CN114051035B - 一种Wi-Fi P2P短连接的数据协同方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种Wi‑Fi P2P短连接的数据协同方法，通过各个终端设备的P2P网络完成场景所需的数据传递方法，一方面高效地实现了P2P的设备发现，另一方面也降低P2P网络对原始STA连接的性能影响，解决路由器中转带来的时间消耗，以及路由器RTS/CTS时间令牌不足或者信号弱时的数据延迟，乃至路由器本身工作异常时的连接不稳定问题。
Description
技术领域
本发明涉及无限传输技术领域，尤其涉及一种Wi-Fi P2P短连接的数据协同方法。
背景技术
家庭消费电子产品已经逐渐向万物互联的方向发展，通常的技术方法是以Wi-Fi路由器作为网络通信核心，所有终端设备连接到此路由器上，所有的网络数据交换均通过路由中转。
随着万物互联的应用场景不断提出，如果保持该领域通常的所有的网络数据，都通过Wi-Fi路由器中转技术方法，则路由器承受的数据吞吐负担将呈几何数上升；即当所有的数据不加区分地都经由路由器中转时，不可避免地面临传输低效。
路由器的数据中转，按照先进先出的任务队列模型时分复用执行，因此数据的中转需要排队，另外当路由器RTS/CTS时间令牌不足或者信号弱时，排队导致的数据延迟将会加剧，乃至路由器本身工作异常时的连接不稳定导致断连等致命问题，从而导致用户的网络交互体验严重下降。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种Wi-Fi P2P短连接的数据协同方法，本发明基于Wi-Fi路由器的STA连接实现各个终端设备的感知，再通过各个终端设备的P2P网络完成场景所需的数据传递方法，解决路由器中转带来的时间消耗，以及路由器RTS/CTS时间令牌不足或者信号弱时的数据延迟，乃至路由器本身工作异常时的连接不稳定问题。
在详细阐述技术方案前，先将涉及网络通信的数据分为两类：
需要上传至服务器，或者需要从服务器下载的数据，最典型的场景是Intemet访问，定义为甲类数据；
只需要在家庭局域网环境内，设备间传递的数据，比如手机投屏到电视，空调冰箱的设备数据(温度，工作模式，工作时长等)同步到作为物联控制终端的手机或电视等，不需要Internet访问，定义为乙类数据；
根据上述两类网络数据所对应的应用场景特征，甲类数据需要通过桥接Internet/局域网的路由器实现；
而乙类数据，则完全可以通过本专利所提出的P2P短连接实现传递，不需通过路由器转发，而这类数据如何基于P2P实现高效率传输，也是本专利提供方法所需解决的问题。
本发明将网络数据按上述说明分为甲乙两类数据，甲类数据遵循通用方案继续由路由器中转，乙类数据则由本专利技术方案中的P2P短连接端到端直接传输(网络拓扑如附图4所示)，以此缓解路由器的数据中转压力。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
一种Wi-Fi P2P短连接的数据协同方法，包括以下步骤：
步骤1，确立会话组组长：参与P2P短连接组网的两个终端电子设备，按照的网络连接固定性定义并通过Wi-Fi STA连接交换组长权重值信息，当两个设备权重值不同时，组内按权重值决策组长组员关系，当权重值相同时，抽签决策注重组员关系；
步骤2，建立P2P短连接：会话组组长在Wi-Fi STA工作信道执行P2P Listen,组员在Wi-Fi STA工作信道执行P2P Search，以达到高效完成P2P设备发现目的；且P2P连接的工作信道也定义于Wi-Fi STA相同工作信道，组长启动P2P热点，组员关联至此热点，以达到高效完成P2P组网目的；并且两个步骤均通过避免切换射频信道将对原始Wi-Fi STA的射频资源损耗降到最低；
步骤3，乙类数据传输：组长通过ARP缓存解析出局域网内组员IP，组员通过网关地址映射出组长IP，再统一由组长开启TCP/UDP Server，组员开启TCP/UDP Client,实现P2P局域网内的设备间数据传输或协同应用场景；
步骤4，释放P2P短连接：两个设备的数据通信结束后，各自释放当前P2P短连接，组员断开P2P网络，而组长则关闭P2P热点；双方均归还射频资源至Wi-Fi STA，重新平衡至后续可能的甲类数据传输。
进一步方案为，所述甲类数据基于路由器STA传输，乙类数据基于设备间的P2P短连接传输。
进一步方案为，所述步骤1中，权重值交换的同时，双方设备还需交换各自MAC信息，用作后续基于IP的网络数据通信。
进一步方案为，所述步骤2中，设备发现后，再次改造P2P组网协议，精简其中GroupOwner Negotiation流程，仅需要以WSC方式交换随机生成的128为WPA-PSK秘钥信息，该秘钥仅作用于本次P2P连接。
进一步方案为，所述步骤2中，当组长建立P2P热点，P2P热点的工作信道也与Wi-FiSTA和路由连接的信道一致，组员关联至该热点，则完成了一个仅存在于两个设备间的P2P短连接建立，提供了一个可供用户数据传递的临时局域网。
本发明的有益效果在于：
本发明的一种Wi-Fi P2P短连接的数据协同方法，通过各个终端设备的P2P网络完成场景所需的数据传递方法，一方面高效地实现了P2P的设备发现，另一方面也降低P2P网络对原始STA连接的性能影响，解决路由器中转带来的时间消耗，以及路由器RTS/CTS时间令牌不足或者信号弱时的数据延迟，乃至路由器本身工作异常时的连接不稳定问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要实用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为两个终端设备协同场景的数据传输网络拓扑图；
两个终端设备协同场景的数据传输的网络连接模型，当前路由器正好空闲，且信号强度良好时，数据转发的效率很高，用户体验正常。
图2为加入新设备和Internet交互外部因素时，两个终端设备协同场景的数据传输网络拓扑图；
加入新设备和Internet交互外部因素时，两个终端设备协同场景的数据传输的网络连接模型。如果路由器正在工作于设备3Internet的大容量文件下载任务，则设备1和设备2的数据交换任务并不能立即被处理，而是加入任务队列，只有路由器处理完设备3下载任务在当前时间片内的部分后，才会执行。同理，设备1和设备2的数据交换，也会反作用对设备3的Internet交互产生负面影响。
图3为加入路由器弱信号外部因素时，两个终端设备协同场景的数据传输网络拓扑图；
加入路由器弱信号外部因素时，两个终端设备协同场景的数据传输的网络连接模型。如果虽设备1和设备2两者的地理距离相隔不远，但两者均和路由器有一段距离，或者路由器与两个设备间有阻隔物，则两个设备感知到路由器的Wi-Fi信号强度会发生衰减，一个小数据量的传输任务，经由设备1->路由器->设备2，大量的延迟将会发生在该路径的两端分发流程上。
图4为将甲乙两类数据二次平衡分配后的网络拓扑图。
用于介绍将甲乙两类数据二次平衡分配后的网络连接模型。根据技术阐述中业务数据的职能分为甲乙两类数据，甲类数据基于路由器STA传输，乙类数据基于设备间的P2P短连接传输，有效地降低了路由器的数据传输压力，并节省了可观的时间开销。
图5为基于P2P短连接的乙类数据传输方案流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
在任一实施例中，如图1-5所示，本发明的一种Wi-Fi P2P短连接的数据协同方法，包括：
确立会话组组长：
参考家庭环境中路由器的状态(地理位置固定不变，长期上电极少关机)，根据设备的网络连接是否稳定，将参与方案的设备分为三类，
可能随时移动的设备，根据用户实际是否使用可能涉及开关机，如手机，平板电脑，笔记本电脑等，定义为I类设备；安装完毕后地理位置固定，根据用户实际是否使用可能涉及开关机，如电视，空调，智能照明等，定义为II类设备；安装完毕后地理位置固定，几乎始终处于开机运行状态，如冰箱，安防监控摄像头，NAS等，定义为III类设备；
根据上述三类设备所对应的应用场景特征，将参与乙类数据传输的三类电子终端设备，特征归纳为其网络连接的固定性，包括开关机频率直接关联的网络连接断开频率，地理位置是否变动直接关联的Wi-Fi信号是否发生变化等，此类标准统一定义为网络连接的固定性，该固定性从低到高，将决策后续具体技术方案中，P2P组网时会话组中各自角色的不同定义。
上述定义的设备类型，预制于各个电子设备终端中，在需要建立P2P短连接前，双方设备在Wi-Fi STA网络基础上交换权重值，其中，III类设备的权重最高，II类设备次之，I类设备的权重值最低。设计用于选取会话组组长的计算规则为，参与P2P短连接会话组的两个设备，选择其中权重值高的为组长，相应的另一个为组员。如果两个设备所交换权重值相同，则通过抽签随机决定。
权重值交换的同时，双方设备还需交换各自MAC信息，用作后续模块C中基于IP的网络数据通信。
P2P短连接建立：
会话组组长确立模块工作后，确认了各自在会话组的角色。设计组员执行P2PSearch，向空间环境广播probe requset，而组长执行P2P Listen,负责监听组员的proberequset并应答probe response。
有别于通用P2P Discover协议，在通用P2P Discover协议中，由于参与P2P组网的双方事先不知道对方将处于哪一个信道工作，因此负责Search的设备会先在所有本设备硬件能力所支持的信道全盘扫描，然后在1,6,11三个公共信道依次周期性广播proberequest,而负责Listen设备则会在1,6,11三个公共信道中随机选择一个监听空中的proberequest。
在本发明中，对于需要进行数据交换的两个设备，在会话组组长确立模块的前提下，均已得知当前STA连接的信道，因此，改造通用P2P Discover协议，其中负责Search的设备(组员)，仅在STA连接相同的信道广播probe request，而负责Listen的设备(组长)，也只在STA连接相同的信道监听监听组员的probe requset并应答probe response。
精简该应用场景中不必要的非工作信道probe流程，一方面提高P2P设备发现的效率，另一方面降低当前设备切换信道时，对原本正常Wi-Fi STA工作的射频损耗。从而高效地实现P2P的设备发现，降低P2P网络对原始STA连接的性能影响。
设备发现后，再次改造P2P组网协议，精简其中Group Owner Negotiation流程(该流程原本的职能已在A.会话组组长确立模块中完成)，仅需要以WSC方式交换随机生成的128为WPA-PSK秘钥信息，该秘钥仅作用于本次P2P连接，一方面对需要交互的数据进行加密以确保安全性，另一方面WSC流程可节省用户手动输入Wi-Fi密码的操作。
接下来，组长建立P2P热点，P2P热点的工作信道也与Wi-Fi STA和路由连接的信道一致，避免后续数据传输时，STA和P2P的信道切换导致多余的射频资源损耗，工作在同一信道时，从射频角度而言，可将P2P传输看做相同信道下的一个独立应用。组员关联至该热点，则完成了一个仅存在于两个设备间的P2P短连接建立，提供了一个可供用户数据传递的临时局域网。
乙类数据传输：
基于P2P短连接建立，双方设备处于同一个局域网中，组员通过DHCP的结果，以网关地址作为组长的IP身份，而组长，则通过ARP缓存中交换的MAC信息，映射出组员IP身份，由此，完成了各自的IP确认和交换。
数据传输，基于IP地址，则需要数据协同的两个设备，按照具体应用场景，事先约定好Socket端口号，组长建立TCP/UDP Server，组员以TCP/UDP Client,进行通用的传输层数据交换。
释放P2P短连接：
当两个设备的数据通信结束后，各自释放当前P2P短连接，组员断开P2P网络，而组长则关闭P2P热点。双方均归还射频资源至Wi-Fi STA，重新将资源平衡至后续可能的甲类数据传输。
在一个具体实施例中，如图5所示，本发明的一种Wi-Fi P2P短连接的数据协同方法，包括以下步骤：
(1)、方案执行前置条件
用户身处卧室，需要从手机将本地视频推送到同一房间的电视上播放，路由器工作于5G频段149信道，在另一个房间，且正在执行电脑的数据下载任务。如果手机的本地视频数据，通过路由器中转，再传递到电视上，考虑到不同房间的隔墙因素，以及路由器当前的繁忙程度，必然推送速度很慢。基于此场景描述，进行基于P2P短连接的乙类数据传输。
(2)、会话组组长确立
手机和电视通过路由器交换轻量级的设备权重信息和各自的MAC地址。其中手机属于I类设备，电视属于II类设备，因此P2P会话组组长为电视，组员为手机。
(3)、P2P短连接建立
手机在149信道执行P2P Search，电视在149信道执行P2P Listen,在很短的时间内完成设备发现，双方确认后续的数据传输也定义于149工作信道，交换秘钥。电视启动P2P热点，手机自动关联到此热点，完成P2P小型局域网建立。
(4)、电视作为网关，假定IP地址为192.168.49.1；手机作为组员，假定MAC地址为11:22:33:44:55:66，在电视端DHCP池获取的IP地址为192.168.49.100，该IP地址在电视ARP缓存中可被解析。电视端启动TCP Server,约定视频推送应用的Socket为20010,手机TCP Client则按照192.168.49.1:20010访问到电视端的TCP Server，开始不依赖于路由器和Wi-Fi STA连接的视频数据传输。
(5)、第(4)步中视频数据传输任务完成后，手机断开与电视的P2P连接，电视关闭P2P热点，双方释放射频资源，归还给原有的Wi-Fi STA连接，重新将资源平衡至后续可能的Internet数据访问。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (1)
1.一种Wi-Fi P2P短连接的数据协同方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，确立会话组组长：参与P2P短连接组网的两个终端电子设备，按照的网络连接固定性定义并通过Wi-Fi STA连接交换组长权重值信息，当两个设备权重值不同时，组内按权重值决策组长组员关系，当权重值相同时，抽签决策注重组员关系；
步骤2，建立P2P短连接：会话组组长在Wi-Fi STA工作信道执行P2P Listen,组员在Wi-Fi STA工作信道执行P2P Search；且P2P连接的工作信道也定义于Wi-Fi STA相同工作信道，组长启动P2P热点，组员关联至此热点；
步骤3，乙类数据传输：组长通过ARP缓存解析出局域网内组员IP，组员通过网关地址映射出组长IP，再统一由组长开启TCP/UDP Server，组员开启TCP/UDP Client,实现P2P局域网内的设备间数据传输或协同应用场景；
步骤4，释放P2P短连接：两个设备的数据通信结束后，各自释放当前P2P短连接，组员断开P2P网络，而组长则关闭P2P热点；双方均归还射频资源至Wi-Fi STA，重新平衡至后续可能的甲类数据传输；
所述甲类数据基于路由器STA传输，乙类数据基于设备间的P2P短连接传输；
所述步骤1中，权重值交换的同时，双方设备还需交换各自MAC信息，用作后续基于IP的网络数据通信；
所述步骤2中，设备发现后，再次改造P2P组网协议，精简其中Group OwnerNegotiation流程，以WSC方式交换随机生成的128为WPA-PSK秘钥信息，该秘钥仅作用于本次P2P连接；
所述步骤2中，当组长建立P2P热点，P2P热点的工作信道也与Wi-Fi STA和路由连接的信道一致，组员关联至该热点，则完成了一个仅存在于两个设备间的P2P短连接建立，提供了一个可供用户数据传递的临时局域网。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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