作者:王石

WiFi功能是无线短距的重要能力,在工作、生活中我们已经离不开WiFi设备了,比如家里的路由,手机,各种智能家居设备。Wi-Fi(发音: /ˈwaɪfaɪ/),又称“无线网路”,是Wi-Fi联盟的商标,一个基于IEEE 802.11标准的无线局域网技术。“Wi-Fi”常被写成“WiFi”或“Wifi”,但是这些写法并没有被Wi-Fi联盟认可。1999年,几家富有远见的公司联合起来组成了一个全球性非营利性协会——无线以太网兼容性联盟(Wireless Ethernet Compatibility Alliance, WECA),其目标是使用一种新的无线网络技术,无论品牌如何,都能带来最佳的用户体验。在2000年,该小组采用术语“Wi-Fi”作为其技术工作的专有名称,并宣布了正式名称:Wi-Fi Alliance。Wi-Fi以IEEE 802.11为标准,Wi-Fi联盟在2018年发起“Generational Wi-Fi”行销计画,基于主要的Wi-Fi技术(PHY)版本,引入了更容易让消费者了解的“Wi-Fi世代名称”(Wi-Fi generation names),格式为“Wi-Fi”后跟一个整数,并鼓励采用世代名称作为行业术语。

  • 第一代,以IEEE 802.11原始标准为准,工作频段为2.4GHz,最高速率半双工2 Mbit/s。
  • 第二代,以IEEE 802.11b为准,工作频段为2.4GHz,最高速率半双工11 Mbit/s,认证计画为“Wi-Fi CERTIFIED b”。
  • 第三代,以IEEE 802.11a为准,工作频段为5GHz,最高速率54 Mbit/s,认证计画为“Wi-Fi CERTIFIED a”。基于IEEE_802.11g、2.4GHz工作频段、最高速率半双工54 Mbit/s,认证计画为“Wi-Fi CERTIFIED g”。
  • 第四代,以IEEE 802.11n为准,世代名称为“Wi-Fi 4”,信道宽度20MHz、40MHz,工作频段为2.4GHz和5GHz,最高4条空间流,最大副载波调制64-QAM,最高速率半双工600 Mbit/s,认证计画为“Wi-Fi CERTIFIED n”。
  • 第五代,以IEEE 802.11ac为准,世代名称为“Wi-Fi 5”,信道宽度20MHz、40MHz、80MHz、80+ 80MHz、160MHz,工作频段为5GHz,最高8条空间流,最大副载波调制256-QAM,最高速率半双工6.9 Gbit/s,认证计画为“Wi-Fi CERTIFIED ac”。
  • 第六代,以IEEE 802.11ax为准,世代名称为“Wi-Fi 6”,信道宽度20MHz、40MHz、80MHz、80+ 80MHz、160MHz,工作频段为2.4GHz和5GHz,最高8条空间流,最大副载波调制1024-QAM,最高速率半双工[29][30]9.6 Gbit/s,认证计画为“Wi-Fi CERTIFIED 6”。

注意:Wi-Fi与IEEE 802.11常常被混淆,两者的区别可以概述为IEEE 802.11是一种无线局域网标准,而Wi-Fi是IEEE 802.11标准的一种实现。

概述

在开源鸿蒙的源码里和系统功能相关的部分大多都放在foundation这个文件夹里,而通讯相关的部分则是在communication这个文件夹内。我们本篇要分析的WiFi功能就是在foundation/communication/wifi路径下,具体目录结构如下:

.
├── dhcp						//dhcp: 动态主机设置协议(Dynamic Host Configuration Protocol)是IP网络的网络协议,在应用层使用UDP协议工作,主要用途为:1,自动分配IP地址;2,对所有电脑做中央管理;
│   ├── BUILD.gn
│   ├── bundle.json
│   ├── dhcp.gni
│   ├── dhcp_lite.gni
│   ├── interfaces
│   ├── services
│   └── test
└── wifi						//wifi实现部分
    ├── application
    ├── BUILD.gn
    ├── bundle.json
    ├── frameworks
    ├── hisysevent.yaml
    ├── interfaces
    ├── services
    ├── test
    ├── utils
    ├── wifi.gni
    └── wifi_lite.gni

在开源鸿蒙的源码里还有两个和wifi相关的目录,都是针对小型开发板的

  • wifi_aware (仅支持Hi3861开发板)
.
├── BUILD.gn
├── bundle.json
├── frameworks
│   └── source
├── hals
│   └── hal_wifiaware.h
├── interfaces
│   └── kits
├── LICENSE
├── README.md
└── README_zh.md
  • wifi_lite (wifi-iot开发板)
.
├── BUILD.gn
├── bundle.json
├── interfaces
│   ├── README.md
│   └── wifiservice
├── LICENSE
├── README.md
└── README_zh.md

架构简析

  • 根据目录结构和内部文件及编译框架总结架构如下:

wifiarch.png

  • 应用层:提供WiFi Direct接口使用DEMO,使用@ohos.wifi接口提供的p2p相关接口,实现一个WLAN直连的Setting界面;

  • 接口层:提供两个dts接口(@ohos.wifi.d.ts, @ohos.wifiext.d.ts)和NativeC接口(软总线会使用这些接口实现分布式通信能力)

  • 框架层:分两个子层,NAPI框架实现层,为wifi,wifiext和wifi_native_js,其中wifi_native_js已经被淘汰;Native SDK层,实现所有js层代码接口适配并调用innerapi的实现;WiFi接口实现层,使用IPC架构同WiFi服务层通信(WIFI_DEVICE_ABILITY_ID:1120; WIFI_HOTSPOT_ABILITY_ID:1121;WIFI_P2P_ABILITY_ID:1123;WIFI_SCAN_ABILITY_ID:1124)将从NAPI收到的命令,或者别的子系统收到的命令经由IPC架构发送给服务层,并注册服务层observer,收听由服务层上报的事件;

  • 服务层:分三个子部分,能力部分,管理部分,硬件部分,分别如下:

    • 能力集部分,对上提供应用接口支持,采用systemability能力框架,分以下几个功能模块:

      • wifi_standard_sa_profile: wifi能力配置(1120:wifi_device_ability;1121:wifi_hotspot_ability;1123:wifi_p2p_ability;1124:wifi_scan_ability)
      • wifi_device_ability: wifi设备能力,如开关wifi,配置(ssid,加密方式等),连接情况;
      • wifi_hotspot_ability: wifi热点能力,如wifi热点配置,开关,设置黑名单,电源模式;
      • wifi_p2p_ability: p2p能力,如wifi直连的开关,设备发现,创建群组,p2p连接,获取连接信息,状态,hid2d;
      • wifi_scan_ability: 扫描能力,如wifi扫描的开关;
    • 管理部分,对上对接能力集的功能,对下调用idl_client接口调用硬件能力,分以下几个功能模块:

      • wifi_manager_service.so: 提供service的管理能力,管理serviceDllMap,通过load对应的so提供sta,ap(根据wifi_feature_with_ap_num配置决定),p2p,scan服务实例获取接口; 同时提供wifi服务的管理能力,比如权限,wifi的配置,network supplier;
      • wifi_common_service.so: 提供wifi芯片的能力配置,主要服务是ChipCapability(IsSupportDbdc, Csa, RadarDetect, DfsChannel, IndoorChannel),通过idlclient请求驱动数据;
      • wifi_sta_service: wifi station(无线客户端)服务,对接实现sta能力集能力;
      • wifi_ap_service: wifi ap(无线接入点)服务,对接实现ap能力集能力;
      • wifi_p2p_service: wifi p2p(无线直连)服务,对接实现p2p能力集能力;
      • wifi_scan_service: wifi扫描服务,对接实现扫描能力集能力;
      • wifi_idl_client: wifi硬件适配层客户端,提供cRPC调用wifi设备的硬件抽象层;
      • wifi_toolkit: wifi工具簇,包括ifconfig,iptools,arp,dhcp,mac,rawsocket,ipv4,ipv6,wifisetting,wificonfig等工具
    • 硬件抽象部分,分以下功能模块:

      • wifi_hal_service: 独立进程,wifi硬件抽象服务,采用cRPC架构,集成wpa_supplicant-2.9的标准能力,调用hdi接口
  • 硬件驱动:HDF:

功能简析

NAPI和cadapter -->> WiFi系统能力: 跨进程,IPC调用
Note left of WiFi系统能力: 通过samgr获取服务Proxy对象
WiFi系统能力-->WiFi服务: 链接对应服务so,c++调用
WiFi服务->idl_client: 链接对应的idlso,c接口调用
idl_client->WiFiHal: cRPC调用
WiFiHal--> wpa_supplicant: 链接wap_supplicant.so, c接口调用
wpa_supplicant --> IFACE: udp
  1. WiFi框架能力(NAPI接口,cadapter接口及wifi_sdk)

    • NAPI接口为应用层(ets,js)提供接口,调用WiFi系统层能力
    • cadapter实现c接口,为其他能力提供接口(比如软总线),调用WiFi系统能力
    • wifi_sdk封装了系统能力调用的框架,通过proxy方式访问具体的WiFi系统能力,具体如下:
      • #define WIFI_DEVICE_ABILITY_ID 1120
      • #define WIFI_HOTSPOT_ABILITY_ID 1121
      • #define WIFI_P2P_ABILITY_ID 1123
      • #define WIFI_SCAN_ABILITY_ID 1124
  2. WiFi系统能力

    • WiFi系统能力通过继承SystemAbility,实现WiFi服务能力并实现IPC进行通信(服务端实现stub实现);
    • WiFi系统能力均为so动态库,被SystemAbility同一管理,包括:wifi_device_ability,wifi_hotspot_ability,wifi_p2p_ability,wifi_scan_ability;
    • WiFI系统服务通过调用WiFi服务实现功能;
  3. WiFi服务

    • WiFi服务层包括:wifi_scan_service,wifi_sta_service 和 wifi_ap_service,wifi_p2p_service(后两个针对标准设备)

    • 主服务为wifi_manager_service,内部管理一张dll表,定义对应的WiFi服务,通过WiFi能力层调用,加载不同dll,获得不同服务

    • WiFi服务层主要通过idl_client同WiFi硬件抽象层进行数据交互

  4. WiFi硬件抽象

    • WiFi硬件抽象层并不是完全意义的硬件抽象,即是WiFi协议层(wap_supplicant-2.9)之上的适配层,又基于HDF之上使用HDI接口调用驱动能力
    • WiFi硬件抽象层是独立的进程,通过cRpc和WiFi服务层交互
    • 在WiFi硬件层还有etc配置目录,内部存储WiFi的默认配置
    • 目前WiFi主要用的HDI部分集中在ap相关功能,如:WifiSetPowerModel,GetValidFrequenciesForBand,
  5. WiFi协议层(wap_supplicant-2.9)

    • 参考链接:https://w1.fi/wpa_supplicant/
    • 实现WiFi接入和WiFi热点的协议栈
    • 实现基础的驱动(nl80211)

总结

  1. WiFi服务的结构和之前讲的蓝牙结构略有不同,为了提供更灵活的能力,WiFi实现了更多的SystemAbility,同时通过idl_client,WiFi服务通过调用wap_supplicant实现具体的WiFi能力;
  2. 目前开源鸿蒙用的WiFi协议站为wpa_supplicant-2.9,提供WiFi的接入和热点能力;

本文作者:左翼风发

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