CN105992162A - 一种在无关联的wifi环境下通过组播帧内嵌数据进行通信的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种在无关联的WIFI环境下通过组播帧内嵌数据进行通信的方法，包括处于同一WIFI环境内的发送端和接收端，所述发送端将待传输的原始信息解析为一串由多个数据组成的数据流，并依次将所述数据流中的每个数据解析形成一个组播帧，构成一组特定内容的组播包，然后周期性地在当前信道发送；接收端工作于监听模式，周期性地切换信道并捕捉当前信道内的组播帧，捕获一组组播包后进行数据信息提取，获得发送的所述数据流，最后进行校验，还原发送的原始信息，完成数据通信。本发明巧妙地利用了WIFI技术中的组播帧结构特点来进行数据传输，实现了在无关联情况下的数据传输，同时在传输时多次加密数据，增强了传递数据的安全性和可靠性。
Description
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环境下通过组播帧内嵌数据进行通信的方法。
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。但是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。通常来讲，在网络通信中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。但是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。而针对某些的特殊应用场景，如一些没有输入设备、没有串口、没有触摸屏的STA需要在没有与AP关联的条件下，或者是在非关联网络之间实现与AP间的信息传递。应此需求，申请人需要研发一种可以在非关联网络下实现信息传递的方法。
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环境下通过组播帧内嵌数据进行通信的方法。
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环境下通过组播帧内嵌数据进行通信的方法，包括处于同一WIFI环境内的发送端和接收端，其中发送端连接于该WIFI内；该通信方法通过如下步骤实现：
（S1）所述发送端将待传输的原始信息解析为一串由多个数据组成的数据流，该数据流包含所述待传输的原始信息、该数据流的长度信息和CRC校验信息；
（S2）所述发送端根据802.11标准依次将所述数据流中的每个数据解析形成一个组播帧，从而构成一组内容与所述数据流对应的组播包；
（S3）所述发送端周期性地在当前信道发送该组组播包；
（S4）所述接收端初始化后工作于监听模式，并在一定的工作信道范围内周期性地切换，捕捉当前信道内的组播帧；
（S5）所述接收端捕获一组组播包后进行数据信息提取，获得发送的所述数据流；
（S6）所述接收端对获得的数据流进行校验，还原发送的原始信息，完成数据通信；
当所述原始信息为该WIFI的SSID和对应的密码KEY时，所述接收端通过获得的原始信息接入该WIFI内，与所述发送端进行WIFI数据通信。
具体地，所述数据流中的每个数据均具有表达其自身特征的OFFSET值和VALUE值。而通过每个数据的这些特征，接收端可复原相应的数据流信息。
并且，所述步骤（S2）中对每个数据解析形成一个组播帧的具体过程如下：
（S2a）通过一个数据的OFFSET值和VALUE值生成与之对应的校验信息Cksum值；
（S2b）根据802.11标准生成一个标准组播帧，将该标准组播帧的组播目的MAC地址的后三个字节内的23位空间留出作为信息载体，并划分为低8位[7:0]、中8位[15:8]和高7位[22:16]三个部分，且位[23]填0作为间隔；
（S2c）将该数据的VALUE值放入所述低8位[7:0]空间中，将该数据的OFFSET值放入所述中8位[15:8]空间中，将该数据对应的校验信息Cksum值放入所述高7位[22:16]空间中，形成新的组播目的MAC地址，从而构成待发送的内嵌数据的组播帧。
其中，所述步骤（S2a）中的校验信息Cksum值通过对该数据的OFFSET值和VALUE值进行按位模2加运算获得。
为了便于接收端识别，所述组播帧的组播目的MAC地址的长度为48位，将同一组组播帧的组播目的MAC地址的前24位设定为一固定值。
相应地，所述接收端在当前信道捕捉组播帧时，通过验证捕获到的组播帧的组播目的MAC地址的前24位是否为约定的固定值来判断当前信道是否为发送端发送组播帧的信道，若是，则所述接收端停留在当前信道接收一组组播包，若否，则接收端在一设定时间后将工作信道切换至相邻信道。
进一步地，所述步骤（S5）中接收端对捕获的组播包进行数据信息提取后，通过验证数据流的长度信息判断组播包是否接收完整；若不完整，则丢弃所接收的组播包，并重新接收。
进一步地，为了降低消耗，当所述接收端接入该WIFI内与发送端进行WIFI数据通信时，所述发送端中止发送组播帧。通常来讲，在发送端和接收端之间可以约定一触发动作，如上述连通WIFI数据通信，来实现发送动作的中止；而当有多个接收端需要进行连接通信时，则在所有接收端都触发了约定动作后才中止发送。
相应地，当所述接收端接入该WIFI内与发送端进行WIFI数据通信时，所述接收端切换为WIFI数据传输模式，避免一直监听信道产生多余的消耗；为了保证连接稳定性，并在所述接收端断开WIFI连接后，所述接收端切换回监听模式。
为了更进一步地提高传输安全性，所述待发送的原始信息在解析为数据流时还可以进行初步加密，加密方法可采用现有技术中成熟的数据加密技术，相应地，所述接收端在步骤（S6）中校验数据流时还需要采用相同方式解密。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明巧妙地利用了无线局域网传输技术中的组播帧结构特点来进行数据传输，实现了在无关联情况下的SSID和对应密码等数据的传输，进而实现无线局域网内终端的自动接入，有效解决了现有技术中设备间需要直接关联才能进行通信的问题，同时在数据传输时多次加密数据，大大增强了传递数据的安全性和可靠性，特别适用于智能家居内部无线组网，方便实用，具有广泛的应用前景，适合推广应用。
附图说明
图1为本发明中发送端的流程示意图。
图2为本发明中数据流的结构示意图。
图3为本发明中数据流解析和组播帧的封装示意图。
图4为本发明中接收端的流程示意图。
图5为本发明的一种应用网络拓扑图。
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1至图5所示，该在无关联的WIFI环境下通过组播帧内嵌数据进行通信的方法，主要是为了解决现有技术中处于同一无线局域网情况下的设备之间没有进行认证关联就无法进行通信的问题，并且提高了通信数据的安全性和可靠性，而且有效地避免了其他设备误连接的可能，大大增强了设备连接的准确度。本方法既支持单点对单点、单点对多点、多点对单点、多点对多点间单向通信，可以适应各种复杂的无线网络通信环境。本方法基于802.11标准设计，可以扩展兼容802.11协议族；同时还可支持AD-Hoc网络、BSS网络、ESS网络。具体来讲，本方法依托于处于同一WIFI环境内的发送端和接收端实现，其中发送端连接于该WIFI内；在常用的AP-STA网络拓扑中，通常所述发送端集成于AP内，所述接收端集成于STA内。
所述发送端
首先将待传输的原始信息解析为一串由多个数据组成的数据流，该数据流包含所述待传输的原始信息、该数据流的长度信息和CRC校验信息。出于安全性和保密性的考虑，在处理为数据流的过程中可以对原始信息进行初步加密，加密方法可采用现有技术中成熟的数据加密技术。而对于数据流中的每个数据，其均具有表达其自身特征的OFFSET值和VALUE值，通过每个数据的这些特征，接收端可复原相应的数据流信息。
然后根据802.11标准依次将所述数据流中的每个数据解析形成一个组播帧，从而构成一组内容与所述数据流对应的组播包，具体过程如下：
（a）通过一个数据的OFFSET值和VALUE值生成与之对应的校验信息Cksum值；所述校验信息Cksum值通过对该数据的OFFSET值和VALUE值进行按位模2加运算获得；
（b）根据802.11标准生成一个标准组播帧，将该标准组播帧的组播目的MAC地址的后三个字节内的23位空间留出作为信息载体，并划分为低8位[7:0]、中8位[15:8]和高7位[22:16]三个部分，且位[23]填0作为间隔；
（c）将该数据的VALUE值放入所述低8位[7:0]空间中，将该数据的OFFSET值放入所述中8位[15:8]空间中，将该数据对应的校验信息Cksum值放入所述高7位[22:16]空间中，形成新的组播目的MAC地址，从而构成待发送的内嵌数据的组播帧。
（d）如此根据上述步骤（a）～（c）依次对数据流中的每个数据进行解析形成组播帧，构成一组内容与所述数据流对应的组播包。为了便于接收端识别，所述组播帧的组播目的MAC地址的长度为48位，将同一组组播帧的组播目的MAC地址的前24位设定为一固定值。
然后发送端周期性地在当前信道发送该组组播包；通过对组播目的MAC地址的识别，接收端可判断当前信道上是否存在通过本发明方法发送的数据。并且，通过这种对原始数据的多次加密编码处理，有效地保证了传输数据的安全性和可靠性。
所述接收端
初始化后设置无线驱动工作于监听模式，在一定的工作信道范围内周期性地切换，监听并捕捉当前信道内的组播帧。具体来说，若是在一设定时间内在当前信道内未捕获到组播帧，则切换工作信道至相邻信道，然后重复该过程继续监听捕捉组播帧，直至捕获到组播帧。
在当前信道捕捉到组播帧时，为了提高捕捉的准确准确性，在捕捉一段时间的组播帧后对捕获到的组播帧进行解析验证其目的MAC地址的前24位是否为约定的固定值来判断当前信道是否为对应发送端广播的信道，若是，则停留在当前信道接收完一组组播包，若否，则在一设定时间后将接收端工作信道切换至相邻信道。
当接收端捕获完一组组播包后进行数据信息提取，得到对应数据的特征OFFSET值和VALUE值，并以此将该组组播包内的数据复原为数据流，此时通过验证数据流的长度信息判断组播包是否接收完整，若不完整，则丢弃所接收的组播包，并重新接收组播帧；若完整，则根据数据流的CRC校验信息进一步判断数据流的内容是否准确，若校验结果不同，则也丢弃所接收的组播包，并重新接收组播帧，若校验结果相同，则认为接收到的数据流信息是完整的发送端发送的原始数据；此时若原始数据进行过加密处理，则进行相应地解密处理，完成数据通信。
通常接收端在完成数据通信后会设定一反馈动作，告知对应发送端完成通信。此时所述发送端接收到该约定的反馈动作时，即可中止发送组播帧，节约无线信道的通信资源。当所述原始信息为该WIFI的SSID和对应的密码KEY时，该约定的反馈动作可以是接收端接入该WIFI内与发送端进行WIFI数据通信，即所述接收端通过获得的原始信息获取到该WIFI的SSID和对应的密码KEY，以此接入该WIFI内，与所述发送端进行WIFI数据通信。而当有多个接收端需要进行连接通信时，则在所有接收端都触发了约定动作后才中止组播帧的发送。相应地，当所述接收端接入该WIFI内与发送端进行WIFI数据通信时，所述接收端切换为WIFI数据传输模式，避免一直监听信道产生多余的消耗；为了保证连接稳定性，并在所述接收端断开WIFI连接后，所述接收端切换回监听模式，避免意外中断连接后的连接丢失。
在实际应用中，当用户购买了应用本发明的智能设备，如智能路由器和智能灯，由于智能灯没有触摸屏、没有串口、没有任何输入设备，因此其无法直接通过操作连接网络，此时可将智能路由器作为发送端，发送带有SSID和密码KEY等数据的组播包，当智能灯捕获到该组播包后，通过解码解密提取到该网络的SSID和密码，就可以连接到该智能路由器所在网络上网使用了，用户也可以通过网络控制该智能灯。
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 (9)
1.一种在无关联的WIFI环境下通过组播帧内嵌数据进行通信的方法，其特征在于，包括处于同一WIFI环境内的发送端和接收端，其中发送端连接于该WIFI内；该通信方法通过如下步骤实现：
（S1）所述发送端将待传输的原始信息解析为一串由多个数据组成的数据流，该数据流包含所述待传输的原始信息、该数据流的长度信息和CRC校验信息；
（S2）所述发送端根据802.11标准依次将所述数据流中的每个数据解析形成一个组播帧，从而构成一组内容与所述数据流对应的组播包；
（S3）所述发送端周期性地在当前信道发送该组组播包；
（S4）所述接收端初始化后工作于监听模式，并在一定的工作信道范围内周期性地切换，捕捉当前信道内的组播帧；
（S5）所述接收端捕获一组组播包后进行数据信息提取，获得发送的所述数据流；
（S6）所述接收端对获得的数据流进行校验，还原发送的原始信息，完成数据通信；
当所述原始信息为该WIFI的SSID和对应的密码KEY时，所述接收端通过获得的原始信息接入该WIFI内，与所述发送端进行WIFI数据通信。
2. 根据权利要求1所述的一种在无关联的WIFI环境下通过组播帧内嵌数据进行通信的方法，其特征在于，所述数据流中的每个数据均具有表达其自身特征的OFFSET值和VALUE值。
3. 根据权利要求2所述的一种在无关联的WIFI环境下通过组播帧内嵌数据进行通信的方法，其特征在于，所述步骤（S2）中，对每个数据解析形成一个组播帧的具体过程如下：
（S2a）通过一个数据的OFFSET值和VALUE值生成与之对应的校验信息Cksum值；
（S2b）根据802.11标准生成一个标准组播帧，将该标准组播帧的组播目的MAC地址的后三个字节内的23位空间留出作为信息载体，并划分为低8位[7:0]、中8位[15:8]和高7位[22:16]三个部分，且位[23]填0作为间隔；
（S2c）将该数据的VALUE值放入所述低8位[7:0]空间中，将该数据的OFFSET值放入所述中8位[15:8]空间中，将该数据对应的校验信息Cksum值放入所述高7位[22:16]空间中，形成新的组播目的MAC地址，从而构成待发送的内嵌数据的组播帧。
4. 根据权利要求3所述的一种在无关联的WIFI环境下通过组播帧内嵌数据进行通信的方法，其特征在于，所述步骤（S2a）中的校验信息Cksum值通过对该数据的OFFSET值和VALUE值进行按位模2加运算获得。
5. 根据权利要求3所述的一种在无关联的WIFI环境下通过组播帧内嵌数据进行通信的方法，其特征在于，所述组播帧的组播目的MAC地址的长度为48位，将同一组组播帧的组播目的MAC地址的前24位设定为一固定值。
6. 根据权利要求5所述的一种在无关联的WIFI环境下通过组播帧内嵌数据进行通信的方法，其特征在于，所述接收端在当前信道捕捉组播帧时，通过验证捕获到的组播帧的组播目的MAC地址的前24位是否为约定的固定值来判断当前信道是否为发送端发送组播帧的信道，若是，则所述接收端停留在当前信道接收一组组播包，若否，则接收端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1～6任一项所述的一种在无关联的WIFI环境下通过组播帧内嵌数据进行通信的方法，其特征在于，所述步骤（S5）中接收端对捕获的组播包进行数据信息提取后，通过验证数据流的长度信息判断组播包是否接收完整；若不完整，则丢弃所接收的组播包，并重新接收。
8. 根据权利要求1～6任一项所述的一种在无关联的WIFI环境下通过组播帧内嵌数据进行通信的方法，其特征在于，当所述接收端接入该WIFI内与发送端进行WIFI数据通信时，所述发送端中止发送组播帧。
9. 根据权利要求1～6任一项所述的一种在无关联的WIFI环境下通过组播帧内嵌数据进行通信的方法，其特征在于，当所述接收端接入该WIFI内与发送端进行WIFI数据通信时，所述接收端切换为WIFI数据传输模式，并在所述接收端断开WIFI连接后，所述接收端切换回监听模式。
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20161005 |