CN111010719A - 一种用于无线接入点之间的WiFi软切换方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种用于无线接入点之间的WiFi软切换方法和装置。其中，获取第一无线接入点所发送的第一信标帧以及第一探查响应帧；分别对所接收的第一信标帧和第一探查响应帧进行重新组包，其中基于第二无线接入点的信道规格对第一信标帧和第一探查响应帧中的信道切换宣告帧元素进行重新设置，同时保留其他帧元素不变，以生成第二信标帧和第二探查响应帧；利用第二无线接入点发送第二信标帧进行广播；针对接收到的来自STA终端的探针请求帧发送第二探针响应帧进行响应，从而使得STA终端发起针对第二无线接入点的认证请求。该方案通过对第二信标帧和第二探查响应帧的帧重组，实现多个WiFi热点的环境下，精确快速切换的效果。
Description
技术领域
本申请涉及无线通信技术领域，具体涉及一种用于无线接入点之间的WiFi软切换方法和装置。
背景技术
目前WiFi无线连接方式主要包括两种；一种是“主动干扰”式，周围无线环境存在于不重名SSID的AP且以其为目标对象，创建与之相同的AP热点名称，通过主动干扰发解认证包的方式强制原目标AP下的移动终端关联到自己创建的AP热点下，进而实现对关联过来的移动终端对象数据无线连接。另一种是“被动等待”式，创建周围存在或者主流公共场所同名的WiFi热点，并设置为Open类型，一旦对应移动终端连接过其中任意一个AP热点就会自动关联到当前部署的AP热点上来实现数据的无线连接。“主动干扰式”能快速的对特定AP目标对象通信进行主动干预，进而实现中间人数据转发的连接模式。但是对移动终端的切换过程干扰明显，无法做到无感切换的方式；“被动等待式”对移动终端的吸附过程不存在干扰，但是无法快速、准确地对针对性的目标进行连接。
Wifi与移动终端的关联协议遵循IEEE80211协议标准，该标准对移动终端选择关联的WiFi热点默认是按SSID名称去请求，即当一个已经连接过的AP热点，移动终端用户离开该区域断开连接之后，后面重新回到该位置则WiFi会自动连上，这是因为移动终端本身会去探测连接记录。同时移动终端为了确保自动关联上目标AP，针对地广播信道切换帧，若以打断原来连接状态的方式，就会出现重新连接时关联到特定WiFi热点的概率是随机。同时重新连接的时候受周围信号强度、通信质量等因素影响较大，无法精确让目标对象关联到特定WiFi热点下。
发明内容
本申请的目的在于提出了一种用于无线接入点之间的WiFi软切换方法和装置，通过对第二信标帧和第二探查响应帧的帧重组，解决多个WiFi热点的环境下连接不精准且连接不及时等问题。
第一方面，本申请实施例提供了一种用于无线接入点之间的WiFi软切换方法，该方法包括：
a)获取第一无线接入点所发送的第一信标帧以及第一探查响应帧；
b)分别对所接收的第一信标帧和第一探查响应帧进行重新组包，其中基于第二无线接入点的信道规格对第一信标帧和第一探查响应帧中的信道切换宣告帧元素进行重新设置，同时保留其他帧元素不变，以生成第二信标帧和第二探查响应帧；
c)利用第二无线接入点发送第二信标帧进行广播；以及
d)针对接收到的来自STA终端的探针请求帧发送第二探针响应帧进行响应，从而使得STA终端发起针对第二无线接入点的认证请求。
在该方法中，在第一无线接入点发出的信标帧和响应帧的信道切换宣告帧元素基础上根据第二无线接入点的信号规格进行重新组包，并利用第二无线接入点发出的重新组包后的信标帧与STA终端进行认证请求进程。
在一些具体实施例中，将其中的信道切换宣告帧元素进行重新设置以适应第二无线接入点的规格这一步骤包括以下子步骤：
将信道切换宣告子帧中的信道切换帧元素ID字段的值设置为“37”；
将信道切换宣告子帧中的域长度字段设置为“3”；
将信道切换宣告子帧中的信道切换模式字段的值设置为“0”；
将信道切换宣告子帧中的新信道编号字段的值设置为第二无线接入点的信道值；以及
将信道切换宣告子帧中的信号切换计数字段的值设置为“0”。
在该方法中，Element ID：Channel Switch Announcement 37，表示为该帧元素类型为信道切换帧37。Length：域设置长度3，表示后面三个元素长度为3个字长。ChannelSwitch Mode：切换模式在BSS模式下为0，mode:表示为不同工作模式模式限制，当前工作的是BSS模式对应为0。New Channel Number：要切换的目的信道值x。new channel:表示为STA终端要宣告切换到的目的信道X值,X值可以为1-14或者36、40、44、48、149、153、157、161、165(中国支持的5G频段)中的任一频段信道值。Channel Switch Count：域值设为0表示在发出信道切换宣告之后随时会切换信道，1表示接收到下一个TBTT之前会切换。通过对信标帧和响应帧的信道切换宣告帧元素重新组装，实现第二无线接入点与STA终端的精准快速连接。
Channel Switch Mode：切换模式在BSS模式下为0，mode:表示为不同工作模式模式限制，当前工作的是BSS模式对应为0。
New Channel Number：要切换的目的信道值x.new channel:表示为STA终端要宣告切换到的目的信道X值。
在一些具体实施例中，第二无线接入点的信道值为1-14或者36、40、44、48、149、153、157、161、165(中国支持的5G频段)中的任一频段信道值。
在一些具体实施例中，方法还包括在步骤a)之前的步骤i)：分别检测第一无线接入点和第二无线接入点的信号强度，并且在第二无线接入点的信号强度大于第一无线接入点的信号强度时，开始执行步骤a)，否则循环执行步骤i)。步骤i)的设置使得STA终端在无感情况下依然始终保持接入到信号强度较强的无线接入点
第二方面，本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述实施例的方法。
第三方面，本申请实施例提供了一种用于无线接入点之间的WiFi软切换装置包括：
获取帧模块，其被配置为获取第一无线接入点所发送的第一信标帧以及第一探查响应帧；
帧重组模块，其被配置为分别对所接收的第一信标帧和第一探查响应帧进行重新组包，其中基于第二无线接入点的信道规格对第一信标帧和第一探查响应帧中的信道切换宣告帧元素进行重新设置，同时保留其他帧元素不变，以生成第二信标帧和第二探查响应帧；
广播模块，其被配置为利用第二无线接入点发送第二信标帧进行广播；以及
响应模块，其被配置为针对接收到的来自STA终端的探针请求帧发送第二探针响应帧进行响应，从而使得STA终端发起针对第二无线接入点的认证请求。
在一些具体的实施例中，帧重组模块所执行的重新设置具体包括：
将信道切换宣告子帧中的信道切换帧元素ID字段的值设置为“37”；
将信道切换宣告子帧中的域长度字段设置为“3”；
将信道切换宣告子帧中的信道切换模式字段的值设置为“0”；
将信道切换宣告子帧中的新信道编号字段的值设置为第二无线接入点的信道值；以及
将信道切换宣告子帧中的信号切换计数字段的值设置为“0”。
在一些具体实施例中，帧重组模块所执行的第二无线接入点的信道值为1-14或者36、40、44、48、149、153、157、161、165(中国支持的5G频段)中的任一频段信道值。
在一些具体实例中，信号检测模块，其被配置为分别检测第一无线接入点和第二无线接入点的信号强度，并且在第二无线接入点的信号强度大于第一无线接入点的信号强度时，执行帧重组模块，否则去循环执行信号检测模块。
本申请提供的一种用于无线接入点之间的WiFi软切换方法和装置。在第一无线接入点发出的信标帧和响应帧的信道切换宣告帧元素基础上根据第二无线接入点的信号规格进行重新组包。利用对周围环境扫描抓包解析出移动终端的认证探测帧所携带的历史连接热点名称信息，进而在当前环境中创建出该WiFi热点。并针对性地以信道切换宣告帧的方式让目标移动终端主动关联上来，进而以一种原AP宣告切换信道的协议方式实现无感的目标终端软切换。信道切换宣告帧是基于现有的WiFi热点beacon信标帧和proberesponse探测帧，并重组加上80211协议标准的信道切换宣告帧元素。一方面能够满足“主动式”的快速、准确地连接到目标无线接入点，而且也能达到“被动等待”式无感静默用户体验效果。另一方面，以获取历史连接SSID来作为取证AP，结合信道宣告式软切换的方法，应用于实际特定目标流量精准分析的切换需求，相比通过deauth帧直接打断重连的方式能大大提高软切换的效率和精确度。此外，该方法能满足更复杂的WiFi环境无线特定连接需求，且具有成本低廉、操作简单、高效的特点。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1是根据现有技术中的wifi无线连接的逻辑图；
图2是根据现有技术中的建立wifi无线连接的流程图；
图3是根据本申请实施例中的用于无线接入点之间的WiFi软切方法的流程图；
图4是根据本申请实施例中的用于无线接入点之间的WiFi软切方法的信道切换帧格式示意图；
图5是根据本申请实施例中的一种用于无线接入点之间的WiFi软切换装置的示意性结构框图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
图1示出了根据现有技术中的wifi无线连接的逻辑图，图2示出了技术中的建立wifi无线连接的流程图。如图1和2所示，按IEEE80211协议标准，移动终端连接到WiFi热点都需要一个建立连接的过程，对于热点AP来说要让周围的终端设备发现自己需要往空气中不断广播beacon信标帧，终端设备收到beacon信标帧之后会显示对应WiFi热点的SSID名称，当触发连接对应WiFi请求时将开始建立连接流程。WiFi连接建立成功后在每个移动终端系统中都会生成一个连接记录文件及相关配置文件，为了实现移动终端对已知连接过的WiFi热点自动重连的功能，移动终端都会定时的广播proberequest探测帧的历史连接过的WiFi热点名称，我们通过该方式获取其对应历史连接过的WiFi信息。Android手机终端历史连接记录及相关配置信息都保存于/data/misc/wifi/wpa_supplicant.conf文件中，系统会自动保存读取该文件内容。主流的WiFi软切换是作用在认证阶段交互上，给目标对象所连接的AP发Deauth解认证包，从而将当前的终端和AP之间解关联，触发移动终端重新连接实现软切换，改进后WiFi软切换是作用在beacon信标帧广播信息和探测回复proberesponse探测帧。
图3示出了根据本申请实施例中的用于无线接入点之间的WiFi软切方法的流程图。如图3所示，该方法包括获取帧步骤，帧重组步骤、广播步骤和认证请求步骤。
在步骤a)中：获取第一无线接入点所发送的第一信标帧以及第一探查响应帧。
在该步骤中，无线接入点与移动终端的关联协议遵循IEEE80211协议标准，该标准对移动终端选择关联的WiFi热点默认是按SSID名称去请求。先学习抓包第一无线接入点所发出的信标帧、探测帧的保证时序、目的mac等一致且链路合法帧信息内容。
在一些具体的实施例中，在步骤a)之前执行步骤i)，具体步骤i)执行如下：分别检测第一无线接入点和第二无线接入点的信号强度，并且在第二无线接入点的信号强度大于第一无线接入点的信号强度时，开始执行步骤a)，否则循环执行步骤i)。
在步骤b)中：分别对所接收的第一信标帧和第一探查响应帧进行重新组包，其中基于第二无线接入点的信道规格对第一信标帧和第一探查响应帧中的信道切换宣告帧元素进行重新设置，同时保留其他帧元素不变，以生成第二信标帧和第二探查响应帧。
在该步骤中，对获取到第一信标帧和第一探查帧的帧信息内容的信道切换宣告帧元素进行重新组包，获得符合第二无线接入点的信道规格的第二信标帧和第二探查帧。
在一些具体的实施例中，将其中的信道切换宣告帧元素进行重新设置以适应第二无线接入点的规格这一步骤包括以下子步骤：
将信道切换宣告子帧中的信道切换帧元素ID字段的值设置为“37”；
将信道切换宣告子帧中的域长度字段设置为“3”；
将信道切换宣告子帧中的信道切换模式字段的值设置为“0”；
将信道切换宣告子帧中的新信道编号字段的值设置为第二无线接入点的信道值；以及
将信道切换宣告子帧中的信号切换计数字段的值设置为“0”。
在一些优选的实施例中，第二无线接入点的信道值为1-14或者36、40、44、48、149、153、157、161、165(中国支持的5G频段)中的任一频段信道值。
在步骤c)中：利用第二无线接入点发送第二信标帧进行广播。
在该步骤中，通过第二无线接入点发送第二信标帧进行广播，以便被STA终端捕获。
在步骤d)中：针对接收到的来自STA终端的探针请求帧发送第二探针响应帧进行响应，从而使得STA终端发起针对第二无线接入点的认证请求。
在该步骤中，当第二无线接入点捕获到来自STA终端的探针请求帧后发送第二探针响应帧进行响应，使得STA终端和第二无线接入点完成扫描进程。
继续参考图4其示出了根据本申请实施例中的用于无线接入点之间的WiFi软切方法的信道切换帧格式示意图。如图4所示，标准80211帧体格式为帧控制(Frame Control)长度为2字节、持续时间(Duration/ID)长度为2字节、目的地址(address1)长度为6字节、源地址(address1)长度为6字节、接收端地址(address3)长度为6字节、时序控制字段(SequenceControl)长度为2字节、发送端地址(address4)长度为6字节、服务质量控制(QoS Control)长度为2字节、高吞入量控制(HT Control)长度为4字节、帧主体/数据位(Frame Body)长度为0-7951字节和帧校验序列(FCS)长度为4字节。
其中，持续时间(Duration/ID)表示为用来记载网络分配矢量(NetworkAllocation Vector，简称NAV)；
目的地址(address1)表示为最后的接收端，即负责将帧交付上层协议处理的工作站；
源地址(address1)表示为传送来源；
接收端地址(address3)表示为负责处理该帧的无线工作站；
时序控制字段(Sequence Control)表示为用来重组帧片段以及丢弃重复帧；
发送端地址(address4)表示为将帧传送至无线媒介的无线接口；
帧主体/数据位(Frame Body)负责在工作站间传送上层数据(payload)。
帧校验序列(FCS)表示为让工作站能够检查所受到的帧的完整性。
本申请先学习抓包原AP或者原wifi热点发出的beacon信标帧和probe response探测帧的包括保证时序、目的mac等一致且链路合法的信息内容，再重新组包，在beacon信标帧的Frame Body帧主体/数据位部分加上信息元素(Information elements)的信道切换宣告帧元素(Channel Switch Announcement element)，具体信道切换宣告帧元素格式(Channel Switch Announcement element format)如下：
Element ID：Channel Switch Announcement 37，表示为该帧元素类型为信道切换帧37。
Length：域设置长度3，表示后面三个元素长度为3个字长。
Channel Switch Mode：切换模式在BSS模式下为0，mode:表示为不同工作模式模式限制，当前工作的是BSS模式就得为0。
New Channel Number：要切换的目的信道值x.new channel:表示为STA终端要宣告切换到的目的信道X值,X值可以为1-14或者36、40、44、48、149、153、157、161、165中的任一频段信道值。
Channel Switch Count：域值设为0表示在发出信道切换宣告之后随时会切换信道，1表示接收到下一个TBTT之前会切换。
在一些具体的实施例中，具体域值填充如图4所描述，当收到该信道切换宣告的目标STA终端就会往新的信道重新建立WiFi连接，达到无感软切换的效果。
在一些具体的实施例中，以上标准帧格式不是所有帧都会有上面的全部元素，具体取决于帧子类型，信道切换宣告信息作用在信标帧和探测响应帧。
在一些具体的实施例中，分别检测原AP或者原wifi热点和新AP或者新wifi热点的信号强度，并且在新AP或者新wifi热点的信号强度大于原AP或者原wifi热点的信号强度时，开始执行原AP或者原wifi热点信标帧和探查响应帧的抓取，否则执行原AP或者原wifi热点和新AP或者新wifi热点的信号强度的比较。
此外，本申请还提出了一种用于无线接入点之间的WiFi软切换装置的示意性结构框图。其中如图5所示，WiFi软切换装置500包括获取帧模块501、帧重组模块502、广播模块503和响应模块504。首先利用获取帧模块501得到第一无线接入点所发送的第一信标帧以及第一探查响应帧；利用帧重组模块502分别进一步对所接收的第一信标帧和第一探查响应帧进行重新组包，其中基于第二无线接入点的信道规格对第一信标帧和第一探查响应帧中的信道切换宣告帧元素进行重新设置，同时保留其他帧元素不变，以生成第二信标帧和第二探查响应帧；利用广播模块503通过第二无线接入点发送第二信标帧进行广播，最后响应模块504用于针对接收到的来自STA终端的探针请求帧发送第二探针响应帧进行响应，从而使得STA终端发起针对第二无线接入点的认证请求。
在一些具体的实施例中，帧重组模块所执行的重新设置具体包括：
将信道切换宣告子帧中的信道切换帧元素ID字段的值设置为“37”；
将信道切换宣告子帧中的域长度字段设置为“3”；
将信道切换宣告子帧中的信道切换模式字段的值设置为“0”；
将信道切换宣告子帧中的新信道编号字段的值设置为第二无线接入点的信道值；以及
将信道切换宣告子帧中的信号切换计数字段的值设置为“0”。
在一些优选的实施例中，帧重组模块所执行的第二无线接入点的信道值为1-14或者36、40、44、48、149、153、157、161、165中的任一频段信道值。
在一些具体的实施例中，装置还包括信号检测模块，其被配置为分别检测第一无线接入点和第二无线接入点的信号强度，并且在第二无线接入点的信号强度大于第一无线接入点的信号强度时，执行帧重组模块，否则循环执行帧重组模块。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。
Claims (9)
1.一种用于无线接入点之间的WiFi软切换方法，包括以下步骤：
a)获取第一无线接入点所发送的第一信标帧以及第一探查响应帧；
b)分别对所接收的第一信标帧和第一探查响应帧进行重新组包，其中基于第二无线接入点的信道规格对所述第一信标帧和第一探查响应帧中的信道切换宣告帧元素进行重新设置，同时保留其他帧元素不变，以生成第二信标帧和第二探查响应帧；
c)利用第二无线接入点发送第二信标帧进行广播；以及
d)针对接收到的来自STA终端的探针请求帧发送第二探针响应帧进行响应，从而使得所述STA终端发起针对第二无线接入点的认证请求。
2.根据权利要求1所述的WiFi软切换方法，其中，将其中的所述信道切换宣告帧元素进行重新设置以适应第二无线接入点的规格这一步骤包括以下子步骤：
将所述信道切换宣告子帧中的信道切换帧元素ID字段的值设置为“37”；
将所述信道切换宣告子帧中的域长度字段设置为“3”；
将所述信道切换宣告子帧中的信道切换模式字段的值设置为“0”；
将所述信道切换宣告子帧中的新信道编号字段的值设置为第二无线接入点的信道值；以及
将所述信道切换宣告子帧中的信号切换计数字段的值设置为“0”。
3.根据权利要求2所述的WiFi软切换方法，其特征在于，所述第二无线接入点的信道值为1至14或者36、40、44、48、149、153、157、161、165中的任一频段信道值。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的WiFi软切换方法，其中，所述方法还包括在步骤a)之前的步骤i)：分别检测所述第一无线接入点和所述第二无线接入点的信号强度，并且在所述第二无线接入点的信号强度大于所述第一无线接入点的信号强度时，开始执行所述步骤a)，否则循环执行步骤i)。
5.一种计算机可读介质，其中存储有计算机可执行程序，所述程序在被计算机执行时，实施如权利要求1-4中任一项所述的方法。
6.一种用于无线接入点之间的WiFi软切换装置，包括以下模块：
获取帧模块，其被配置为获取第一无线接入点所发送的第一信标帧以及第一探查响应帧；
帧重组模块，其被配置为分别对所接收的第一信标帧和第一探查响应帧进行重新组包，其中基于第二无线接入点的信道规格对所述第一信标帧和第一探查响应帧中的信道切换宣告帧元素进行重新设置，同时保留其他帧元素不变，以生成第二信标帧和第二探查响应帧；
广播模块，其被配置为利用第二无线接入点发送第二信标帧进行广播；以及
响应模块，其被配置为针对接收到的来自STA终端的探针请求帧发送第二探针响应帧进行响应，从而使得所述STA终端发起针对第二无线接入点的认证请求。
7.根据权利要求6所述的WiFi软切换装置，其中，所述帧重组模块所执行的重新设置具体包括：
将所述信道切换宣告子帧中的信道切换帧元素ID字段的值设置为“37”；
将所述信道切换宣告子帧中的域长度字段设置为“3”；
将所述信道切换宣告子帧中的信道切换模式字段的值设置为“0”；
将所述信道切换宣告子帧中的新信道编号字段的值设置为第二无线接入点的信道值；以及
将所述信道切换宣告子帧中的信号切换计数字段的值设置为“0”。
8.根据权利要求7所述的WiFi软切换装置，其中，所述帧重组模块所执行的所述第二无线接入点的信道值为1-14或者36、40、44、48、149、153、157、161、165中的任一频段信道值。
9.根据权利要求6-8中任一项所述的WiFi软切换装置，其中，所述装置还包括：
信号检测模块，其被配置为分别检测所述第一无线接入点和所述第二无线接入点的信号强度，并且在所述第二无线接入点的信号强度大于所述第一无线接入点的信号强度时，执行所述帧重组模块，否则循环执行所述信号检测模块。
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