CN1801753A

CN1801753A - 无线通信方法

Info

Publication number: CN1801753A
Application number: CN 200510006604
Authority: CN
Inventors: 梁斌; 黎静; 刘铁麟; 赵鸽; 姚忠辉
Original assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Current assignee: SnapTrack Inc
Priority date: 2005-01-04
Filing date: 2005-01-04
Publication date: 2006-07-12
Anticipated expiration: 2025-01-04
Also published as: CN100461728C

Abstract

本发明提供了在至少两个无线接入点之间进行无线通信的方法，包括以下步骤：第一无线接入点(AP)至少向第二无线接入点发送探询请求帧；第二无线接入点对来自第一无线接入点的探询请求帧进行响应，向第一无线接入点发送探询响应帧；第一无线接入点向第二无线连接点发送连接请求帧；第二无线接入点对来自第一无线接入点的连接请求帧进行响应，向第一无线接入点发送连接响应帧；以及在第一无线接入点和第二无线接入点之间建立无线通信连接，第一无线接入点与第二无线接入点进行数据帧交换。本发明提供了ESS中AP之间通信的认证、连接、数据通信和数据加密的解决方案，所以能保证AP(包括不同厂商的AP)之间可以进行可靠有效的通信。

Description

无线通信方法

技术领域

本发明涉无线通信方法，尤其涉及用于在至少两个无线接入点之间进行无线通信的方法。

背景技术

近年来，随着无线通信技术的不断进步，无线局域网(WirelessLocal Area Network，缩写为WLAN)，这种利用无线技术在空中传输数据、话音和视频信号的解决方案，已经作为传统布线网络的一种替代方案或延伸。采用无线局域网可以使用户对有线网络进行任意的扩展和延伸。从个人及桌边无线接入，到跨地域的无线数据通讯的传输，使用户可以随时随地获取信息，提高了网络的使用效率。但是，从理论上讲，物理层的限制决定了站点之间可直接通信的距离。对有些网络，这样的距离已经足够；但是对于其它网络而言，却需要增加覆盖范围。

基本服务集(Basic Service Set，缩写为BSS)除了可以独立存在之外，还可以成为一个包括多个BSS的扩展网络的一部分。用于连接不同BSS的部分就是所谓的分布式系统(Distribution System，缩写为DS)。

(无线)接入点(Access Point，缩写为AP)除了可以起到站点的作用外，还可以通过提供DS服务而提供到DS的接入。DS和BSS之间的数据传输通过AP完成。利用DS和BSS，可以创建任意大小和复杂度的无线网络。电气和电子工程师协会(Institute ofElectrical and Electronics Engineers，缩写为IEEE)的802.11系列标准把这种网络类型称为扩展服务集(Extended Service Set，缩写为ESS)。

对于两个有线局域网，可以通过两台AP将它们连接在一起，实现两个有线局域网之间通过无线方式的互连和资源共享，同时也可以实现有线网络的扩展。在ESS中，AP既可以作为网桥也可以作为中继器工作。使用无线媒介(Wireless Medium，缩写为WM)作为分布式系统媒介(Distribution System Medium，缩写为DSM)的DS我们称之为无线分布式系统(Wireless Distribution System，缩写为WDS)。

WDS改变了原有单一、简单的无线应用模式。比如，大型热点区域和企业用户选用无线WDS技术的解决方案的时候，可以通过各种可选的无线应用方式来连接各个AP，这样就大大提高了整个网络结构的灵活型和便捷性。

图10示出了现有技术中的ESS。在图10示出的ESS 1000中，假设一个数据消息要从第一站点(Station，缩写为STA)1002传送到第二站点1004。该数据消息首先由第一站点1002发出，然后由第二站点1004接收(输入到AP)。AP将该数据消息交给DS的分发服务。分发服务的任务就是在DS内，按照这样一种方法交付这个数据消息：使该数据消息到达适当的DS目的地，以便于预定的接受方接收。在图10的示例中，该数据消息被分发到第三站点1006(输出AP)，然后第三站点1006通过访问WM将该数据消息发送给第四站点1008(预定的接收方)。

分发是IEEE 802.11b STA使用的主要服务。从概念上讲，当通过DS发送数据消息帧时，对于一个正在ESS中运行的STA，输入该STA或者从该STA输出的每个数据消息都需要调用分发服务。分发通过分布式系统服务(Distribution System Service，缩写为DSS)来实现。

IEEE 802.11没有规定消息如何在DS中被分发。要求IEEE802.11完成的全部任务就是为DS提供足够的信息，以便使DS能够根据预定的接收方找到相应的消息“输出”点，然后经过该“输出”点找到预定的接收方。通过三个互相关联的服务(关联，重新关联，去关联)给DS提供这些必要的信息。

但是，在无线分布式系统(Wireless Distribution System，缩写为WDS)中，对AP间通过无线信道进行发现、协商的方法、AP间数据传输的方式、以及AP间的认证和数据加密的方式等均无统一的解决方案。

也就是说，当构建包括扩展服务集的无线局域网时，数据需要在AP之间传输，但是由于目前没有制定AP之间认证、连接和数据加密的标准，各个实现了AP互通的厂商大多是使用的自定义的私有协议进行的，从而导致不同厂商的AP之间不能互通。

发明内容

本发明的目的在于提供能够克服现有技术中存在的至少一种缺陷的无线通信方法。

为实现上述目的，本发明提供了一种用于在至少两个无线接入点之间进行无线通信的方法，所述至少两个无线接入点包括第一无线接入点和第二无线接入点，所述方法包括以下步骤：

S102)所述第一无线接入点至少向所述第二无线接入点发送探询请求帧；

S104)所述第二无线接入点对来自所述第一无线接入点的探询请求帧进行响应，向所述第一无线接入点发送探询响应帧；

S106)所述第一无线接入点向所述第二无线连接点发送连接请求帧；

S108)所述第二无线接入点对来自所述第一无线接入点的连接请求帧进行响应，向所述第一无线接入点发送连接响应帧；以及

S110)在所述第一无线接入点和所述第二无线接入点之间建立无线通信连接，所述第一无线接入点与所述第二无线接入点进行数据帧交换。

在上述方法中，所述探询请求帧和所述探询响应帧均带有无线分布式系统信息元素。

上述无线分布式系统信息元素包括元素识别码域、长度域、组织唯一标识域、组织唯一标识类型域、组织唯一标识子类型域、以及版本域。

在上述方法中，在所述步骤S102之前还包括以下步骤：S100)在所述第一无线接入点上配置所述第二无线接入点的基本服务集标识。

在上述方法中，在所述步骤S110之后，还包括以下步骤：S114)如果所述第一无线接入点和所述第二无线接入点中的任一个或两者认为需要断开连接，则向对方发送取消连接帧。

上述的取消连接帧包括帧控制域、持续时间域、第一地址域、第二地址域、第三地址域、顺序控制域、第四地址域、目的服务访问点域、源服务访问点域、控制域、组织代码域、第一类型域、版本域、第二类型域、原因码域、以及帧校验序列域。

在上述方法中，在所述步骤S110之后，还包括以下步骤：S115)如果所述第一无线接入点和所述第二无线接入点中的任一个或两者认为需要断开连接，则向对方发送取消连接帧。

在上述方法中，在所述步骤S110中成功建立无线通信连接后，还包括以下步骤：S116)所述第二无线接入点启动老化定时器；S118)如果所述第二无线接入点在规定的老化时间段内没有收到来自所述第一无线接入点的任何帧，则所述第二无线接入点向所述第一无线接入点发送带有无线分布式系统信息元素的探询请求帧；以及S120)如果所述第二无线接入点没有接收到来自所述第一无线接入点的应答，则所述第二无线接入点向所述第一无线接入点发送取消连接帧，并由连接状态进入未连接状态。

在上述方法中，在所述步骤S120之后还包括以下步骤：S122)所述第一无线接入点启动扫描定时器，发送带有无线分布式系统信息元素的探询请求帧，主动扫描可以接入的其它无线连接点。

在上述方法中，所述第一无线接入点和所述第二无线接入点之间通过开放式认证算法采用一次交互的形式进行认证。

采用开放式认证算法进行认证时，所述认证过程发生在所述S110之前，包括以下步骤：S124)所述第一无线接入点向所述第二无线接入点发送认证请求帧；S126)所述第二无线接入点响应于来自所述第一无线接入点的认证请求帧，向所述第一无线接入点发送认证响应帧；S128)如果认证成功，则在所述第一无线接入点和所述第二无线接入点之间建立无线通信连接；以及S130)如果认证不成功，则所述第一无线接入点进入未连接状态，发送带有无线分布式系统信息元素的探询请求帧，主动扫描可以接入的其它无线连接点。

在上述方法中，所述认证请求帧和所述认证响应帧均包括帧控制域、持续时间域、第一地址域、第二地址域、第三地址域、顺序控制域、第四地址域、目的服务访问点域、源服务访问点域、控制域、组织代码域、第一类型域、版本域、第二类型域、算法域、认证交换顺序号域、状态码域、以及帧校验序列域。

在上述方法中，所述认证请求帧中的认证交换顺序号域的值为1，所述认证响应帧中的认证交换顺序号域的值为2。

在上述方法中，所述第一无线接入点和所述第二无线接入点之间通过共享密钥认证算法采用两次交互的形式进行认证。

采用共享密钥认证算法进行认证时，所述认证过程发生在所述S110之前，包括以下步骤：S132)所述第一无线接入点向所述第二无线接入点发送第一认证帧；S134)所述第二无线接入点响应于来自所述第一无线接入点的第一认证帧，向所述第一无线接入点发送第二认证帧；S136)所述第一无线接入点响应于来自所述第二无线接入点的第二认证帧，向所述第二无线接入点发送第三认证帧；S138)所述第二无线接入点响应于来自所述第一无线接入点的第三认证帧，向所述第一无线接入点发送第四认证帧；S140)如果认证成功，则在所述第一无线接入点和所述第二无线接入点之间建立无线通信连接；以及S142)如果认证不成功，则所述第一无线接入点进入未连接状态，发送带有无线分布式系统信息元素的探询请求帧，主动扫描可以接入的其它无线连接点。

所述第一认证帧和所述第四认证帧均包括帧控制域、持续时间域、第一地址域、第二地址域、第三地址域、顺序控制域、第四地址域、目的服务访问点域、源服务访问点域、控制域、组织代码域、第一类型域、版本域、第二类型域、算法域、认证交换顺序号域、状态码域、以及帧校验序列域。所述第一认证帧的认证交换顺序号域的值为1，所述第四认证帧的认证交换顺序号域的值为4。

所述第二认证帧是带有质询文本的认证帧，其包括帧控制域、持续时间域、第一地址域、第二地址域、第三地址域、顺序控制域、第四地址域、目的服务访问点域、源服务访问点域、控制域、组织代码域、第一类型域、版本域、第二类型域、算法域、认证交换顺序号域、状态码域、质询文本域、以及帧校验序列域。所述第二认证帧的认证交换顺序号域的值为2。

所述第三认证帧是带有质询文本和初始化向量的认证帧，其包括帧控制域、持续时间域、第一地址域、第二地址域、第三地址域、顺序控制域、第四地址域、目的服务访问点域、源服务访问点域、控制域、组织代码域、第一类型域、版本域、第二类型域、初始化向量域、算法域、认证交换顺序号域、状态码域、质询文本域、以及帧校验序列域。所述第三认证帧的认证交换顺序号域的值是3。

在认证的过程中，所述第一无线接入点响应于特定情形，向所述第二无线接入点发送认证取消帧。所述认证取消帧包括帧控制域、持续时间域、第一地址域、第二地址域、第三地址域、顺序控制域、第四地址域、目的服务访问点域、源服务访问点域、控制域、组织代码域、第一类型域、版本域、第二类型域、原因代码帧、以及帧校验序列域。所述特定情形可以是所述第一无线接入点处于错误状态。所述特定情形也可以是所述第一无线接入点或所述第二无线接入点在没有完成认证过程的情况下向所述第二无线接入点或所述第一无线接入点传送数据。

在上述方法中，所述连接请求帧包括帧控制域、持续时间域、第一地址域、第二地址域、第三地址域、顺序控制域、第四地址域、目的服务访问点域、源服务访问点域、控制域、组织代码域、第一类型域、版本域、第二类型域、能力信息域、服务集识别码域、支持速率域、强壮安全网络域、物理层扩展速率帧域、扩展速率集域、以及帧校验序列域。所述连接响应帧包括帧控制域、持续时间域、第一地址域、第二地址域、第三地址域、顺序控制域、第四地址域、目的服务访问点域、源服务访问点域、控制域、组织代码域、第一类型域、版本域、第二类型域、能力信息域、状态码域、支持速率域、强壮安全网络域、物理层扩展速率帧域、扩展速率集域、以及帧校验序列域。

在上述方法中，所述第一接入点和所述第二接入点之间通过所述连接请求帧和所述连接响应帧中的能力信息域进行能力协商。所述能力信息域与802.11中的能力信息字段相同。

在上述方法中，所述数据帧包括帧控制域、持续时间域、第一地址域、第二地址域、第三地址域、顺序控制域、第四地址域、数据域、以及帧校验序列域。

在上述方法中，所述数据帧是加密数据帧，包括：帧控制域、持续时间域、第一地址域、第二地址域、第三地址域、顺序控制域、第四地址域、初始化向量域、目的服务访问点域、源服务访问点域、控制域、组织唯一标识符域、虚拟局域网标签域、类型域、数据域、完整性检验值域、以及帧校验序列域。

由于根据本发明的无线通信方法和系统提供了ESS中AP之间通信的认证、连接、数据通信和数据加密的解决方案，所以能保证AP(包括不同厂商的AP)之间可以进行可靠有效的通信。

附图说明

图1示出了WDS的状态；

图2a示出了根据本发明的采用WDS自动连接方式的无线通信方法的流程图；

图2b示出了根据本发明的采用WDS手动配置连接方式的无线通信方法的流程图；

图3示出了实现WDS的保持活性机制的流程图；

图4示出了实施根据本发明的无线通信方法的无线通信系统400的示意图；

图5a示出了在根据本发明的无线通信方法和系统中使用的探询请求帧和探询响应帧带有的无线分布式系统信息元素的格式；

图5b示出了在根据本发明的无线通信方法和系统中使用的连接请求帧的格式；

图5c示出了在根据本发明的无线通信方法和系统中使用的连接响应帧的格式；

图5d示出了在根据本发明的无线通信方法和系统中使用的取消连接帧的格式；

图5e示出了在根据本发明的无线通信方法和系统中使用的数据帧的格式；

图6示出了在根据本发明的无线通信方法和系统中使用开放式认证算法进行一次交互认证时的流程图；

图7示出了在根据本发明的无线通信方法和系统中使用共享密钥认证算法进行两次交互认证时的流程图；

图8示出了在图6示出的使用开放式认证算法进行一次交互认证时的认证请求帧和认证响应帧的格式；

图9a示出了在图7示出的使用共享密钥认证算法进行两次交互认证时的第一认证帧的格式；

图9b示出了在图7示出的使用共享密钥认证算法进行两次交互认证时的第二认证帧的格式；

图9c示出了在图7示出的使用共享密钥认证算法进行两次交互认证时的第三认证帧的格式；

图9d示出了在图7示出的使用共享密钥认证算法进行两次交互认证时的第四认证帧的格式；以及

图10示出了现有技术中的ESS。

具体实施方式

现在参照附图对本发明的具体实施例进行说明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

如背景技术部分所述，当构建包括扩展服务集的无线局域网时，数据需要在AP之间传输。由于目前现有技术中没有在AP之间进行认证、连接、数据传输、以及数据加密的统一的技术方案，各个实现了AP互通的厂商都是使用的自定义的私有协议，导致不同厂商的AP不能互通。

本发明对AP的自动发现、AP之间的认证连接方式及数据传输的加密解密方式进行了定义。目的是为AP之间互相通信的认证、连接、数据加密解密及AP的自动发现提供一种统一技术方案，以实现不同厂商AP之间的互通。

下面，对WDS的状态进行说明，图1示出了WDS的状态。相应于WDS的连接过程，WDS具有四种状态：扫描状态、未连接未认证、已连接未认证和已连接已认证。

1.扫描状态

针对WDS连接，AP使用主动扫描来探询网络中支持WDS连接的AP。

主动扫描：

AP通过发送广播的带WDS IE的探询请求帧来扫描网络中可以接入WDS连接的AP。收到带WDS IE的探询请求帧的AP通过回带WDS IE的探询响应帧来响应AP的扫描。

主动扫描规程：

①发出探询帧；

②清除并启动探询定时器；以及

③如果在探询定时器达到最大扫描时间没有收到探询响应帧则启动新的一轮扫描过程，如果收到有探询响应帧则结束扫描过程。此处最大扫描时间是指可设置的一轮WDS扫描时间。

处于扫描状态时AP除了探询响应帧以外不接收任何帧。

2.未连接未认证状态

AP扫描结束之后进入未连接未认证状态，在未连接未认证状态AP选择一个AP加入。AP通过发送WDS连接请求帧发起WDS连接，如果收到WDS连接对端AP发送的WDS连接响应帧，并且原因码指示连接成功，则AP进入已连接未认证状态。

第一接入点具有连接老化定时器，当第一接入点发送WDS连接请求帧后启动连接老化定时器，如果在老化时间内没有收到第二接入点发送的WDS连接响应帧，则重新启动扫描过程。

3.已连接未认证状态

AP的WDS连接成功则进入已连接未认证状态。AP通过发送WDS认证请求帧来发起WDS认证过程，如果认证成功，则AP进入已连接已认证状态。

4.已连接已认证状态

AP认证成功则进入已连接已认证状态。在已连接已认证状态AP可以进行正常的数据传输。

对应于WDS的四种状态，具有四种WDS帧。

1类帧

1类帧允许在状态1、状态2、状态3和状态4中使用。

①带WDS IE的Probe Request帧

②带WDS IE的Probe Response帧

2类帧

当且仅当扫描结束的条件下，2类帧允许在状态2、状态3和状态4下使用。

①WDS连接请求帧

②WDS连接响应帧

③WDS取消连接帧

3类帧

当且仅当已连接的条件下，3类帧允许在状态3和状态4下使用

①WDS认证请求帧

②WDS认证响应帧

③取消WDS认证帧

4类帧

当且仅当成功认证的条件下，只允许在状态4下使用4类帧。

①四地址的数据帧

表1中定义了WDS帧的类型

帧类型值	类型描述
帧类型值	类型描述	0	WDS连接请求帧
1	WDS连接响应帧	0	WDS连接请求帧
1	WDS连接响应帧	2	WDS取消连接帧
3	WDS认证帧	2	WDS取消连接帧
3	WDS认证帧	4	WDS取消认证帧
5～255	保留值	4	WDS取消认证帧

表1 WDS帧类型

SNAP头中的类型域使用值0x88a7表示是WDS的管理帧。

WDS帧头中的版本字段表示当前WDS的版本值，该域长度为1字节；类型字段用来区分各种WDS管理帧，长度为1字节。

能力信息、SSID、支持速率集、质询文本(challenge)同820.11定义，RSN与802.11i中定义相同，ERP、扩展速率集见802.11g。

WDS连接请求帧用于发起WDS连接请求帧，WDS连接响应帧用于对WDS连接请求的响应，通过状态码来判断连接是否成功和失败的原因。当在状态3时收到数据帧或在状态4和状态3需要取消连接时使用WDS取消连接帧。

WDS认证帧、WDS带质询文本的认证帧和WDS带质询文本带iv的认证帧用于AP之间建立认证。WDS认证帧用于开放式认证和共享密钥认证的第一帧、开放式认证的第二帧、和共享密钥认证的第四帧。WDS带质询文本的认证帧用于共享密钥认证的第二帧，WDS带质询文本带iv的认证帧用于共享密钥认证的第三帧。

通过无线信道，有两种方案可以实现AP之间的发现机制：

1.通过接收AP发送的信标帧来发现AP，这是一种被动扫描的方式；以及

2.通过发送Probe Request帧(探询请求)来发现AP，这是一种主动扫描的方式。

根据本发明的无线通信方法和系统采用第二种方案来实现AP的发现，通过发送特殊的Probe Request帧主动扫描支持AP间连接的AP。之所以称之为特殊的Probe Request帧是因为扩展了通常的802.11系列标准中的Probe Request帧，在此处定义了一个无线分布式系统(Wireless Distribution System，缩写为WDS)的无线分布式系统信息元素(Wireless Distribution System Information Element，缩写为WDS IE)。通过WDS IE表明这是一个AP发送的请求支持WDS连接的AP的Probe Request帧，从而可以探询在同一ESS中有多少AP支持WDS连接。WDS也支持两种连接方式：一种是通过广播的扩展Probe Request帧探询ESS中所有可以进行WDS连接的AP；另一种是通过发送定向(单播)扩展Probe Request帧向指定的AP进行WDS探询请求。第一种方式由于只需要配置连接的SSID，具体连接某个AP是由AP自动决定的，所以被称之为WDS自动连接方式；第二种方式由于需要配置待连接AP的基本服务集标识(Basic service set identification，缩写为BSSID)，被连接的AP由配置决定，所以也被称之为WDS手工配置连接方式。

图2a示出了根据本发明的采用WDS自动连接方式的无线通信方法的流程图。在根据本发明所提供的在至少两个无线接入点(包括第一无线接入点和第二无线接入点)之间进行无线通信的方法中，包括以下步骤：

在步骤S102，第一无线接入点至少向第二无线接入点发送探询请求帧；

在步骤S104，第二无线接入点对来自第一无线接入点的探询请求帧进行响应，向第一无线接入点发送探询响应帧；

在步骤S106，第一无线接入点向第二无线连接点发送连接请求帧；

在步骤S108，第二无线接入点对来自第一无线接入点的连接请求帧进行响应，向第一无线接入点发送连接响应帧；以及

在步骤S110，在第一无线接入点和第二无线接入点之间建立无线通信连接，第一无线接入点与第二无线接入点进行数据帧交换(数据交换)。

在上述无线通信方法中，在步骤S110之后，还包括步骤S114，如果第一无线接入点和第二无线接入点中的任一个或两者认为需要断开连接，则向对方发送取消连接帧，并断开连接，进入未连接状态。

应当理解，本文中所提及的第一无线接入点和第二无线接入点可以互换，“第一”和“第二”本身并没有限定意义，仅是为了叙述方便而已。

图2b示出了根据本发明的采用WDS手动配置连接方式的无线通信方法的流程图。

和图2a示出的方法相比，采用WDS手动配置连接方式的无线通信方法和采用WDS自动连接方式的无线通信方法的不同之处在于：在第一无线接入点向第二无线接入点发送探询请求帧之前，需要在第一无线接入点上配置第二无线接入点的基本服务集标识(Basic service set identification，缩写为BSSID)，也就是：在步骤S102之前，还要进行步骤S100，在第一无线接入点上配置第二无线接入点的基本服务集标识。

在图2a和图2b示出的无线通信方法中，还可以通过在步骤S110之后加入以下步骤实现WDS的保持活性(keep alive)机制，如图3所示：

S116)第二无线接入点启动老化定时器；

S118)如果第二无线接入点在规定的老化时间段内没有收到来自第一无线接入点的任何帧，则第二无线接入点向第一无线接入点发送带有无线分布式系统信息元素的探询请求帧；以及

S120)如果第二无线接入点没有接收到来自第一无线接入点的应答，则第二无线接入点向第一无线接入点发送取消连接帧，并由连接状态进入未连接状态。

图4示出了用于实施根据本发明无线通信方法的无线通信系统400的示意图。该无线通信系统400包括至少两个无线接入点，在图4的实施例中，示出了五个无线接入点，分别为第一无线接入点(Access Point，缩写为AP)402、第二无线接入点404、第三无线接入点406、第四无线接入点408、以及第五无线接入点410。这些无线接入点设置有WDS探询请求帧、WDS探询响应帧、WDS连接请求帧、WDS连接响应帧、WDS认证请求帧、WDS认证响应帧、以及WDS取消连接帧。根据本发明的无线通信系统400用于执行图2a和图2b示出的无线通信方法。

当采用WDS自动连接方式时，第一无线接入点402向外发广播带WDS IE的Probe Request帧探询支持WDS连接的AP，从探询到的支持WDS连接的AP中选择一个进行WDS连接。

在接收方端，收到第一无线接入点402发送的广播带WDS IE的Probe Request帧，如果支持WDS连接，则回Probe Response帧。

当接收到对方发送的WDS连接请求帧时，根据接收到的WDS连接请求帧内容，判断是否能建立连接，回WDS连接响应帧，通过状态码指示连接成功或失败。其连接过程如下：

1.第一无线接入点402发广播带WDS IE的Probe Request帧；

2.支持WDS连接的第二无线接入点404、第三无线接入点406、第四无线接入点408、以及第五无线接入点410中的任一一个或多个回带WDS IE的Probe Response帧；

3.第一无线接入点402向支持WDS连接的第二无线接入点404、第三无线接入点406、第四无线接入点408、以及第五无线接入点410中的任一一个或多个发WDS连接请求；

4.假设收到WDS连接请求的第二无线接入点404向第一无线接入点402发送WDS连接响应；

5.第一无线接入点402向第二无线接入点404发送WDS认证请求帧；

6.第二无线接入点404向第一无线接入点402发送WDS认证响应帧；以及

7.第一无线接入点402和第二无线接入点404之间建立WDS传输通道，进行数据传输。

当采用WDS手工配置连接方式时，第一无线接入点404首先配置希望与之建立连接的无线接入点(例如第二无线接入点406)的BSSID，向第二无线接入点406定向发送带WDS IE的ProbeRequest帧，第二无线接入点406向第一无线接入点404发送带WDSIE的Probe Response帧，第一无线接入点404向第二无线接入点406发WDS连接请求建立连接。第一无线接入点404根据接收到的WDS连接请求帧的内容，判断是否能建立连接，向第二无线接入点406发送WDS连接响应帧，通过状态码指示连接成功或失败。其连接过程如下：

1.第一无线接入点404配置欲连接的第二无线接入点406的BSSID；

2.第一无线接入点404向第二无线接入点406定向发送带WDS IE的Probe Request帧；

3.第二无线接入点406向第一无线接入点404发送带WDSIE的Probe Response帧；

4.第一无线接入点404向第二无线接入点406发WDS连接请求帧；

5.第二无线接入点406向第一无线接入点404发送WDS连接响应帧；

6.第一无线接入点404响应于WDS连接响应帧，向第二无线接入点406发送WDS认证请求帧；

7.第二无线接入点406向第一无线接入点404发送WDS认证响应帧；以及

8.第一无线接入点402和第二无线接入点404之间建立WDS传输通道，进行数据传输。

以下参照图5a至5e对在无线通信过程中使用的帧的格式进行说明。

图5a示出了在根据本发明的无线通信方法和系统中使用的探询请求帧和探询响应帧带有的无线分布式系统信息元素的格式。从图中可以看出，无线分布式系统信息元素(WDS IE)包括元素识别码域(ElementID)、长度域(Length)、组织唯一标识域(Organization unique identifier，OUI)、组织唯一标识类型域(OUIType)、组织唯一标识子类型域(OUI Subtype)、以及版本域(Version)。ElementID是元素标识符，用来标识不同的信息元素，WDS IE使用802.11标准保留的厂商自定义IE标识221，WDS IE的长度固定为6字节，3字节的OUI(组织唯一标识)，1字节的OUI类型域，1字节的OUI子类型域及1字节的版本信息。此处使用但不限于华为公司的OUI：00-E0-FC，OUI类型、子类型及WDS IE的版本信息都值都为1。

WDS IE的域值对应关系如表2所示：

Field	Value
Field	Value	Element ID	221
Length	6	Element ID	221
Length	6	OUI	00:E0:FC
OUI Type	1	OUI	00:E0:FC
OUI Type	1	OUI Subtype	1

表2 WDS IE域值对应表

在探询请求(Probe Request)帧实体中增加了WDS IE项。

WDS探询请求帧的帧实体如表3所示

序号	内容	备注
序号	内容	备注	4	WDS IE	需要建立WDS连接的AP发出的ProbeRequest帧带有WDS信息元素

表3 WDS探询请求帧的帧实体

在Probe Response帧实体中增加了WDS IE项

WDS探询响应帧的帧实体如表4所示

序号	内容	备注
序号	内容	备注	13	WDS IE	只有当接收到的Probe Request帧中携带有WDS IE，并且支持WDS连接的AP产生的探询响应帧中才使用WDS IE

表4 WDS探询响应帧的帧实体

下面结合图5b-5e介绍WDS管理帧，WDS管理帧包括WDS连接请求帧、WDS连接响应帧、WDS取消连接帧、WDS认证请求帧、WDS认证响应帧和取消WDS认证帧。在本发明中，使用了820.11中四地址的数据帧来定义WDS管理帧。通过802.2 SNAP头中的类型字段表明是WDS管理帧。

图5b示出了在根据本发明的无线通信方法和系统中使用的WDS连接请求帧的格式。WDS连接请求帧包括帧控制域、持续时间域、第一地址域(地址1)、第二地址域(地址2)、第三地址域(地址3)、顺序控制域、第四地址域(地址4)、目的服务访问点域(DSAP)、源服务访问点域(SSAP)、控制域(CNTL)、组织代码域(Orgcode)、第一类型域、版本域、第二类型域、能力信息域、服务集识别码域(SSID)、支持速率域、强壮安全网络域(RSN)、物理层扩展速率帧域(ERP)、扩展速率集域、以及帧校验序列域(FCS)。

图5c示出了在根据本发明的无线通信方法和系统中使用的WDS连接响应帧的格式。WDS连接响应帧包括帧控制域、持续时间域、第一地址域(地址1)、第二地址域(地址2)、第三地址域(地址3)、顺序控制域、第四地址域(地址4)、目的服务访问点域(DSAP)、源服务访问点域(SSAP)、控制域(CNTL)、组织代码域(Orgcode)、第一类型域、版本域、第二类型域、能力信息域、状态码域、支持速率域、强壮安全网络域(RSN)、物理层扩展速率帧域(ERP)、扩展速率集域、以及帧校验序列域(FCS)。

图5d示出了在根据本发明的无线通信方法和系统中使用的WDS取消连接帧的格式。取消连接帧包括帧控制域、持续时间域、第一地址域(地址1)、第二地址域(地址2)、第三地址域(地址3)、顺序控制域、第四地址域(地址4)、目的服务访问点域(DSAP)、源服务访问点域(SSAP)、控制域(CNTL)、组织代码域(Orgcode)、第一类型域、版本域、第二类型域、原因码域、以及帧校验序列域(FCS)。

在本发明中，WDS数据帧是四地址的802.11数据帧。图4e示出了在根据本发明的无线通信方法和系统中使用的WDS数据帧的格式。WDS数据帧包括帧控制域、持续时间域、第一地址域(地址1)、第二地址域(地址2)、第三地址域(地址3)、顺序控制域、第四地址域(地址4)、数据域、以及帧校验序列域(FCS)。

WDS两端采用4个地址的封装格式，支持数据加密，同时也支持VLAN tag。WDS使用802.11中帧控制域TO DS、From DS都置位的四地址数据帧。根据IEEE Std 802.1Q-1998s标准定义，带VLAN TAG的WDS加密数据帧格式如图4f所示。加密数据帧包括：帧控制域、持续时间域、第一地址域(地址1)、第二地址域(地址2)、第三地址域(地址3)、顺序控制域、第四地址域(地址4)、初始化向量域(IV)、目的服务访问点域(DSAP)、源服务访问点域(SSAP)、控制域(control)、组织唯一标识符域(OUI)、虚拟局域网标签域(VLAN TAG)、类型域(type)、数据域(Data)、完整性检验值域(ICV)、以及帧校验序列域(FCS)。其中IV(初始化向量)、ICV(完整性校验值)的长度依据加密算法不同而不同。

为了保证通信的安全性，需要对第一无线接入点和第二无线接入点的身份进行认证，可以采用认证算法进行认证，可以使用开放式认证算法，也可以使用共享密钥认证算法。图6和图7分别示出了采用开放式认证算法和共享密钥认证算法进行认证时的流程图。

如图6所示，采用开放式认证算法时，第一无线接入点和第二无线接入点之间进行一次交互，认证过程发生在步骤S108之后和步骤S110之前，包括以下步骤：

S124)第一无线接入点向第二无线接入点发送认证请求帧；

S126)第二无线接入点响应于来自第一无线接入点的认证请求帧，向第一无线接入点发送认证响应帧；

S128)如果认证成功，则在第一无线接入点和第二无线接入点之间建立无线通信连接；以及

S130)如果认证不成功，则第一无线接入点进入未连接状态，发送带有无线分布式系统信息元素的探询请求帧，主动扫描可以接入的其它无线连接点。

如图7所示，采用共享密钥认证算法时，第一无线接入点和第二无线接入点之间进行两次交互，认证过程发生在步骤S108之后和步骤S110之前，包括以下步骤：

S132)第一无线接入点向第二无线接入点发送第一认证帧；

S134)第二无线接入点响应于来自第一无线接入点的第一认证帧，向第一无线接入点发送第二认证帧；

S136)第一无线接入点响应于来自第二无线接入点的第二认证帧，向第二无线接入点发送第三认证帧；

S138)第二无线接入点响应于来自第一无线接入点的第三认证帧，向第一无线接入点发送第四认证帧；

S140)如果认证成功，则在第一无线接入点和第二无线接入点之间建立无线通信连接；以及

S142)如果认证不成功，则第一无线接入点进入未连接状态，发送带有无线分布式系统信息元素的探询请求帧，主动扫描可以接入的其它无线连接点。

对于本领域技术人员来说，显而易见地是，除了上述的开放系统认证和共享密钥认证外，还可以使用其它的认证，不再赘述。对于开放系统认证和共享密钥认证可参见IEEE802.11的第8章Authentication and privacy。

下面参看图8说明采用开放式认证算法时使用的认证请求帧和认证响应帧的格式。

认证请求帧和认证响应帧均包括：帧控制域、持续时间域、第一地址域(地址1)、第二地址域(地址2)、第三地址域(地址3)、顺序控制域、第四地址域(地址4)、目的服务访问点域(DSAP)、源服务访问点域(SSAP)、控制域(CNTL)、组织代码域(Orgcode)、第一类型域、版本域、第二类型域、算法域(algoNo)、认证交换顺序号域(transSeqNo)、状态码域(statusCode)、以及帧校验序列域(FCS)。认证请求帧中的认证交换顺序号域的值为1，认证响应帧中的认证交换顺序号域的值为2。

另外，采用开放式认证算法时，认证请求帧和认证响应帧中的算法域(algoNo)的值为0。

下面分别参看图9a至9d分别说明采用共享密钥认证算法进行认证时的第一认证帧、第二认证帧、第三认证帧、以及第四认证帧的格式。

第一认证帧和第四认证帧均包括：帧控制域、持续时间域、第一地址域(地址1)、第二地址域(地址2)、第三地址域(地址3)、顺序控制域、第四地址域(地址4)、目的服务访问点域(DSAP)、源服务访问点域(SSAP)、控制域(CNTL)、组织代码域(Orgcode)、第一类型域、版本域、第二类型域、算法域(algoNo)、认证交换顺序号域(transSeqNo)、状态码域(statusCode)、以及帧校验序列域(FCS)。第一认证帧的认证交换顺序号域(transSeqNo)的值为1，第四认证帧的认证交换顺序号域(transSeqNo)的值为4。

第二认证帧是带有质询文本的认证帧，其包括帧控制域、持续时间域、第一地址域(地址1)、第二地址域(地址2)、第三地址域(地址3)、顺序控制域、第四地址域(地址4)、目的服务访问点域(DSAP)、源服务访问点域(SSAP)、控制域(CNTL)、组织代码域(Orgcode)、第一类型域、版本域、第二类型域、算法域(algoNo)、认证交换顺序号域(transSeqNo)、状态码域(statusCode)、质询文本域(challenge)、以及帧校验序列域(FCS)。所述第二认证帧的认证交换顺序号域的值为2。

第三认证帧是带有质询文本和初始化向量的认证帧，其包括帧控制域、持续时间域、第一地址域(地址1)、第二地址域(地址2)、第三地址域(地址3)、顺序控制域、第四地址域(地址4)、目的服务访问点域(DSAP)、源服务访问点域(SSAP)、控制域(CNTL)、组织代码域(Orgcode)、第一类型域、版本域、第二类型域、初始化向量域(IV)、算法域(algoNo)、认证交换顺序号域(transSeqNo)、状态码域(statusCode)、质询文本域(challenge)、以及帧校验序列域(FCS)。所述第三认证帧的认证交换顺序号域的值是3。

采用共享密钥认证算法时，第一认证帧、第二认证帧、第三认证帧、以及第四认证帧中的算法域(algoNo)的值为1。

由上述可见，transSeqNo表示认证交换顺序号，该域长度为2字节。在认证过程中，它随认证帧的交换而递增。IV为4字节的密钥和初始化向量。第一认证帧和第三认证帧属于3类帧，是WDS认证请求帧；第二认证帧和第四认证帧属于3类帧，是WDS认证响应帧。

根据本发明的无线通信方法和系统提供了ESS中AP之间通信的认证、连接、数据通信和数据加密的解决方案，所以能保证AP(包括不同厂商的AP)之间可以进行可靠有效的通信。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种用于在至少两个无线接入点之间进行无线通信的方法，所述至少两个无线接入点包括第一无线接入点和第二无线接入点，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S104)所述第二无线接入点对来自所述第一无线接入点探询请求帧进行响应，向所述第一无线接入点发送探询响应帧；

2.根据权利要求1所述的用于在至少两个无线接入点之间进行无线通信的方法，其特征在于，所述探询请求帧和所述探询响应帧均带有无线分布式系统信息元素。

3.根据权利要求2所述的用于在至少两个无线接入点之间进行无线通信的方法，其特征在于，所述无线分布式系统信息元素包括元素识别码域、长度域、组织唯一标识域、组织唯一标识类型域、组织唯一标识子类型域、以及版本域。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的用于在至少两个无线接入点之间进行无线通信的方法，其特征在于，在所述步骤S102之前还包括以下步骤：

S100)在所述第一无线接入点上配置所述第二无线接入点的基本服务集标识。

5.根据权利要求4所述的用于在至少两个无线接入点之间进行无线通信的方法，其特征在于，在所述步骤S110之后，还包括以下步骤：

S114)如果所述第一无线接入点和所述第二无线接入点中的任一个或两者认为需要断开连接，则向对方发送取消连接帧，并断开连接，进入未连接状态。

6.根据权利要求5所述的用于在至少两个无线接入点之间进行无线通信的方法，其特征在于，所述取消连接帧包括帧控制域、持续时间域、第一地址域、第二地址域、第三地址域、顺序控制域、第四地址域、目的服务访问点域、源服务访问点域、控制域、组织代码域、第一类型域、版本域、第二类型域、原因码域、以及帧校验序列域。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的用于在至少两个无线接入点之间进行无线通信的方法，其特征在于，在所述步骤S110之后，还包括以下步骤：

8.根据权利要求1至3中任一项所述的用于在至少两个无线接入点之间进行无线通信的方法，其特征在于，在所述步骤S110中成功建立无线通信连接后，还包括以下步骤：

S116)所述第二无线接入点启动老化定时器；

S118)如果所述第二无线接入点在规定的老化时间段内没有收到来自所述第一无线接入点的任何帧，则所述第二无线接入点向所述第一无线接入点发送带有无线分布式系统信息元素的探询请求帧；以及

S120)如果所述第二无线接入点没有接收到来自所述第一无线接入点的应答，则所述第二无线接入点向所述第一无线接入点发送取消连接帧，并由连接状态进入未连接状态。

9.根据权利要求8所述的用于在至少两个无线接入点之间进行无线通信的方法，其特征在于，在所述步骤S120之后还包括以下步骤：

S122)所述第一无线接入点启动扫描定时器，发送带有无线分布式系统信息元素的探询请求帧，主动扫描可以接入的其它无线连接点。

10.根据权利要求1至3中任一项所述的用于在至少两个无线接入点之间进行无线通信的方法，其特征在于，所述第一无线接入点和所述第二无线接入点之间通过开放式认证算法采用一次交互的形式进行认证。

11.根据权利要求10所述的用于在至少两个无线接入点之间进行无线通信的方法，其特征在于，所述认证过程发生在所述S110之前，包括以下步骤：

S124)所述第一无线接入点向所述第二无线接入点发送认证请求帧；

S126)所述第二无线接入点响应于来自所述第一无线接入点的认证请求帧，向所述第一无线接入点发送认证响应帧；

S128)如果认证成功，则在所述第一无线接入点和所述第二无线接入点之间建立无线通信连接；以及

S130)如果认证不成功，则所述第一无线接入点进入未连接状态，发送带有无线分布式系统信息元素的探询请求帧，主动扫描可以接入的其它无线连接点。

12.根据权利要求11所述的用于在至少两个无线接入点之间进行无线通信的方法，其特征在于，所述认证请求帧和所述认证响应帧均包括帧控制域、持续时间域、第一地址域、第二地址域、第三地址域、顺序控制域、第四地址域、目的服务访问点域、源服务访问点域、控制域、组织代码域、第一类型域、版本域、第二类型域、算法域、认证交换顺序号域、状态码域、以及帧校验序列域。

13.根据权利要求12所述的用于在至少两个无线接入点之间进行无线通信的方法，其特征在于，所述认证请求帧中的认证交换顺序号域的值为1，所述认证响应帧中的认证交换顺序号域的值为2。

14.根据权利要求1至3中任一项所述的用于在至少两个无线接入点之间进行无线通信的方法，其特征在于，所述第一无线接入点和所述第二无线接入点之间通过共享密钥认证算法采用两次交互的形式进行认证。

15.根据权利要求14所述的用于在至少两个无线接入点之间进行无线通信的方法，其特征在于，所述认证过程发生在所述S110之前，包括以下步骤：

S132)所述第一无线接入点向所述第二无线接入点发送第一认证帧；

S134)所述第二无线接入点响应于来自所述第一无线接入点的第一认证帧，向所述第一无线接入点发送第二认证帧；

S136)所述第一无线接入点响应于来自所述第二无线接入点的第二认证帧，向所述第二无线接入点发送第三认证帧；

S138)所述第二无线接入点响应于来自所述第一无线接入点的第三认证帧，向所述第一无线接入点发送第四认证帧；

S140)如果认证成功，则在所述第一无线接入点和所述第二无线接入点之间建立无线通信连接；以及

S142)如果认证不成功，则所述第一无线接入点进入未连接状态，发送带有无线分布式系统信息元素的探询请求帧，主动扫描可以接入的其它无线连接点。

16.根据权利要求15所述的用于在至少两个无线接入点之间进行无线通信的方法，其特征在于，所述第一认证帧和所述第四认证帧均包括帧控制域、持续时间域、第一地址域、第二地址域、第三地址域、顺序控制域、第四地址域、目的服务访问点域、源服务访问点域、控制域、组织代码域、第一类型域、版本域、第二类型域、算法域、认证交换顺序号域、状态码域、以及帧校验序列域。

17.根据权利要求16所述的用于在至少两个无线接入点之间进行无线通信的方法，其特征在于，所述第一认证帧的认证交换顺序号域的值为1，所述第四认证帧的认证交换顺序号域的值为4。

18.根据权利要求15所述的用于在至少两个无线接入点之间进行无线通信的方法，其特征在于，所述第二认证帧是带有质询文本的认证帧，其包括帧控制域、持续时间域、第一地址域、第二地址域、第三地址域、顺序控制域、第四地址域、目的服务访问点域、源服务访问点域、控制域、组织代码域、第一类型域、版本域、第二类型域、算法域、认证交换顺序号域、状态码域、质询文本域、以及帧校验序列域。

19.根据权利要求18所述的用于在至少两个无线接入点之间进行无线通信的方法，其特征在于，所述第二认证帧的认证交换顺序号域的值为2。

20.根据权利要求15所述的用于在至少两个无线接入点之间进行无线通信的方法，其特征在于，所述第三认证帧是带有质询文本和初始化向量的认证帧，其包括帧控制域、持续时间域、第一地址域、第二地址域、第三地址域、顺序控制域、第四地址域、目的服务访问点域、源服务访问点域、控制域、组织代码域、第一类型域、版本域、第二类型域、初始化向量域、算法域、认证交换顺序号域、状态码域、质询文本域、以及帧校验序列域。

21.根据权利要求20所述的用于在至少两个无线接入点之间进行无线通信的方法，其特征在于，所述第三认证帧的认证交换顺序号域的值是3。

22.根据权利要求10或14所述的用于在至少两个无线接入点之间进行无线通信的方法，其特征在于，在认证的过程中，所述第一无线接入点响应于特定情形，向所述第二无线接入点发送认证取消帧。

23.根据权利要求22所述的用于在至少两个无线接入点之间进行无线通信的方法，其特征在于，所述认证取消帧包括帧控制域、持续时间域、第一地址域、第二地址域、第三地址域、顺序控制域、第四地址域、目的服务访问点域、源服务访问点域、控制域、组织代码域、第一类型域、版本域、第二类型域、原因代码帧、以及帧校验序列域。

24.根据权利要求22所述的用于在至少两个无线接入点之间进行无线通信的方法，其特征在于，所述特定情形为所述第一无线接入点处于错误状态。

25.根据权利要求22所述的用于在至少两个无线接入点之间进行无线通信的方法，其特征在于，所述特定情形为所述第一无线接入点或所述第二无线接入点在没有完成认证过程的情况下向所述第二无线接入点或所述第一无线接入点传送数据。

26.根据权利要求1至3中任一项所述的用于在至少两个无线接入点之间进行无线通信的方法，其特征在于，所述连接请求帧包括帧控制域、持续时间域、第一地址域、第二地址域、第三地址域、顺序控制域、第四地址域、目的服务访问点域、源服务访问点域、控制域、组织代码域、第一类型域、版本域、第二类型域、能力信息域、服务集识别码域、支持速率域、强壮安全网络域、物理层扩展速率帧域、扩展速率集域、以及帧校验序列域。

27.根据权利要求26所述的用于在至少两个无线接入点之间进行无线通信的方法，其特征在于，所述连接响应帧包括帧控制域、持续时间域、第一地址域、第二地址域、第三地址域、顺序控制域、第四地址域、目的服务访问点域、源服务访问点域、控制域、组织代码域、第一类型域、版本域、第二类型域、能力信息域、状态码域、支持速率域、强壮安全网络域、物理层扩展速率帧域、扩展速率集域、以及帧校验序列域。

28.根据权利要求27所述的用于在至少两个无线接入点之间进行无线通信的方法，其特征在于，所述第一接入点和所述第二接入点之间通过所述连接请求帧和所述连接响应帧中的能力信息域进行能力协商。

29.根据权利要求28所述的用于在至少两个无线接入点之间进行无线通信的方法，其特征在于，所述能力信息域与802.11中的能力信息字段相同。

30.根据权利要求1所述的用于在至少两个无线接入点之间进行无线通信的方法，其特征在于，所述数据帧包括帧控制域、持续时间域、第一地址域、第二地址域、第三地址域、顺序控制域、第四地址域、数据域、以及帧校验序列域。

31.根据权利要求1所述的用于在至少两个无线接入点之间进行无线通信的方法，其特征在于，所述数据帧是加密数据帧。

32.根据权利要求31所述的用于在至少两个无线接入点之间进行无线通信的方法，其特征在于，所述加密数据帧包括：帧控制域、持续时间域、第一地址域、第二地址域、第三地址域、顺序控制域、第四地址域、初始化向量域、目的服务访问点域、源服务访问点域、控制域、组织唯一标识符域、虚拟局域网标签域、类型域、数据域、完整性检验值域、以及帧校验序列域。