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EEPW首頁 > 設計應用 > 基于單Wi-Fi模塊的STA+P2P+AP共存方案

基于單Wi-Fi模塊的STA+P2P+AP共存方案

作者:同超,王釩(深圳康佳電子科技有限公司,深圳 518057)時間:2023-08-26來源:電子產品世界收藏
編者按:設計了一種基于單WiFi模塊的STA+P2P+AP共存方案,硬件采用DBDC的2X2 Wi-Fi模塊,通過P2PGroup的beacon幀廣播來實現AP和P2P的共存,不僅解決了STA+P2P下的AP共存問題,而且解決了單Wi-Fi模塊多種網絡服務的共存沖突,有效提升了互聯網無線終端協作的效率,并降低了成本。

隨著網絡技術和投屏互聯技術的不斷發展,人們對網絡功能的需求越來越高,需要越來越多特殊的網絡功能來滿足各種場景。在 網絡中,除了提供基本的無線接入服務外,還可以支持 等特殊網絡功能; 可以幫助多個無線設備連接在一起,并實現無線網絡覆蓋和數據傳輸;而 則可以直接將不同設備之間的數據傳輸,方便用戶進行文件傳輸、投屏等操作。

本文引用地址:http://www.cinargozlemevi.net/article/202308/449957.htm

一般的單 模塊,因為硬件驅動的限制,只能支持+ 或者+ ,無法做到三者。但實際場景中,特別是多人協同的會議、家庭多人娛樂等場景下有較強需求。常規的做法是使用兩個 模塊,1 個提供+P2P 功能,1 個提供AP 功能,這樣雖然能實現三者共存,但無疑增加了相應的硬件成本同時對相關終端的SoC 也提出了更高要求。因此,本文提出了一種基于單Wi-Fi 模塊的STA+P2P+AP 共存方案,利用P2P 特性原理,產生一種兼容AP 功能的的P2P Group,并使用網絡包轉換等技術,達到單Wi-Fi模塊3 項功能共存的效果。

1 硬件需求

不同規格的Wi-Fi 模塊對最終產品的性能表現有著較大影響,特別是在連接穩定性、連接設備數量、信號強度傳輸距離等方面,起著關鍵性的作用。一般情況下的AP、P2P 一體化功能,需要滿足至少4 個設備的AP、P2P 連接,要實現4 路Miracast 投屏功能,因此要求WiFi 模塊應滿足如下規格。

1.1 支持雙頻雙并發

DBDC,全稱Dual-Band Dual-Concurrent,是Wi-Fi技術領域中的一個概念,指的是一種同時支持2.4 GHz和5 GHz 雙頻段,且能夠同時處理兩個頻段信號的技術。該技術可以大幅提升Wi-Fi 網絡的性能和用戶體驗。傳統的單頻Wi-Fi 只能支持1 個頻段的信號,不能同時處理2.4 GHz 和5 GHz 的信號,因此在高密度場景下容易出現擁堵和干擾。而DBDC 技術可以同時支持2.4 GHz 和5 GHz 雙頻段信號,用戶可以選擇最佳的頻段連接網絡,以獲得更加穩定和高速的網絡體驗。這種技術在一些場景下非常有用,比如家庭、辦公室和公共場所等,可以提高網絡的穩定性、容量和安全性。

1.2 支持2×2 MIMO

MIMO 技術是一種多輸入多輸出技術,指的是在無線通信中,使用多個發射天線和多個接收天線,同時傳輸多個數據流,提高數據傳輸速率和可靠性的技術。在傳統的單天線系統中,只能使用1 個天線進行數據傳輸和接收,因此數據傳輸速率和可靠性受到限制。而MIMO 技術則可以同時使用多個天線,在同一頻段內進行多路數據傳輸,從而提高了數據傳輸速率和可靠性。

MIMO 技術將原來的1 個天線看作1 個發送接收鏈路,每個天線可以傳輸獨立的數據流,因此,通過增加場景中的天線數量,可以提高數據傳輸速率并改善信道性能。另外,MIMO 技術可以利用空間分集的技術,消除多徑傳播造成的干擾,提高通信的可靠性。

MIMO 技術可以將1 個物理通道分解為多個獨立的子通道,每個子通道都可以傳輸獨立的數據流,這就是空間流。舉例來說,2×2 MIMO 技術可以支持兩個空間流,3×3 MIMO 技術可以支持3 個空間流。

在MIMO 技術中,每個天線都可以傳輸獨立的數據流,因此天線數量越多,可以支持的空間流就越多,數據傳輸速率也就越高。通常,MIMO 技術的天線數量和每個空間流的數量是成比例的,例如2×2 MIMO 需要4 個天線,可以支持2 個空間流,3×3 MIMO 需要6個天線,可以支持3 個空間流。

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圖1 MIMO系統框圖

2 軟件設計

2.1 基本原理

根據Wi-Fi 聯盟(WiFi Alliance) 規定的WiFiP2P(WiFi Direct)協議具體細節,可以發現,在P2P Group 協商完成后,GO(P2P Group Owner) 會主動主動廣播beacon 幀, 以告知P2P Group 的存在。而beacon 幀是Wi-Fi 網絡中的一種特殊類型的數據包,一般由無線接入點(AP)定期發送,用于在無線網絡中進行廣播,向附近的設備(如手機、電腦等)廣播網絡的存在和相關信息,這些信息包括網絡的名稱(SSID)、網絡的安全性設置、支持的WiFi 標準和速率、信號強度以及其他網絡參數等。同時,beacon 幀還包含了一些管理信息,如時間戳、信道信息和定時器信息等,用于協調Wi-Fi 網絡中的設備和傳輸數據。設備可以通過監聽Beacon 幀來獲取網絡信息,以便進行網絡連接和通信。

因此,如果將GO 主動發送的beacon 幀,攜帶AP所需要的網絡信息,即可達到在P2P 功能上擴展附加了AP 的功能(后面稱為一體化AP)。此時只要WiFi模塊硬件驅動上支持STA+P2P 功能,同時啟用一體化AP,即可達到STA+P2P+AP 共存的效果。

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圖2 P2P Group的組成和Group Owner

2.2 自定義AP信息

根據WiFi 聯盟規定的Wi-Fi P2P 協議具體細節,GO 廣播的beacon 幀中攜帶的網絡名稱必須以DIRECT-XX[xxx] 格式,其中DIRECT- 為固定標識頭,XX表示必須的隨機的2 位大小寫字母或數字組合,[xxx]表示可選后綴,可選擇填入中文、英文和其他符號、數字信息。SSID 的總長度遵循Wi-Fi聯盟規定,最大支持32 個字符。

安全性方面, 可選擇OPEN 和WPA/WPA2-PSK 加密類型, 加密類型為WPA/WPA2-PSK 時,需要指定一個8~64 字符的,由大小寫英文或數字、其他符號組合的密碼。

一般來說,正常的AP 功能,都需提供SSID、加密類型、密碼3 項信息的修改方法,以方便用戶客制化。為了讓一體化AP 盡可能接近真實AP 的功能,也需要做一個用戶界面,允許用戶配置SSID 可選后綴、加密類型和密碼信息。

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圖3 NAT轉換原理

2.3 網絡包的轉換

完成前面的操作之后,用戶可以掃描到自己在用戶界面上配置的一體化AP,并在移動設備(后稱為A設備)的網絡界面,通過對應密碼進行連接。連接完成時,移動端設備系統會自動將一體化AP 的IP 地址作為自己的默認網關,所有需要連接外網的網絡包都會發送至一體化AP 所在的設備(后稱為B 設備)。但此時,該設備并不會將網絡包轉發至外部網絡,因此還需要在該設備上啟用NAT 轉換功能。啟用之后,所有從A 設備發往外網的網絡包,都會在B 設備內部進行中轉,中轉到B設備連接外網的網絡端口,以達到A 設備上網的目的。

2.4 P2P與AP功能的獨立性

從基本原理中可以得知,正常情況下,一體化AP的功能與P2P 功能是綁定的,也就是P2P Group 啟動時,P2P 功能可用,一體化AP 功能也同時可用,關閉時則同步關閉。此時無法完全滿足用戶單獨開關某項功能的需求,因此需要進一步客制化,才能滿足P2P 與AP 功能互相之間的獨立性:在啟用P2P 而不啟用AP 時,將SSID 可選后綴,加密類型和密碼信息設置回系統默認值,此時雖然beacon 依然存在,但不是用戶設置的AP 信息,因此不會被用戶察覺,達到AP 功能不啟用的目的。

在啟用AP 而不啟用P2P 時,將beacon 幀所攜帶的P2P Group 信息刪除,此時因為P2P Group 信息不全,設備就不被當作一個P2P 設備,因而P2P 功能不能正常使用。

3 結束語

本文提出的基于單WiFi 模塊的STA+P2P+AP 功能共存方案,充分利用了P2P 功能的特性,在P2P Group的beacon 幀中攜帶了AP 的信息,將P2P 和AP 功能合二為一,從而在單Wi-Fi 模塊下實現STA+P2P+AP 功能的共存,降低了硬件成本和終端設備要求,普及度極大提升。在多人協作、多設備協作的場景下,具備極為廣闊的應用前景。

參考文獻:

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(本文來源于《電子產品世界》雜志2023年8月期)



關鍵詞: ?202308 Wi-Fi STA P2P AP 共存

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