CN102685856B - 无线通信方法与无线直接连接通信系统 - Google Patents

Abstract

本发明设计了一种无线通信方法和系统。包含：至少支持软AP角色的第一无线通信终端，支持STA角色的第二无线通信终端，为第一无线通信终端指定无线直接连接网络的服务集标识SSID，第二无线通信终端扫描到该任意指定SSID，在通信双方发送之前及接收之后对帧进行SSID映射处理。无线直接连接通信终端之间无需AP即可直接建立连接。无线通信方法基于直接连接技术，采用SSID映射过程，从而可以有效的解决无线直接连接中SSID不可任意指定的问题。

Description

无线通信方法与无线直接连接通信系统

技术领域

本发明涉及无线通信和无线直接连接通信系统，特别是一种无需AP即可建立直接连接网络的技术。

背景技术

在802.11系列标准中，基本服务集（basic service set）是802.11网络的基本组件，而基本服务集又分为两种：独立基本服务集（independent basic service set）和基础结构型服务集（infrastructure basic service set）。但是这两种网络仍不能满足用户随时、随地进行多连接并访问互联网的需求，因此Wi-Fi（Wireless Fidelity，无线相容性认证）联盟又推出了新的连接方式：Wi-Fi Direct（Wireless Fidelity Direct，无线直接连接）。

无线直接连接是基于802.11系列标准的规范，它有以下特点：使普通终端STA（Station，客户端）支持软AP（Access Point，无线接入点）的角色，从而提供了一种无需真实接入点即可使多个终端建立直连网络进而直接通信的方式，并且不支持无线直接连接的传统WLAN（无线局域网，Wireless Local Area Networks）的STA也能以STA角色加入到已经建立的直接连接网络中，保障了一个良好的兼容性；它在建立连接时采用的是WPS（Wi-Fi Protected Setup，Wi-Fi保护设置），可以方便的建立起安全的无线网络；除此之外，无线直接连接还允许建立连接的所有支持无线直接连接的设备在适当的时候都进入休眠状态，从而节约电量，而在传统WLAN中，AP（Access Point，访问接入点）是不能进入休眠状态的；而且它允许设备支持并发连接，即一个无线设备可以同时以多种身份(软AP、STA)加入多个无线网络中。

但是在无线直接连接网络中，为了与不支持无线直接连接网络的传统WLAN网络进行区分，无线直接连接规范明确规定无线直接连接网络的服务集标识SSID(Service Set Identifier)的格式只能以字母“DIRECT-”开始，并紧接两个字母“xy”（xy可以是任何字母和数字）在这两者之后则可以是任意内容。在WLAN中，SSID通常是用户识别所在网络的标识，并且经常输入SSID以加入到相应的网络中，所以SSID有太多的格式限制会增大用户输入时出错的概率，另一方面，必须以“DIRECT-”开始也会使SSID过长，从而导致WLAN软件的布局不美观，并致使SSID不能以中文命名，给普通用户带来不便。

    目前，投影设备与无线技术已经紧密的结合在一起，使投影设备有效的摆脱了对线缆的依赖。现有的一种无线投影系统如中国专利申请201110057730.1，它利用802.11中的Ad-Hoc（点对点）模式来传递投影信息，但是仍有以下问题：无线终端一旦与投影设备建立连接，就不能与其它无线设备进行通信，而只能与该投影设备进行通信，如不能同时进行互联网访问等；在现有的无线投影系统中，只能有单方的设备进入省电模式，投影设备及与投影设备连接的无线终端两者无法同时进入省电模式，不能达到节能最大化；因802.11标准的安全有多项，并且操作复杂，易给用户造成困扰，通常用户无法用简单的步骤建立安全的连接。这些劣势影响了802.11与投影技术的结合。因而，推出一种能解决上面问题的方法就显得尤为重要了。

发明内容

 为解决上述的问题，本发明设计了一种无线通信方法和一种无线直接连接的通信系统。

其中无线通信方法基于Wi-Fi Direct，加入了SSID映射过程，从而可以有效的解决无线直接连接中SSID不可任意指定的问题。而设计的无线直接连接通信终端使用上述无线通信方法，装置之间可以无需AP即可直接建立连接。组成无线直接连接通信系统，该系统至少包含两个无线直接连接通信终端。本发明用于直接连接投影系统，可使图像处理设备与投影设备建立直接连接，同时图像处理设备仍可加入到其它网络中，为用户提供快捷的、安全的、可指定SSID、及可并发连接的投影服务。

一种无线通信方法，该方法基于Wi-Fi Direct，第一无线通信终端与第二无线通信终端之间采用无线直接连接方式来进行通信，在Wi-Fi Direct的帧处理过程中加入SSID映射过程，可在直接连接格式的SSID与用户或系统任意指定的SSID之间转换，使得直接连接网络的SSID可以由用户自定义，而不受限于以“DIRECT-”开头。

其中所述第一无线通信终端和第二无线通信终端都工作在直接连接模式。且第一无线通信终端至少支持软AP角色，而第二无线通信终端至少支持STA角色。

在第一无线通信终端方，系统或用户可任意指定无线直接连接网络的服务集标识SSID，第二无线通信终端扫描到该任意指定SSID，在通信双方发送之前及接收之后都需对帧进行SSID映射处理。对于经映射处理的帧，在发送方，将直接连接格式的SSID映射为系统或用户任意指定的SSID；在接收方，将帧中任意指定的SSID映射为直接连接网络格式的SSID。

上述无线通信方法SSID映射的步骤为：

a)         第一无线通信终端获得用户或系统指定的SSID，由系统或用户任意指定；第二无线通信终端扫描得到第一无线通信终端所指定的SSID；

a)         对指定的SSID采用信息摘要算法得到一个固定长度的字符串；

b)         将字母“Direct-”与上述字符串合并，得到直接连接格式的SSID；

c)         保存上述指定的SSID与直接连接格式的SSID之间的对应关系；

d)         进行帧交换，判断帧中是否包含无线直接连接网络SSID信息元素。对于接收到包含直接连接网络SSID的帧，依据上述的指定SSID与直接连接格式的SSID的对应关系，把任意指定的SSID替换为直接连接网络格式的SSID；而对于要发送的包含直接连接网络SSID帧，把直接连接格式的SSID替换为任意指定的SSID。

本发明还提出了一种无线直接连接通信系统，该系统包含两类终端，终端之间通信采用前述无线通信方法实现设备之间的直接连接。这两类终端是：第一无线通信终端和第二无线通信终端。多个无线通信终端之间可建立直接连接网络，并且直接连接网络的SSID是可以任意指定的。无线直接连接通信终端依其充当角色的不同而包含的不同的模块。

对于无需充当软AP的，只充当STA的无线直接连接通信终端，其包含：MAC地址多实体管理模块，为无线直接连接通信终端生成、保存、管理多个MAC实体，MAC实体中一个为传统WLAN网络服务，另一MAC实体则为直接连接网络服务，从而为第一无线通信终端提供并发连接；扫描搜索模块，为前述无线直接连接通信终端提供发现其无线终端的能力，可采用Wi-Fi Direct中的方法；软AP确定模块，负责与其所发现的另一无线通信终端协商确定哪一个无线通信终端充当软AP，确定的依据可为通信终端的硬件处理能力及软件的控制能力；WPS管理模块，采用Wi-Fi保护设置控制设备之间快速建立安全连接；认证信息存储模块，为无线直接连接通信终端存储其使用Wi-Fi保护设置与其发现的另一个无线通信终端快速建立安全连接所用到的相关安全信息，如证书、密钥等信息；SSID识别模块，依据帧中的网络类型标识符及SSID的信息元素标识符，为无线直接连接通信终端提供识别其接收发送的帧中是否含有无线直接连接网络SSID信息元素的功能；SSID映射模块，实现直接连接格式的SSID与指定SSID之间的转换，以解决SSID必须以“DIRECT-”开始的问题；电源节能模块，其采用无线直接连接定义的电源节能协议，以使连接的设备都可进入节能模式。

对于充当软AP的无线直接连接通信终端，需要包含上述只充当STA角色的无线直接连接通信终端包含的模块：MAC地址多实体管理模块、扫描搜索模块、软AP确定模块、WPS管理模块、认证信息存储模块、SSID识别模块、SSID映射模块、电源节能模块。还包含动态主机设置协议DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol）管理模块，为与上述无线直接连接通信终端的软AP角色连接的STA自动分配IP地址；桥接管理模块，为无线直接连接通信终端的软AP角色和STA角色提供桥接功能。当无线直接连接通信终端的STA角色与实体AP连接并可访问互联网时，以使与无线直接连接通信终端软AP角色连接的其它装置也可通过无线直接连接通信终端访问互联网。

上述第一无线通信终端至少要提供软AP的功能，它采用Wi-Fi Direct中定义的GO（Group Owner, 主控制结点）方法，在无线直接连接通信系统中充当软AP角色；第二无线通信终端则至少提供STA功能，它采用Wi-Fi Direct中定义的Client（客户端）方法，在无线直接连接通信系统中充当普通STA的角色，使用SSID映射处理，以达到SSID可任意指定的目的。第一无线通信终端在无线直接连接系统中可同时充当软AP和STA角色，其中软AP角色可为无线直接连接系统中的其它无线通信终端提供实体AP所具有的功能，而第一无线通信终端的STA角色可为第一无线通信终端提供接入其它基础架构网络（如传统WLAN网络）的功能，从而实现并发连接，为达成上述功能，包含前述充当软AP的无线直接连接通信终端所包含的模块：MAC地址多实体管理模块、扫描搜索模块、软AP确定模块、WPS管理模块、认证信息存储模块、SSID识别模块、SSID映射模块、电源节能模块、DHCP管理模块、桥接管理模块。

   第二无线通信终端与第一无线通信终端建立直接连接网络，它在网络中充当STA角色，因此它至少要提供对STA角色的支持，其对无线直接连接的支持是可选的。第二无线通信终端依其对直接连接网络的支持与否而包含不同的模块。

当上述第二无线通信终端不支持无线直接连接时，它至少包含：WPS管理模块，其采用Wi-Fi保护设置来与另一设备快速建立安全的连接；认证信息存储模块，为第二无线通信终端存储其使用Wi-Fi保护设置与其发现的另一个无线通信终端快速建立安全连接所用到的相关安全信息，如证书、密钥等信息。此时第二无线通信终端则只能充当STA的角色，在无线直接连接系统中，与上述第一无线通信终端的软AP角色使用WPS建立连接。

当第二无线通信终端支持无线直接连接时，其包含的模块为前述只充当STA的无线直接连接通信终端所包含的模块：MAC地址多实体管理模块、扫描搜索模块、软AP确定模块、WPS管理模块、认证信息存储模块、SSID识别模块、SSID映射模块、电源节能模块。

在上述无线直接连接系统中，第一无线通信与第二无线通信终端采用前述无线通信方法进行通信。并且对于支持Wi-Fi Direct的通信终端，需经过前述SSID映射处理，而对于不支持Wi-Fi Direct的传统通信终端，因其并无对直接连接格式SSID的限制，故无需经过SSID映射处理。

本发明的无线直接连接系统可用于投影系统，其包括提供可显示图像来源的图像发送设备和负责显示图像的投影设备。上述图像发送设备采用前述无线通信方法将其要投放的影像发送无线信号给上述投影设备，由投影设备进行图像的再现。在上述无线直接连接投影系统中，上述图像发送设备和上述投影设备都至少包含前述无线直接连接通信终端。且两者所包含的无线直接连接通信终端之中，至少有一方提供软AP功能，为两者建立直接连接网络提供保障。

上述图像发送设备具备采集其需要显示的内容的能力，并能把需显示内容转换为直接连接无线信号，通过采用上述无线直接连接通信方法传输到上述投影设备。在上述无线直接连接投影系统中，图像发送设备不只限于PC机，还可是笔记本电脑、智能手机、智能电视等可处理图像的无线设备。无线投影设备则可以是投影仪、显示器、智能电视、LED显示屏等可呈现图像的无线设备。

本发明设计了一种无线通信方法与无线直接连接通信系统，由于加入了对SSID进行映射处理的过程，使得用户可以自定义SSID，从而有效的解决无线直接连接中SSID不可任意指定的问题，增加了用户使用无线直接连接技术的便利性。并同时设计了一种基于无线直接连接的通信终端，该通信终端的通信方法采用无线直接连接通信方法，通信终端之间可以无需AP即可直接建立连接。用于无线直接连接投影系统中保证图像处理设备与投影设备无需AP直接连接，同时图像处理设备仍可加入到其它网络中。本发明增加了用户使用无线直接连接技术的便利性。

附图说明

图1所示为无线通信方法映射流程图；

图2所示为无线直接连接通信系统构成图；

图3为无线通信终端组成图；

图4所示为无线直接连接通信系统的应用场景图；

图5所示为无线直接连接投影系统应用之一；

图6所示为无线直接连接投影系统应用之二。

具体实施方式

 为更进一步阐述本发明为达到目的所采用的方法与技术，以下结合具体附图和实例对本发明所提出的无线通信方法与无线直接连接通信系统步骤加以详细说明。

如图1所示，该图描述了无线通信方法的映射处理流程示意图。包括第一无线通信终端和第二无线通信终端。其中第一无线通信终端充当Wi-Fi Direct中的软AP角色，第二无线通信终端充当Wi-Fi Direct中的STA角色。在两者进行收发帧时需采用图1中的步骤对帧进行处理，以实现SSID可任意指定的目的。

对于第一无线通信终端，它充当软AP角色，因此在这端可以由系统或用户指定SSID，但是无线直接连接只能识别以“Direct-”开头的SSID，所以需要把指定的SSID映射为直接连接格式的SSID。而对于第二无线通信终端，其通信Wi-Fi Direct的扫描过程可得到第一无线通信终端中的指定，需要把指定的SSID映射为直接连接格式的SSID。第一无线通信终端与第二无线通信终端的映射过程一样，该映射过程为：

获得由用户或系统指定的SSID，对指定的SSID进行信息摘要算法，如MD5（Message-Digest Algorithm 5）算法，可获得一固定长度的字符串，对指定的SSID进行MD5运算之后，可得到128位（16个字节）长度的二进行制值，并把这16个字节的最高位置0，这16个字节对应16个ASCII码值。把“Direct-”与得到的16个ASCII码值连接，得到直接连接格式的SSID。将指定的SSID与得到的直接连接格式的SSID保存在结构体 struct CommonSSID内，以确定两者的对应关系。

一旦得到直接连接格式SSID与指定格式SSID的对应关系，就可以在后续的帧传递过程中对帧中的SSID进行替换。在第一无线通信终端与第二无线通信终端，对于要发送出去的帧，具体采用如下方法：

a)             对帧进行解析，依据SSID信息元素的标识符，取出帧中的直接连接格式的SSID；

b)             到结构体struct CommonSSID内找到直接连接格式的SSID，并取出结构体内任意指定的SSID；

c)             并用查找到的指定SSID把帧中的直接连接格式的SSID替换掉；

d)             把替换后的帧发送出去。

而对于接收到的帧，具体采用如下方法

a)         对帧进行解析，依据SSID信息元素的标识符，取出帧中的任意指定的SSID；

b)         到结构体struct CommonSSID内找到任意指定的SSID，并取出结构体内与之对应的直接连接格式的SSID；

c)         并用查找到的直接连接格式SSID把帧中的指定的SSID替换掉；

d)         把替换后的帧交给下一层处理。

如图2所示为无线直接连接通信系统构成图。系统包含充当软AP的第一无线通信终端与充当STA的第二无线通信终端，其中，第一无线通信终端只能有一个，而第二无线通信终端则可由多个，并且第二无线通信终端即可支持直接连接技术也可以不支持直接连接技术。

如图3所示为无线通信终端组成图。作为第一无线通信终端，支持Wi-Fi Direct并充当软AP角色。包含MAC地址多实体管理模块、扫描搜索模块、软AP确定模块、WPS管理模块、认证信息存储模块、电源节能模块以支持Wi-Fi Direct。SSID识别模块和SSID映射模块完成无线通信。DHCP管理模块则负责管理DHCP服务器，以便为第二无线通信终端提供IP地址。桥接管理模块则负责在第一无线通信终端的STA角色和AP角色之间建立桥接，当第一无线通信终端的STA角色连接到互联网时，与第一无线通信终端的软AP角色连接的第二无线通信终端则可通过该桥接功能访问互联网。

对于无线直接连接通信系统中的第二无线通信终端，若该第二无线通信终端也支持直接连接时，终端结构如图2所示，包括：MAC地址多实体管理模块、扫描搜索模块、软AP确定模块、WPS管理模块、认证信息存储模块、电源节能模块，以支持Wi-Fi Direct。SSID识别模块和SSID映射模块实现无线通信方法。第二无线通信终端使用前述无线通信方法与第一无线通信终端建立直接连接网络，并可任意指定SSID。

若第二无线通信终端不支持直接连接时，它只是传统的WLAN终端，只能提供STA角色。那它应至少包含：WPS管理模块、认证信息存储模块。此时它使用Wi-Fi保护设置中的方法与接入到第一无线通信终端中的软AP角色。

图4所示为无线直接连接通信系统的应用场景图。

在图4中，笔记本和PDA（Personal Digital Assistant，个人数字助理）都支持无线直接连接技术，而投影仪并不支持无线直接连接技术。其中支持直接连接的笔记本同时充当软AP和STA角色，而笔记本的STA角色与实体AP连接，建立传统的WLAN网络连接；而笔记本的软AP角色则为网络中的其它终端提供AP功能，使其它终端无需经过AP直接连接到笔记本上。对于支持直接连接的PDA，它同时充当多个STA角色，使其可并发的连接到传统WLAN网络和笔记本提供的直接连接网络中。同时对于不支持直接连接的传统WLAN投影仪来说，它可直接与支持直接连接的笔记本建立连接。

在本实施例中，笔记本和PDA，笔记本和投影仪都不是通过AP进行通信的，它们是通过本发明中提出的无线通信方法建立连接，通过直接连接技术，在没有AP的环境下，笔记本和PDA，笔记本和投影仪可直接通信，甚至PDA与投影仪之间也可通过笔记本的软AP角色进行通信。并且笔记本提供的直接连接网络的SSID无需以“DIRECT-”开头。而对于本实施例中的不支持直接连接的传统WLAN投影仪，因其本身不支持直接连接网络，所以也就没有SSID格式方面的限制，因此也就不需要对帧进行额外的处理。其处理过程只需遵循WLAN的标准过程即可。

在本实施例中，无线直接连接投影系统至少包含：一台图像发送设备及一无线投影设备。其中图像发送设备与无线投影设备至少应有一方要包含前述的可充当软AP的无线直接连接装置，图像发送设备与无线投影设备通过前述的无线直接连接方法建立直接连接网络，进而传输数据，无需AP的干涉。

图像发送设备和无线投影设备至少应有一方包含的前述无线直接连接装置，图像发送设备和无线投影设备可由其任一充当软AP角色，因此图像发送设备和无线投影设备所包含的无线直接连接装置会有多种组合。在本实施例中，分别以图像发送设备和无线投影设备充当软AP来说明。

如图5所示，图像发送设备充当软AP。在图5中，笔记本和投影仪都包含前述无线直接连接装置，笔记本电脑支持无线直接连接并充当软AP角色，而投影仪则只充当STA角色。投影仪加入到笔记本建立的直接网络中，进而进行图像传输。并且此时笔记本提供DHCP和桥接功能，而笔记本的STA角色仍然可以加入到的其它网络中，进行互联网的访问。

如图6所示，无线投影设备充当软AP。在图6中，无线投影设备充当软AP角色。无线投影设备支持无线直接连接并充当软AP角色，而投影仪则支持无线直接连接并只充当STA角色。笔记本加入到投影仪建立的无线直接连接网络中，进行图像传输。并且此时投影仪提供DHCP功能，而笔记本的另一STA角色仍然可以加入到的其它网络中，进行互联网的访问。

以上只为本发明的优先实施方式而已，凡在本发明所使用的方法下进行的组合或改变，均应理解为在本发明的申请专利范围内。

Claims (7)

1.一种无线通信方法，其特征是，第一无线通信终端和第二无线通信终端工作在直接连接模式，第一无线通信终端至少支持软无线接入点AP角色，而第二无线通信终端支持客户端STA角色，系统或用户任意为第一无线通信终端指定无线直接连接网络的服务集标识SSID，第二无线通信终端扫描到该指定SSID，在通信双方发送之前及接收之后对帧进行SSID映射处理；在发送方，将直接连接格式的SSID映射为系统或用户任意指定的SSID，在接收方，将帧中任意指定的SSID映射为直接连接格式的SSID，所述SSID映射处理具体包括：第一无线通信终端获得用户或系统指定的SSID，第二无线通信终端扫描得到第一无线通信终端获得的SSID，对指定的SSID采用信息摘要算法得到一个固定长度的字符串；将“Direct-”与上述字符串合并，得到直接连接格式的SSID，保存上述指定的SSID与直接连接格式的SSID之间的对应关系到结构体内。

2.根据权利要求1所述无线通信方法，其特征是，在后续的帧传递过程中对帧中的SSID进行替换，对于要发送出去的帧，对帧进行解析，依据SSID信息元素的标识符，取出帧中的直接连接格式的SSID；到结构体内找到直接连接格式的SSID，并取出结构体内对应的任意指定的SSID；并用指定SSID把帧中的直接连接格式的SSID替换掉；把替换后的帧发送出去。

3.根据权利要求1所述无线通信方法，其特征是，对接收到的帧，对帧进行解析，依据SSID信息元素的标识符，取出帧中任意指定的SSID，在结构体内寻找任意指定的SSID，取出结构体内与之对应的直接连接格式的SSID，并用直接连接格式SSID把帧中指定的SSID替换掉。

4.根据权利要求2所述无线通信方法，其特征是，在帧交换中，判断帧中是否包含无线直接连接格式的SSID信息元素，对于接收到包含直接连接格式的SSID帧，根据映射关系把任意指定的SSID替换为直接连接格式的SSID，对于要发送的包含直接连接格式的SSID帧，根据映射关系把直接连接格式的SSID替换为任意指定的SSID。

5.一种无线直接通信系统，其特征是，包括第一无线通信终端和第二无线通信终端，多个无线通信终端之间建立直接连接网络，并且直接连接网络的服务集标识SSID是任意指定的，第一无线通信终端可同时充当软无线接入点AP和客户端STA角色，第二无线通信终端充当STA角色，使用SSID映射处理，实现SSID的任意指定，其中，第一无线通信终端的软AP角色为无线直接连接系统中的其它无线通信终端提供实体AP，STA角色为第一无线通信终端提供接入其它基础架构网络的能力，实现并发连接；所述SSID映射处理具体包括：第一无线通信终端获得用户或系统指定的SSID，第二无线通信终端扫描得到第一无线通信终端获得的SSID，对指定的SSID采用信息摘要算法得到一个固定长度的字符串；将服务集标识中字母“Direct-”与上述字符串合并，得到直接连接格式的SSID，保存上述指定的SSID与直接连接格式的SSID之间的对应关系。

6.根据权利要求5所述的无线直接通信系统，其特征是，对于只充当STA的第二无线通信终端，包含：MAC地址多实体管理模块,为系统生成、保存、管理多个MAC实体,为第一无线通信终端提供并发连接；扫描搜索模块搜寻其他无线装置；软AP确定模块协商确定哪一个无线通信终端充当软AP；WPS管理模块控制设备之间快速建立安全连接；认证信息存储模块为无线直接连接通信终端存储安全信息；SSID识别模块依据帧中的网络类型标识符及SSID的信息元素标识符，为系统提供识别其接收、发送的帧中是否含有无线直接连接网络SSID信息元素；SSID映射模块为直接连接格式的SSID与指定SSID之间转换。

7.根据权利要求5所述的无线直接通信系统，其特征是，当第一无线通信终端还需充当软AP角色，终端进一步包括：DHCP管理模块：为与其连接的STA自动分配IP地址,桥接管理模块为软AP角色和STA角色提供桥接功能。