CN105992308A

CN105992308A - 一种在无关联的wifi环境下利用广播帧长度加密数据的通信方法

Info

Publication number: CN105992308A
Application number: CN201610249708.XA
Authority: CN
Inventors: 叶柯; 汪宇; 崔营
Original assignee: SHENZHEN FENGLIAN TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SHENZHEN FENGLIAN TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2016-04-21
Filing date: 2016-04-21
Publication date: 2016-10-05

Abstract

本发明公开了一种在无关联的WIFI环境下利用广播帧长度加密数据的通信方法，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对广播帧，构成一组特定内容的广播包，然后周期性地在当前信道按顺序广播；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广播帧，捕获一组广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技术中的广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

一种在无关联的 WIFI 环境下利用广播帧长度加密数据的通信方法

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环境下利用广播帧长度加密数据的通信方法。

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环境下利用广播帧长度加密数据的通信方法。

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环境下利用广播帧长度加密数据的通信方法，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对广播帧，从而构成一组内容与所述数据流对应的广播包；

（S3）所述发送端周期性地在当前信道按顺序广播该组广播包；

（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，捕捉当前信道内的广播帧；

（S5）所述接收端捕获一组广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对广播帧的具体过程如下：

（S2a）通过一个数据的OFFSET值生成与之对应的校验信息Cksum值；

（S2b）将该OFFSET值和对应的Cksum值依次拼接组成一个长度为10位的数据单元，其中，高8位[9:2]放置该OFFSET值，低2位[1:0]放置该Cksum值；

（S2c）根据802.11标准，生成一个由标头Header、数据区DATAAREA和帧校验序列FCS组成的广播帧，该广播帧与该数据的OFFSET值匹配，其中，所述数据单元填充于该数据区DATAAREA中，使该数据区长度等于该数据单元的值；

（S2d）该数据的VALUE值采用与步骤（S2a）～（S2c）相同的方式生成与该数据匹配的另一个广播帧。

其中，所述步骤（S2a）中的校验信息Cksum值通过如下方式生成：

先将所述OFFSET值依次分解为4个2位长度的十六进制数字，再将这些十六进制数字进行按位模2加运算。

为了避免发送的广播帧出现数据区长度为零的情况，所述步骤（S2c）中，在所述数据单元填充到数据区DATAAREA之前，将该数据单元的值与一非零的固定值相加。

为了便于接收端识别，所述一组广播包内，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，所述接收端在当前信道捕捉广播帧时，通过验证捕获到的广播帧是否为所述广播识别帧来判断当前信道是否为发送端广播的信道，若是，则所述接收端停留在当前信道接收一组广播包，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。验证方法即是检验接收到的3个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，所述步骤（S5）中接收端对捕获的广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广播包是否接收完整；若不完整，则丢弃所接收的广播包，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，所述发送端中止广播。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，来实现广播的中止；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广播。

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广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的示意图。

图4为本发明中广播帧的封装示意图。

图5为本发明中接收端的流程示意图。

图6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6所示，该在无关联的WIFI环境下利用广播帧长度加密数据的通信方法，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对广播帧，从而构成一组内容与所述数据流对应的广播包，具体过程如下：

（a）通过一个数据的OFFSET值生成与之对应的校验信息Cksum值；该校验信息Cksum值的获得是先将所述OFFSET值依次分解为4个2位bit长度的十六进制数字，再将这些十六进制数字进行按位模2加运算生成的；

（b）将该OFFSET值和对应的Cksun值依次拼接组成一个长度为10位的数据单元，其中，高8位[9:2]放置该OFFSET值，低2位[1:0]放置该Cksum值；

（c）根据802.11标准，生成一个由标头Header、数据区DATAAREA和帧校验序列FCS组成的广播帧，该广播帧与该数据的OFFSET值匹配，其中，所述数据单元填充于该数据区DATAAREA中，使该数据区长度等于该数据单元的值；为了避免发送的广播帧出现数据区长度为零的情况，在所述数据单元填充到数据区DATAAREA之前，将该数据单元的值与一非零的固定值相加；

（d）该数据的VALUE值采用与上述步骤（a）～（c）相同的方式生成与该数据匹配的另一个广播帧，从而实现采用两个广播帧将数据流中的一个数据的两种特征记录。通常地，记录同一数据特征的两个广播帧是相邻排列的。

（e）如此根据上述步骤（a）～（d）依次对数据流中的每个数据进行解析形成广播帧，构成一组内容与所述数据流对应的广播包。为了便于接收端识别，在一组广播包内，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。需要说明的是，一组广播包内不止有一段广播识别帧。

然后发送端周期性地在当前信道按顺序广播该组广播包；通过对广播识别帧的识别，接收端可判断当前信道上是否在通过本发明方法广播数据。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广播帧。具体来说，若是在一设定时间内在当前信道内未捕获到广播帧，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广播帧，直至捕获到广播帧。

在当前信道捕捉到广播帧时，为了提高捕捉的准确准确性，在捕捉一段时间的广播帧后对捕获到的广播帧进行验证识别来判断其是否为广播识别帧，从而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广播包，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，其中，验证识别的方法是检验接收到的连续3个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；也就是说，接收端在当前信道捕捉到广播帧后会一直捕捉一段时间，即捕获到一段长度不短的广播帧，然后验证其中任意连续的3个广播帧之间的长度之差，如果存在符合广播识别帧条件的，即判定为是广播识别帧，当前信道为对应发送端广播的信道，若没有符合广播识别帧条件的，则在一设定时间后切换工作信道。

当接收端捕获完一组广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，并以此将该组广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广播包是否接收完整，若不完整，则丢弃所接收的广播包，并重新接收广播帧；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，则也丢弃所接收的广播包，并重新接收广播帧，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，即可中止发送广播帧，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广播帧的广播。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，广播带有SSID和密码KEY等数据的广播包，当智能灯捕获到该广播包后，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

1.一种在无关联的WIFI环境下利用广播帧长度加密数据的通信方法，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：

2. 根据权利要求1所述的一种在无关联的WIFI环境下利用广播帧长度加密数据的通信方法，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环境下利用广播帧长度加密数据的通信方法，其特征在于，所述步骤（S2）中，对每个数据解析形成一对广播帧的具体过程如下：

（S2b）将该OFFSET值和对应的Cksun值依次拼接组成一个长度为10位的数据单元，其中，高8位[9:2]放置该OFFSET值，低2位[1:0]放置该Cksum值；

4. 根据权利要求3所述的一种在无关联的WIFI环境下利用广播帧长度加密数据的通信方法，其特征在于，所述步骤（S2a）中的校验信息Cksum值通过如下方式生成：

5. 根据权利要求3所述的一种在无关联的WIFI环境下利用广播帧长度加密数据的通信方法，其特征在于，所述步骤（S2c）中，在所述数据单元填充到数据区DATAAREA之前，将该数据单元的值与一非零的固定值相加。

6. 根据权利要求1～5任一项所述的一种在无关联的WIFI环境下利用广播帧长度加密数据的通信方法，其特征在于，所述一组广播包内，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。

7. 根据权利要求6所述的一种在无关联的WIFI环境下利用广播帧长度加密数据的通信方法，其特征在于，所述接收端在当前信道捕捉广播帧时，通过验证捕获到的广播帧是否为所述广播识别帧来判断当前信道是否为发送端广播的信道，若是，则所述接收端停留在当前信道接收一组广播包，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。

8. 根据权利要求1～5任一项所述的一种在无关联的WIFI环境下利用广播帧长度加密数据的通信方法，其特征在于，所述步骤（S5）中接收端对捕获的广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广播包是否接收完整；若不完整，则丢弃所接收的广播包，并重新接收。

9. 根据权利要求1～5任一项所述的一种在无关联的WIFI环境下利用广播帧长度加密数据的通信方法，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，所述发送端中止广播。

10. 根据权利要求1～5任一项所述的一种在无关联的WIFI环境下利用广播帧长度加密数据的通信方法，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。