具有因特网协议的助听器系统
阅读说明：本技术 具有因特网协议的助听器系统 (Hearing aid system with internet protocol ) 是由 B·科勒门森 于 2021-06-02 设计创作，主要内容包括：本申请公开了具有因特网协议的助听器系统,所述助听器系统(602,702,802,1002,3002)包括至少第一助听器(604,606,704,706,804,806,1004,1006,3004,3006),其中所述第一助听器配置成基于协议栈(100,400,500,900,1100,1200,1300,1400,1500,1600,1700,1800,1900,2900)建立与远程实体(612,812,1012,3012)的、经因特网的通信链路,其中所述协议栈包括因特网协议与基于蓝牙的协议的组合,所述协议栈实施在所述第一助听器中。(The present application discloses a hearing aid system with internet protocol, the hearing aid system (602,702,802,1002,3002) comprising at least a first hearing aid (604,606,704,706,804,806,1004,1006,3004,3006), wherein the first hearing aid is configured to establish a communication link with a remote entity (612,812,1012,3012) via the internet based on a protocol stack (100,400,500,900,1100,1200,1300,1400,1500,1600,1700,1800,1900,2900), wherein the protocol stack comprises a combination of internet protocol and bluetooth based protocol, the protocol stack being implemented in the first hearing aid.)
技术领域
本发明涉及助听器系统领域。更具体地，本发明涉及助听器系统与远程实体的数据交换以及用于前述数据交换的协议。
背景技术
目前，为了在助听器系统与远程服务器之间通信从而例如验配助听器、提供或收集数据、更新助听器系统的固件、流传输音频内容等，需要具有由助听器卖方提供的特殊(通常专有或卖方特有的)软件的本地辅助用户设备(如智能电话、平板电脑或个人计算机)。该设备或软件或直接或经网关连接到听力仪器。在这样的系统中，用于将辅助设备本地连接到助听器系统的无线技术标准通常为蓝牙(BT)或低功耗蓝牙(蓝牙LE)与异步无连接(ACL)协议结合用于传输链路。辅助用户设备与远程服务器之间的通信则基于因特网/互联网协议，如版本4(IPv4)或版本6(IPv6)。
上面描述的方法具有助听器系统建立的连接(蓝牙或者蓝牙LE)仅需要很少功率的优点，因为这些设备通常为电池供电的设备。然而，这样的系统具有总是需要本地辅助用户设备的缺点，而且在该设备上必须安装特定软件，以用作助听器系统与远程服务器之间的翻译器。
因此，需要提供一种至少克服上面提及的部分缺陷的解决方案。具体地，需要提供一种解决方案，其允许到助听器系统的低能量连接，同时在连接到远程实体如远程服务器时具有较高的灵活度。
发明内容
根据第一示例性的方面，公开了一种助听器系统，其至少包括第一助听器。第一助听器可配置成基于协议栈建立与远程实体的、经因特网的通信链路。协议栈可包括因特网协议与基于蓝牙的协议的组合，协议栈可实施在第一助听器中。
助听器系统或相应助听器的用于实现上述功能的组件通常可以硬件和/或软件实施。助听器系统或相应助听器例如可包括：用于执行计算机程序从而完成所需功能的至少一处理器、存储程序代码的至少一存储器或者二者。作为备选，它们例如可包括设计来实施所需功能的电路，例如实施在芯片组或芯片中，如集成电路。一般地，助听器系统或助听器可包括例如一个或多个处理单元或处理器。
在一例子中，助听器系统尤其是相应助听器可包括至少一处理器和包含计算机程序代码的至少一存储器，至少一存储器和计算机程序代码配置成与至少一处理器一起使得助听器系统至少完成和/或控制相应功能。然而，助听器系统还可包括一个或多个另外的元件。
根据第二示例性的方面，公开了一种系统，该系统包括根据第一方面的助听器系统以及远程实体。
根据第三示例性的方面，公开了由助听器系统的至少第一助听器执行的方法。具体地，助听器系统可以是根据第一方面的助听器系统。该方法可包括基于协议栈建立与远程实体的、经因特网的通信链路。协议栈可包括因特网协议，协议栈可实施在第一助听器中。
如上面指出的，该方法可由助听器系统的第一助听器执行和/或控制。然而，如下面将更详细描述的，该方法还可由助听器系统的另外的设备和/或由另外的设备如远程实体例如服务器或云服务器执行，这些设备一起执行该方法。
根据第四示例性的方面，公开了计算机程序，该计算机程序在由处理器执行时使得一设备执行和/或控制根据第三方面的方法的步骤。
计算机程序可存储在计算机可读存储介质上，尤其是有形和/或非短暂介质。计算机可读存储介质例如可以是存储器等。计算机程序可以对计算机可读存储介质进行编码的指令的形式存储在计算机可读存储介质中。计算机可读存储介质可用于参与设备的运行，如内部或外部存储器，例如只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、计算机的硬盘，或者可用于分布计算机程序，如光盘。
根据第五示例性的方面，公开了一种非短暂计算机可读存储介质，其中存储计算机程序，所述计算机程序在由处理器执行时导致至少一设备执行根据第三方面的方法。计算机可读介质包括适于保存包括程序代码的计算机程序的计算机存储介质，当计算机程序在处理系统上运行时，使得数据处理系统执行在此描述的及权利要求中限定的方法的至少部分(如大部分或所有)步骤。
作为例子但非限制，前述有形计算机可读介质可包括RAM、ROM和/或EEPROM，或者可用于执行或保存指令或数据结构形式的所需程序代码并可由计算机访问的任何其他介质。上述的组合也应包括在计算机可读介质的范围内。除保存在有形介质上之外，计算机程序也可经传输介质如有线或无线链路或网络如因特网进行传输并载入数据处理系统从而在不同于有形介质的位置处运行。
在下面，将更详细地描述本发明的所有方面的另外的示例性特征。
助听器系统通常可理解为包括助听器(其也可称为听力装置、听力仪器或助听装置)，其适于改善或增强用户的听觉能力，这通过从用户环境接收声信号、产生对应的音频信号、可能修改该音频信号、及将可能已修改的音频信号作为可听见的信号提供给用户的至少一只耳朵而实现。“改善或增强用户的听觉能力”可包括补偿个体用户的具体听力损失。“助听器”还可指适于以电子方式接收音频信号、可能修改该音频信号、及将可能已修改的音频信号作为听得见的信号提供给用户的至少一只耳朵的装置如可听戴设备、耳机或耳麦。听得见的信号例如可以下述形式提供：辐射到用户外耳内的声信号、作为机械振动通过用户头部的骨结构和/或通过中耳的部分传到用户内耳的声信号、及直接或间接传到用户耳蜗神经和/或听觉皮层的电信号。
听力系统的助听器适于以任何已知的方式进行佩戴。这可包括i)将听力系统的单元安排在耳后(具有将空传声信号导入耳道内的管或者具有安排成靠近耳道或位于耳道中并通过导线连接(或无线连接)到耳后单元的接收器/扬声器，如在耳后型助听器中)；和/或ii)将助听器整个或部分安排在耳廓和/或耳道中，如在耳内式助听器或耳道式/深耳道式助听器中；或者iii)将助听器的单元连到植入在颅骨内的固定结构，如在骨锚式助听器或耳蜗植入物中；或者iv)将助听器的单元作为整个或部分植入的单元，如在骨锚式助听器或耳蜗植入物中。助听器可实施在单一单元(壳体)中或者可实施在彼此个别连接的多个单元中。
通常，“助听器系统”指包括一个或两个助听器的系统。“双耳助听器系统”指包括两个助听器的系统，其中各个助听器适于协同地向用户的两只耳朵提供听得见的信号。助听器系统或双耳助听器系统还可包括一个或多个辅助装置，其与至少一助听器通信并影响助听器的运行和/或受益于助听器的功能。在至少一助听器和辅助装置之间建立有线或无线通信链路以使信息(如控制和状态信号，可能音频信号)能在其间进行交换。辅助装置可至少包括下述之一：遥控器、远程传声器、音频网关设备、无线通信设备如移动电话(例如智能电话)、平板电脑或包括图形界面的另一设备、广播系统、汽车音频系统、音乐播放器或其组合。具体地，在音频网关设备的情形下，该设备可适于如从娱乐装置例如TV或音乐播放器，从电话装置例如移动电话，或从计算机例如PC接收多个音频信号。辅助装置还可适于(例如使用户能)选择和/或组合所接收音频信号(或信号组合)中的适当信号以传给至少一助听器。具体地，在遥控器情形下，辅助装置可适于控制至少一助听器的功能和/或运行。遥控器的功能也可实施在智能电话或其它(如便携)电子设备中，该智能电话/电子设备可能运行控制至少一助听器的功能的应用程序(APP)。
在助听器系统包括一个或多个辅助装置的情形下，可建立从助听器系统到远程实体的通信链路，其从助听器系统的助听器经(例如本地)辅助装置及因特网到远程实体。
一般地，助听器可具体包括i)用于从用户周围接收声信号并提供对应的输入音频信号的输入单元如传声器；和/或ii)用于以电子方式接收输入音频信号的接收单元。助听器还可包括用于处理输入音频信号的信号处理单元及用于根据处理后的音频信号将听得见的信号提供给用户的输出单元。
输入单元可包括多个输入传声器，例如用于提供随方向而变的音频信号处理。前述定向传声器系统适于(相对)增强用户环境中的多个声源中的目标声源和/或衰减其它声源(如噪声)。在一方面，该定向系统适于检测(如自适应检测)传声器信号的特定部分源自哪一方向。这可使用传统已知的方法实现。信号处理单元可包括适于将随频率而变的增益施加到输入音频信号的放大器。信号处理单元还可适于提供其它适宜的功能如压缩、降噪等。输出单元可包括输出变换器如用于将空传声信号经皮或由皮提供到颅骨的扬声器/接收器或者用于提供结构传播的或液体传播的声信号的振动器。在一些助听器中，输出单元可包括用于提供电信号如在耳蜗植入物中提供电信号的一个或多个输出电极。
前述耳蜗植入物可包括：i)外部部分，用于拾取和处理来自环境的声音、根据当前输入声音确定用于电极刺激的脉冲序列；ii)(通常无线，如感应)通信链路，用于同时将关于刺激序列的信息以及能量传给植入部分；iii)植入部分，其使能产生刺激并施加到多个电极，这些电极可植入在耳蜗的不同位置从而允许听频范围的不同频率的刺激。这样的系统例如在US 4,207,441和US4,532,930中描述。
在一例子中，助听器包括多电极阵列，例如包括适于靠近用户的听觉神经位于耳蜗中的多个电极的托架的形式。托架优选由柔软材料制成以使能将电极适当地定位在耳蜗中，使得电极可插入到受试对象的耳蜗中。优选地，各个电极空间上沿托架的长度分布以在托架插入到耳蜗中时沿耳蜗中的耳蜗神经提供对应的空间分布。
助听器配置成建立经因特网的通信链路一般可理解为助听器可经电信/远程通信网络建立电信链路。其中，链路可理解为是或包括为数据传输目的而连接两个以上设备(即助听器和远程实体)的通信通道。链路可以是专用物理链路或者使用一个或多个物理链路或与其它电信链路共享一物理链路的虚拟电路。链路可基于几种类型的信息传输通路之一，如由通信卫星、陆上无线电通信基础设施及连接两个以上的点的计算机网络提供的信息传输通路。具体地，链路可理解为连接网络的节点。具体地，链路可理解为是或包括逻辑链路。例如，链路可以是数据链路、上行链路、下行链路和/或点对点链路。具体地，点对点链路可理解为连接两个通信点(如网络的两个节点)的专用链路。
建立与远程实体的经因特网的通信链路可理解为与至少一远程实体建立通信链路。具体地，远程实体(或多个远程实体)可以是或包括服务器、多个(如分布式)服务器，例如计算机云。具体地，远程实体可由助听器卖方控制和/或操作。
具体地，协议栈可理解为指计算机联网协议集或族的实施。具体地，协议栈可以是(至少部分)符合因特网协议集(Internet Protocol Suite)和/或开放系统互连模型(OSI模型)的协议栈。
因特网协议集为因特网和类似计算机网络中使用的概念模型及一组通信协议。由于该集中的两个基本协议即传输控制协议(TCP)和因特网协议(IP)，其常常称为TCP/IP，或者用户数据报协议(UDP)、实时传输协议(RTP)。因特网协议集提供端到端数据通信，其规定数据应怎样打包、寻址、传输、路由发送和接收。该功能基本上组织为四个抽象层，其根据所涉及的联网范围对有关协议进行分类。
OSI模型为一种概念模型，其表征和标准化电信或计算系统的通信功能，与其内部结构和技术无关。根据该模型，通信系统可划分为七个抽象层。该模型的初始版本具有七层。一般地，一层服务其上面的层并接受其下面的层的服务。例如，跨网络提供无错通信的层提供其上面的应用所需的通路，同时其调用相邻的更低的层发送和接收构成该通路的内容的包。
协议栈可(至少)包括因特网协议。因特网协议(IP)可理解为TCP/IP模型的因特网层的协议。因特网协议可以是因特网协议集中的主通信协议，用于跨网络边界转播数据报。其路由功能启动网际互连，实质上建立因特网。因特网协议可具有基于包首部中的IP地址将包从源主机唯一地传送到目的地主机的任务。为了该目的，因特网协议定义封装将要传送的数据的包结构。其还定义用于用源和目的地信息标记数据报的寻址方法。
数据报可以是自备式、独立的数据实体，其承载足够的将从源计算机路由发送到目的地计算机的信息，而不依赖于该源和目的地计算机与传输网络之间早先的交换。
具体地，因特网协议可以是因特网协议版本4(IPv4)或者其后继版本即因特网协议版本6(IPv6)。然而，一般地，因特网协议可以是任何其它版本或者因特网协议的未来版本。
如下面将详细描述的，协议栈可以且通常还包括另外的层和/或协议。
协议栈实施在助听器中可理解为助听器本身利用协议栈及相应的因特网协议。换言之，助听器能够根据因特网协议而工作及例如能够根据因特网协议的包结构处理(如生成和/或解码)数据包(例如通过封装和/或提取将要传送/接收的数据)。
提供助听器，其配置成基于协议栈建立与远程实体的经因特网的通信链路，其中协议栈包括因特网协议，及协议栈实施在第一助听器中，使得不需要辅助设备上的卖方特有应用或软件即可在助听器与远程实体之间形成通信链路。在仍可能使用辅助设备的同时，该设备不必安装前述软件。辅助用户设备如智能电话或计算机在某些实施例中甚至不需要，助听器例如可与路由器直接通信。
第一助听器与远程实体之间的经因特网的通信链路因而可被视为到远程实体的直接因特网协议链路。为此，远程实体和助听器均可包括协议栈层，其实施因特网协议因而使能根据因特网协议交换数据包。
第一助听器与远程实体之间的经因特网的通信链路可经因特网服务提供商建立。因而，助听器与因特网服务提供商之间的通信同样可基于包括因特网协议的协议栈。如上所述，因而可建立从助听器经因特网服务提供商到远程实体的直接IP链路。
第一助听器与远程实体之间的经因特网的通信链路可以是端到端因特网协议链路。具体地，这可理解为，应用特有特征驻留在网络的通信端节点(即助听器和远程实体)中，而不是(为建立网络而存在的)中间节点如网关和路由器中。
如已经提及的，因特网协议可具体为因特网协议版本4即IPv4或因特网协议版本6即IPv6或因特网协议的任何将来的版本。因特网协议的第一主要版本即因特网协议版本4(IPv4)目前仍为因特网的主要协议。其后继版本为因特网协议版本6(IPv6)，自前些年以来，该版本已逐渐部署在公共因特网上。
因特网协议栈可包括应用层。一般地，应用层可包含跨因特网协议计算机网络的进程到进程通信中使用的通信协议和接口方法。应用层可使通信标准化并根据传输层协议建立主机到主机数据传输通道和管理客户机-服务器或点对点网络中的数据交换。(TCP/IP模型中的)该层的协议例子为FTP、HTTP或HTTPS、IMAP、SMTP、SSH、TLS/SSL。应用层因而可被视为负责处理用户数据和/或控制数据，例如音频数据、编码的音频数据、音频控制数据和/或非音频数据。
因特网协议栈可包括传输层。该层的协议(在IP模型中)为应用提供主机到主机、广播和/或多播通信服务。其可提供服务如连接导向的通信、可靠性、流控制及多路复用。该层的协议示例为TCP和UDP。具体地，传输层因而可被视为负责在第一助听器与远程实体之间建立连接。该连接可以是第一助听器与远程实体之间的IP连接或IP链路。
因特网协议栈可包括包含因特网协议的网络层。具体地，网络层可以是因特网层(TCP/IP模型中)。因特网层通常用于在需要时将网络包从发端主机跨网络边界传到目的地主机(通常由IP地址指定)。该层的协议示例及因特网协议的实施例为已经提及的IPv4或IPv6。因而，具体地，网络层或因特网层可被视为负责连接第一助听器和远程实体。
因特网协议栈可包括数据链路层。该链路层可包括限于主机物理连接的链路的一组方法和通信协议。该链路层可定义仅在网络段的相邻网络节点之间工作的方法和标准。数据链路层可包括子层如LLC或MAC。因而，具体地，数据链路层可负责格式化经物理通信媒介接收或传输的数据。
因特网协议栈可包括物理层，具体地，用于经物理通信媒介传输和/或接收数据。物理层例如可通过PHY芯片实施。具体地，物理层由网络的电子电路传输技术组成。其为网络中更高级功能下的基本层，并可通过不同的硬件技术实施。具体地，物理层可定义经连接网络节点的物理数据链路传输原比特的手段。例如，比特流可分组为码字或符号并转换为经传输媒介传输的物理信号。物理层可被视为提供到传输媒介的电、机械和过程接口。
协议栈可包括或者基于所谓的蓝牙网络封装协议BNEP。蓝牙网络封装协议(BNEP)可理解为将来自一个或多个(例如多个不同的)其它联网协议的包封装为蓝牙数据链路层的协议，其之后可经蓝牙协议直接传输，例如通过利用蓝牙逻辑链路控制和应用层协议(L2CAP)。L2CAP可提供用于蓝牙的数据链路层。具体地，BNEP可用BNEP首部去除和替换以太网首部。然而，这使以太网净荷能保持不变。最后，BNEP首部和以太网净荷可通过L2CAP封装并可经蓝牙媒介发送。
协议栈可包括或者基于因特网协议支持配置文件IPSP(Internet BluetoothSupport Profile)，如经蓝牙(R)低功耗的因特网协议版本6(IPv6)(6LoBTLE)或者经蓝牙(R)低功耗的因特网协议的任何后来版本。因特网协议支持配置文件(IPSP)使设备能发现支持IPSP的其它设备并与其通信，例如辅助用户设备，如智能电话或IPSP路由器。支持IPSP的设备之间的通信可使用经蓝牙低功耗传输的IPv6包进行。其中，因特网协议支持服务(IPSS)、通用属性配置文件(GATT)和属性协议(ATT)可仅用于服务发现，而通用访问配置文件(GAP)可用于服务发现和连接设置。
上述的两种方法使能使用广泛支持和实施的低功耗传输技术，如用于传输数据的蓝牙或者蓝牙LE标准，同时，可实现因特网协议因而从助听器到远程实体的直接IP链路。
协议栈可包括或基于符合IEEE 802.11标准的无线局域网协议WLAN。该技术的优点在于其同样在许多设备和路由器中得以广泛支持和实施。
为提供特定的功率效率高的方法，协议栈还可包括或基于低功率宽域网(LPWAN)协议。LPWAN一般设计来使能在连接的(且通常电池供电的)对象之间以低比特率进行长距离通信。低功率、低比特率和计划的用途将该类型网络与无线LAN区分开，无线LAN是设计来使用更多功率连接用户或商业伙伴并承载更多数据。在一例子中，LPWAN数据速率可在每通道0.3kbit/s到50kbit/s的范围中。
特别地，如上所述，协议栈可具体包括配置成去除因特网协议处理的IP数据包的(IP/以太网)首部和/或封装因特网协议处理的IP数据包的协议(如BNEP、6LOBTLE、6LOWPAN、经蓝牙(R)低功耗的RFC 7668-IPv6)。
在协议栈的数据链路层和/或物理层可基于符合IEEE 802.11标准的无线局域网协议WLAN的同时，协议栈的数据链路层和/或物理层也可基于蓝牙或蓝牙LE协议、符合IEEE802.15标准的无线个人域网协议WPAN、低功率宽域网LPWAN协议和/或符合IEEE802.15.4a标准的超宽带UWB协议。
第一助听器可配置成经所述通信链路从远程实体接收音频流。例如，远程服务器可将音乐或其它音频直接流传输给助听器。另外或作为备选，也可以是助听器经通信链路将音频流发送给远程实体(例如用于控制命令或双向对话)。
第一助听器可配置成经所述通信链路从远程实体接收验配数据。目前的助听器经常能经无线连接进行远程验配。然而，如果助听器现在支持因特网协议如IPv4或IPv6及载体(bearer)如蓝牙，则可用作IP边界路由器并具有与助听器支持的载体兼容的载体的任何设备(电话机/平板电脑/个人计算机)均可用作验配设备，而不需要任何专用设备或专用软件。
第一助听器可配置成经所述通信链路从远程实体接收固件更新。上述的优点同样适用于设备固件更新(DFU)情形。
第一助听器可配置成经所述通信链路将助听器系统处记录的传感器数据传给远程实体。前述传感器的示例为传声器、心率传感器、脑电图(EEG)传感器等。传感器数据在记录后可首先存储在助听器系统处(例如非易失存储器中)或者在记录后直接发送给远程实体。
第一助听器可配置成经所述通信链路接收和/或传输神经网络的优化数据。优化数据例如可以是或者包括表示用户说出的命令的音频数据或者从环境记录的听见的音频。
第一助听器可配置成经所述通信链路接收和/或传输IFTTT数据。
IFTTT(If this then that)是使第一助听器和/或其它设备的编程能响应于事件的编程条件语句。
根据经通信链路发送和/或接收的数据类型，协议栈尤其是应用层可相应地调整以能够处理相应的数据。
助听器系统还可包括至少第二助听器，其中第一助听器和第二助听器配置成彼此通信。具体地，第一和第二助听器可配置成交换上面提及的类型的数据，如音频数据、验配数据、传感器数据、优化数据等。第一和第二助听器之间的通信可通过上面已经提及的技术实现，如蓝牙、蓝牙LE或另一专有RF或磁链路。
至少一助听器可配置成将经通信链路从远程实体接收的数据转播给相应的另一助听器和/或将经通信链路从相应的另一助听器接收的数据转播给远程实体。这具有仅助听器之一需要处于相应的辅助设备、接入点或路由器的覆盖区域内的优点。同样，这可使得仅需在助听器之一处实施包括因特网协议的协议栈并使助听器能连接到接入点或路由器。
根据第二方面的系统还可包括助听器系统本地的便携或固定不动的辅助设备，为第一助听器(非必须地，及第二助听器)与远程实体之间的通信链路提供路由发送功能。如已经描述的，便携或固定不动的辅助设备可以是智能电话、平板电脑、计算机或路由器。然而，与现有技术相反，为了提供用于通信链路的路由发送功能，该辅助设备不需要任何卖方特有的软件。而是，该辅助设备仅需要支持助听器用于建立因特网协议链路的协议。
例如，在优选方法中，助听器处的协议栈如6LoBTLE/6LoWPAN适应层可配置成去除由助听器处的因特网协议产生的相应IP包的IP首部并用另一首部替换该IP首部以将数据传给辅助设备(例如经蓝牙或蓝牙LE标准)。辅助设备则可提供IP首部并像往常一样基于因特网协议将相应的数据转发给远程实体。
上述特征应被视为以彼此任何组合的方式公开。此外，用于执行方法步骤的任何装置的公开应当理解为同样公开了相应的方法步骤，方法步骤的公开应当理解为同样公开了相应的用于执行这些步骤的装置。
附图说明
本发明的各个方面将从下面结合附图进行的详细描述得以最佳地理解。为清晰起见，这些附图均为示意性及简化的图，它们只给出了对于理解本发明所必要的细节，而省略其他细节。在整个说明书中，同样的附图标记用于同样或对应的部分。每一方面的各个特征可与其他方面的任何或所有特征组合。这些及其他方面、特征和/或技术效果将从下面的图示明显看出并结合其阐明，其中：
图1示出了示例性的分层IP协议栈；
图2示出了TCP首部格式；
图3示出了UDP首部格式；
图4示出了用于经典蓝牙启用IP链路的示例性的IP栈概览；
图5示出了用于低功耗启用IP链路的示例性的IP栈概览；
图6示出了使能远程实体与助听器系统之间的端到端IP链路的示例性系统；
图7示出了到助听器系统的示例性IP链路及助听器之间的转发；
图8示出了具有IP流传输和语音助理能力的示例性的系统；
图9示出了用于音乐流传输和语音助理的示例性的IP栈配置；
图10示出了用边界路由器设备启动远程验配的示例性系统；
图11示出了用于远程验配程序的示例性IP栈配置；
图12示出了用于远程验配的备选的示例性IP栈配置；
图13示出了用于设备固件更新的示例性IP栈配置；
图14示出了用于设备固件更新的备选的示例性IP栈配置；
图15示出了用于数据采集的示例性IP栈配置；
图16示出了用于神经网络调谐的示例性IP栈配置；
图17示出了用于神经网络调谐的备选的示例性IP栈配置；
图18示出了具有无线接口的通用IP通信模型；
图19示出了具有CTPS的示例性的IP栈；
图20示出了用于CTPS的PDU格式；
图21示出了用于CTPS的净荷格式；
图22示出了用于CTPS的链路管理器SDU的格式；
图23示出了用于CTPS的确认的PDU帧的格式；
图24示出了用于CTPS的新SDU的格式；
图25示出了用于CTPS的重传的SDU的格式；
图26示出了示例性的PDU加密；
图27示出了在接收加密的PDU时的流程图；
图28示出了具有多个示例性的可能传输的、简化的IP栈；
图29示出了经LoRA或WiFi 802.11ax传输的示例性端到端IP链路。
具体实施方式
下面结合附图提出的具体描述用作多种不同配置的描述。具体描述包括用于提供多个不同概念的彻底理解的具体细节。然而，对本领域技术人员显而易见的是，这些概念可在没有这些具体细节的情形下实施。装置和方法的几个方面通过多个不同的块、功能单元、模块、元件、电路、步骤、处理、算法等(统称为“元素”)进行描述。根据特定应用、设计限制或其他原因，这些元素可使用电子硬件、计算机程序或其任何组合实施。
电子硬件可包括微机电系统(MEMS)、(例如专用)集成电路、微处理器、微控制器、数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)、可编程逻辑器件(PLD)、选通逻辑、分立硬件电路、印刷电路板(PCB)(如柔性PCB)、及配置成执行本说明书中描述的多个不同功能的其它适当硬件，例如用于感测和/或记录环境、装置、用户等的物理性质的传感器。计算机程序应广义地解释为指令、指令集、代码、代码段、程序代码、程序、子程序、软件模块、应用、软件应用、软件包、例程、子例程、对象、可执行、执行线程、程序、函数等，无论是称为软件、固件、中间件、微码、硬件描述语言还是其他名称。
下面将描述可用在本发明的不同方面中的不同的示例性的协议，而且将描述本发明的不同方面可用于其中的不同使用情形。
图1示出了协议栈100的示例性的五层示图，其包括具有因特网协议的因特网或网络层103(因而“因特网协议栈”或“IP栈”)，图示了通过每一层101-105处工作的协议怎样添加相继的首部。每一层101-105处理涉及在分布的用户应用之间发送数据的一些方面的一组特定问题，用户应用即在设备(如下面将更详细描述的助听器系统和远程实体)上运行的应用，其连接到同一或不同网络。由于原始应用数据(如本发明中公开的，例如用户数据或控制数据)从应用层105通过多个不同的层102-104向下移动，其被包(或封装)在由其遇到的每一协议产生的协议数据单元(PDU)内。常见的用于指这些PDU的名称趋于变化。例如，在网络层处，它们被称为包或数据报。在链路层处，它们更常被称为帧。
来自应用的数据向下传到适当的应用层协议，其通过添加一些首部信息将该数据封装在协议数据单元(PDU)内。整个PDU之后向下传到传输层协议并经历类似的处理。对于网络层和链路层，重复这种封装。由链路层建立的帧则经物理传输媒介作为比特流或符号流发送给(例如边界)路由器或网络交换器。
可采用在根据本发明的助听器系统(如助听器、辅助设备)或远程实体中的每一层101-105的功能描述在下表中给出。
下面将描述这些层101-105的不同的示例性协议，其同样可采用在根据本发明的助听器系统(如助听器或辅助设备)或远程实体中。
有几种标准化的应用层协议(例如参见服务名称和传输协议端口号注册表，www.iana.org/assignments/service-names-port-numbers/service-names-port-numbers.xhtml，其中它们被称为服务)。下表示出了示例性的标准化应用层协议的简表，其可在根据本发明的不同方面中采用：
IP栈中的两种示例性的传输层协议为传输控制协议(TCP)和用户数据报协议(UDP)。TCP与UDP之间的差别在下表中提供：
图2和3示出了可采用在根据本发明的协议栈中的两种传输层协议即“传输控制协议”(TCP)和“用户数据报协议”(UDP)的首部格式200、300。
如上面已经提及的，图1的网络层103包括因特网协议。因特网协议(IP)涉及获取从源一直到目的地的数据报。到达目的地可涉及在路由器(中间节点)处进行许多跳跃。IP提供最大努力的网络层服务，从而连接端点(计算机、电话等)形成计算机网络。IP网络服务使用IP路由器(在中间节点之间)传输数据报。
通常有两种适当部署的因特网协议或其规约：：因特网协议版本4(IPv4)和因特网协议版本6(IPv6)。IPv4是因特网协议(IP)的第四版。IPv4为在1983年大量部署的第一版。尽管正在进行后继协议IPv6的部署，其目前仍然路由发送大多数因特网流量。IPv4和IPv6分别在因特网协议版本4(IPv4)规约(https://tools.ietf.org/html/rfc791)和因特网协议版本6(IPv6)规约(https://tools.ietf.org/html/rfc2460)中描述。
IPv4与IPv6之间的一个重要区别是地址长度，IPv4使用32位地址方案从而允许总共2^32的地址(超过40亿地址)，而IPv6使用128位地址方案从而允许约2^128个地址。随着因特网的增长，预期未使用的IPv4地址的数量将最终用尽，因为连接到因特网的每一设备(电话、PC、游戏控制台、耳机、助听器等)均需要地址。
IPv4首部的大小在20-60个八位组之间(取决于选项字段的长度，其可高达16个八位组)，而IPv6首部为40个八位组，尽管扩展首部可被添加为净荷字段的一部分。扩展首部为最少4个八位组或更多(例如参见IPv6首部，https://en.wikipedia.org/wiki/IPv6_packet)。
现在，为在助听器与远程实体之间启用直接IP链路，在助听器中支持具有因特网协议的协议栈(IP栈)。
根据本发明的优选方法在蓝牙标准的框架下采用IP链路，这将结合图4和5详细描述。一种选择是使用用于经典蓝牙的蓝牙网络封装协议(BNEP)，其在蓝牙网络封装协议(BNEP)规约(参见www.bluetooth.org/docman/handlers/DownloadDoc.ashx？doc_id＝6552)中说明。对应的协议栈400在图4中示出。协议栈400包括：具有蓝牙无线电和蓝牙基带的物理层401、具有L2CAP协议的链路层402、具有BNEP协议的网络子层403、(具有因特网协议如IPv4或IPv6的)网络/因特网层404、传输层405和应用层406。
另一选择是用于蓝牙低功耗的因特网协议支持配置文件(IPSP)，其例如在www.bluetooth.org/docman/handlers/DownloadDoc.ashx？doc_id＝296307下说明。对应的协议栈500在图5中示出。协议栈500包括物理层501、包含L2CAP协议的链路层502、具有6LoBTLE协议(现在符合RFC 7668，称为经蓝牙(R)低功耗的IPv6)的网络子层503、具有因特网协议如IPv6的网络/因特网层504、传输层505和应用层506。BNEP支持IPv4和IPv6数据报的传输，而IPSP仅支持IPv6数据报。
为节能，低功率无线电协议如蓝牙使用小的(载体特有)帧大小。帧大小取决于净荷量和需要的控制(信令)数据的量。因此，在低功率协议中，使数据链路层帧中的开销的量最小化很重要。
参考图4，当传输具有消息的帧时，BNEP去除IP首部并用BNEP首部替换。当接收到具有消息的帧时，反过来。最后，BNEP首部和IP净荷由蓝牙逻辑链路控制和适配协议(L2CAP)及其后的基带或链路层协议封装并将物理媒介发送。BNEP首部通常在4到16个八位组之间，其大小相较于IPv4和IPv6首部明显减小。一般地，层403-406可被示为启动从助听器到远程实体的直接IP链路。
参考图5，对于经蓝牙低功耗(LE)的IP传输，经蓝牙低功耗的IPv6(6LoBTLE)的规约(参见经蓝牙(R)低功耗的IPv6)例如用于：
-到辅助设备如IPSP路由器的链路建立；
-邻居发现，即连接到同一路由器的其它IPSP节点；和/或
-将IPv6首部压缩到2到20个八位组之间。
一般地，层503-506可被示为启动从助听器到远程实体的直接IP链路。
根据该观点，不同协议分配到不同层可能不总是严格且明确。然而，BNEP和6LoBTLE通常被视为联网层或适应层中的子层，即在IP协议下面。
BNEP或IPSP栈400、500通常为辅助设备或所使用的典型网关(即具有BNEP或IPSP的智能电话、平板电脑、个人计算机或WiFi/蓝牙组合路由器)的一部分。如果助听器中现在支持BNEP和/或IPSP，则在辅助设备上不需要卖方特有软件来从助听器访问因特网连接的服务器。图6中示出了具有远程实体和助听器系统的、建立端到端IP链路的相应系统。
图6的系统包括具有第一助听器604和第二助听器606的助听器系统602。该助听器系统还包括移动设备608或路由器610形式的辅助设备。系统600还包括远程服务器612。在助听器604和/或606经蓝牙或蓝牙LE物理连接到一个或多个辅助设备608和/或610的同时，第一和/或第二助听器604、606经因特网建立到远程服务器612的直接IP链路。这可能通过采用协议栈如上述的IP栈400或500实现。在辅助设备608、610与服务器612之间的连接为标准的基于IP的连接的同时，助听器604、606与辅助设备之间的连接中的IP数据被封装在蓝牙协议中。
图6的两个助听器604、606中可能仅其中之一具有到边界路由器的蓝牙连接(IP链路)。在该情形下，具有蓝牙连接的助听器604、606可借助于两个助听器之间的单独的连接将IP净荷转播给另一助听器，如图7中助听器系统702的助听器704、706和边界路由器710所示。例如，该连接也可为蓝牙连接，而且为卖方特有连接。
下面将描述用于在助听器中实现IP栈的另外的选择。
下面描述不同的使用情形，其通过助听器实现IP链路而启用。
使用情形的一个例子是音频的流传输。图8中示例性地示出了对应的系统800。下面的流传输使用情形是可能的。作为一个例子，远程服务器812可将音乐直接流传输给助听器。基于远程实体(如服务器)提供的时间戳、编解码帧号或二者，助听器系统802的助听器804、806可经助听器之间的连接同步所呈递的音频。助听器804、806之间的连接可以是磁连接或基于RF。作为另一例子，双向会话可被采用，其中终端用户与位于远处的人说话，经到语音助理(如Alexa、Siri或Google)的远程服务器桥和/或直接与(人)语音助理说话。作为又一例子，助听器可将音频单向流传输给服务器812，例如用于控制命令。另外或者作为备选，远程服务器812可用单向音频流通知用户，例如在有(特征)更新时。
图9中示出了用于该使用情形的具有层901-905的IP栈900的例子。在应用层905中，RTP(实时传输协议)用于传输编码的音频数据，RTCP(实时传输协议控制协议)用于传输音频控制消息。这些协议在实时协议(RTP)和RTP控制协议(RTCP)规约中描述。UDP用作传输层904中的传输协议。
使用情形的另一例子为验配程序。图10示出了示例性的系统1000，对于该使用情形，具有助听器系统1002、助听器1004、1006、边界路由器1010和远程服务器1012。在助听器处采用因特网协议时，验配程序的好处如下：不需要验配网关(如Noahlink Wireless)。为提高验配速度，可使用两个路由器，每一听力仪器各一个。在验配程序期间，药剂师可同时经IP与终端用户讲话，如上面结合与助理通信所描述的。
目前的助听器已经能进行远程验配，但其需要经到专用验配设备的无线连接或者到移动电话、平板电脑或计算机的连接，必须包含专用验配应用或验配软件。然而，如果助听器1004、1006支持因特网协议IPv4如IPv6及载体如蓝牙，则可用作IP边界路由器1010并具有与助听器采用的载体兼容的载体的任何辅助设备(电话/平板电脑/PC)均可用作验配设备，而不需要任何专用设备或专用软件。在远程验配对话期间，药剂师和终端用户也可经IP链路彼此讲话(参见上面的描述)。
图11示出了用于该使用情形的具有层1101-1105的示例性的IP栈1100。在应用层1105，验配应用协议可用于传输验配数据，RTP可用于传输编码的音频数据，RTCP可用于传输音频控制消息。在传输层1104，验配应用协议可使用TCP，音频应用协议可使用UDP。验配应用协议可以是卖方特有的或者标准化的协议如消息队列遥测传输(MQTT)协议，在http://mqtt.org/下说明。
图12为用于远程验配的、备选的IP栈配置1200，具有层1201-1205，其中验配协议使用约束应用协议(CoAP)，例如在https://tools.ietf.org/html/rfc7252下说明，其使消息能被确认，这在验配使用情形下启动可靠的数据通信。这特别有利，因为所有验配将被可靠地传输，否则，如果缺失部分验配数据，助听器可能错误地工作甚至可能损伤终端用户的耳朵。
使用情形的又一例子为设备固件更新。与远程验配使用情形类似，助听器可经到专用验配设备或者包含专用验配应用或验配软件的智能电话、平板电脑或个人计算机的无线连接进行设备固件更新(DFU)。然而，如果助听器支持因特网协议IPv4如IPv6及载体如蓝牙，则可用作IP边界路由器并具有与助听器采用的载体兼容的载体的任何辅助设备(智能电话、平板电脑、计算机)均可用作验配设备，而不需要任何专用设备或专用应用或软件。
图13示出了用于该使用情形的示例性的IP栈配置1300，具有层1301-1305。在应用层1305，DFU应用协议用于传输DFU数据。作为备选，可使用标准化的文件传送协议(如在https://en.wikipedia.org/wiki/Comparison_of_file_transfer_protocols提及的协议)。在传输层1304，可使用TCP。
图14示出了用于DFU使用情形的、备选的IP栈配置1400，具有层1401-1405，其中DFU协议使用约束应用协议(CoAP)。如上所述，该协议使消息能被确认，这在DFU情形下启动可靠的数据通信。可取的是，DFU数据被可靠地传输，否则，如果缺失部分DFU数据，助听器可能错误地工作甚至可能损伤终端用户的耳朵。
又一使用情形为数据采集。多个不同的传感器可实施在助听器中。前述传感器的例子为传声器、心率传感器或脑电图(EEG)传感器。助听器可以正常的速率读取相应的传感器输出并在一例子中可将该数据存储在其非易失性存储器中。一旦助听器连接到因特网，记录的传感器数据可被上传到远程数据采集服务器，如上所述。当助听器连接时，其也可将传感器数据直接传给数据采集服务器，而不将该数据存储在其非易失性存储器中。此外，程序使用统计及助听器状态信息可直接上传，或者存储的数据可在连接到因特网时上传。
图15示出了用于数据采集使用情形的、示例性的IP栈配置1500，具有层1501-1505。在应用层1505，上面已经提及的约束应用协议(CoAP)用作用于传输采集的数据的数据采集应用协议。作为备选，也可使用卖方特有的协议。在传输层1504，可使用UDP。
另一使用情形为听力仪器中的神经网络的优化或调谐。助听器可实施神经网络(NN)，其可能需要针对具体用户进行优化或调谐。需要如此做的一种情形是讲出的命令的话音识别，其中助听器的NN需要进行优化以更好地识别助听器用户的话音。例如，用户可能被请求(例如通过NN调谐服务器)讲出某些命令，其中这些命令之后由助听器传声器记录并与NN系数一起发送给NN调谐服务器。一旦NN(即其系数)已被优化，这些系数被下载到助听器中的NN。
助听器的NN可能需要进行优化或调谐的另一情形可以是特定听音情形，其中NN作出欠佳或错误的决策。该情形可由助听器的传声器记录并与NN系数一起发送给NN调谐服务器。在NN系数优化期间，用户可能经音频IP链路被询问问题。一旦NN系数已被优化，这些系数被下载到助听器中的NN。
图16示出了用于神经网络调谐使用情形的、示例性的IP栈配置1600，具有层1601-1605。在应用层1605，NN调谐应用协议可用于传输NN系数，而RTP可用于传输编码的音频数据，RTCP可用于传输音频控制消息。在传输层1604，NN调谐应用协议使用TCP，音频应用协议使用UDP。NN调谐应用协议可以是卖方特有的或者标准化的协议，如上面已经提及的消息队列遥测传输(MQTT)协议。
图17示出了用于神经网络调谐的、备选的IP栈配置1700，具有层1701-1705，其中NN调谐协议使用约束应用协议(CoAP)，其使消息能被确认，这在神经网络调谐的示例性使用情形下启动可靠的数据通信。神经网络数据如系数应被可靠地传输，否则，如果部分NN数据破坏，助听器可能错误地工作甚至可能损伤终端用户的耳朵。
又一情形是与家管理系统的交互。例如，听力仪器可与家管理系统直接或经远程服务器间接交互。
本发明的例示方面还可采用具有安全性的受限传输协议(CTPS)，其将在下面详细描述。
在经因特网协议通信时，在单播情形下，一个设备上的应用与另一设备上的应用通信，在多播情形下，一个设备上的应用与多个设备上的应用通信。通常，当两个设备(如助听器和远程实体)经因特网协议通信时，两个设备上的多个应用可彼此通信。两个相应的应用之间的每一消息作为个别因特网协议包发送，即来自多个应用的指向同一目的地的多个应用的消息不能一起打包在一个IP包中，然而，这是使IP栈首部开销最小化所需要的。如果在从网络层和上面的层之一中启用安全性，开销甚至更大。
图18示出了与无线接口的、示例性的IP通信模型1800，具有层1801-1805，其中多个应用彼此通信。当设备之一为具有无线接口的资源受限的设备(如助听器)，则在无线接口处传输或接收包含来自个别应用的IP净荷的包效率低，因为准时无线电相较于来自多个应用的应用数据被打包为较大的包时更高。然而，这要求应用能接受更高的潜伏时间，因为在从多个应用收集异步数据时传输速率可能降低，取决于传输频率和多个应用的模式。
下面的部分将描述传输层协议，其解决上面概述的问题并可实施在如上所述的、根据本发明的协议栈中。
应用层协议经常被称为服务(例如参见服务名称和传输协议端口号注册表，www.iana.org/assignments/service-names-port-numbers/service-names-port-numbers.xhtml)，因此，CTPS与应用之间交换的数据帧称为服务数据单元(SDU)。CTPS与网络CTPS层之间交换的数据帧称为协议数据单元(PDU)。图19示出了IP栈1900的示例性实施及其体系结构组件，具体地，层1903-1905。CTPS控制消息协议模块1906负责传输层控制消息发送，其包括与设备之间的链路有关的参数的更新或调节以及安全密钥的交换/更新。具有PDU汇编/反汇编的流控制和重传模块1907处理流控制和重传，包括按升序存放SDU，如果在SDU在应用层上传递之前已没有次序地接收PDU。PDU汇编和反汇编由该模块处理。验证、解密/加密和CRC模块1908检验或添加CRC字段、验证PDU和加密/解密净荷字段。
CTPS PDU 2000在图20中示意性地示出，下表提供包结构的概述。
下表提供CTPS PDU的首部字段定义：
图21示出了PDU净荷2101中的四种类型的帧的示例性顺序2100：CTPS控制消息SDU2102、确认的SDU帧2103、重传的SDU帧2104和新的SDU帧2105。首部AF和RTX位分别指明是否包括确认的SDU帧和重传的SDU帧。首部位指明净荷中是否包含前3种类型或者净荷中是否不存在前三种帧类型中的一种或多种。
图22示意性地示出了净荷的CTPS控制消息SDU 2200部分的格式。第一八位组字段“长度”标示CTPS控制消息的长度。
图23示意性地示出了净荷中的确认的PDU部分2300的格式。第一两个八位组“PDU号”字段标示两个八位组PDU号帧的序号，其包含被确认的PDU的序号的较低的16位。
图24示意性地示出了净荷中的新的SDU帧2400的格式。第一两个八位组“总长度”字段按八位组标示所有新的SDU帧的总长度。SDU帧以两个八位组“长度”字段开始，其按八位组指明SDU净荷的长度。下一字段为一个八位组“端口号”，其为应用的端口号。然而，端口号字段可扩展到例如2个八位组，藉此可重新使用TCP和UDP端口号。
图25示意性地示出了净荷中的重传的SDU 2500的格式。第一两个八位组包含重传的PDU的序号。两个八位组长度字段标示SDU净荷的长度。一个八位组端口号为应用的端口号。
例如，为验证PDU和加密PDU净荷，可使用128位AES(先进加密标准)和CCM(计数器模式密码区块链消息验证码)，这在图26的示图2600中示出，其输入和输出在下表中提供。可使用256位AES。
AES-CCM区块的另外的细节例如可在具有CBC-MAC的计数器中找到，参见https://tools.ietf.org/html/rfc3610。
关于PDU接收和传输，图27和28分别示出了接收和传输PDU的示例性流程图2700、2800。加密过程已在上面描述。
在可发生数据通信之前，两端需要对例如最大PDU大小、传输间隔和/或安全密钥协商一致。这可经制造时的配置发生或者经CTPS控制消息协议协商。
传输间隔可配置成，具有恒定的间隔；如果有比最大PDU大小多的数据要发送，具有恒定间隔+另外的传输；如果净荷具有定义/协商的大小，具有非恒定的间隔，其中仅传输PDU；如果净荷具有定义/协商的大小或者如果在定义的时间段中尚没有传输，具有非恒定的间隔，其中仅传输PDU；如果有净荷，具有非恒定的间隔，其中传输PDU。
当启动确认时，在SDU在请求可靠传输的应用上传递之前，CTPS将按升序对接收到的SDU排序，排序特征与TCP中实施的特征类似。使用哪一传输间隔方法及是否请求确认取决于所使用的应用协议。
如上所述，协议栈包括实施在助听器处的因特网协议，使用蓝牙或蓝牙LE标准处理和物理传输因特网协议下面的层或子层中的IP包。然而，一般地，也可采用不同于蓝牙的其它协议或标准。例如，代替使蓝牙处理助听器中的IP包的传输或者除此之外，该处理和传输也可经IEEE802.15.4标准(WPAN)、IEEE802.15.4a标准(UWB)、802.11家族的任何标准(WiFi)或LoRaWAN等实现。图28中示出了简化的IP栈2900，具有层2901-2905及多个可能的载体2906-2911。
对应地，图29示出了示例性的系统3000，具有助听器系统3002、助听器3004、3006、LoRA基站和边界路由器3010及远程服务器3012。在此，示出了经两种不同的传输协议(在该例子中，LoRa或WiFi 802.11ax)的IP端到端链路的两个例子。
当由对应的过程适当代替时，上面描述的、“具体实施方式”中详细描述的及权利要求中限定的装置的结构特征可与本发明方法的步骤结合。
除非明确指出，在此所用的单数形式“一”、“该”的含义均包括复数形式(即具有“至少一”的意思)。应当进一步理解，说明书中使用的术语“具有”、“包括”和/或“包含”表明存在所述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件，但不排除存在或增加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其组合。应当理解，除非明确指出，当元件被称为“连接”或“耦合”到另一元件时，可以是直接连接或耦合到其他元件，也可以存在中间插入元件。如在此所用的术语“和/或”包括一个或多个列举的相关项目的任何及所有组合。除非明确指出，在此公开的任何方法的步骤不必须精确按所公开的顺序执行。
应意识到，本说明书中提及“一实施例”或“实施例”或“方面”或者“可”包括的特征意为结合该实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一实施方式中。此外，特定特征、结构或特性可在本发明的一个或多个实施方式中适当组合。提供前面的描述是为了使本领域技术人员能够实施在此描述的各个方面。各种修改对本领域技术人员将显而易见，及在此定义的一般原理可应用于其他方面。除非明确指出，以单数形式提及的元件不意指“一个及只有一个”，而是指“一个或多个”。除非明确指出，术语“一些”指一个或多个。
因而，本发明的范围应依据权利要求进行判断。
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