【短距离通信】【WiFi】精讲WiFi P2P技术特点及拓扑组成

news2024/9/22 5:25:31

1. WiFi P2P技术特点

1.1 WiFi P2P定义

WiFi P2P（WiFi Peer-to-Peer），也被称为WiFi Direct，是是WiFi联盟发布的一种无线通信技术，允许设备直接相互连接，而无需通过传统的WiFi接入点（AP）。WiFi P2P技术由Wi-Fi联盟（Wi-Fi Alliance）开发，旨在简化设备间的连接过程，实现快速、方便的无线通信。
WiFi P2P允许无线网络中的设备在无需无线路由器的情况下相互连接，通过WiFi直接实现两台设备之间的无线点对点通信。原理与基于AP（接入点）的通信方式类似，支持P2P的设备可以在同一个小组内互传数据，实现同屏功能。

1.2 WiFi P2P的主要特点

直接连接：
- 设备可以直接相互连接，不需要中介的无线接入点。这种直接连接模式类似于蓝牙，但具有更高的传输速度和更远的传输距离。
高带宽：
- WiFi P2P利用WiFi技术，能够提供比蓝牙更高的带宽，适合大数据传输，如视频流、文件传输等。
简化的连接过程：
- WiFi P2P简化了设备连接的过程，用户只需几步即可完成设备间的配对和连接。
多种应用场景：
- 适用于文件共享、打印、媒体播放、游戏、网络创建等多种应用场景。

WiFi P2P被广泛应用于移动设备之间的文件共享、游戏联机、音乐播放等应用场景中。相较于蓝牙，WiFi P2P具有更快的搜索速度和传输速度，以及更远的传输距离。而且只需要打开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。对于需要在用户之间共享数据的应用，如多人游戏或照片共享非常有用。

1.3 WiFi P2P常见应用

文件传输：
- 用户可以利用WiFi P2P在设备间快速传输大文件，如照片、视频等。
无线打印：
- 支持WiFi P2P的打印机可以直接与移动设备连接，实现无线打印功能。
媒体共享：
- 设备可以通过WiFi P2P连接进行视频、音频的流媒体播放和分享。
多人游戏：
- 支持多人游戏的设备可以通过WiFi P2P建立连接，进行局域网内的多人游戏。
联网设备连接：
- 智能家居设备和物联网设备可以利用WiFi P2P进行互联，实现设备间的直接通信。

1.4 WiFi P2P安全性

WiFi P2P具有内置的安全机制，如WPA2（Wi-Fi Protected Access II），确保设备间的通信安全。用户可以使用密码保护连接，防止未经授权的设备加入P2P组。

WiFi P2P也存在一些安全性问题，如用户隐私泄露、恶意软件和病毒传播，以及侵权和违法内容的传播。为了保护用户的安全和隐私，一些P2P网络提供了匿名化处理功能，使用安全搜索引擎，以及设置过滤器来阻止违法和侵权内容的共享。

1.5 WiFi P2P技术实现

在实际应用中，WiFi P2P的实现依赖于设备的硬件支持和操作系统的支持。以下是一些技术细节和实现步骤：

硬件支持：设备需要具备WiFi硬件模块，并支持WiFi P2P标准。
软件支持：操作系统需要提供WiFi P2P的API和驱动支持，如Android、Windows等系统都有相应的API。

2. WiFi P2P的模型

2.1 WiFi P2P的组成

P2P体系结构由支持设备间通信的交互组件组成。

P2P设备

能够作为P2P GO（Group Owner）或P2P GC（Group Client）角色。
能够协商成为GO或GC。
能够支持WSC（Wi-Fi Simple Configuration）Registrar和P2P discovery机制。
能够支持WLAN和P2P并发运行。

P2P GO角色：

类似于AP实体，对P2P GC提供BSS功能和服务。
提供WSC功能。
可能提供关联GC之间的通信。

P2P GC角色：

实现STA的功能。
提供WSC Enrollee功能。

2.2 WiFi P2P的拓扑

P2P拓扑是1：n策略，多个GC可以连接同一个GO。这些连接的设备被称为一个P2P Group。

在DMG之外的运行每个client可能是P2P GC或传统的不具有P2P功能的Client。在DMG之内运行的每个client必须是具备P2P功能的GC。
在这里插入图片描述

图1 在DMG之外的P2P组成和拓扑

在这里插入图片描述
图2 在DMG中的P2P组成和拓扑一个P2P Group有唯一的SSID，图3表示1：1的拓扑。

图3 P2P Group 拓扑为1：1

2.3 WiFi P2P并发模式

支持P2P功能的设备可以并发模式运行，也就是STA（Station）模式和P2P模式共存。在并发模式中，P2P设备可以连接一个AP。因此，P2P设备可以GO+STA或GC+STA模式运行。在并发模式中，设备存在两个interface接口，并且这两个interface大概率处于同一个channel信道，也有可能处于不同的channel和band。

在下图中可以看到，P2P设备处于并发模式。

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图4 P2P Concurrent Device

图4显示了P2P设备有一个MAC实体作为了WLAN-STA，另外一个MAC实体作为了P2P Device。双MAC功能可以通过两个独立的物理MAC实体提供，每个实体与自己的PHY实体关联，或者两个虚拟MAC实体与一个PHY实体关联。

一个P2P group可以与一个并发操作的WLAN BSS处于相同或者不同的信道中。比如，WLAN BSS可能处于5.2GHz的channel 36，而P2P group在2.4GHz的channel 6。

2.4 功能和服务

2.4.1 基本功能和服务

在DMG之外运行的P2P，规范是假设以下STA功能和服务在设备中已经实现：

IEEE 802.11g或比2.4GHz更新的PHY
IEEE 802.11i（IES-CCMP）
WiFi Protected Setup
WiFi Multimedia

在DMG之内运行的P2P，规范是假设以下STA功能和服务在设备中已经实现：

在IEEE 802.11-2020中定义的DMG操作
在IEEE 802.11-2020中定义的AES-GCMP
WiFi Protected Setup

图5 P2P及其依赖的技术

P2P技术一个主要的应用场景就是Miracast，设备之间共享媒体数据，所以P2P还必须支持WMM（WiFi Multimedia），WMM是一种源自802.11e的Qos服务，主要是针对实时音视频数据的传输。

2.4.2 P2P的特殊功能和服务

P2P设备还支持以下特殊功能：

P2P Discovery：让设备轻易快速简单地识别并连接周围其他P2P设备和服务。
P2P Group Operation：在DMG之外运行时类似于基础BSS操作，如IEEE802.11-2020所定义。在DMG内运行时类似于PBSS操作。
P2P Power Management：提供了一系列的功能去减少P2P设备的功率消耗。

2.4.3 P2P的两种地址

P2P Device Address
一个P2P设备在加入P2P Group之前都是使用的Device Addr开展Discovery等工作。对于一个P2P设备而言，Device Addr是唯一的，作用等同于MAC地址。
P2P Interface Address
而当P2P设备加入P2P Group之后，它与Group中的其他设备交互时采用的时Interface Addr。另外，由于一个设备可以加入多个P2P Group，所有在每个P2P Group中设备必须采用不同的Interface Addr。当某一个P2P Group结束之后，设备在该Group中使用的Interface Addr也随之消失。