CN105979512A - 一种在无关联的wifi环境下sta和ap快速连接的方法 - Google Patents

一种在无关联的wifi环境下sta和ap快速连接的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种在无关联的WIFI环境下STA和AP快速连接的方法，包括：所述AP提取自身的设备信息；并将提取的设备信息加密为数据流；AP将数据流以内嵌数据的形式嵌入到至少一个广播帧中；然后将所有内嵌数据的广播帧按照顺序周期性地广播；所述STA周期性地切换工作信道，捕捉广播帧；然后对广播帧进行解析，提取其内嵌的数据流信息，获得所述AP的设备信息；最后STA根据获得的AP设备信息发送链路认证请求；AP与STA进行关联，完成快速连接。本发明利用了AP主动广播加密的自身设备信息为STA探知并以此信息与AP建立连接，方便快捷，在整个过程中STA设备不需要任何输入信息，特别方便了没有串口没有触摸屏等没有输入装置的智能设备进行与AP的关联。

Description

一种在无关联的 WIFI 环境下 STA 和 AP 快速连接的方法
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，具体地讲，是涉及一种在无关联的WIFI环境下STA和AP快速连接的方法。
背景技术
随着互联网不断兴起，移动需求的日益凸显，无线互联的需求也越发强烈。在现有的无线通信技术中，蓝牙通信技术覆盖范围小，红外线通信技术受到环境影响大穿墙效果不理想。而WIFI通信技术由于应用广泛，逐渐被企业、家庭接受。在传统的基于标准的IEEE802.11定义了无线网络的规范：一个无线点作为AP（Access Point）模式，其他的无线点作为STA（Station）模式，通过STA关联到AP后，STA才能与AP之间进行通信，STA与STA之间的通信也依靠AP进行中转，类似移动通信的基站与手机的模式。在没有进行认证关联并关联成功之前，STA与AP、STA与STA这些设备之间是不能够进行数据通信的。在通常的网络通信中STA和AP提供认证、解除认证、数据加密、数据传输的服务，这种设计方案的安全性很高，在正常情况下，STA和AP建立连接的过程如图1所示，即是人为地控制STA以主动或被动的方式扫描周围的AP，获得周围AP的信息，然后STA通过手动或自动地输入key，进行链路认证，建立与AP的关联。
但是针对某些的特殊智能设备，如一些没有输入设备、没有串口、没有触摸屏的智能设备STA，想要与AP进行关联通信，现有的这种技术方案就无能为力了。另一方面，用户在使用绝对安全可靠的STA设备连接AP时，希望获得一种比现有技术方案更为快速高效的连接方案，而在目前的市场上暂时没有合理快速高效的解决方案。
发明内容
为克服现有技术中的上述问题，本发明提供一种构思新颖、设计巧妙、安全性和可靠性高的在无关联的WIFI环境下STA和AP快速连接的方法。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种在无关联的WIFI环境下STA和AP快速连接的方法，包括如下步骤：
（S1）所述AP提取自身的至少包含服务集标识SSID和密钥Key的设备信息；
（S2）所述AP将提取的设备信息加密为包含长度信息、数据主体和CRC校验信息的数据流；
（S3）所述AP将加密的数据流以内嵌数据的形式嵌入到至少一个广播帧中；
（S4）所述AP将所有内嵌数据的广播帧在当前信道按照顺序周期性地广播；
（S5）所述STA配置为监听模式，周期性地切换工作信道，捕捉当前信道内的广播帧；
（S6）所述STA对捕捉到的广播帧进行解析，提取其内嵌的数据流信息，获得所述AP的设备信息；
（S7）所述STA根据获得的AP设备信息向所述AP定向发送链路认证请求；
（S8）所述AP接收到定向发送的链路认证请求后，与所述STA进行关联，完成快速连接。
进一步地，所述AP的设备信息还包括带宽信息BANDWIDTH、认证方式信息AUTHENTICATION、加解密方式信息ENCRYPTION、信道信息CHANNEL和可选信息OPTION。
具体地，所述AP的设备信息加密后储存于所述数据流的数据主体中。
为了保证数据的安全性，所述步骤（S3）中，当所述数据流嵌入到多个广播帧构成一组待发送的广播帧时，对这些广播帧的格式、顺序以及嵌入方式进行约定；
相应地，在所述步骤（S6）中，所述STA根据约定从捕捉到的整组广播帧中提取对应的数据流信息。其中具体的约定方式可以采用现有的编码方式执行，本发明不再赘述。
为了便于识别，当所述数据流嵌入到多个广播帧时，在连续一定数目的广播帧后插入连续的3个长度之差固定的广播识别帧。
相应地，所述步骤（S5）中STA在捕捉到当前信道内的广播帧后，还对捕捉到的连续多个广播帧进行验证，判断这些连续的广播帧中是否存在广播识别帧，若是，则所述STA停留在当前信道接收完整组广播帧，否则所述STA在一设定时间后将工作信道切换至相邻信道。验证的方法即是检验这些连续的广播帧中任意3个连续的广播帧的长度之差是否符合广播识别帧之间设定的固定差值。
进一步地，为了保证STA接收内容的准确性，所述步骤（S6）中STA对捕捉的广播帧进行解析后，通过验证提取到的数据流信息内的长度信息判断一组广播帧是否接收完整，若不完整，则丢弃所接收到的广播帧，并重新接收。
并且，当所述一组广播帧完整接收时，通过验证提取到的数据流信息内的CRC校验信息判断该组广播帧的内容是否完整，若不完整，则丢弃所接收到的广播帧，并重新接收，若完整则执行下一步。
进一步地，为了降低消耗，所述步骤（S8）中，在所述AP与STA关联后，AP中止广播帧的广播。当有多个STA需要进行快速连接时，则在所有STA都与AP关联后AP才中止广播。
相应地，在所述STA与AP关联后，所述STA切换为WIFI传输模式，并在与AP断开连接后，切换为监听模式。以此避免STA一直监听信道广播产生多余的消耗，并且也保证了连接的稳定性。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明构思巧妙，利用了AP主动广播加密的自身设备信息为STA探知并以此信息与AP建立连接，方便快捷，在整个过程中STA设备不需要任何输入信息，特别方便了没有串口没有触摸屏等没有输入装置的智能设备进行与AP的关联，并且多次的编码转化有效的加强了设备信息在传输中的保密性，在没有直接关联的情况下使得AP和STA能够安全可靠地传输数据，新颖独特，具有广泛的应用前景，适合推广应用。
本发明旨在简化现有技术中STA和AP建立连接的过程，尤其是其中的扫描过程和链路认证过程：现有技术中是在STA先扫描到AP的SSID后再进行手动或自动输入对应的Key，在验证成功后，二者建立连接；本发明则是在通过对AP进行处理，将AP的设备信息加密封装嵌入广播帧内，然后广播出去，在STA接收到广播帧后能够从中提取到关于AP的这些关键信息，并通过这些关键信息与AP直接进行关联，简化了STA的接入过程，缩短了接入时间，提高了接入效率，而且在整个接入过程中，STA设备既不需要已知AP的Key值，更不需要输入AP的Key值，方便可靠。
附图说明
图1为现有技术中AP和STA建立连接的流程示意图。
图2为本发明的流程示意图。
图3为本发明中数据流结构和设备信息组成示意图。
图4为本发明中广播帧的封装示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。
实施例
如图2至图4所示，该在无关联的WIFI环境下STA和AP快速连接的方法，主要是为了解决现有技术中没有串口、没有触摸屏等没有输入装置的智能设备STA无法直接与AP建立连接的问题，以及加快安全可靠的STA设备与AP间的连接效率，可以适应各种复杂的无线网络通信环境，包括AD-Hoc网络、BSS网络、ESS网络；并且本方法是基于802.11标准设计，可以扩展兼容802.11协议族。
该方法的实现包括如下步骤：
（S1）所述AP提取自身的至少包含服务集标识SSID和密钥Key的设备信息；具体地，所述AP的设备信息还包括带宽信息BANDWIDTH、认证方式信息AUTHENTICATION、加解密方式信息ENCRYPTION、信道信息CHANNEL和可选信息OPTION。
（S2）所述AP将提取的设备信息加密为包含长度信息、数据主体和CRC校验信息的数据流；具体地，所述AP的设备信息加密后储存于该数据主体中。
（S3）所述AP将加密的数据流以内嵌数据的形式嵌入到至少一个广播帧中；当嵌入一个广播帧时，需要对数据流的大小、嵌入广播帧的位置进行提前约定；当嵌入到多个广播帧构成一组广播帧时，则对数据流的整体大小无特别要求，但为了保证数据的安全性，需要对这些广播帧的格式、顺序以及嵌入方式进行约定。其中具体的约定方式可以采用现有的编码方式执行，本发明不再赘述。
为了便于识别，当所述数据流嵌入到多个广播帧时，在连续一定数目的广播帧后插入连续的3个长度之差固定的广播识别帧。
（S4）所述AP将所有内嵌数据的广播帧在当前信道按照顺序周期性地广播。
（S5）所述STA配置为监听模式，周期性地切换工作信道，捕捉当前信道内的广播帧。在STA在捕捉到当前信道内的广播帧后，还对捕捉到的连续多个广播帧进行验证，判断这些连续的广播帧中是否存在广播识别帧，若是，则所述STA停留在当前信道接收完整组广播帧，否则所述STA在一设定时间后将工作信道切换至相邻信道。验证的方法即是检验这些连续的广播帧中任意3个连续的广播帧的长度之差是否符合广播识别帧之间设定的固定差值。
（S6）所述STA对捕捉到的广播帧进行解析，提取其内嵌的数据流信息，获得所述AP的设备信息；所述STA根据约定从捕捉到的整组广播帧中提取对应的数据流信息。
为了保证STA接收内容的准确性，所述STA对捕捉的广播帧进行解析后，通过验证提取到的数据流信息内的长度信息判断一组广播帧是否接收完整，若不完整，则丢弃所接收到的广播帧，并重新接收。
并且，当所述一组广播帧完整接收时，通过验证提取到的数据流信息内的CRC校验信息判断该组广播帧的内容是否完整，若不完整，则丢弃所接收到的广播帧，并重新接收，若完整则执行下一步。
（S7）所述STA根据获得的AP设备信息向所述AP定向发送链路认证请求。
（S8）所述AP接收到定向发送的链路认证请求后，与所述STA进行关联，完成快速连接。为了降低消耗，在所述AP与STA关联后，AP中止广播帧的广播。当有多个STA需要进行快速连接时，则在所有STA都与AP关联后AP才中止广播。相应地，在所述STA与AP关联后，所述STA切换为WIFI传输模式，并在与AP断开连接后，切换为监听模式。以此避免STA一直监听信道广播产生多余的消耗，并且也保证了连接的稳定性。
在实际应用中，当用户购买了应用本发明的智能设备，如智能路由器AP和智能灯STA，由于智能灯STA没有触摸屏、没有串口、没有任何输入装置，因此其无法直接通过操作连接AP，此时即可采用本发明方法通过AP将含有其自身设备信息的数据生成广播帧并广播，当智能灯STA接收到相应广播帧后，通过提取出的AP设备信息与AP进行关联，便能快速完成连接，从而实现对智能灯的控制。
上述实施例仅为本发明的优选实施例，并非对本发明保护范围的限制，但凡采用本发明的设计原理，以及在此基础上进行非创造性劳动而作出的变化，均应属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1. 一种在无关联的WIFI环境下STA和AP快速连接的方法，其特征在于，包括如下步骤：
（S1）所述AP提取自身的至少包含服务集标识SSID和密钥Key的设备信息；
（S2）所述AP将提取的设备信息加密为包含长度信息、数据主体和CRC校验信息的数据流；
（S3）所述AP将加密的数据流以内嵌数据的形式嵌入到至少一个广播帧中；
（S4）所述AP将所有内嵌数据的广播帧在当前信道按照顺序周期性地广播；
（S5）所述STA配置为监听模式，周期性地切换工作信道，捕捉当前信道内的广播帧；
（S6）所述STA对捕捉到的广播帧进行解析，提取其内嵌的数据流信息，获得所述AP的设备信息；
（S7）所述STA根据获得的AP设备信息向所述AP定向发送链路认证请求；
（S8）所述AP接收到定向发送的链路认证请求后，与所述STA进行关联，完成快速连接。
2. 根据权利要求1所述的一种在无关联的WIFI环境下STA和AP快速连接的方法，其特征在于，所述Ap的设备信息还包括带宽信息BANDWIDTH、认证方式信息AUTHENTICATION、加解密方式信息ENCRYPTION、信道信息CHANNEL和可选信息OPTION。
3. 根据权利要求2所述的一种在无关联的WIFI环境下STA和AP快速连接的方法，其特征在于，所述AP的设备信息加密后储存于所述数据流的数据主体中。
4. 根据权利要求1～3任一项所述的一种在无关联的WIFI环境下STA和AP快速连接的方法，其特征在于，所述步骤（S3）中，当所述数据流嵌入到多个广播帧构成一组待发送的广播帧时，对这些广播帧的格式、顺序以及嵌入方式进行约定；
相应地，在所述步骤（S6）中，所述STA根据约定从捕捉到的整组广播帧中提取对应的数据流信息。
5. 根据权利要求4所述的一种在无关联的WIFI环境下STA和AP快速连接的方法，其特征在于，当所述数据流嵌入到多个广播帧时，在连续一定数目的广播帧后插入连续的3个长度之差固定的广播识别帧。
6. 根据权利要求5所述的一种在无关联的WIFI环境下STA和AP快速连接的方法，其特征在于，所述步骤（S5）中STA在捕捉到当前信道内的广播帧后，还对捕捉到的连续多个广播帧进行验证，判断这些连续的广播帧中是否存在广播识别帧，若是，则所述STA停留在当前信道接收完整组广播帧，否则所述STA在一设定时间后将工作信道切换至相邻信道。
7. 根据权利要求6所述的一种在无关联的WIFI环境下STA和AP快速连接的方法，其特征在于，所述步骤（S6）中STA对捕捉的广播帧进行解析后，通过验证提取到的数据流信息内的长度信息判断一组广播帧是否接收完整，若不完整，则丢弃所接收到的广播帧，并重新接收。
8. 根据权利要求7所述的一种在无关联的WIFI环境下STA和AP快速连接的方法，其特征在于，当所述一组广播帧完整接收时，通过验证提取到的数据流信息内的CRC校验信息判断该组广播帧的内容是否完整，若不完整，则丢弃所接收到的广播帧，并重新接收，若完整则执行下一步。
9. 根据权利要求5～8任一项所述的一种在无关联的WIFI环境下STA和AP快速连接的方法，其特征在于，所述步骤（S8）中，在所述AP与STA关联后，AP中止广播帧的广播。
10. 根据权利要求9所述的一种在无关联的WIFI环境下STA和AP快速连接的方法，其特征在于，在所述STA与AP关联后，所述STA切换为WIFI传输模式，并在与AP断开连接后，切换为监听模式。
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