. выполняются автоматически. От пользователя не требуется действий по выбору устройства- партнера, подтверждений, ввода подтверждающих кодов и т.п., обычно необходимых при пэйринге устройств в случае применения каналов связи Bluetooth или Direct WiFi.

В альтернативном варианте изобретения реализация описанных выше функций возможна средствами стороннего приложения, имеющего соответствующий программный модуль, обеспечиваемый разработчиком данной технологии, например, приложения для интернет-банкинга, приложения для операций с криптовалютами, приложения для финансовых операций с прочими законными денежными суррогатами, в частности, с электронными деньгами в платежных системах Яндекс-деньги, Kiwi, PayPal, Webmoney, и т.д. При установлении акустической связи между устройствами выбираются и/или оптимизируются следующие параметры акустической связи: мощность излучаемого сигнала, частотные свойства сигнала, временные свойства сигнала.

Управление мощностью акустического сигнала

На фиг. 2 представлена структурная схема устройства, участвующего в акустической передаче данных, в том числе, мобильного устройства 1, мобильного устройства 2 или другого устройства 3 с фиг. 1, иллюстрирующая принцип управления мощностью передачи акустического сигнала.

Мобильное устройство 1 содержит по меньшей мере один динамик 101, по меньшей мере, один микрофон 102, регулятор 103 мощности акустического сигнала и анализатор 104 шума окружающей среды. Динамик 101 может представлять собой динамик мобильного устройства, используемый при обычной голосовой связи между абонентами, динамик громкой связи или любой другой акустический излучатель, способный излучать

акустический сигнал с требуемыми характеристиками. Микрофон 102 может представлять собой основной микрофон мобильного устройства, например, используемый при обычной голосовой связи между абонентами, дополнительный микрофон, используемый в системах адаптивного шумоподавления, микрофонную решетку с регулируемой диаграммой направленности или любой другой единичный или распределенный акустический датчик, способный воспринимать акустический сигнал с требуемыми характеристиками.

Регулятор 103 мощности акустического сигнала соединен с динамиком 101 и обеспечивает изменение мощности акустического сигнала, излучаемого динамиком 101 , в соответствии со способом согласно данному изобретению. Регулятор 103 может

представлять собой цифровое, аналоговое или комбинированное устройство и может по необходимости содержать ЦАП, АЦП, усилители, компараторы, перемножители,

коммутаторы, процессоры цифровой обработки сигналов, ПЛИС, специализированные микросхемы и т.п. На схемотехническую реализацию регулятора 103 не накладывается особых ограничений, принципы работы таких регуляторов и общие подходы к их

практической реализации хорошо известны специалистам в данной области техники, поэтому подробное описание этого узла опущено для краткости изложения.

В некоторых вариантах реализации изобретения регулятор 103, помимо управления мощностью, способен выполнять амплитудную модуляцию акустического сигнала, излучаемого динамиком 101. В частности, на излучаемый акустический сигнал может быть наложена т.н. «оконная» функция, позволяющая устранить слышимые призвуки (обычно воспринимаемые слушателем как характерные щелчки или треск) возникающие на крутых фронтах акустического сигнала и вызванные неидеальностью переходной характеристики динамика 101. «Оконная» функция может представлять собой, например, синусоидальную функцию в диапазоне значений аргумента от 0 до p. В качестве альтернативы, «оконная» функция может представлять собой функцию Гаусса. Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что в данном изобретении могут быть использованы и другие варианты «оконной» функции.

Помимо устранения слышимых призвуков, применение «оконной» функции обеспечивает сигналу своеобразную спектральную сигнатуру, способствующую более эффективному выявлению сигнала синхронизации и/или сигнала передачи данных.

Анализатор 104 шума окружающей среды соединен с микрофоном 102 и с

регулятором 103 мощности акустического сигнала и обеспечивает измерение взвешенного уровня акустического шума вблизи мобильного устройства, анализ текущих амплитудно- частотных характеристик шума, формирование кумулятивного спектра (т.е. сохранение истории амплитудно-частотных характеристик шума), анализ кумулятивного шумового спектра и формирование управляющего сигнала, подаваемого на регулятор 103 мощности акустического сигнала.

На фиг. 3 представлена структурная схема анализатора 104 шума окружающей среды. Анализатор 104 содержит аналогово-цифровой преобразователь 111, анализатор 112 спектра, измеритель 113 взвешенного уровня шума, перемножитель 114, компаратор 115, регистр 116 заранее заданных значений взвешенного уровня шума, линию 117 задержки, измеритель 118 скорости изменения характеристик шума, модуль 119 прогнозирования, перемножитель 120, линию 121 задержки, компаратор 122 и хранилище 123 кумулятивного шумового спектра.

Сигнал с микрофона 102 подается в аналогово-цифровой преобразователь 111 и после преобразования в цифровую форму поступает в анализатор 112 спектра. Амплитудно- частотная характеристика акустического сигнала, полученного микрофоном 102, подается в измеритель 113 уровня взвешенного шума и в хранилище 123 кумулятивного шумового спектра.

Измеритель 113 взвешенного уровня шума с учетом взвешивающей функции измеряет уровень шума, значение которого подается в перемножитель 114 и далее в компаратор 115, в который регистр 116 также выдает информацию о заранее заданных значениях взвешенного уровня шума. На основе сравнения взвешенного уровня шума после перемножителя 114 и заранее заданных значений взвешенного уровня шума от регистра 116 компаратор 115 формирует управляющий сигнал, подаваемый на регулятор 103 и предназначенный для регулирования мощности акустического сигнала, излучаемого динамиком 101. Эти устройства составляют первый контур регулирования мощности акустического сигнала, который способен действовать автономно и осуществлять регулирование при относительно медленных изменениях шумовой обстановки.

Значение взвешенного уровня шума непосредственно и через линию 117 задержки подается в измеритель 118 скорости изменения характеристик шума, который определяет скорость и направление изменения характеристик шума (т.е. данные о том, в какой степени увеличивается или уменьшается взвешенный уровень шума) с течением времени. Эти данные с измерителя 118 поступают в модуль 119 прогнозирования, который определяет прогноз изменения взвешенного уровня шума на заранее заданный момент времени в будущем путем экстраполяции уровня шума, получаемого с измерителя 113, на горизонт экстраполяции. Данные прогноза поступают в перемножитель 114, в который также подается величина взвешенного уровня шума с измерителя 113. С перемножителя 114

спрогнозированная величина уровня шума поступает в компаратор 115, оказывая влияние на управляющий сигнал, подаваемый далее на регулятор 103. Кроме того, данные прогноза через линию 121 задержки подаются в компаратор 122, в который также подается величина взвешенного уровня шума и который сравнивает спрогнозированную величину уровня шума, задержанную на время, соответствующее горизонту экстраполяции, с фактической

величиной уровня шума и выдает данные обратной связи о точности прогнозирования взвешенного уровня шума в модуль 119 прогнозирования. Эти устройства составляют второй контур регулирования мощности акустического сигнала, обеспечивающий более точное регулирование в сложной шумовой обстановке.

Амплитудно-частотная характеристика акустического сигнала с анализатора 112 спектра поступает в хранилище 123 кумулятивного шумового спектра, где формируется и хранится в течение заранее заданного времени кумулятивный шумовой спектр, т.е. данные об изменении амплитудно-частотной характеристики во времени. Эти данные поступают в модуль 119 прогнозирования, который может использовать их для повышения точности прогнозирования взвешенного уровня шума. Эти устройства составляют третий контур регулирования мощности акустического сигнала, в ряде случаев обеспечивающий еще более точное регулирование в сложной шумовой обстановке.

Таким образом, реализация трехконтурного управления позволяет обеспечить приемлемую точность регулирования мощности акустического сигнала, излучаемого динамиком 101. Разумеется, что приведенное выше описание и чертежи, на которые это описание ссылается, представляют собой лишь один из возможных вариантов практической реализации регулирования мощности излучаемого акустического сигнала и специалисты в данной области техники способны на его основе предложить и другие варианты, которые попадают в объем охраны данного изобретения, определяемый приложенной формулой изобретения.

В том случае, если описанная выше реализация трехконтурного управления не позволяет обеспечить приемлемую точность регулирования мощности акустического сигнала, излучаемого динамиком 101, заранее заданные значения взвешенного уровня шума в регистре 116 могут быть скорректированы с использованием дополнительного сигнала управления (показан штриховой линией на фиг. 3) от компаратора 122.

На фиг. 4 представлена зависимость величины отношения сигнал/шум (SNR, signal to noise ratio) для акустического сигнала, полученного микрофоном 102, от расстояния d между источником акустического сигнала и его приемником. Для наглядности эта зависимость представлена в упрощенном (линейном) виде при стационарном белом шуме. Величина SNR _min определяет минимальное значение SNR, при котором обеспечивается акустическая связь с заданными параметрами (в частности, в отношении надежности и скорости

передачи). Как видно из фиг. 4, снижение мощности передачи акустического сигнала с P _dgnaii до P _dgna u уменьшает дальность акустической связи с заданными параметрами с d _maxi до d _maX 2 _·

Точное регулирование мощности излучаемого акустического сигнала обеспечивает возможность связи по акустическому каналу, когда устройства расположены в заранее заданном диапазоне дальности друг от друга. Иными словами, мощность излучаемого акустического сигнала устанавливается такой, чтобы устройства, расположенные на заранее заданном расстоянии друг от друга, могли быстро и надежно обменяться токенами аутентификации и в то же время, чтобы перехват этих токенов аутентификации сторонними средствами был невозможен или сильно затруднен. Кроме того, следует учитывать, что чрезмерная мощность излучаемого акустического сигнала в диапазоне, например, 10-22 кГ ц может приводить к ощущению дискомфорта у некоторых людей и домашних животных, это еще одна причина, по которой мощность излучения следует разумно ограничивать.

На фиг. 5 проиллюстрированы три ситуации при попытке установления акустической связи между мобильными устройствами 1 и 2. В ситуации А расстояние слишком велико для установления акустической связи с заданными параметрами и акустическая связь не устанавливается, поскольку отношение сигнал/шум оказывается менее SNR _min . По мере сближения мобильных устройств 1 и 2 отношение сигнал/шум увеличивается и в некоторый момент времени (в ситуации В) отношение сигнал/шум оказывается более SNR _min , т.е.

расстояние находится в пределах d _max и акустическая связь устанавливается.

Ситуация С еще более благоприятна для установления акустической связи между мобильными устройствами 1 и 2. В частности, в этой ситуации динамики и микрофоны мобильных устройств 1 и 2 оказываются на небольшом расстоянии друг от друга и по существу друг напротив друга, что повышает уровень принимаемого акустического сигнала и, следовательно, акустическая связь может быть установлена при более высоком уровне окружающего шума или может обеспечиваться более высокая скорость и/или надежность акустической связи при том же уровне окружающего шума.

Термин «по существу», использованный в описании и в формуле изобретения, означает, что соответствующий признак проявляется в степени, достаточной для реализации назначения изобретения и достижения технического результата. В частности, расположение верхней части одного мобильного устройства по существу напротив нижней части другого мобильного устройства в положении, представленном в ситуации С на фиг. 5, означает, что эти устройства могут быть смещены друг относительно друга, например, на 10%, 20%, 30% или на 50% вдоль продольной и/или поперечной осей этих устройств, но при этом

акустический датчик одного электронного устройства находится в пределах, например, -ЗдБ, -6 дБ или -12 дБ от уровня максимума диаграммы направленности акустического излучателя другого электронного устройства и наоборот. Конкретные числовые значения могут зависеть от конструкции и характеристик этих мобильных устройств, а также от расстояния между ними.

Кроме того, положение мобильных устройств 1 и 2 в ситуации С удобно и интуитивно понятно для пользователей этих устройств. В частности, это положение соответствует положению рук при рукопожатии, когда мобильные устройства 1 и 2 ориентированы в вертикальной плоскости (т.е. когда изображение в ситуации С представляет собой вид сверху), и удобно при расположении пользователей друг напротив друга. Это положение также удобно при расположении пользователей рядом друг с другом, например, в соседних креслах транспортного средства. В этом случае мобильные устройства 1 и 2 могут быть ориентированы в горизонтальной плоскости и одно из них может быть расположено выше другого (т.е. когда изображение в ситуации С представляет собой вид сбоку).

В случае ситуации С при установлении акустической связи дополнительно возможен учет положения мобильных устройств 1 и 2, определяемого по сигналам инерциальных датчиков мобильных устройств 1 и 2. Примерами инерциальных датчиков могут быть акселерометр и гироскоп. Кроме того, положение мобильных устройств 1 и 2 возможно определять и по сигналам датчиков других типов, например, датчика магнитного поля (магнитометра).

Далее описаны примеры реализации наиболее важных функций, задействованных при регулировании мощности излучаемого акустического сигнала.

Определение взвешенного уровня шума На фиг. 6 представлен пример частотного спектра в случае, когда частота f _signal передаваемого акустического сигнала не совпадает с контрольными частотами f _control ^и f control’ количество которых задано заранее и ограничено частотным разрешением аналого- цифрового преобразователя 111. В одном примере уровень шума в заранее заданном частотном диапазоне может приниматься равным среднеквадратичному значению элементов множества А величин уровня шума на контрольных частотах:

где п к - количество контрольных частот, соответственно, ниже и выше частоты сигнала f _signal - В другом примере уровень шума в заранее заданном частотном диапазоне может приниматься равным максимальному элементу множества А. В еще одном примере уровень шума в заранее заданном частотном диапазоне может вычисляться с использованием взвешивающей функции. Принципы применения взвешивающих функций хорошо известны специалистам в данной области техники, поэтому подробное описание этого решения опущено для краткости изложения.

Если частота передаваемого акустического сигнала не совпадает с контрольными частотами, то определение взвешенного уровня шума может выполняться по мере необходимости в произвольные моменты времени. Если частота передаваемого

акустического сигнала совпадает с одной из контрольных частот, то определение

взвешенного уровня шума следует выполнять в те моменты времени, когда передача акустического сигнала отсутствует.

На фиг. 7 представлен такой случай, в котором измерения частоте передачи акустического сигнала выполняются в моменты времени t^ _ontroi , отличные от момента времени передачи звукового сигнала t _{signai .} В одном примере уровень шума в заранее заданном частотном диапазоне может приниматься равным среднеквадратичному значению уровня шума на контрольных частотах в моменты времени из множества В.

где _{z -} максимально возможное количество измерений на i контрольной частоте в заранее заданном интервале времени, ограниченное временным разрешением аналого-цифрового преобразователя 111. В другом примере уровень шума в заранее заданном частотном диапазоне может приниматься равным максимальному значению уровня шума на

контрольных частотах в моменты времени из множества В. В еще одном примере уровень шума в заранее заданном частотном диапазоне может вычисляться с использованием взвешивающей функции. Принципы применения взвешивающих функций хорошо известны специалистам в данной области техники, поэтому подробное описание этого решения опущено для краткости изложения.

В альтернативном варианте изобретения измерение уровня шума в заранее заданном частотном диапазоне может выполняться по мере необходимости в произвольные моменты времени, при этом результаты измерений на частоте передачи акустического сигнала в момент этой передачи могут игнорироваться, а определение взвешенного уровня шума может выполняться на основе результатов измерений на остальных контрольных частотах.

Прогнозирование взвешенного уровня шума

Прогнозирование взвешенного уровня шума в модуле 119 прогнозирования

выполняется на основе данных о том, в какой степени увеличивается или уменьшается во времени взвешенный уровень шума, поступающих от измерителя 118 скорости изменения характеристик шума. Прогнозирование выполняется путем экстраполяции уровня шума, получаемого с измерителя 113, на горизонт экстраполяции в соответствии с данными от измерителя 118.

Специалистам в данной области техники известно, что точность экстраполяции зависит от величины базы экстраполяции, дальности горизонта экстраполяции, возраста экстраполируемых данных и степени зашумленности этих данных. Дальность горизонта экстраполяции определяется величиной задержки обработки сигнала при регулировании уровня излучаемого акустического сигнала (аппаратной и алгоритмической), которую требуется скомпенсировать, и в разных вариантах реализации изобретения может составлять, например, от 20 мс до 80 мс. Возраст экстраполируемых данных может быть снижен путем использования при анализе шумовой обстановки наиболее свежих данных, при этом он объективно связан с величиной базы экстраполяции. Степень зашумленности

экстраполируемых данных определяется собственными шумовыми характеристиками оборудования устройства 1 и современные технические средства позволяют сделать ее достаточно малой. Поэтому особо следует остановиться на вопросе выбора величины базы экстраполяции.

В простейшем примере модуль 119 прогнозирования выполняет линейную

экстраполяцию и получает прогнозную величину взвешенного шума в заранее заданный момент времени в будущем. В этом случае база экстраполяции определяется длительностью задержки в линии 117 задержки.

Для повышения точности прогнозирования взвешенного уровня шума модуль 119 прогнозирования может накапливать данные от измерителя 118 в течение заранее заданного времени и выполнять экстраполяцию с использованием исторических данных от измерителя 118. В этом случае база экстраполяции определяется заранее заданным временем хранения исторических данных от измерителя 118. Поскольку это время может быть выбрано достаточно большим, точность прогнозирования взвешенного уровня шума может быть существенно повышена по сравнению с описанным выше простейшим примером. Кроме того, наличие в модуле 119 прогнозирования доступных для анализа исторических данных от измерителя 118 позволяет реализовать нелинейную экстраполяцию, например,

учитывающую первую и/или вторую производную изменения во времени исторических данных от измерителя 118. Это позволяет дополнительно повысить точность

прогнозирования взвешенного уровня шума.

Для дальнейшего повышения точности предсказания в модуль 119 прогнозирования подается также амплитудно-частотная характеристика акустического сигнала, полученного микрофоном 102, от анализатора 112 спектра и исторические амплитудно-частотные характеристики этого акустического сигнала (т.е. данные кумулятивного шумового спектра) из хранилища 123 кумулятивного шумового спектра.

В ряде случаев учет исторических данных кумулятивного шумового спектра позволяет существенно повысить точность прогнозирования взвешенного уровня шума, в частности, в случае периодического характера шума, например, путем выявления

модулирующей функции шума и применения ее к величине уровня шума, получаемого с измерителя 113. Кроме того, учет исторических данных кумулятивного шумового спектра позволяет не только точнее выбирать аппроксимирующую функцию при экстраполяции взвешенного уровня шума, как это делается с использованием исторических данных от измерителя 118, но при необходимости также и корректировать взвешивающую функцию, используемую при определении взвешенного уровня шума.

В некоторых случаях для анализа исторических данных кумулятивного шумового спектра может оказаться предпочтительным применение нейронной сети. Нейронная сеть может быть реализована в модуле 119 предсказания или она может быть реализована в виде отдельного устройства (не показано на чертежах). В некоторых вариантах реализации изобретения нейронная сеть может представлять собой «облачное» оборудование или «облачный» сервис.

Описанные выше способы экстраполяции (линейная экстраполяция на основе текущего значения сигнала от измерителя 118, линейная или нелинейная экстраполяция на основе анализа текущего значения и исторических значений сигнала от измерителя 118, линейная или нелинейная экстраполяция на основе анализа текущего значения и

исторических данных кумулятивного шумового спектра) могут выбираться на основе сигнала обратной связи, зависящего от точности предсказания взвешенного уровня шума в модуле 119 предсказания. Иными словами, если применяемый способ экстраполяции не обеспечивает требуемой точности предсказания, то модуль 119 предсказания может переключаться на другой способ экстраполяции.

В альтернативном варианте изобретения модуль 119 предсказания может

одновременно применять несколько способов экстраполяции и выбирать из них тот, что обеспечивает лучшую точность предсказания в текущей шумовой обстановке. В этом случае контуров обратной связи, содержащих перемножитель 120, линию 121 задержки и компаратор 122, может быть несколько, а анализатор 104 может дополнительно содержать переключатель (не показан на фиг. 3), позволяющий выбирать источник сигнала,

подаваемого на перемножитель 114.

Синхронизация при установлении акустической связи

На фиг. 8 представлены временные диаграммы сигналов синхронизации мобильных устройств 1 и 2, показанных на фиг. 5, при установлении акустической связи. Должно быть очевидно, что ссылка в дальнейшем описании на мобильные устройства 1 и 2 использована лишь с иллюстративной целью и что изобретение в равной степени может быть реализовано в случае применения других устройств, носимых, мобильных или стационарных, имеющих приемлемые технические характеристики.

Мобильное устройство 1 передает сигнал синхронизации мощностью Р _г и

длительностью At} _r в промежутке времени от t до t . Затем мобильное устройство 1 прекращает передачу и принимает сигнал синхронизации от другого мобильного устройства 2 в промежутке времени от t до tf длительностью D tf _{c .} Мобильное устройство 2 передает сигнал синхронизации мощностью Р ² _Г и длительностью At^ _r в промежутке времени от tf до tf . Затем мобильное устройство 2 прекращает передачу и принимает сигнал синхронизации от мобильного устройства 1 в промежутке времени от t ² до tf длительностью D t ² _{С .}

Промежуток времени от tf до tf составляет цикл сигнала синхронизации мобильного устройства 1, а промежуток времени от tf ДО tf составляет цикл сигнала синхронизации мобильного устройства 2.

В данном примере длительности циклов сигналов синхронизации мобильных устройств 1 и 2 равны и для каждого мобильного устройства длительность передачи равна длительности приема. В общем случае длительности циклов сигналов синхронизации мобильных устройств 1 и 2 могут отличаться, для каждого мобильного устройства длительность передачи может быть не равна длительности приема, а длительность передачи и/или длительность приема для разных мобильных устройств также может быть разной. В любом случае для обеспечения возможности синхронизации длительность приема At . _c в двухтактном цикле синхронизации должна быть больше длительности передачи At\ _r . Следует отметить, что в описанных здесь примерах представлен двухтактный цикл синхронизации. Тем не менее, цикл синхронизации может содержать большее количество тактов (т.е. перемежающихся периодов времени передачи, которые могут иметь различную длительность, и периодов времени приема, которые также могут иметь различную

длительность). Например, в мобильном устройстве 1 может быть реализовано два

промежутка времени передачи сигнала синхронизации Atj _rl и At _r2 и два промежутка времени приема сигнала синхронизации D t _cl и D t _{c2 ·} В другом примере может быть реализовано два промежутка времени передачи и три промежутка времени приема и т.д. Процедура синхронизации при этом может быть более сложной, но принципы

синхронизации остаются по существу теми же.

Как показано на фиг. 8, перекрытие длительностью Dΐ промежутка времени приема мобильного устройства 1 и промежутка времени передачи мобильного устройства 2 составляет время, в течение которого мобильное устройство 1 способно принимать сигнал синхронизации от мобильного устройства 2. Длительность промежутка времени Dΐ может составлять от 0 до D t _{c .} При этом в зависимости от соотношения моментов времени tg и tg цикл сигнала синхронизации мобильного устройства 1 может опережать цикл сигнала синхронизации мобильного устройства 2 или отставать от него. Должно быть очевидно, что опережение или отставание цикла сигнала синхронизации одного мобильного устройства относительно цикла сигнала синхронизации другого мобильного устройства определяется последовательностью прохождения ими определенной фазы цикла, например, точки времени начала передачи сигнала синхронизации или точки времени начала приема сигнала синхронизации.

На фиг. 9 представлена ситуация (А), в которой цикл сигнала синхронизации мобильного устройства 1 опережает цикл сигнала синхронизации мобильного устройства 2, ситуация (В), в которой цикл сигнала синхронизации мобильного устройства 1 отстает от цикла сигнала синхронизации мобильного устройства 2, и ситуация (С), в которой

невозможно определить, отстает цикл сигнала синхронизации мобильного устройства 1 от цикла сигнала синхронизации мобильного устройства 2 или опережает его, поскольку длительность Dΐ равна длительности D

В результате выполнения синхронизации каждому устройству, участвующему в процедуре синхронизации, выделяется канал акустической связи для обмена информацией, в частности, для передачи и приема токенов аутентификации. В простейшем иллюстративном примере таких устройств может быть два, например, это могут быть мобильные устройства 1 и 2. В общем случае таких устройств может быть больше двух. На фиг. 10 представлена блок-схема примера алгоритма синхронизации и выделения канала связи двум мобильным устройствам 1 и 2, основанного на определении наличия перекрытия циклов синхронизации этих устройств.

На шаге 201 прослушивается канал «А» связи для определения его занятости. На шаге 202 проверяется наличие в этом канале обмена данными. Если в канале «А» связи

происходит обмен данными (т.е. если канал «А» связи занят), то алгоритм переходит к шагу 207 выбора другого канала связи (т.е. канала «В» связи). Если канал «А» связи свободен, то переходит к шагу 203 определения перекрытия циклов синхронизации. Следует отметить, что в данной ситуации второй канал связи считается априори свободным, поскольку данный алгоритм рассчитан на одновременное использование лишь двух устройств.

На шаге 203 выполняется синхронизация, как это описано выше, т.е. передача и прием сигналов синхронизации устройствами, между которыми следует обеспечить акустическую связь. В ходе синхронизации определяется перекрытие циклов синхронизации в канале синхронизации, соответствующем каналу «А» связи, например, как показано на фиг. 9.

На шаге 204 производится проверка того, выявлено ли в ходе синхронизации перекрытие циклов синхронизации. Если такое перекрытие выявлено, то алгоритм переходит к шагу 206, на котором выбирается канал «А» связи. Если такое перекрытие не выявлено, то алгоритм переходит к шагу 205 внесения псевдослучайной задержки.

На шаге 205 в сигнал синхронизации одного из мобильных устройств 1 и 2 вносится задержка, величина которой носит псевдослучайный характер. Определение величины такой задержки может выполняться с применением генератора псевдослучайных чисел, способы практической реализации которого хорошо известны специалистам в данной области техники, поэтому описание способа выбора задержки опущено. Из практических

соображений эта задержка не должна быть менее разрешающей способности аппаратной части и алгоритмов устройств, между которыми следует обеспечить акустическую связь. В то же время эта задержка не должна превышать разумной величины, чтобы не задерживать процесс синхронизации и установления связи сверх необходимого. Например, эта задержка может находиться в диапазоне 5-60 мс. После внесения псевдослучайной задержки шаг 203 синхронизации выполняется вновь.

Таким образом, на основе выявления перекрытия циклов синхронизации возможна реализация простого способа распределения каналов связи между двумя мобильными устройствами 1 и 2.

Каналы «А» и «В» акустической связи могут отличаться частотными свойствами сигнала, временными свойствами сигнала, кодировкой сигнала и т.д. Для каналов «А» и «В» заранее заданные значения взвешенного уровня шума, хранящиеся в регистре 116, могут различаться, таким образом, регулирование мощности в них также может выполняться по- разному.

На фиг. 11 представлена блок-схема примера другого алгоритма синхронизации и выделения канала связи двум мобильным устройствам 1 и 2, основанного на определении очередности сигналов синхронизации этих устройств.

На шаге 301 выполняется синхронизация, как это описано выше, в ходе которой определяется перекрытие циклов синхронизации, например, как показано на фиг. 9.

На шаге 302 производится проверка того, выявлено ли в ходе синхронизации перекрытие циклов синхронизации. Если такое перекрытие выявлено, то алгоритм переходит к шагу 303 определения очередности сигналов синхронизации. Если такое перекрытие не выявлено, то алгоритм переходит к шагу 305 внесения псевдослучайной задержки.

На шаге 303 производится определение очередности сигналов синхронизации мобильных устройств 1 и 2.

На шаге 304 выполняется проверка того, удалось ли определить очередность сигналов синхронизации мобильных устройств 1 и 2 (т.е. опережает цикл синхронизации мобильного устройства 1 цикл синхронизации мобильного устройства 2 или отстает относительно него). Как показано на фиг. 9, возможна ситуация, когда длительность At равна длительности At^ _c и определение очередности сигналов синхронизации мобильных устройств 1 и 2

невозможно. Если очередность сигналов синхронизации не определена, то алгоритм переходит к шагу 305 внесения псевдослучайной задержки. Если очередность сигналов синхронизации определена, то алгоритм переходит к шагу 306 проверки того, какой характер носит эта очередность - опережения или отставания.

На шаге 305 в сигнал синхронизации одного из мобильных устройств 1 и 2 вносится задержка, как это описано выше. После внесения псевдослучайной задержки шаг 301 синхронизации выполняется вновь.

На шаге 306 определяется, опережает ли цикл сигнала синхронизации мобильного устройства 1 цикл сигнала синхронизации мобильного устройства 2 или отстает от него.

Если цикл сигнала синхронизации мобильного устройства 1 опережает цикл сигнала синхронизации мобильного устройства 2, то алгоритм переходит к шагу 307, на котором выбирается канал «А» акустической связи. Если цикл сигнала синхронизации мобильного устройства 1 отстает от цикла сигнала синхронизации мобильного устройства 2, то алгоритм переходит к шагу 308, на котором выбирается канал «В» акустической связи.

Таким образом, на основе выявления очередности сигналов синхронизации возможна реализация простого способа распределения каналов связи между двумя мобильными устройствами 1 и 2 без предварительного прослушивания этих каналов связи. На фиг. 12 представлена блок-схема примера алгоритма синхронизации двух устройств и выделения им каналов связи при псевдослучайном выборе канала

синхронизации.

На шаге 401 выполняется псевдослучайный выбор j- го канала синхронизации из М доступных каналов синхронизации. Такой выбор может выполняться с применением генератора псевдослучайных чисел, способы практической реализации которого хорошо известны специалистам в данной области техники, поэтому описание способа

псевдослучайного выбора опущено.

На шаге 402 выполняется ветвление алгоритма для выполнения синхронизации в каналах синхронизации с разными параметрами синхронизации. В частности, для выбранного на шаге 401 -ro канала синхронизации на шаге 403 устанавливаются параметры D tl _r > 0, D t . _c = 0 , а для прочих каналов синхронизации на шаге 404 устанавливаются параметры Dί _g = 0, At^ _c > 0 , что означает передачу сигнала синхронизации в j-м канале без его прослушивания и прослушивание других каналов без передачи в них сигнала синхронизации.

На шаге 405 одновременно запускается М циклов синхронизации. Каждый цикл синхронизации выполняется в отдельном канале синхронизации, соответствующем определенному каналу акустической связи, в котором может быть установлено соединение.

На шаге 406 производится проверка того, выявлено ли в ходе синхронизации перекрытие циклов синхронизации в г-м канале синхронизации. Если такое перекрытие выявлено, то алгоритм переходит к шагу 407, а если такое перекрытие не выявлено, то алгоритм возвращается к шагу 401.

На шаге 407 выполняется определение того, как соотносится номер i канала синхронизации, в котором выявлено перекрытие циклов синхронизации, с номером j, выбранным на шаге 401. Если i < j , то алгоритм переходит к шагу 408, на котором выбирается канал «А» акустической связи. Если i > j , то алгоритм переходит к шагу 409, на котором выбирается канал «В» акустической связи. Следует отметить, что в этом варианте алгоритма синхронизации перекрытие циклов синхронизации в j-м канале синхронизации (т.е. когда i = j) невозможно, поскольку в этом канале осуществляется лишь передача сигнала синхронизации и нет приема сигнала синхронизации.

Описанные выше примеры вариантов реализации алгоритма синхронизации носят иллюстративный характер и их не следует рассматривать как исчерпывающие. На основе этих примеров специалистам в данной области техники должно быть понятно, как реализовать и другие варианты алгоритма синхронизации в пределах данного изобретения.

Выбор канала передачи данных на основе акустических характеристик устройств Мобильные устройства связи содержат по меньшей мере один микрофон. Большинство современных мобильных устройств связи содержат по меньшей мере два микрофона - один обычно расположен в нижней части устройства и предназначен для приема голоса пользователя при голосовой связи, а другой или несколько других

микрофонов обычно расположен(ы) в верхней части устройства и предназначен(ы) для приема, в основном, окружающего шума при реализации той или иной системы

шумоподавления или для записи звука при съемке видеосюжетов. В некоторых случаях по меньшей мере два микрофона образуют микрофонную решетку, позволяющую реализовать селективную или динамически перестраиваемую диаграмму направленности такой микрофонной системы.

В частности, при варианте В расположения мобильных устройств в ходе пэйринга, показанном на фиг. 5, диаграмма направленности нижнего микрофона каждого из этих устройств ориентирована в противоположную сторону от устройства-партнера и, кроме того, акустический сигнал частично экранируется рукой пользователя. Диаграмма направленности верхнего микрофона в большей степени ориентирована вверх и экранирования

акустического сигнала рукой пользователя не наблюдается.

В варианте С расположения мобильных устройств в ходе пэйринга, показанном на фиг. 5, диаграмма направленности нижнего микрофона каждого из этих устройств

ориентирована в сторону от устройства-партнера, но поскольку нижний микрофон

оказывается в непосредственной близи от динамика устройства-партнера, он обеспечивает лучшее соотношение сигнал-шум принятого акустического сигнала, чем верхний микрофон.

В общем случае наличие нескольких микрофонов обеспечивает большую

чувствительность микрофонной системы устройства по сравнению с устройством, имеющим один микрофон в его обычном положении в нижней части устройства. Такое различие чувствительности более всего проявляется в верхней части рабочего диапазона частот акустической связи.

От количества микрофонов в устройстве может зависеть выделение этому устройству частотных ресурсов для акустической связи. В частности, если соединение устанавливают два устройства, имеющие по одному микрофону, то им при синхронизации может

выделяться низкочастотный канал связи. Если соединение устанавливают два устройства, имеющие по несколько микрофонов, то им при синхронизации может выделяться

высокочастотный канал связи. Если соединение устанавливают два устройства, одно из которых имеет один микрофон, а другое - несколько микрофонов, то при синхронизации устройству с одним микрофоном может выделяться высокочастотный канал связи для передачи и низкочастотный канал связи для приема, а устройству с несколькими микрофонами может выделяться низкочастотный канал связи для передачи и

высокочастотный канал связи для приема. Кроме того, устройства с несколькими

микрофонами и устройства с одним микрофоном могут передавать сигналы синхронизации априори в разных частотных диапазонах, что позволяет в ряде случаев применить

упрощенную процедуру синхронизации.

Определение наличия в устройстве нескольких микрофонов может выполняться, например, путем выполнения приема и записи сигнала синхронизации в стереофоническом режиме. При этом сигнал, принятый устройством с одним микрофоном, окажется

записанным по существу монофонически (т.е. оба канала стереофонического сигнала будут практически идентичными), а сигнал, принятый устройством с несколькими микрофонами, окажется записанным стереофонически (т.е. два канала стереофонического сигнала будут заметно отличаться амплитудой и фазой).

Таким образом, данное изобретение позволяет решить задачу быстрого, максимально удобного и интуитивно понятного для пользователя установления полнодуплексной первичной акустической связи между устройствами для непосредственного обмена данными между ними или для передачи токенов аутентификации, используемых для последующего обмена данными с применением других (неакустических) способов связи. В частности, данное изобретение позволяет устанавливать акустическую связь в автоматическом режиме, без необходимости действий пользователя по переключению режима приема и передачи, характерных для неполнодуплексных каналов связи, а также по выбору устройства-партнера, выдаче подтверждений, вводу подтверждающих кодов и т.п., что обычно бывает необходимо при установлении связи, например, с применением Bluetooth или Direct WiFi. При этом безопасность соединения обеспечивается физическим ограничением дальности и алгоритмом установления акустической связи.

Кроме того, данное изобретение позволяет решить задачу оптимального выбора параметров акустической передачи данных, в частности, задачу выбора частоты сигнала, его мощности, очередности и скорости передачи, чтобы соединение устанавливалось быстро, надежно, но в то же время безопасно (с точки зрения информационной безопасности) и, по возможности, скрытно.

Следует отметить, что в приведенном выше описании отражены лишь те действия, которые наиболее существенны для достижения цели изобретения. Специалисту понятно, что для функционирования системы акустической связи следует выполнить и другие необходимые действия, например, подключение оборудования, его инициализацию, запуск соответствующего программного обеспечения, передачу и прием команд и подтверждений, обмен служебными данными и т.п., описание которых опущено для краткости изложения. Также следует отметить, что описанный выше способ может быть реализован с использованием программного и аппаратного обеспечения. Алгоритм синхронизации согласно данному изобретению может выполняться программным, аппаратным или комбинированным программно-аппаратным образом. В частности, в качестве оборудования для выполнения описанного выше способа могут применяться вычислительные средства общего назначения и/или специализированные, включая центральные процессорные устройства (CPU), сигнальные процессоры (DSP), программируемые логические микросхемы (FPGA), специализированные микросхемы (ASICS) и т.п. Обработка сигналов и данных в описанном выше способе может быть сосредоточена в одном вычислительном средстве или она может выполняться распределенным образом в нескольких вычислительных средствах.

Устройства, способы и их части, упомянутые в описании и чертежах, относятся к одному или нескольким определенным вариантам реализации изобретения, если они упоминаются со ссылкой на числовое позиционное обозначение, или ко всем вариантам реализации изобретения, в которых возможно их применение, если они упоминаются без ссылки на числовое позиционное обозначение.

Устройства и их части, упомянутые в описании, чертежах и формуле изобретения, представляют собой программно-аппаратные средства, при этом аппаратные части одних устройств могут отличаться, частично совпадать или полностью совпадать с аппаратными частями других устройств, если иное не указано в явном виде. Аппаратные части устройств могут располагаться в различных частях других устройств, если иное не указано в явном виде. Программные части (модули) могут быть реализованы в виде программного кода, содержащегося в запоминающем устройстве.

Последовательность действий в описании способа носит иллюстративный характер и в различных вариантах реализации изобретения эта последовательность может отличаться от описанной при условии сохранения выполняемой функции и достигаемого результата.

Признаки данного изобретения могут сочетаться в различных вариантах реализации изобретения, если они не противоречат друг другу. Описанные выше варианты реализации изобретения приведены исключительно с иллюстративной целью и не предназначены для ограничения объема настоящего изобретения, определяемого формулой изобретения. Все разумные модификации, модернизации и эквивалентные замены в составе, конструкции и принципе действия настоящего изобретения, выполненные в пределах его сущности, входят в объем данного изобретения.

Список условных обозначений устройств и их частей

1 - мобильное устройство

2 - мобильное устройство 3 - другое устройство

101 - динамик

102 - микрофон

103 - регулятор мощности акустического сигнала

104 - анализатор шума окружающей среды

111 - аналогово-цифровой преобразователь

112 - анализатор спектра

113 - измеритель взвешенного уровня шума

114 - перемножитель

115 - компаратор

116 - регистр заранее заданных значений взвешенного уровня шума

117 - линия задержки

118 - измеритель скорости изменения характеристик шума

119 - модуль прогнозирования

120 - перемножитель

121 - линия задержки

122 - компаратор

123 - хранилище кумулятивного шумового спектра

Список непатентной литературы

1. Nan Gao, Shigeru Shimamoto. Amplitude and phase modulation for ultrasonic wireless communication. International Journal of Wireless & Mobile Networks (IJWMN) Vol. 6, No. 2, April 2014.

2. Pascal Getreuer, Chet Gnegy, Richard F. Lyon, Rif A. Saurous. Ultrasonic

communication using consumer hardware. IEEE Transactions on Multimedia, Vol. 20, No. 6, June 2018, doi: 10.1109/TMM.2017.2766049.

3. Tayyab Javed. Enabling indoor location-based services using ultrasound. A thesis submitted to the School of Computing in conformity with the requirements for the degree of Master of Science. Queen's University, Kingston, Ontario, Canada, January 2013.

4. Kwang Myung Jeon, Hong Kook Kim, Myung J. Lee. Non-coherent low-frequency ultrasonic communication system with optimum symbol length. International Journal of Distributed Sensor Networks, Volume 2016, doi: 10.1155/2016/9713180.

5. Wentao Jiang, William M. D. Wright. Ultrasonic wireless communication in air using OFDM-OOK modulation. IEEE International Ultrasonics Symposium, 3-6 September 2014, doi: 10.1109/ULTSYM.2014.0251. 6. Wentao Jiang, William M. D. Wright. Multichannel ultrasonic data communications in air using range dependent modulation schemes. IEEE Transactions on ETltrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control, 63(1), pp. 147-155, doi: 10.1109/TUFFC.2015.2498479

7. Anna Lonka. Profiling through ultrasound technology, the right to privacy and the right to data protection. Thesis in Swedish Master of Law, Faculty Of Law, Stockholm ETniversity, Spring term 2018.

8. H Matsuoka, Y Nakashima, T Yoshimura. Acoustic communication system using mobile terminal microphones. NTT DoCoMo Technical Journal, Vol. 8, No. 2, 2006.

9. Bingsheng Zhang, Qin Zhan, Si Chen, Muyuan Li, Kui Ren, Cong Wang, Di Ma.

PriWhisper: enabling keyless secure acoustic communication for smartphones. IEEE Internet of Things Journal, Volume 1, Issue 1, Feb. 2014.

10. Qian Wang, Kui Ren, Man Zhou, Tao Lei, Dimitrios Koutsonikolas, Lu Su. Messages behind the sound: real-time hidden acoustic signal capture with smartphones. 22nd Annual

International Conference on Mobile Computing and Networking, pages 29-41, doi:

10.1145/2973750.2973765.

11. Hyewon Lee, Tae Hyun Kim, Jun Won Choi, Sunghyun Choi. Chirp signal-based aerial acoustic communication for smart devices. IEEE Conference on Computer Communications (INFOCOM), 26 April- 1 May 2015, doi: 10.1109/INFOCOM.2015.7218629.

12. Ed Novak, Zhuofan Tang, Qun Li. ETltrasound proximity networking on smart mobile devices for IoT applications. IEEE Internet of Things Journal (Early Access), doi:

10.1109/JIOT.2018.2848099.

13. G. Enrico Santagati, Tommaso Melodia. ЕГ-Wear: software-defined ultrasonic networking for wearable devices. Proceedings of the l3th Annual International Conference on Mobile Systems, Applications, and Services, pages 241-256, doi: 10.1145/2742647.2742655.

14. G. Enrico Santagati, Tommaso Melodia. A software-defined ultrasonic networking for wearable devices. IEEE/ ACM Transactions on Networking, Vol. 25, No. 2, April 2017.

15. Alex Varshavsky, Adin Scannell, Anthony LaMarca, Eyal de Lara. Amigo: proximity- based authentication of mobile devices. UbiComp 2007: International Conference on Ubiquitous Computing, In: Krumm J., Abowd G.D., Seneviratne A., Strang T. (eds) UbiComp 2007. Lecture Notes in Computer Science, vol 4717. Springer, Berlin, Heidelberg, doi: 10.1007/978-3-540-74853- 3 15.

16. Adin Scannell, Alex Varshavsky, Anthony LaMarca, Eyal de Lara. Proximity -based authentication of mobile devices. Int. J. Security and Networks, Vol. 4, Nos. 1/2, 2009.

17. Ivan Ozhiganov. NFC alternative: transferring data between mobile devices using ultrasound. 9 October 2013. https://www.azoft.com/blog/nfc-altemative-ultrasound/