WIFI P2P原理深入解析
目录
前言
1.原理及架构
2.实例及应用
3.常见的问题
前言
对Wi-Fi Direct即wifi直连，在物联，中短距离的传输稳定性明显比蓝牙具有优势，本文主要介绍两个方面：一是原理及架构，二是实例及应用；
1.原理及架构
P2P架构中定义了三个组件，一个设备，两种角色。这三个组件分别是：
- P2P Device：它是P2P架构中角色的实体，读者可把它当做一个Wi-Fi设备。
- P2P Group Owner(GO)：P2P网络建立时会产生一个Group。
- P2P Group Client(GC)：
- 在组建P2P Group（即P2P Network）之前，智能终端都是一个一个的P2P Device。
- 当这些P2P Device设备之间完成P2P协商后，那么其中将有一个并且只能有一个Device来扮演GO的角色，而其他Device来扮演GC的角色。
最终构成的这个P2P Group组织结构如图所示：
P2P Group示意图
如图展示了一个典型P2P Group的构成，其中：
一个P2P Group中只能有一个GO。一个GO可以支持1个或多个（即图中的1:n）GC连接。
- 由于GO的功能类似于AP，所以周围那些不支持P2P功能的WIFI STA也能发现并关联到GO。这些WIFI STA被称之为Legacy Clients。
注意：“不支持P2P功能”更准确的定义是指不能处理P2P协议。在P2P网络中，GO等同于AP，所以Legacy Clients也能搜索到GO并关联上它。不过，由于Legacy Clients不能处理P2P协议，所以P2P一些特有功能在这些Legacy Clients中无法实现。
Wifi_Direct的大致配对流程如下：
a. WifiP2pManager.discoverPeers()开始扫描设备
b. 获取扫描到的设备，选择其中一个设备进行连接配对WifiP2pManager.connect
c. 配对成功后，根据WifiP2pInfo.isGroupOwner和WifiP2pInfo.groupOwnerAddress进行连接。
双方时序图如下：
2.实例及应用
创建一个 WIFI Direct 应用程序，包括发现连接点、请求连接、建立连接、发送数据，以及建立对该应用程序广播的 Intent 进行接收的 BroadcastReceiver，需要经过以下步骤。
1. 创建 BroadcastReceiver
需要注意的是，要在 BroadcastReceiver 的构造方法中传入 WifiP2pManager、WifiP2pManager.Channel 以及注册该 BroadcastReceiver 的 Activity 的对象，以便在 BroadcastReceiver 中访问 WIFI 硬件设备并对 Activity 进行更新。
创建 BroadcastReceiver 的代码如下：
public class WiFiDirectBroadcastReceiver extends BroadcastReceiver {
private WifiP2pManager manager;
private Channel channel;
private MyWiFiActivity activity;
public WiFiDirectBroadcastReceiver (WifiP2pManager manager, Channel channel,MyWifiActivity activity) {
super();
this.manager=manager;
this.channel=channel;
this.activity=activity;
}
@Override
public void onReceive(Context context, Intent intent) {
String action=intent.getAction();
if (WifiP2pManager.WIFI_P2P_STATE_CHANGED_ACTI0N.equals (action)) {
//检测 WIFI 功能是否被打开
} else if (WifiP2pManager.WIFI_P2P_PEERS_CHANGED_ACTION.equals (action)) {
//获取当前可用连接点的列表
} else if (WifiP2pManager.WIFI_P2P_CONNECTION_CHANGED_ACTION.equals (action)) {
//建立或者断开连接
} else if (WifiP2pManager.WIFI_P2P_THIS_DEVICE_CHANGED_ACTION.equals (action)) {
//当前设备的 WIFI 状态发生变化
}
}
}2. 初始化操作
1）修改 AndroidManifest.xml 文件
指定支持 WIFI Direct 的 Android SDK 的最小版本并增加使用 WIFI Direct 的相应权限，代码如下：
2）确认当前设备是否支持并且打开了 WIFI Direct 功能
相关代码应该被放在 BroadcastReceiver 的 onReceive() 方法中。实例代码如下：
public void onReceive (Context context, Intent intent) {
...
String action=intent.getAction();
if (WifiP2pManager.WIFI_P2P_STATE_CHANGED_ACTI0N.equals (action)) {
int state=intent.getIntExtra (WifiP2pManager.EXTRA_WIFI_STATE, -1);
if (state==WifiP2pManager.WIFI_P2P_STATE_ENABLED) {
// Wifi Direct is enabled
} else {
// Wi-Fi Direct is not enabled
}
}
...
}3）在 Activity 的 onCreate() 方法中创建对象
创建 WifiP2pManager 和 Channel 对象，并创建 BroadcastReceiver 对象，代码如下：
WifiP2pManager mManager;
Channel mChannel;
BroadcastReceiver mReceiver;
...
@Override
protected void onCreate (Bundle savedInstanceState) {
...
mManager= (WifiP2pManager) getSystemService (Context.WIFI_P2P_SERVICE);
mChannel=mManager.initialize (this, getMainLooper(), null);
mReceiver=new WiFiDirectBroadcastReceiver (manager, channel, this);
...
}4）创建 BroadcastReceiver 要使用的 IntentFilter 对象
代码如下：
IntentFilter mIntentFilter;
...
@Override
protected void onCreate (Bundle savedInstanceState) {
...
mIntentFilter=new IntentFilter();
mIntentFilter.addAction (WifiP2pManager.WIFI_P2P_STATE_CHANGED_ACTI0N);
mIntentFilter.addAction (WifiP2pManager.WIFI_P2P_PEERS_CHANGED_ACTI0N);
mIntentFilter.addAction (WifiP2pManager.WIFI_P2P_C0NNECTI0N_CHANGED_ACTI0N);
mIntentFilter.addAction (WifiP2pManager.WIFI_P2P_THIS_DEVICE_CHANGED_ACTI0N);
...
}5）在 Activity 的 onResume() 方法中注册 BroadcastReceiver 对象，在 onPause() 方法中注销对象
代码如下：
@Override
protected void onResume(){
super.onResume();
registerReceiver(mReceiver, mIntentFilter);
}
/*unregister the broadcast receiver */
@Override
protected void onPause(){
super.onPause();
unregisterReceiver(mReceiver);
}3. 使用 WifiP2pManager.discoverPeers() 方法获取可以连接点的列表
示例代码如下：
manager.discoverPeers (channel, new WifiP2pManager.ActionListener() {
@Override
public void onSuccess(){
...
}
@Override
public void onFailure (int reasonCode) {
...
}
});若成功搜寻到可以连接的点，则 WIFI Direct 系统框架会广播一个带有 WIFI_P2P_ PEERS_CHANGED_ACTION 信息的 Intent，该 Intent 会被之前定义的 BoradcastReceiver 接收，并获得可以连接点的列表。示例代码如下：
PeerListListener myPeerListListener;
...
if (WifiP2pManager.WIFI_P2P_PEERS_CHANGED_ACTION.equals (action)) {
if (manager !=null) {
manager.requestPeers (channel, myPeerListListener);
}
}4. WifiP2pManager.connect() 方法可以与列表中的某个连接点设备建立连接，该方法通过 WifiP2pConfig 对象获得连接设备的相关信息
示例代码如下：
WifiP2pDevice device;
WifiP2pConfig config=new WifiP2pConfig();
config.deviceAddress=device.deviceAddress;
manager.connect (channel, config, new ActionListener () {
@Override
public void onSuccess(){
//success logic
}
@Override
public void onFailure (int reason) {
//failure logic
}
});5. 连接建立后，就可以用两个设备直接通过 Socket 进行数据传输
其传输过程与之前讲解的 Socket 通信完全相同，基本步骤如下：
1）在其中一个设备上建立 ServerSocket 对象，监听特定端口，并堵塞应用程序，直到有连接请求。
2）在另一个设备上建立 Socket 对象，通过 IP 地址和端口向 ServerSocket 发出连接请求。
3）ServerSocket 监听到连接请求后，调用 accept() 方法建立连接。
4）连接建立后，Socket 对象可以通过字节流在两个设备间直接进行数据传递。
下面的示例代码演示了通过 ServerSocket 和 Socket 在客户端和服务器间直接传递 JPG 图像的过程。
服务器代码如下：
public static class FileServerAsyncTask extends AsyncTask {
private Context context;
private TextView statusText;
public FileServerAsyncTask(Context context, View statusText) {
this.context = context;
this.statusText = (TextView) statusText;
}
@Override
protected String doInBackground(Void... params) {
try {
//创建 ServerSocket 对象，监听 8888 端口，等待客户连接
ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8888);
Socket client = serverSocket.accept();
//建立连接成功，开始传送数据
final File f = new File(Environment.getExternalStorageDirectory() + "/"
+ context.getPackageName() + "/wifip2pshared-" + System.currentTimeMillis() + ".jpg");
File dirs = new File(f.getParent());
if (!dirs.exists())
dirs.mkdirs();
f.createNewFile();
InputStream inputstream = client.getlnputStream();
copyFile(inputstream, new FileOutputStream(f));
ServerSocket.close();
return f.getAbsolutePath();
} catch (IOException e) {
Log.e(WiFiDirectActivity.TAG, e.getMessage());
return null;
}
}
//启动用于显示图像的Activity
@Override
protected void onPostExecute(String result) {
if (result != null) {
statusText.setText("File copied - " + result);
Intent intent = new Intent();
intent.setAction(android.content.Intent.ACTION_VIEW);
intent.setDataAndType(Uri.parse("file://" + result),"image/*");
context.startActivity(intent);
}
}
}客户端的相关代码如下：
Context context=this.getApplicationContext();
String host;
int port;
int len;
Socket socket=new Socket();
byte buf[]=new byte[1024];
...
try{
//创建Socket对象,并请求连接
socket.bind (null);
socket.connect((new InetSocketAddress(host,port)),500);
//连接建立成功，开始传输数据
OutputStream outputStream=socket.getOutputStream();
ContentResolver cr=context.getContentResolver();
Inputstream inputStream=null;
inputstream=cr.openlnputStream(Uri.parse("path/to/picture.jpg"))while((len=inputStream.read(buf))!=-l){outputStream.write(buf,0,len);
outputStream.close();
inputstream.close();
}catch(FileNotFoundException e){
//catch logic
} catch (IOException e) {
//catch logic
}
//关闭连接
finally{
if(socket!=null){
if(socket.isConnected()){
try{
socket.close();
}catch(IOException e){
//catch logic
}
}
}
}3.常见的问题
问题1：WifiP2pManger.connect()时，如何确定谁是GO,谁是GC
答：调用WifiP2pManger.connect()进行连接时，GO还算GC的身份是随机的。开发者无法决定GroupOwner是哪台设备，但是可以通过WifiP2pConfig.groupOwnerIntent参数进行建议。
问题2：如果一定要确定谁是GO，谁是GC，怎么办
答：第一步：GO端先调用WifiP2pManger.createGroup
第二步：GO端或者GC端调用WifiP2pManger.connect
即：先建立Group，再连接
问题3：如何断开连接
答：WifiP2pManger.removeGroup
注意：WifiP2pManger.removeGroup是移除Group，断开连接。WifiP2pManger.cancelConnect()断开一个connecting的连接，即断开当前状态是Invited的连接。
问题4： 我们已知配对成功的前提条件是：进行配对的两台设备都必须能够扫描到对方。那么如何保证本机一直处于搜索状态呢？
答：经过测试得知，一般情况下，本机Scan一次，能够保持在线状态3分钟，即能够搜索到其他设备/被其他设备搜索到的时间一般是3分钟。但是这个3分钟不是非常准确的，这跟手机性能或者WIFI芯片都有很大关系。因此我们能做的方案就是如果搜索结束，就重启一次搜索。
对于一般的Peer Discovery而言，如果搜索结束，会收到广播WifiP2pManager.WIFI_P2P_DISCOVERY_CHANGED_ACTION，这样再收到广播后重新搜索就可以。
对于Service Discovery而言（这其实是使用最广泛的），搜索结束后，系统不会发出广播通知，这样就给开发者带来一个难题：你无法知晓当前是否处于搜索（可见）状态。
目前比较可行的做法是：每隔3分钟（或者更短）重启一次搜索，这样基本保证本机一直处于搜索状态。但是这仅能覆盖大多数的情况，建议再此基础上再加入手动搜索（搜不到可以让用户手动搜索）保证当前的可见状态。
目前wifip2p依然不是很稳定，从测试的结果来说，Wifi_Direct的表现受具体设备的影响很大，配对的速度也有较大差异，从10秒到2分钟甚至更久。有可能出现
a.A机器处于搜索（可见）状态，但是B机器依然搜索不到；
b.还有可能出现A机器处于搜索（可见）状态，B机器也搜索到了，但是连接失败（此情况的主要原因还是因为A机器搜索结束后系统不发通知，而B机器当前搜索到的A机器是之前A机器的状态）
问题5：如何把一个文件非常方便的发送给多个设备
答：
方法1：在一次一对一文件传输完毕后，直接断开连接进行搜索/连接/传输，这样就可以实现相同文件（夹）的多目标设备的发送。
方法2：使用问题2的答案，发送方做GO，接收方全部做GC，即可。
问题6：
我们知道
1.在进行connect的时候，连接两端是GO还是GC是随机的。
2.GC可以知道GO的地址，而GO是不知道GC的地址的.
3.一般的Socket编程思路是，GO做Server端，GC做Client端。
那么问题来了，如何能够实现PeerA连接PeerB后，PeerA直接发送数据给PeerB呢？
答：方法一：使用问题2中的答案，先确定身份（谁是GO，谁是GC），再发送数据
方法二：步骤（假设PeerA是数据发送端，PeerB是数据接收端）
1.connect成功后，GO做server，GC做client
2.socket连接成功后，PeerA执行发送线程，PeerB执行接收线程