WLAN 直连（对等连接或 P2P)调研及 iOS 跨平台调研

于正志

2023-12-01

研究背景

两个设备连接同一局域网不同频率的网络后，两端可能出现不能正常通信的问题。
如果通过Socket进行本地局域网通信，不在一个网络会出现找不到设备IP，无法连接的问题，外网走服务器会出现延迟、数据同步不准确的问题。
在混合网络场景中，在连接AP时，既能同时在两端点对点通信，并且两端也能分别进行外网访问。
新技术方向必要条件：需要同时支持Android和iOS两端。

Andorid端：WiFi-P2P

Wifi P2P (peer to peer)：定义为 Wifi 点对点，也叫 Wifi 直连(Wifi Direct)，它是 Wifi Display(投屏) 应用的技术基础。

官方定义

使用 WLAN 直连 (P2P) 技术，可以让具备相应硬件的 Android 4.0（API 级别 14）或更高版本设备在没有中间接入点的情况下，通过 WLAN 进行直接互联。使用这些 API，您可以实现支持 WLAN P2P 的设备间相互发现和连接，从而获得比蓝牙连接更远距离的高速连接通信效果。对于多人游戏或照片共享等需要在用户之间共享数据的应用而言，这一技术非常有用。

其他定义

WiFi Direct是指允许无线网络中的设备无需通过无线路由器即可相互连接。其原理与蓝牙技术类似，这种标准允许无线设备以点对点形式互连。而更为重要的是，WiFi Direct技术允许一个WiFi设备同时建立多个无线连接，这是目前很多新形态WiFi应用最关键的技术。

WiFi Direct是一种P2P的无线互联技术，它所建立的网络是一种改进型的adhoc网络，采用无线通讯模式。

WiFi两种网络模式：Infrastructure Mode 和Ad Hoc Mode.

WiFi Direct主要解决了物理层的连接问题，包括设备发现和服务发现等。相关技术有NFC和DLNA。

WiFi Direct其他特性：

不需要AP或者路由器，设备内置“soft AP”
对等连接的双方只需一方支持WiFi Direct即可实现无线互联
同时支持基础设施网络和P2P网络。
可以以一对一或者一对多的方式形成设备互联
至少符合802.11g协议才可以通过WiFi Direct CERTIFIED验证
最大传输距离可达到200米，最大传输速度为250Mbps，使用2.4GHz与5GHz两种频段频段，并它支持一对一，以及一对多模式。

重要特性

Wifi P2P 技术并不会访问网络，但由于会使用到 Java Socket，所以需要申请网络权限。
只需要打开 Wifi 即可，不需要加入任何网络或 AP，即可实现对等点连接通讯。（注：在后文的demo中有验证）
支持服务器给群里设备发送消息。
Wifi Direct实现的只是设备间的配对，配对后的文件传输操作还是需要开发者自己来做的。

扩展

Miracast依赖的Wi-Fi技术项有：

Wi-Fi Direct，也就是Wi-Fi P2P。它支持在没有AP（Access Point）的情况下，两个Wi-Fi设备直连并通信。
Wi-Fi Protected Setup：用于帮助用户自动配置Wi-Fi网络、添加Wi-Fi设备等。
11n/WMM/WPA2：其中，11n就是802.11n协议，它将11a和11g提供的Wi-Fi传输速率从56Mbps提升到300甚至600Mbps。WMM是Wi-Fi Multimedia的缩写，是一种针对实时视音频数据的QoS服务。而WPA2意为Wi-Fi Protected Acess第二版，主要用来给传输的数据进行加密保护。

上述的Wi-Fi技术中，绝大部分功能由硬件厂商实现。而在Android中，对Miracast来说最重要的是两个基础技术：

Wi-Fi Direct：该功能由Android中的WifiP2pService来管理和控制。
Wi-Fi Multimedia：为了支持Miracast，Android 4.2对MultiMedia系统也进行了修改。

使用场景

手机连接到某AP上网，运行youtube客户端看视频；手机同时通过Wi-Fi Direct连接到电视，将视频通过Wi-Fi Direct Display投射到大银幕上.
可实现通过 Wifi 连接，同时使用数据网络的场景，比如：手机遥控无人机的同时，无人机需要访问远程服务器上传数据。
目前在市场上，Client形式（客户、用户使用的）的WiFi产品（无论是USB接口、SDIO接口还是UART接口）都支持WiFi Direct，只是这项技术的用户感知不强。市面上其实已经有很多用WiFi Direct底层技术的App，例如快牙、瓦力快传等利用智能手机自身的WiFi模块自建网络并传送文件。

Demo研究

Android端

说明：根据官方的demo，整理成Andorid Studio中可编译的项目，并添加测试用例。

代码及测试apk请点击：WiFiDirectDemo

官方文档：WLAN 直连（对等连接或 P2P）概览
官方源码链接：WiFiDirectDemo

测试安装包：
在apk目录下，文件名为：wifidirectDemo.apk。

测试用例：

测试之前，记得首先打开手机WiFi,否则部分手机可能出现闪退的问题。

设备支持必要条件：开启WiFI并允许获取定位权限。

以下为五种测试场景：

同一局域网场景：
两个手机连接WLAN热点：如Test(2.4G/5G)，在同一个网络下。
运行结果：两个手机能正常通信，能正常收发图片。
同一局域网分离出两个路由：
一个手机连接WLAN热点：如Test-15G)，另一个手机连接Test（2.4G/5G）。

运行结果：两个手机能正常通信，能正常收发图片。

AP隔离场景：
一个手机连接4G网络虚拟的人个热点，一个手机连接Test（2.4G/5G）。
运行结果：两个手机能正常通信，能正常收发图片。
两个手机只需要打开WiFi，不需要连接任何网络。

运行结果：两个手机能正常通信，能正常收发图片。
5. 开发板的测试场景

同上述四种测试场景。

小结：只要两端都打开wifi，无论连的是否同一个网络，都可以连接上并收发图片。

异常情况：

有时候会出现搜索不到的情况，需要多试几次才能搜索成功。另外需要Rom取消发送邀请、确认配对连接弹窗。

iOS端

Multipeer connectivity是一个使附近设备通过Wi-Fi网络、P2P Wi-Fi以及蓝牙个人局域网进行通信的框架。

互相链接的节点可以安全地传递信息、流或是其他文件资源，而不用通过网络服务。

此框架是在iOS7以后推出，旨在替代GameKit下的GKPeerPickerController通信。

通过此框架我们可以直接连接同一网络下的设备，让其直接进行类似微信，qq那样的即时通讯效果。

使用场景：

如何在iPhone移动设备上使用Wi-Fi Direct功能