基于Android系統平臺的Wi—Fi Direct模塊功能機制研究

摘 要：Wi-Fi Direct（Wi-Fi直連）是較新的短距離無線通信技術，目前主流的移動操作系統都提供了對該技術的支持。其中，Android系統占有的市場份額最大。本文針對Android系統上Wi-Fi直連功能及構成進行深入的分析和研究，旨在呈現Android系統內Wi-Fi直連功能模塊構成和運行流程，以對技術開發人員了解并運用Wi-Fi直連功能提供啟示和指導作用。

關鍵詞：Wi-Fi Direct；Android平臺；底層機制

Wi-Fi直連是Wi-Fi聯盟為實現特定的應用，對現有的部分IEEE802.11技術標準進行整合并創新制定的一套新的標準集合，規定了Wi-Fi直連技術特有的層次結構、拓撲網絡、運行機制和功能實現及特點[1]。該技術具有連接迅速、速率高和覆蓋廣等特點，有著廣泛的應用前景和競爭優勢。Android系統從4.0版本開始，即在軟件棧中增加了Wi-Fi直連支持代碼，在底層Linux內核中增加了Wi-Fi直連驅動，實現支持Wi-Fi直連功能。在Android平臺上，Wi-Fi直連功能代碼涉及Android應用框架層、標準庫層、HAL（硬件抽象層）和Linux內核層。

1 Wi-Fi直連底層模型

Wi-Fi直連底層模型由HAL和內核層代碼構成。其中，內核層是Android系統定制的Linux內核，是Android軟件棧的最底層。HAL位于內核層之上，是對內核層設備模塊驅動的統一封裝，為上層軟件棧提供內核設備模塊驅動操作接口。

1.1 內核層Wi-Fi直連模塊

Android的內核層取自傳統的Linux內核，并對其進行特定的修改和優化，使更加適應嵌入式設備，提升系統的運行性能。在內核層，Wi-Fi直連模塊主要由設備驅動和wpa_supplicant后臺進程組成。后臺進程負責接收上層操作請求和上傳硬件響應事件，通過socket與Wi-Fi直連硬件驅動進行通信，完成這些請求和事件的交互。

1.2 HAL層內Wi-Fi直連模塊

HAL是Android系統在內核層與上層應用框架之間構建的一個驅動抽象層[2]。用于封裝內核中Wi-Fi等設備的驅動，統一驅動調用接口供上層框架調用，使Android不過度依賴Linux內核。Wi-Fi直連的HAL基于傳統的HAL架構模式，在系統源碼中的wifi.c文件內實現，將各種操作功能接口封裝成*.so動態鏈接庫，供應用框架層通過JNI調用，實現對Wi-Fi直連設備驅動的功能操作和事件監聽。

2 Wi-Fi直連功能模塊構成

基于HAL提供的操作接口，應用框架層將各種Wi-Fi直連功能以API的形式供應用程序調用，從而構成Wi-Fi直連的功能模塊體系。該體系主要由Wi-Fi直連功能管理器、狀態機和事件監聽器構成，負責對下下達設備操作命令，維護并監聽設備狀態。對上提供功能操作調用接口。

2.1 功能管理器

Wi-Fi直連的功能管理器主要由系統源碼中的WifiP2pManager類實現，該類運行在主線程上，用于調用操作Wi-Fi直連的各項功能。將用戶對Wi-Fi直連功能的操作請求命令通過進程間通信，以異步消息為載體發送到Wi-Fi直連狀態機上，并最終由Wi-Fi直連狀態機交由wpa_supplicant后臺進程處理。由于需要跨進程交互操作命令，且Android系統中不同進程間不能共享內存，所以此處采用Android系統中的AIDL實現跨進程訪問。

2.2 狀態機

Wi-Fi直連狀態機，主要由系統源碼中的WifiP2pService類實現，以狀態機的形式維護著Wi-Fi直連設備的各種狀態，并能夠根據當前狀態對上層請求的操作命令和事件監聽器發出的底層事件進行處理。狀態機在其內部使用Wi-Fi直連的各種狀態構建了一顆狀態樹，當狀態機接收到用戶請求的操作命令時，先根據當前狀態對請求命令進行判斷，查看是否需要轉換到新的狀態，然后再對請求命令進行處理，最終通過HAL內wifi.c將命令發送給wpa_supplicant進程，讓其與內核驅動進行交互。同樣，當狀態機收到事件監聽器傳回的底層事件時，先根據當前狀態進行和收到的事件判斷是否需要轉換到新的狀態，然后再處理事件，最后采用Android廣播機制將事件廣播出去。

2.3 事件監聽器

Wi-Fi直連事件監聽器主要由系統源碼中的WifiMonitor類實現，是由狀態機啟動的監聽線程，通過線程循環內的waitForEvent（），監聽wpa_supplicant進程發出的各種Wi-Fi直連驅動事件，并對事件進行處理，處理結果通過線程間通信采用異步消息的形式發送給狀態機。waitForEvent（）是阻塞函數，在收到底層事件之前，監聽線程阻塞。waitForEvent（）方法進一步調用HAL的wifi_wait_for_event（）函數監聽wpa_supplicant事件。

3 Wi-Fi直連運行流程

Android設備啟動時，Android框架層的本地服務首先啟動Wi-Fi直連狀態機，再由狀態機通過JNI調用HAL函數，加載Wi-Fi內核模塊wlan.ko（該模塊位于Android系統的/system/lib/modules/文件夾下）[3]。然后，狀態機調用HAL內wifi_start_P2P_supplicant（）函數，加載Android系統/data/misc/wifi/文件夾中的Wi-Fi直連配置文件P2P_supplicant.conf，啟動Wpa_supplicant進程。最后，功能管理器將接受上層應用發出的各種操作請求，交由狀態機處理，操作各種Wi-Fi直連功能。

[參考文獻]

[1]韓毅剛，等.計算機網絡與通信[M].北京：機械工業出版社，2013.

[2]金泰延，等.Android框架揭秘[M].北京：人民郵電出版社，2012.

[3]胡偉.Android系統架構及其驅動研究[J].廣州廣播電視大學學報，2010第4期.