基于Android系統(tǒng)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(shù)，目前主流的移動操作系統(tǒng)都提供了對該技術(shù)的支持。其中，Android系統(tǒng)占有的市場份額最大。本文針對Android系統(tǒng)上Wi-Fi直連功能及構(gòu)成進行深入的分析和研究，旨在呈現(xiàn)Android系統(tǒng)內(nèi)Wi-Fi直連功能模塊構(gòu)成和運行流程，以對技術(shù)開發(fā)人員了解并運用Wi-Fi直連功能提供啟示和指導作用。

關(guān)鍵詞：Wi-Fi Direct；Android平臺；底層機制

Wi-Fi直連是Wi-Fi聯(lián)盟為實現(xiàn)特定的應(yīng)用，對現(xiàn)有的部分IEEE802.11技術(shù)標準進行整合并創(chuàng)新制定的一套新的標準集合，規(guī)定了Wi-Fi直連技術(shù)特有的層次結(jié)構(gòu)、拓撲網(wǎng)絡(luò)、運行機制和功能實現(xiàn)及特點[1]。該技術(shù)具有連接迅速、速率高和覆蓋廣等特點，有著廣泛的應(yīng)用前景和競爭優(yōu)勢。Android系統(tǒng)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(nèi)核中增加了Wi-Fi直連驅(qū)動，實現(xiàn)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(yīng)用框架層、標準庫層、HAL（硬件抽象層）和Linux內(nèi)核層。

1 Wi-Fi直連底層模型

Wi-Fi直連底層模型由HAL和內(nèi)核層代碼構(gòu)成。其中，內(nèi)核層是Android系統(tǒng)定制的Linux內(nèi)核，是Android軟件棧的最底層。HAL位于內(nèi)核層之上，是對內(nèi)核層設(shè)備模塊驅(qū)動的統(tǒng)一封裝，為上層軟件棧提供內(nèi)核設(shè)備模塊驅(qū)動操作接口。

1.1 內(nèi)核層Wi-Fi直連模塊

Android的內(nèi)核層取自傳統(tǒng)的Linux內(nèi)核，并對其進行特定的修改和優(yōu)化，使更加適應(yīng)嵌入式設(shè)備，提升系統(tǒng)的運行性能。在內(nèi)核層，Wi-Fi直連模塊主要由設(shè)備驅(qū)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(yīng)事件，通過socket與Wi-Fi直連硬件驅(qū)動進行通信，完成這些請求和事件的交互。

1.2 HAL層內(nèi)Wi-Fi直連模塊

HAL是Android系統(tǒng)在內(nèi)核層與上層應(yīng)用框架之間構(gòu)建的一個驅(qū)動抽象層[2]。用于封裝內(nèi)核中Wi-Fi等設(shè)備的驅(qū)動，統(tǒng)一驅(qū)動調(diào)用接口供上層框架調(diào)用，使Android不過度依賴Linux內(nèi)核。Wi-Fi直連的HAL基于傳統(tǒng)的HAL架構(gòu)模式，在系統(tǒng)源碼中的wifi.c文件內(nèi)實現(xiàn)，將各種操作功能接口封裝成*.so動態(tài)鏈接庫，供應(yīng)用框架層通過JNI調(diào)用，實現(xiàn)對Wi-Fi直連設(shè)備驅(qū)動的功能操作和事件監(jiān)聽。

2 Wi-Fi直連功能模塊構(gòu)成

基于HAL提供的操作接口，應(yīng)用框架層將各種Wi-Fi直連功能以API的形式供應(yīng)用程序調(diào)用，從而構(gòu)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(tài)機和事件監(jiān)聽器構(gòu)成，負責對下下達設(shè)備操作命令，維護并監(jiān)聽設(shè)備狀態(tài)。對上提供功能操作調(diào)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(tǒng)源碼中的WifiP2pManager類實現(xiàn)，該類運行在主線程上，用于調(diào)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(fā)送到Wi-Fi直連狀態(tài)機上，并最終由Wi-Fi直連狀態(tài)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(tǒng)中不同進程間不能共享內(nèi)存，所以此處采用Android系統(tǒng)中的AIDL實現(xiàn)跨進程訪問。

2.2 狀態(tài)機

Wi-Fi直連狀態(tài)機，主要由系統(tǒng)源碼中的WifiP2pService類實現(xiàn)，以狀態(tài)機的形式維護著Wi-Fi直連設(shè)備的各種狀態(tài)，并能夠根據(jù)當前狀態(tài)對上層請求的操作命令和事件監(jiān)聽器發(fā)出的底層事件進行處理。狀態(tài)機在其內(nèi)部使用Wi-Fi直連的各種狀態(tài)構(gòu)建了一顆狀態(tài)樹，當狀態(tài)機接收到用戶請求的操作命令時，先根據(jù)當前狀態(tài)對請求命令進行判斷，查看是否需要轉(zhuǎn)換到新的狀態(tài)，然后再對請求命令進行處理，最終通過HAL內(nèi)wifi.c將命令發(fā)送給wpa_supplicant進程，讓其與內(nèi)核驅(qū)動進行交互。同樣，當狀態(tài)機收到事件監(jiān)聽器傳回的底層事件時，先根據(jù)當前狀態(tài)進行和收到的事件判斷是否需要轉(zhuǎn)換到新的狀態(tài)，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(jiān)聽器

Wi-Fi直連事件監(jiān)聽器主要由系統(tǒng)源碼中的WifiMonitor類實現(xiàn)，是由狀態(tài)機啟動的監(jiān)聽線程，通過線程循環(huán)內(nèi)的waitForEvent（），監(jiān)聽wpa_supplicant進程發(fā)出的各種Wi-Fi直連驅(qū)動事件，并對事件進行處理，處理結(jié)果通過線程間通信采用異步消息的形式發(fā)送給狀態(tài)機。waitForEvent（）是阻塞函數(shù)，在收到底層事件之前，監(jiān)聽線程阻塞。waitForEvent（）方法進一步調(diào)用HAL的wifi_wait_for_event（）函數(shù)監(jiān)聽wpa_supplicant事件。

3 Wi-Fi直連運行流程

Android設(shè)備啟動時，Android框架層的本地服務(wù)首先啟動Wi-Fi直連狀態(tài)機，再由狀態(tài)機通過JNI調(diào)用HAL函數(shù)，加載Wi-Fi內(nèi)核模塊wlan.ko（該模塊位于Android系統(tǒng)的/system/lib/modules/文件夾下）[3]。然后，狀態(tài)機調(diào)用HAL內(nèi)wifi_start_P2P_supplicant（）函數(shù)，加載Android系統(tǒng)/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(yīng)用發(fā)出的各種操作請求，交由狀態(tài)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(wǎng)絡(luò)與通信[M].北京：機械工業(yè)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(tǒng)架構(gòu)及其驅(qū)動研究[J].廣州廣播電視大學學報，2010第4期.