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(tǒng)都提供了對該技術的支持。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直連功能及構成進行深入的分析和研究，旨在呈現(xiàn)Android系統(tǒng)內Wi-Fi直連功能模塊構成和運行流程，以對技術開發(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)特定的應用，對現(xiàn)有的部分IEEE802.11技術標準進行整合并創(chuàng)新制定的一套新的標準集合，規(guī)定了Wi-Fi直連技術特有的層次結構、拓撲網絡、運行機制和功能實現(xiàn)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(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內核中增加了Wi-Fi直連驅動，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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)的Linux內核，并對其進行特定的修改和優(yōu)化，使更加適應嵌入式設備，提升系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)的HAL架構模式，在系統(tǒng)源碼中的wifi.c文件內實現(xiàn)，將各種操作功能接口封裝成*.so動態(tài)鏈接庫，供應用框架層通過JNI調用，實現(xiàn)對Wi-Fi直連設備驅動的功能操作和事件監(jiān)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(tài)機和事件監(jiān)聽器構成，負責對下下達設備操作命令，維護并監(jiān)聽設備狀態(tài)。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(tǒng)源碼中的WifiP2pManager類實現(xiàn)，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(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)機在其內部使用Wi-Fi直連的各種狀態(tài)構建了一顆狀態(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wifi.c將命令發(fā)送給wpa_supplicant進程，讓其與內核驅動進行交互。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)內的waitForEvent（），監(jiān)聽wpa_supplicant進程發(fā)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(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設備啟動時，Android框架層的本地服務首先啟動Wi-Fi直連狀態(tài)機，再由狀態(tài)機通過JNI調用HAL函數(shù)，加載Wi-Fi內核模塊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)機調用HAL內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.計算機網絡與通信[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)架構及其驅動研究[J].廣州廣播電視大學學報，2010第4期.