CN101563881B - 多个装置之间的自组织网络的建立 - Google Patents

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Abstract

一种用于在认证者和寻求认证的多个无线装置之间配置自组织无线网络的方法，包括：指定无线装置作为认证者；接收从向认证者寻求认证的第一装置发送的第一建立消息；在认证者和寻求认证的第一装置之间发起第一握手过程。该方法还包括接收从向认证者寻求认证的第二装置发送的第二建立消息。第二建立消息是由认证者在第一握手过程完成之前接收的。该方法还包括在认证者和寻求认证的第二装置之间发起第二握手过程。第二握手过程是在第一握手过程完成之前被发起的。并且该方法包括完成第一握手过程并且完成第二握手过程。

Description

多个装置之间的自组织网络的建立
相关申请的交叉引用
本申请根据35 U.S.C.§119(e)要求2006年9月18日递交的、标题为“Adhoc Simple Config”的美国临时专利申请No.60/826,034的权益，通过引用将其全部公开结合于此。
背景技术
本发明涉及无线通信网络，并且更具体地涉及用于建立自组织无线保真网络的协议。
无线网络广为人知并且越来越多地被用来交换数据。一种公知的无线局域网(WLAN)标准是IEEE 802.11标准，IEEE 802.11标准定义了基础WLAN的通信模式和相关联的配置协议。
在基础无线网络中，存在三种逻辑组件，即，登记者(registrar)、接入点(AP)和加入者(enrollee)。在这里，使用术语认证者和寻求认证的装置来作为术语登记者和参与者的可替换描述符。参考图1A，参考图1A，为了建立与传统(legacy)AP 10的无线通信链路，客户端12首先试图从外部登记者14获得网络证书(credential)。随后，客户端12利用其从外部登记者14获得的网络证书建立到传统AP 10的链路。
参考图1B，AP 20被显示具有嵌入式登记者。为了建立与AP 20的通信链路，客户端22首先试图通过802.11基础网络使用扩展的认证协议(EAP)从AP 20的嵌入式登记者获得网络证书。随后，客户端22利用所获得的网络证书无线地连接到AP 20。
参考图1C，为了建立与AP 30的通信链路，客户端32首先试图利用EAP通过AP 30获得网络证书。AP 30利用由UPnPTM论坛规定的通用即插即用(UpnP)协议将客户端32的EAP消息中继到登记者34。接着，客户端32利用所获得的由登记者34提供的网络证书建立与AP 30的通信链路。
一般，自组织网络比基础网络更适合便携式电子装置。然而，当前用于对包括多个装置的网络进行配置的方法存在需要解决的易用性问题。例如，随着具有无线网络能力的便携式电子装置变得越来越普遍，期望使三个或多个这样的装置形成自组织网络、端对端、网状网(mesh)或其它无线网络，以便在不使用接入点的情况下交换数据。
发明内容
根据本发明实施例，提供了一种用于在认证者和寻求认证的多个无线装置之间配置自组织无线网络的方法，方法包括：指定无线装置作为认证者；接收从向认证者寻求认证的第一装置发送的第一建立消息；在认证者和寻求认证的第一装置之间发起第一握手过程。该方法还包括接收从向认证者寻求认证的第二装置发送的第二建立消息。第二建立消息是由认证者在第一握手过程完成之前接收的。该方法还包括在认证者和寻求认证的第二装置之间发起第二握手过程。第二握手过程是在第一握手过程完成之前被发起的。并且，该方法还包括完成第一握手过程以及完成第二握手过程。
根据本发明另一实施例，提供了一种适于在被指定为认证者的无线装置和寻求认证的多个无线装置之间配置自组织无线网络的无线装置。无线装置包括第一端口和第一处理器，第一端口适于接收从寻求认证的第一装置发送给无线装置的第一建立消息，第一处理器适于在无线装置和寻求认证的第一装置之间发起第一握手过程。无线装置还包括第二端口，第二端口适于接收从寻求认证的第二装置发送给无线装置的第二建立消息。第二建立消息是由无线装置在第一握手过程的完成之前接收的。无线装置还包括第二处理器，第二处理器适于在无线装置和寻求认证的第二装置之间发起第二握手过程。第二握手过程是在第一握手过程的完成之前被发起的。另外，无线装置包括适于完成第一握手过程的第三处理器和适于完成第二握手过程的第四处理器。
根据本发明又一实施例，提供了一种适于在无线装置和寻求认证的多个无线装置之间配置自组织无线网络的设备。设备包括用于指定无线装置作为认证者的装置以及用于接收从向认证者寻求认证的第一装置发送的第一建立消息的装置和用于在认证者和寻求认证的第一装置之间发起第一握手过程的装置。设备还包括用于接收从向认证者寻求认证的第二装置发送的第二建立消息的装置。第二建立消息是由认证者在第一握手过程完成之前接收的。该设备还包括用于在认证者和寻求认证的第二装置之间发起第二握手过程的装置。第二握手过程是在第一握手过程完成之前被发起的。并且，该设备还包括用于完成第一握手过程的装置和用于完成第二握手过程的装置。
根据本发明的特定实施例，通过了一种在寻求认证的多个无线装置之间建立自组织无线网络的方法。该方法包括选择一个无线装置作为认证者并且在认证者处产生一个或多个信标，判定定时器值小于预先定义的时间以及接收来自多个寻求认证的无线装置的第一装置的请求。该方法还包括判定加入者计数小于预先定义的最大值，在认证者和第一装置之间发起第一握手过程以及将加入者计数增加1。该方法还包括判定定时器值小于预先定义的值，接收来自多个寻求认证的无线装置的第二装置的请求，以及判定加入者计数小于预先定义的最大值。该方法还包括在认证者和第二装置之间发起第二握手过程。
根据本发明另一特定实施例，提供了一种从多个无线装置选出的认证设备，认证设备适于在认证设备和寻求认证的无线装置之间建立自组织无线网络。认证设备包括：适于产生一个或多个信标的第一处理器，适于判定定时器值小于预先定义的时间的第一判定模块，适于接收来自寻求认证的无线装置的第一装置的请求的第一端口。该认证设备还包括适于判定存储器中所存储的加入者计数小于预先定义的最大值的第二处理器，适于在认证设备和第一装置之间发起第一握手过程的第三处理器，适于将存储器中所存储的加入者计数增加1的存储器控制器。该认证设备还包括适于判定定时器值小于预先定义的值的第二判定模块，适于接收来自寻求认证的无线装置的第二装置的请求的第二端口，适于判定加入者计数小于预先定义的最大值的第四处理器；以及适于在认证设备和第二装置之间发起第二握手过程的第五处理器。
根据本发明又一特定实施例，提供了一种适于在寻求认证的多个无线装置之间建立自组织无线网络的认证设备。认证设备包括：用于选择一个无线装置作为认证者的装置和用于在认证者处产生一个或多个信标的装置，用于判定定时器值小于预先定义的时间的装置，和用于接收来自寻求认证的多个无线装置的第一装置的请求的装置。该认证设备还包括：用于判定加入者计数小于预先定义的最大值的装置，用于在认证者和第一装置之间发起第一握手过程的装置，和用于将加入者计数增加1的装置。认证设备还包括：用于判定定时器值小于预先定义的值的装置，用于接收来自多个寻求认证的无线装置的第二装置的请求的装置，用于判定加入者计数小于预先定义的最大值的装置。并且，认证设备包括用于在认证者和第二装置之间发起第二握手过程的装置。
通过本发明实现了许多超过传统技术的益处。例如，本发明实施例提供了增加的消费类电子装置的使用性。并且，通过某些实施例提供了电池消耗的减少。根据实施例，可以实现这些益处中的一个或多个以及其它益处。将在整个说明书中、特别是以下结合附图详细描述这些和其它益处。
附图说明
图1A至图1C示出传统基础无线网络的各种逻辑组件；
图2示出根据本发明一个实施例、要被配置来建立自组织网络的一组三个装置；
图3是根据本发明一个实施例、与建立节点的配置状态相关联的示例性状态转移表；
图4示出根据本发明一个实施例、加入者与登记者之间的握手序列；
图5是根据本发明一个实施例、与登记者应用程序相关联的示例性状态转移表；
图6是根据本发明实施例、具有多个状态机的登记者的简化示图。
图7是根据本发明一个实施例、为了在当前正在向认证者登记的一组两个加入者装置之间形成自组织无线网络所执行的步骤的示例流程图。
图8是根据本发明一个实施例、为了一对装置之间形成自组织无线网络所执行的步骤的示例流程图；
图9是根据本发明一个实施例、由加入者执行的用于加入现有自组织网络的步骤的流程图；
图10是根据本发明另一个实施例、由多个加入者执行的用于并发加入现有自组织网络的步骤的流程图；
图11示出根据本发明实施例、适于被配置为加入者和/或登记者的装置的各种硬件块。
具体实施方式
根据本发明一个实施例，自组织WLAN建立于三个或更多装置之间，所述装置例如是个人数字助理(PDA)、数字相机、电话、视频游戏控制台等。根据管理本发明的自组织WLAN(以下，也称为“自组织网络”)的操作的协议，网络中的每个装置可以是登记者和加入者(客户端)。换而言之，根据本发明，每个装置可以配置为既支持登记者模式的操作又支持加入者模式的操作。如以下将更完整地描述的，多个加入者可以并发执行与登记者的建立协商或握手过程。
图2示出根据本发明实施例、被配置为建立或加入自组织网络以用于交换数据的一组三个装置200、250和260。假定，各个装置200、250和260一开始处于空闲(Idle)(这里，也称为省电)模式以降低电池消耗，或者在其他情况下被关闭。响应于用户触发的事件，例如，按压所述装置的每个装置上的硬/软按钮(例如，装置200上的按钮202、装置250上的按钮252和装置260上的按钮262)，这些装置退出空闲模式或者在其他情况下被打开。在一个实施例中，如果在例如5秒的退出省电模式的预定时间段内，按钮202(或252或262)被再次按下，则装置200(250，260)被配置为加入者，即，采用加入者的角色，否则装置200(250，260)被配置为登记者，即，采用登记者的角色。在另一实施例中，如果在例如5秒的退出省电模式的预定时间段内，按钮202(252，262)被再次按下，则装置200(250，260)采用登记者的角色，否则装置200(250，260)采用加入者的角色。为了在这三个装置之间建立自组织网络，它们中的一个被配置为登记者并且另两个被配置为加入者。假定装置200被配置为登记者并且装置250和260被配置为加入者。一旦登记者200被加入者250和260发现并且加入者250和260向登记者200完成了它们的登记，加入者250和260就使用从登记者200获得的网络证书来通过无线自组织网络来建立通信以实现数据的安全交换。
在图2中所示的实施例中，用来使装置200、250和260退出它们各自的省电模式的相同的键和按钮也被用来判定装置是采用加入者的角色还是登记者的角色。在其它实施例中，用来强制装置退出省电模式的键可以与被用来选择装置的配置作为登记者或加入者的键不同。在一个实施例中，一旦装置被配置为登记者，要变成加入者，装置可以被关闭并且又被打开。在某些实施例中，如果登记者在已知的时间段中没有检测到加入者，则登记者返回省电模式或者在超时之后变成加入者。此外，在某些实施例中，响应于单个的用户触发的动作，大量加入者可以在向登记者登记之后加入自组织网络。因此，尽管在图2中示出了三个装置，但是不希望用该示例限制本发明实施例。在诸如多玩家游戏应用程序之类的典型应用中，加入自组织网络的装置数目可以是3个或更多，例如，4、8、16个或更多装置。
在某些实施例中，在响应于用户触发的事件而使得装置退出省电模式之后，经由装置上所配置的用户接口向用户呈现用于在登记者模式的配置和加入者模式的配置之间进行选择的选项。例如，如果装置设有用户接口，例如，液晶显示器(LCD)面板，则在LCD面板上向用户提示用于在登记者模式的配置和加入者模式的配置之间进行选择的选项。通过将光标移动到所显示的条目之一，用户选择期望的操作模式。以类似的方式，加入者也被配置为从省电模式被唤醒以寻找登记者。
图3是根据本发明一个实施例、与在从省电模式退出之后建立装置的配置状态相关联的示例性状态转移表300。装置在省电模式时保持空闲状态302。在退出省电模式之后，装置中所配置的无线模块被激活并且向等待(Wait)状态304进行转移。在等待状态304中，如果在预定的时间段内，用户例如通过按压硬/软键或发出语音命令触发事件，则该装置被配置为加入者(即，采用加入者的角色)并进入扫描登记者的加入者发现阶段(状态)306。另一方面，如果预定的时间段期满而没有用户触发的事件，则向状态312转移并且装置被配置为登记者以启动它自己的自组织网络。登记者响应于重置(Reset)信号转移回空闲模式302。
如果加入者在状态306中发现了登记者，则它转移到加入者登记阶段308以开始向登记者的登记过程。另一方面，如果加入者在状态306中没有发现登记者，则加入者发出超时信号TMO。加入者可以被配置为尝试在发出超时信号之前发现登记者预定数目的次数。如果在预定次数的尝试之后，发现登记者的尝试失败，则加入者可以创建它自己的自组织网络并且启动登记者应用程序。
如果在状态308中加入者登记成功，则加入者转移到状态310并且利用加入者从它的成功的EAP握手获得的证书来尝试加入自组织网络，所述成功的EAP握手可以是特定的登记协议交换。另一方面，如果加入者登记在状态308中未成功，则加入者转移回等待状态304。加入者也可以在状态310中开始它自己的登记者应用程序。在状态310中的操作之后，加入者响应于重置信号，转移回空闲状态302。
在某些系统中，为了在加入者和登记者之间建立安全的连接模式，用户必须输入与登记者上的加入者相关联的PIN。这个输入之后，加入者和登记者进行到建立连接。在这样的系统中，被登记者发送给潜在的加入者的信标包含传递以下内容的信息：登记者仅通过PIN模式进行通信并且登记者将不会以自组织网络会话的推压按钮(push-button)模式参与。在另一些系统中，加入者和登记者之间的连接是使用安全推压按钮配置(Secure Push Button Configuration，SPBC)模式来建立的，加入者根据SPBC模式经由例如LED闪光之类的光信号、例如音频嘟嘟声之类的音频信号)、RF信号等将PIN中继给登记者。换而言之，在这样的系统中，加入者将PIN无线地发送给登记者，因此，不需要用户的手动PIN输入。使用SPBC模式，安全/认证信息可以被引入协商数据，例如为仅仅与视觉范围内的装置的协商而提供。在SPBC模式的其它应用程序中，登记者或加入者可以将一条认证信息或共享秘密信息引入到握手中，使得仅特定装置(例如，视觉范围内的装置)可以获得该认证信息。
在某些无线标准中，为了让装置加入自组织网络，每个加入者通过由加入者以顺序方式执行与登记者的建立协商而被加入该网络。在(代理案卷号为MP1229的)2007年5月4日递交的美国专利申请No.11/800,166中记载了这样的示例性登记过程，该文献被共同转让并且出于所有目的通过引用被结合于此。例如，参考图2，在顺序登记过程中，加入者250会加入该网络，随后加入者260加入该网络。由于安全和其它原因，某些协议不提供多个加入者的并发添加，每次只允许一个装置添加到自组织网络。在这样的协议中，在第一加入者正在登记的同时的第二建立消息的接收被解释为安全冲突并且导致第二建立消息和第一加入者被拒绝。在利用这样的顺序登记过程的协议中，为了将M个加入者装置添加进网络中，用户必须采取动作(例如，推压登记者装置上的按钮或另一动作)M次。这样的登记过程对于登记者来说是乏味的。
对于某些消费类电子(CE)应用程序，这样的传统过程的使用不是优选的，消费类电子(CE)应用程序例如是多玩家游戏应用程序，其中，期望响应于在每个装置上采取的单个用户动作(例如，推压按钮)而迅速将多个装置添加到自组织网络中。因此，本发明的实施例通过减少用于在多个装置之间建立无线网络所使用的步骤数增加了CE装置的可用性。并且，用来添加这样的装置的总时间量也会被减少，这将改善用户体验。由于一般不能对CE装置保证AP的可用性，所以，使用自组织网络对大量CE应用程序中的用户有益。
本发明实施例提供一种方法和系统，其中，两个或更多的加入者装置可以响应于在登记者装置上所采取的单个用户动作而并发地加入自组织网络。可以被并发加入的加入者的数目是可编程函数，提供适合于特定应用程序的灵活性。在某些实施例中，在登记者处本地地指定与多个加入者的并发添加相关的加入者数目和标准。在此描述的装置还与传统装置后向兼容。
例如，在多个CE装置通过无线自组织网络(例如，参与多玩家游戏的4、8、16个或更多游戏装置)进行通信的应用程序中，期望允许多个装置并发地加入网络。考虑游戏应用程序，与网络相关的安全考虑最小，这是因为潜在的黑客对游戏中所存储的信息兴趣有限。另一方面，易用性是关键设计标准，这是因为用户一般想要用最少的努力加入网络。发明人已经确定以顺序方式在多个用户间建立自组织网络有损游戏环境中的用户体验。
在某些实施例中，为了提供多个加入者的并发登记，只有登记者的角色被修改并且加入者的操作不变。结果，在单个握手会话中，多个加入者能够与登记者进行通信。一般，多个加入者的每一个加入者的身份是由握手消息中所包含的信息(例如，加入者装置的地址)来定义的。
也可能由一组加入者使用预先定义的本地PIN来注册或者加入网络。在某些使用PBC模式的系统中，使用固定的PIN值(例如，零)，不在加入网络的多个装置之间提供共享秘密。因此，由这个默认的并且可能公知的PIN值提供的安全性是有限的。本发明的实施例可以仍然实施PBC模式协议，但是使用与特定应用程序相关联的非零PIN。例如，在多玩家游戏应用程序中，预先定义的“游戏ID”可以用作PIN以允许玩同一游戏的其它装置并发加入该自组织网络。与传统方法相比，使用这样的“游戏ID”将在多个装置的并发登记期间提供附加的安全措施。此外，基于“游戏ID”，登记者可以确定允许加入网络的加入者的最大数目。在某些应用程序中，也可以基于登记者对特定应用程序的知识进行对未授权加入者的检测。例如，用于多玩家游戏的登记者可能先天地知道多少合法玩家将加入并且在检测未授权的加入者中利用这样的信息。
图4部分地示出根据本发明一个实施例、在加入者和登记者之间的握手序列。该握手序列包括发现阶段，随后为登记阶段。握手的登记阶段与基础无线网络的握手的登记阶段类似。以下参考无线网络描述发现阶段。
响应于如上所述的按钮按压或者登记者上的PIN的输入，产生称为WPS_REGISTRAR_START的信号。在响应中，登记者应用程序/驱动器使得信号WPS_IE被包括在登记者的信标和探测响应(probe response)中，示为事件0。在事件1中，例如Linux或Windows应用程序之类的登记者应用程序将登记者会话的开始指派给驱动器。可以响应于按钮按压、发起登记者注册的用户命令或自组织登记者上的PIN输入而做出该指派。在事件2期间，(i)驱动器将自组织省电退出命令发送给固件(FW)；以及(ii)自组织登记者置于挑战信标发送模式(aggressive beaconingmode)。FW控制发现阶段的WLAN事件。当置于挑战信标发送模式时，登记者的信标竞争(contention)窗被设置为相对很小的值，信标由登记者根据这个值发送。在登记者的成功发现之后，加入者将通过LAN(EAPOL)帧信号发送指示发现阶段的结束的EAP，示为事件3。随后，登记阶段开始。
如上所述，在某些实施例中，登记者会话的WPS开始使得登记者退出省电模式并且进入挑战信标发送模式，随后，使得登记者的信标竞争相对于传统装置非常小。在其它实施例中，FW周期地将登记者置于挑战信标发送模式中。加入者客户端还可以被配置为将其扫描时间设置为等于登记者信标发送的周期。这个周期是可以配置的并且表示登记者功率节省和加入者客户端扫描时间之间的折中。
传统技术一次仅允许将一个装置添加到自组织网络。参考图4，如果第一加入者正在发送EAP消息(例如，M1-M8或M1-M2D)给登记者，由通信8表示，则对来自第二加入者的另外的EAP消息的接收将导致握手过程的结束，以存在多个加入者为例。根据本发明实施例，在登记阶段(例如，将从多个加入者发送EAP消息给登记者)允许多个加入者并发地与登记者进行通信。
图5是根据本发明的一个实施例、与登记者应用程序相关联的示例性状态转移表500。示出状态转移表500具有3个状态，即空闲状态502、发现状态504和登记状态506。在用户例如通过按压按钮、输入PIN、发布语音命令等采取动作之前，登记者保持为空闲状态502。响应于用户动作，事件WPS_REGISTRAR_START强制实施从空闲状态502到发现状态504的转移。而在发现状态504中，如果登记者在预定时间段WPS_WALK_TMO中未被发现，则发生返回空闲状态502的转移。另一方面，如果登记者在预定时间段WPS_WALK_TMO到期之前被发现了，则进行到登记状态506的转移。在向登记者登记成功或者失败之后，进行从登记状态506到空闲状态502的转移。
应当注意，某些传统协议，因为安全性和其他原因，将放弃握手过程，如果多个加入者尝试并发加入的话。因此，这些传统协议一次只允许一个装置添加到自组织网络中。在这样的协议中，在第一加入者正在登记的同时接收到第二建立消息将被解释为安全冲突并且引起第二建立消息被拒绝并且第一加入者的登记中止。如上所述，在利用这样的顺序登记过程的协议中，为了将M个加入者装置添加到网络中，用户必须采取动作(例如，按压登记者装置上的按钮或其它动作)M次，这对用户来说是乏味的。
根据本发明实施例，图4中所示的握手序列的一部分或全部被多个加入者和登记者并发地执行。为了提供支持多个并发的握手序列的功能性，登记者设有多个状态转移表(或者，称为状态机)，每个状态转移表与多个加入者之一相对应。在握手序列期间，每个状态机将被实例化并且维护各个加入者的每一个的状态。例如，在登记过程期间，登记者可以对并发握手序列中涉及的加入者的身份进行跟踪。
图6是根据本发明实施例、具有多个状态机的登记者600的简化示图。如图6中所示，登记者600包括四个状态机610、612、614和616。因此，状态机600适于支持四个加入者的并发登记。在其它实施例中，针对特定应用程序提供另外的状态机。本领域普通技术人员应认识到有许多变化、修改和替换。登记者还可以维护包含了与一个或多个并发的登记过程和无线网络相关的数据的数据库。例如，数据库可以包括适于存储以下内容的一个或多个字段：将能够并发登记的加入者装置的数目限制、允许加入自组织网络的装置的总数、允许加入者加入网络的速率等等。数据库是可编程的，使得登记者能够修改数据库620中所存储的数据。将能够并发地登记的加入者装置的数目是依赖于应用程序的。因此，在许多应用程序中，只在登记者处提供并发加入者的最大数，本发明的实施例不影响可互操作性，支持传统模式的操作。
状态机610至614可以被包括在被配置为执行指令和数据的一个或多个通用处理器。在某些实施例中，可以使用诸如专用集成电路(ASIC)之类的专用硬件来执行状态机。在其它实施例中，可以使用软件和硬件的组合来执行这样的状态机和登记过程的操作。例如，这样的实现方式包括专用电路、ASIC、组合逻辑、其它可编程处理器、它们的组合等等。
在操作中，登记者600将开始与第一加入者的图4中所示的第一握手序列。状态机600将维护第一握手序列的状态以及与第一加入者有关的信息。在第一握手序列完成之前。登记者600将并发地开始与第二加入者的图4中所示的第二握手序列。状态机612将维护第二握手序列的状态和与第二加入者相关的信息。另外的加入者将以类似地方式被加入自组织网络，另外的加入者的每一个与另外的状态机相关联。在某些实施例中，在第一登记过程完成后，相应的状态机可以被第二次实例化以供另一加入者使用。本领域普通技术人员将认识到有许多变化、修改和替换。
尽管根据本发明的某些实施例由于并发地登记可能包括黑客和已授权装置的多个加入者的能力而提供降低的安全性，但是，用户体验上的改善通常超过了与系统安全性相关联的风险。例如，在利用便携式游戏台的多玩家游戏环境中，黑客尝试访问自组织网络的风险可以忽略，这是因为存储在便携式游戏台中的信息是有限的。结果，在这样的应用程序中，通过在多个装置之间容易地建立自组织网络所提供的使用性上的改善超过了感知到的安全性风险。
图7是根据本发明一个实施例、为了在并发地向认证者进行登记的一组两个加入者装置之间形成自组织无线网络而执行的步骤的示例性流程图。根据实施例，认证者是登记者并且寻求认证的装置是加入者。为清楚起见，对于图7，使用术语加入者。方法700包括：接收从第一加入者发送给认证者的第一建立消息(例如，EAP消息)(710)。认证者发起与第一加入者的第一握手或登记过程(712)。第一握手过程包括对与第一加入者相关联的第一状态机进行实例化。第一加入者发起EAP交换并且尝试执行作为第一握手过程的一部分的与认证者的推压按钮配置(PBC)握手。在某些实施例中，PBC握手遵守由Wi-Fi Protected SetupTMstandard定义的标准。在本说明书中关于图4、8和9提供另外的对握手过程的描述。
该方法还包括接收从第二加入者发送给认证者的第二建立消息(714)。第二建立消息在第一握手过程完成之前由认证者接收。在认证者和第二加入者之间发起第二握手过程(716)。第二握手过程包括实例化与第二加入者相关联的第二状态机。第二加入者发起EAP交换并且尝试执行作为第二握手过程的一部分的与认证者的PBC握手。
根据本发明实施例，在第一握手过程完成之前发起第二握手过程。结果，第一握手过程和第二握手过程并发进行。第一握手过程完成(718)并且通常在第一握手过程完成之后，第二握手过程完成(720)。对于本领域技术人员显然的是，不要求第二握手过程在第一握手过程完成之后完成。
应当理解，图7中所示的特定步骤提供根据本发明实施例、并发地在一组两个加入者装置和认证者之间形成自组织无线网络的特定方法。根据替代实施例也可以执行其它步骤序列。例如，本发明的替代实施例可以以不同顺序执行以上所述步骤。并且，图7中所示的各个步骤可以包括针对各个步骤的需要以各种序列执行的多个子步骤。并且，根据特定应用程序，可以添加或移除另外的步骤。本领域普通技术人员将认识到有许多变化、修改和替换。
图8是为了在两个装置之间形成无线自组织网络而执行的步骤的示例性流程图，装置中的一个将变成登记者，一个将变成加入者。过程在步骤800开始，步骤800之后，装置被上电(802)。上电后，装置可以进入空闲模式(805)并且以不知道WPS的正常自组织模式行动。如果确定将装置配置为登记者(804)，则登记者向步骤807继续。接着，响应于用户按钮按压或触发(807)，定时器T2被启动(806)并且装置开始积极地(aggressively)发送信标(808)。如果用户没有按压按钮或者周期发信标未被触发则被配置为登记者(804)的装置保持于空闲模式(805)。当定时器流逝的时间小于预定的时间Tmonitor(810)时，所以登记者持续寻找加入者请求(812)。如果登记者在时间段Tmonitor内接收到来自加入者的探测请求，则进行形成WPS握手的尝试(814)。如果进行了握手并且加入者配置或供给(provisioning)是成功的(816)，则登记者可以通过已建立的自组织网络来建立通信。如果加入者配置或供给失败(816)，则过程返回步骤804。如果登记者在时间段Tmonitor内没有接收到加入者请求，则过程返回步骤808。一旦定时器T2的流逝时间变得大于Tmonitor(810)，过程就返回步骤805。在某些示例性实施例中，预先定义的时间Tmonitor从大约30秒到大约240秒。在一个示例性实施例中，预先定义的时间Tmonitor是120秒。
如果确定不将装置配置为登记者(804)，则装置变为加入者，并且定时器T1被启动(830)。另外，定时器T1可以响应于诸如按钮推压之类的触发事件被启动。加入者开始扫描登记者(832)。当定时器T1的时间小于预先定义的时间Twalk(834)时，加入者继续寻找来自登记者的探测响应(836)。在被动扫描模式中，加入者可以寻找信标。如果加入者检测到来自登记者的探测响应(836)，则加入者检查是否存在其它登记者(838)。如果加入者检测到多于一个的登记者，则过程返回步骤830。如果加入者没有发现登记者或者发现了多于一个的登记者，则加入者可以继续创建它自己的自组织网络并且启动登记者应用程序。对本领域技术人员显而易见的是，在某些应用程序中可能不期望这样的行为。只有加入者发现单个登记者时，才发起EAP交换(840)并且尝试执行WPS握手(842)。此后，在成功的握手和成功的加入者配置或供给(844)之后，加入者可以尝试使用从登记者获得的网络证书来加入网络。在成功的加入者配置和供给之后，如果加入者能够用作登记者，则加入者可以尝试用作自组织网络的登记者，加入者根据自组织网络周期性地降低其信标竞争窗口并且尝试添加更多的加入者。如果加入者在时间段Twalk内没有检测到来自登记者的探测响应，则加入者开始它自己的登记者应用程序以变成登记者(806)。
本发明实施例与传统技术相比较，提供了对时间段Tmonitor的扩展。所扩展的时间窗提供与允许多个加入者并发地加入网络相适应的时间段。结果，不是设置在适合单个登记过程的时刻设置时间段Tmonitor，而是适当地扩展时间窗的持续时间以支持并发的并且很可能重叠的登记过程。时间窗是可编程的，允许基于环境和登记者预期将加入网络的加入者数目来对时间窗的持续时间进行修改。
尽管该时间窗相比于用于单个登记过程的时间窗被扩展，但是扩展的时间窗一般将小于与一系列顺序登记过程相关联的时间窗的总和。结果，与传统技术相比，本发明实施例降低了功率消耗并且降低了用户等待时间。特别是，由于多个加入者能够并发地与登记者进行协商，所以由登记者用来在并发的登记过程中产生信标的功率相比于在相等数目的顺序登记过程中使用的功率被降低。
时间窗是可编程的，根据操作条件和应用程序提供灵活性。例如，大量潜在的加入者将产生较大的时间窗。扩展的时间窗还提供重传和其它系统延迟。本领域普通技术人员将认识到有许多变化、修改和替换。
图9是加入者为加入现有自组织网络而执行的步骤的流程图。图9中所示的步骤可以由多个加入者和单个登记者并发执行。过程在900处开始，之后，加入者被上电(902)。定时器T1启动(930)之后，加入者开始扫描登记者(932)。当定时器T1的流逝时间小于预定时间Twalk(934)时，加入者持续寻找来自登记者的探测响应(936)。在被动扫描模式中，加入者可以寻找信标。如果加入者检测到来自登记者的探测响应(936)，则加入者检查是否存在其它登记者(938)。如果加入者检测到多于一个的登记者，则过程返回步骤932。如果加入者没有发现登记者或者发现了多于一个的登记者，则加入者可以继续创建它自己的自组织网络并且启动登记者应用程序。对本领域技术人员显而易见的是，在某些应用程序中，这样的行为是不期望的。只有当加入者发现了单个登记者时，加入者才继续向被发现的登记者进行登记。如果加入者检测到单个登记者，则它发起EAP交换(940)，并且试图执行PBC握手(942)。此后，在成功的握手和成功的加入者配置或供给(944)之后，加入者可以尝试使用从登记者获得的网络证书来加入网络。在成功的加入者配置或供给之后，如果加入者能够用作登记者，则加入者可以尝试用作它已经加入的那个自组织网络的登记者，加入者按照该自组织网络周期地减小它的信标竞争窗口并且尝试添加更多的加入者。
图10是根据本发明另一实施例、多个加入者为了并发地加入现有自组织无线网络执行的步骤的流程图。图10中示出的过程包括由登记者为了进入挑战信标发送模式以使得被加入者发现而采取的一系列步骤。过程在步骤1000开始之后，进行关于是否是登记者产生信标的时间的判定(1002)。如果判定需要登记者产生信标(1002)，则预先定义的时间或参数Tmonitor被设置为目标信标发送时间(TBTT)的值的两倍(1006)。接着，登记者退出省电模式并且启动定时器T2(1008)。另一方面，如果周期信标未被发送，则在步骤1004中进行按钮是否被推压的确定。例如，按钮可以是被用来指示用户希望加入现有自组织网络或者允许加入者装置加入网络的推压-按钮装置。如果按钮被推压，则预先定义的时间Tmonitor被设置为默认值。
在退出省电模式并且启动定时器T2(1008)之后，登记者减小它的信标竞争窗口(1012)。当处于挑战信标发送模式，即减小的信标竞争窗口模式时，登记者侦听来自其它登记者的信标。只要登记者检测到来自其它登记者的信标(1014)，登记者就不产生它自己的信标(即，仅针对当前信标周期)，并且继续减小它的信标竞争窗口(1012)。然而，如果登记者没有检测到来自其它登记者的信标，则它使用最后的信标竞争窗口产生它自己的信标(1014)。
信标产生之后，如果确定定时器T2的值大于等于预先定义的时间Tmonitor(1016)，则登记者重新开始省电模式并且将它的信标竞争窗口重置为它的起始值(1028)。当确定T2的值小于Tmonitor时(1016)，登记者继续寻找来自加入者的探测请求(1018)。如果登记者检测到加入者探测请求(例如，通过EAPOL_START帧表示的EAP请求)，则在步骤1020中确定及加入者计数是否小于与预先定义的值M。出于安全性或其他原因，步骤1020中进行的确定使得登记者能够将并发的加入者的数目限制在预先定义的值M。如果加入者计数已经到达或超过预先定义的值M，则过程前进到步骤1028。然而，如果允许另外的加入者登记，则WPS登记握手过程被执行(1022)，这导致完成后对配置成功的确定(1024)。在进行对配置成功的确定之后，由加入者计数表示的加入者的数目增加1(1026)。然后，过程前进到步骤1016，重复对定时器T2是否小于预先定义的时间Tmonitor的确定。如果T2大于或等于Tmonitor或最大数目的加入者已经被登记，则登记者重新开始省电模式并且将它的信标竞争窗口重置为它的起始值(1028)。因此，在用作登记者的自组织装置的一部分上的单个按钮推压(或其它动作)之后，多达M个加入者可以被添加(多达M个被并发添加)。
本发明实施例提供电池资源保护，这是在自组织网络环境中的消费类电子产品中感兴趣的设计因素。由于登记者能够周期地进入省电模式，所以电池消耗被减少。并且，使用本发明实施例，CE装置能够使用在此所述的过程与其它装置合并或联合。
图11示出根据本发明一个实施例、适于被配置为加入者和/或登记者的装置1100的硬件框图。示出装置1100部分地包括触发块1102、定时器1104、1110、控制器1106和扫描器1108。触发块1102被配置为响应于用户动作而触发事件。例如，当装置1100被上电，触发块1102启动第一定时器1104。如果触发块1102在定时器1104的流逝时间到达预先定义的时间之前检测到第二用户动作，则控制器11006将装置1000配置为加入者。如果触发块1102在定时器1104的流逝时间到达预先定义的时间时未检测到第二用户动作，则控制器1106将装置1000配置为登记者。控制器1106还修改装置1100的信标竞争窗口。如果装置1100被配置为加入者，则扫描器1108扫描由登记者发送的信标。如果装置1100被配置为登记者，则定时器1110被用来确定在给定时间段内是否接收到探测请求。如果装置1100被配置为加入者，则定时器1110也被用来确定在给定时间段内是否接收到探测请求。
此外，装置1100包括适于接收从其他装置到该装置的信号(1120)和将信号从该装置发送给其它装置(1122)的一个或多个端口。在装置1100中设有一个或多个存储器1112、判定模块1114和处理器1116以控制对装置1100的操作。可以理解，、以不同方式在此被称为处理器、引擎、模块等的包括图11中所示功能块的各种功能块可以被包括在被配置用来执行指令和数据的一个或多个通用处理器中。在某些实施例中，可以使用诸如专用集成电路(ASIC)的专用硬件来实现这样的块。在其它实施例中，可以使用软件和硬件的组合来实现这些块和对发送的和接收到的信号的处理。例如，这样的处理器包括专用电路、ASIC、组合逻辑、其它可编程处理器、它们的组合等。
本发明以上实施例是说明性的并且是非限制性的。各种替换和等同物是可以的。鉴于本公开，其它的添加、减少或修改是显然的并且希望它们落在所附权利要求的范围以内。

Claims (60)

1.一种用于在认证者和寻求认证的多个无线装置之间配置自组织无线网络的方法，所述方法包括：
指定无线装置作为认证者；
接收从向所述认证者寻求认证的第一装置发送的第一建立消息；
在所述认证者和所述寻求认证的第一装置之间发起第一握手过程；
接收从向所述认证者寻求认证的第二装置发送的第二建立消息，其中，所述第二建立消息是由所述认证者在所述第一握手过程完成之前接收的；
在所述认证者和寻求认证的所述第二装置之间发起第二握手过程，其中，所述第二握手过程是在所述第一握手过程完成之前被发起的；
完成所述第一握手过程；以及
完成所述第二握手过程。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述认证者包括登记者，并且，所述寻求认证的多个无线装置包括多个加入者。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述多个加入者包括三个或更多加入者。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述认证者、所述寻求认证的第一装置以及所述寻求认证的第二装置包括无线游戏装置。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述认证者、所述寻求认证的第一装置以及所述寻求认证的第二装置至少包括移动电话、相机、打印机、MP3播放器或PDA。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述认证者维护与所述寻求认证的第一装置相关联的第一状态机和与所述寻求认证的第二装置相关联的第二状态机。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述认证者维护适于存储与所述第一握手过程和所述第二握手过程相关联的信息的数据库。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一建立消息是响应于在所述寻求认证的第一装置上所采取的用户动作被发送的。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述用户动作包括与推压按钮配置(PBC)模式相关联的按钮推压。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，发起所述第一握手过程和发起所述第二握手过程是响应于在所述认证者上采取的单个用户动作被执行的。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，在所述认证者上采取的所述单个用户动作包括推压按钮。
12.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一建立消息包括扩展的认证协议EAP消息并且所述第二建立消息包括扩展的认证协议EAP消息。
13.根据权利要求1所述的方法，其中，完成所述第二握手过程是在完成所述第一握手过程之后完成的。
14.根据权利要求1所述的方法，其中，所述自组织网络遵照IEEE802.11标准。
15.根据权利要求1所述的方法，其中，所述认证者还适于用作寻求认证的装置。
16.根据权利要求1所述的方法，其中，所述寻求认证的第一装置和所述寻求认证的第二装置还适于用作认证者。
17.一种无线装置，适于在该无线装置和寻求认证的多个无线装置之间配置自组织无线网络，该无线装置包括：
第一端口，所述第一端口适于接收从寻求认证的第一装置发送给所述无线装置的第一建立消息；
第一处理器，所述第一处理器适于在所述无线装置和所述寻求认证的第一装置之间发起第一握手过程；
第二端口，所述第二端口适于接收从寻求认证的第二装置发送给所述无线装置的第二建立消息，其中，所述第二建立消息是由所述无线装置在所述第一握手过程的完成之前接收的；
第二处理器，所述第二处理器适于在所述无线装置和所述寻求认证的第二装置之间发起第二握手过程，其中，所述第二握手过程是在所述第一握手过程的完成之前被发起的；
第三处理器，所述第三处理器适于完成所述第一握手过程；以及
第四处理器，所述第四处理器适于完成所述第二握手过程。
18.根据权利要求17所述的无线装置，其中，所述无线装置包括登记者，并且所述寻求认证的多个无线装置包括多个加入者。
19.根据权利要求18所述的无线装置，其中，所述多个加入者包括三个或更多加入者。
20.根据权利要求17所述的无线装置，其中，所述无线装置、所述寻求认证的第一装置以及所述寻求认证的第二装置包括无线游戏装置。
21.根据权利要求17所述的无线装置，其中，所述无线装置、所述寻求认证的第一装置以及所述寻求认证的第二装置至少包括移动电话、相机、打印机、MP3播放器或PDA。
22.根据权利要求17所述的无线装置，还包括与所述寻求认证的第一装置相关联的第一状态机和与所述寻求认证的第二装置相关联的第二状态机。
23.根据权利要求22所述的无线装置，还包括适于存储与所述第一握手过程和所述第二握手过程相关联的信息的数据库。
24.根据权利要求17所述的无线装置，其中，所述寻求认证的第一装置包括触发装置。
25.根据权利要求24所述的无线装置，其中，所述触发装置包括推压按钮。
26.根据权利要求17所述的无线装置，还包括适于接收单个用户动作的触发装置。
27.根据权利要求26所述的无线装置，其中，所述触发装置包括推压按钮。
28.根据权利要求17所述的无线装置，其中，所述第一建立消息包括扩展的认证协议EAP消息并且所述第二建立消息包括扩展的认证协议EAP消息。
29.根据权利要求17所述的无线装置，其中，完成所述第二握手过程是在完成所述第一握手过程之后完成的。
30.根据权利要求17所述的无线装置，其中，所述自组织无线网络遵照IEEE 802.11标准。
31.根据权利要求17所述的无线装置，其中，所述第一端口和所述第二端口是同一端口。
32.根据权利要求17所述的无线装置，其中，所述第一处理器、所述第二处理器、所述第三处理器和所述第四处理器是同一处理器。
33.一种用于在多个寻求认证的无线装置之间建立自组织无线网络的方法，所述方法包括：
选择一个无线装置作为认证者；
在所述认证者处产生一个或多个信标；
判定定时器值小于预先定义的时间；
接收来自所述多个寻求认证的无线装置的第一装置的请求；
判定加入者计数小于预先定义的最大值；
在所述认证者和所述第一装置之间发起第一握手过程；
所述加入者计数增加1；
判定定时器值小于预先定义的值；
接收来自所述多个寻求认证的无线装置的第二装置的请求；
判定所述加入者计数小于所述预先定义的最大值；
在所述认证者和所述第二装置之间发起第二握手过程；
完成所述第一握手过程；以及
完成所述第二握手过程。
34.根据权利要求33所述的方法，其中，完成所述第二握手过程是在完成所述第一握手过程之后完成的。
35.根据权利要求33所述的方法，其中，所述认证者包括登记者。
36.根据权利要求33所述的方法，其中，所述多个无线装置包括三个或更多无线装置。
37.根据权利要求33所述的方法，其中，所述多个无线装置包括无线游戏装置。
38.根据权利要求33所述的方法，其中，所述多个无线装置至少包括移动电话、相机、打印机、MP3播放器或PDA。
39.根据权利要求33所述的方法，其中，所述认证者维护与所述第一装置相关联的第一状态机和与所述第二装置相关联的第二状态机。
40.根据权利要求39所述的方法，其中，所述认证者维护适于存储与所述第一握手过程和所述第二握手过程相关的信息的数据库。
41.根据权利要求33所述的方法，其中，来自所述第一装置的请求包括扩展的认证协议EAP消息并且来自所述第二装置的请求包括扩展的认证协议EAP消息。
42.根据权利要求33所述的方法，其中，所述预先定义的最大值是由所述认证者确定的。
43.根据权利要求33所述的方法，其中，所述自组织无线网络遵照IEEE 802.11标准。
44.根据权利要求33所述的方法，其中，所述认证者还适于用作寻求认证的无线装置。
45.根据权利要求33所述的方法，其中，所述寻求认证的第一装置还适于用作认证者。
46.根据权利要求33所述的方法，其中，所是寻求认证的第二装置还适于用作认证者。
47.一种从多个无线装置选出的认证设备，所述认证设备适于在所述认证设备和寻求认证的无线装置之间建立自组织无线网络，所述认证设备包括：
第一处理器，所述第一处理器适于产生一个或多个信标；
第一判定模块，所述第一判定模块适于判定定时器值小于预先定义的时间；
第一端口，所述第一端口适于接收来自所述寻求认证的无线装置的第一装置的请求；
第二处理器，所述第二处理器适于判定存储器中所存储的加入者计数小于预先定义的最大值；
第三处理器，所述第三处理器适于在所述认证设备和所述第一装置之间发起第一握手过程并且完成所述第一握手过程；
存储器控制器，所述存储器控制器适于将所述存储器中存储的加入者计数增加1；
第二判定模块，所述第二判定模块适于判定所述定时器值小于预先定义的值；
第二端口，所述第二端口适于接收来自所述寻求认证的无线装置的第二装置的请求；
第四处理器，所述第四处理器适于判定所述加入者计数小于预先定义的最大值；以及
第五处理器，所述第五处理器适于在所述认证设备和所述第二装置之间发起第二握手过程并且完成所述第二握手过程。
48.根据权利要求47所述的认证设备，其中，完成所述第二握手过程是在完成所述第一握手过程之后完成的。
49.根据权利要求47所述的认证设备，其中，所述认证设备包括登记者。
50.根据权利要求47所述的认证设备，其中，所述多个无线装置包括三个或更多装置。
51.根据权利要求47所述的认证设备，其中，所述多个无线装置包括无线游戏装置。
52.根据权利要求47所述的认证设备，其中，所述多个无线装置至少包括移动电话、相机、打印机、MP3播放器或PDA。
53.根据权利要求47所述的认证设备，还包括与所述第一装置相关联的第一状态机和与所述第二装置相关联的第二状态机。
54.根据权利要求53所述的认证设备，还包括适于存储与所述第一握手过程和所述第二握手过程相关的信息的数据库。
55.根据权利要求47所述的认证设备，其中，来自所述第一装置的请求包括扩展的认证协议EAP消息并且来自所述第二装置的请求包括扩展的认证协议EAP消息。
56.根据权利要求47所述的认证设备，其中，所述预先定义的最大值是由所述认证设备确定的。
57.根据权利要求47所述的认证设备，其中，所述自组织无线网络遵照IEEE 802.11标准。
58.根据权利要求47所述的认证设备，其中，所述第一端口和所述第二端口是同一端口。
59.根据权利要求47所述的认证设备，其中，所述第一处理器、所述第二处理器、所述第三处理器、所述第四处理器和所述第五处理器是同一处理器。
60.根据权利要求47所述的认证设备，其中，所述第一判定模块和所述第二判定模块是同一判定模块。
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