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wifi 设计原理

 现代布衣 2012-04-16
wifi设计原理

  初始化

  在 SystemServer 启动的时候,会生成一个 ConnectivityService 的实例,

  try {

  Log.i(TAG, "Starting Connectivity Service.");

  ServiceManager.addService(Context.CONNECTIVITY_SERVICE, new

  ConnectivityService(context));

  } catch (Throwable e) {

  Log.e(TAG, "Failure starting Connectivity Service", e);

  }

  ConnectivityService 的构造函数会创建 WifiService,

  if (DBG) Log.v(TAG, "Starting Wifi Service.");

  mWifiStateTracker = new WifiStateTracker(context, handler);

  WifiService wifiService = new WifiService(context, mWifiStateTracker);

  ServiceManager.addService(Context.WIFI_SERVICE, wifiService);

  WifiStateTracker 会创建 WifiMonitor 接收来自底层的事件,WifiService 和 WifiMonitor 是整

  个模块的核心。WifiService 负责启动关闭 wpa_supplicant、启动关闭 WifiMonitor 监视线程

  和把命令下发给 wpa_supplicant,而 WifiMonitor 则负责从 wpa_supplicant 接收事件通知。

  连接 AP

  1. 使能 WIFI

  WirelessSettings 在初始化的时候配置了由 WifiEnabler 来处理 Wifi 按钮,

  private void initToggles() {

  mWifiEnabler = new WifiEnabler(

  this,

  (WifiManager) getSystemService(WIFI_SERVICE),

  (CheckBoxPreference) findPreference(KEY_TOGGLE_WIFI));

  当用户按下 Wifi 按钮后, Android 会调用 WifiEnabler 的 onPreferenceChange, 再由 WifiEnabler

  调用 WifiManager 的 setWifiEnabled 接口函数,通过 AIDL,实际调用的是 WifiService 的

  setWifiEnabled 函数,WifiService 接着向自身发送一条 MESSAGE_ENABLE_WIFI 消息,在

  处理该消息的代码中做真正的使能工作:首先装载 WIFI 内核模块(该模块的位置硬编码为

  "/system/lib/modules/wlan.ko" ), 然 后 启 动 wpa_supplicant ( 配 置 文 件 硬 编 码 为

  "/data/misc/wifi/wpa_supplicant.conf") 再通过 WifiStateTracker 来启动 WifiMonitor

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wifi设计原理

  初始化

  在 SystemServer 启动的时候,会生成一个 ConnectivityService 的实例,

  try {

  Log.i(TAG, "Starting Connectivity Service.");

  ServiceManager.addService(Context.CONNECTIVITY_SERVICE, new

  ConnectivityService(context));

  } catch (Throwable e) {

  Log.e(TAG, "Failure starting Connectivity Service", e);

  }

  ConnectivityService 的构造函数会创建 WifiService,

  if (DBG) Log.v(TAG, "Starting Wifi Service.");

  mWifiStateTracker = new WifiStateTracker(context, handler);

  WifiService wifiService = new WifiService(context, mWifiStateTracker);

  ServiceManager.addService(Context.WIFI_SERVICE, wifiService);

  WifiStateTracker 会创建 WifiMonitor 接收来自底层的事件,WifiService 和 WifiMonitor 是整

  个模块的核心。WifiService 负责启动关闭 wpa_supplicant、启动关闭 WifiMonitor 监视线程

  和把命令下发给 wpa_supplicant,而 WifiMonitor 则负责从 wpa_supplicant 接收事件通知。

  连接 AP

  1. 使能 WIFI

  WirelessSettings 在初始化的时候配置了由 WifiEnabler 来处理 Wifi 按钮,

  private void initToggles() {

  mWifiEnabler = new WifiEnabler(

  this,

  (WifiManager) getSystemService(WIFI_SERVICE),

  (CheckBoxPreference) findPreference(KEY_TOGGLE_WIFI));

  当用户按下 Wifi 按钮后, Android 会调用 WifiEnabler 的 onPreferenceChange, 再由 WifiEnabler

  调用 WifiManager 的 setWifiEnabled 接口函数,通过 AIDL,实际调用的是 WifiService 的

  setWifiEnabled 函数,WifiService 接着向自身发送一条 MESSAGE_ENABLE_WIFI 消息,在

  处理该消息的代码中做真正的使能工作:首先装载 WIFI 内核模块(该模块的位置硬编码为

  "/system/lib/modules/wlan.ko" ), 然 后 启 动 wpa_supplicant ( 配 置 文 件 硬 编 码 为

  "/data/misc/wifi/wpa_supplicant.conf") 再通过 WifiStateTracker 来启动 WifiMonitor

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中的监视

  ,

  线程。

  private boolean setWifiEnabledBlocking(boolean enable) {

  final int eventualWifiState = enable ? WIFI_STATE_ENABLED :

  WIFI_STATE_DISABLED;

  updateWifiState(enable ? WIFI_STATE_ENABLING : WIFI_STATE_DISABLING);

  if (enable) {

  if (!WifiNative.loadDriver()) {

  Log.e(TAG, "Failed to load Wi-Fi driver.");

  updateWifiState(WIFI_STATE_UNKNOWN);

  return false;

  }

  if (!WifiNative.startSupplicant()) {

  WifiNative.unloadDriver();

  Log.e(TAG, "Failed to start supplicant daemon.");

  updateWifiState(WIFI_STATE_UNKNOWN);

  return false;

  }

  mWifiStateTracker.startEventLoop();

  }

  // Success!

  persistWifiEnabled(enable);

  updateWifiState(eventualWifiState);

  return true;

  }

  当使能成功后,会广播发送 WIFI_STATE_CHANGED_ACTION 这个 Intent 通知外界 WIFI

  已 经 成 功 使 能 了 。 WifiEnabler 创 建 的 时 候 就 会 向 Android 注 册 接 收

  WIFI_STATE_CHANGED_ACTION,因此它会收到该 Intent,从而开始扫描。

  private void handleWifiStateChanged(int wifiState) {

  if (wifiState == WIFI_STATE_ENABLED) {

  loadConfiguredAccessPoints();

  attemptScan();

  }

  2. 查找 AP

  扫描的入口函数是 WifiService 的 startScan,它其实也就是往 wpa_supplicant 发送 SCAN 命

  令。

  static jboolean android_net_wifi_scanCommand(JNIEnv* env, jobject clazz)

  {

  jboolean result;

  // Ignore any error from setting the scan mode.

  // The scan will still work.

  (void)doBooleanCommand("DRIVER SCAN-ACTIVE", "OK");

  result = doBooleanCommand("SCAN", "OK");

  (void)doBooleanCommand("DRIVER SCAN-PASSIVE", "OK");

  return result;

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  }

  当 wpa_supplicant 处理完 SCAN 命令后,它会向控制通道发送事件通知扫描完成,从而

  wifi_wait_for_event 函数会接收到该事件,由此 WifiMonitor 中的 MonitorThread 会被执行来

  出来这个事件,

  void handleEvent(int event, String remainder) {

  case SCAN_RESULTS:

  mWifiStateTracker.notifyScanResultsAvailable();

  break;

  WifiStateTracker 则接着广播发送 SCAN_RESULTS_AVAILABLE_ACTION 这个 Intent

  case EVENT_SCAN_RESULTS_AVAILABLE:

  mContext.sendBroadcast(new

  Intent(WifiManager.SCAN_RESULTS_AVAILABLE_ACTION));

  WifiLayer 注册了接收 SCAN_RESULTS_AVAILABLE_ACTION 这个 Intent,所以它的相关

  处理函数 handleScanResultsAvailable 会被调用,在该函数中,先会去拿到 SCAN 的结果(最

  终是往 wpa_supplicant 发送 SCAN_RESULT 命令并读取返回值来实现的) ,

  List list = mWifiManager.getScanResults();

  对每一个扫描返回的 AP,WifiLayer 会调用 WifiSettings 的 onAccessPointSetChanged 函数,

  从而最终把该 AP 加到 GUI 显示列表中。

  public void onAccessPointSetChanged(AccessPointState ap, boolean added) {

  AccessPointPreference pref = mAps.get(ap);

  if (added) {

  if (pref == null) {

  pref = new AccessPointPreference(this, ap);

  mAps.put(ap, pref);

  } else {

  pref.setEnabled(true);

  }

  mApCategory.addPreference(pref);

  }

  }

  3. 配置 AP 参数

  当用户在 WifiSettings 界面上选择了一个 AP 后,会显示配置 AP 参数的一个对话框,

  public boolean onPreferenceTreeClick(PreferenceScreen preferenceScreen, Preference

  preference) {

  if (preference instanceof AccessPointPreference) {

  AccessPointState state = ((AccessPointPreference)

  preference).getAccessPointState();

  showAccessPointDialog(state, AccessPointDialog.MODE_INFO);

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  }

  }

  4. 连接

  当用户在 AcessPointDialog 中选择好加密方式和输入密钥之后,再点击连接按钮,Android

  就会去连接这个 AP。

  private void handleConnect() {

  String password = getEnteredPassword();

  if (!TextUtils.isEmpty(password)) {

  mState.setPassword(password);

  }

  mWifiLayer.connectToNetwork(mState);

  }

  WifiLayer 会先检测这个 AP 是不是之前被配置过,这个是通过向 wpa_supplicant 发送

  LIST_NETWORK 命令并且比较返回值来实现的,

  // Need WifiConfiguration for the AP

  WifiConfiguration config = findConfiguredNetwork(state);

  如果 wpa_supplicant 没有这个 AP 的配置信息, 则会向 wpa_supplicant 发送 ADD_NETWORK

  命令来添加该 AP,

  if (config == null) {

  // Connecting for the first time, need to create it

  config = addConfiguration(state,

  ADD_CONFIGURATION_ENABLE|ADD_CONFIGURATION_SAVE);

  }

  ADD_NETWORK 命 令 会 返 回 一 个 ID , WifiLayer 再 用 这 个 返 回 的 ID 作 为 参 数 向

  wpa_supplicant 发送 ENABLE_NETWORK 命令,从而让 wpa_supplicant 去连接该 AP。

  // Make sure that network is enabled, and disable others

  mReenableApsOnNetworkStateChange = true;

  if (!mWifiManager.enableNetwork(state.networkId, true)) {

  Log.e(TAG, "Could not enable network ID " + state.networkId);

  error(R.string.error_connecting);

  return false;

  }

  5. 配置 IP 地址

  当 wpa_supplicant 成功连接上 AP 之后,它会向控制通道发送事件通知连接上 AP 了,从而

  wifi_wait_for_event 函数会接收到该事件,由此 WifiMonitor 中的 MonitorThread 会被执行来

  出来这个事件,

  void handleEvent(int event, String remainder) {

  case CONNECTED:

  handleNetworkStateChange(NetworkInfo.DetailedState.CONNECTED,

  remainder);

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  break;

  WifiMonitor 再调用 WifiStateTracker 的 notifyStateChange,WifiStateTracker 则接着会往自身

  发送 EVENT_DHCP_START 消息来启动 DHCP 去获取 IP 地址,

  private void handleConnectedState() {

  setPollTimer();

  mLastSignalLevel = -1;

  if (!mHaveIPAddress && !mObtainingIPAddress) {

  mObtainingIPAddress = true;

  mDhcpTarget.obtainMessage(EVENT_DHCP_START).sendToTarget();

  }

  }

  然后再广播发送 NETWORK_STATE_CHANGED_ACTION 这个 Intent

  case EVENT_NETWORK_STATE_CHANGED:

  if (result.state != DetailedState.DISCONNECTED || !mDisconnectPending) {

  intent = new

  Intent(WifiManager.NETWORK_STATE_CHANGED_ACTION);

  intent.putExtra(WifiManager.EXTRA_NETWORK_INFO,

  mNetworkInfo);

  if (result.BSSID != null)

  intent.putExtra(WifiManager.EXTRA_BSSID, result.BSSID);

  mContext.sendStickyBroadcast(intent);

  }

  break;

  WifiLayer 注册了接收 NETWORK_STATE_CHANGED_ACTION 这个 Intent,所以它的相关

  处理函数 handleNetworkStateChanged 会被调用,

  当 DHCP 拿到 IP 地址之后,会再发送 EVENT_DHCP_SUCCEEDED 消息,

  private class DhcpHandler extends Handler {

  public void handleMessage(Message msg) {

  switch (msg.what) {

  case EVENT_DHCP_START:

  if (NetworkUtils.runDhcp(mInterfaceName, mDhcpInfo)) {

  event = EVENT_DHCP_SUCCEEDED;

  }

  WifiLayer 处 理 EVENT_DHCP_SUCCEEDED 消 息 , 会 再 次 广 播 发 送

  NETWORK_STATE_CHANGED_ACTION 这个 Intent,这次带上完整的 IP 地址信息。

  case EVENT_DHCP_SUCCEEDED:

  mWifiInfo.setIpAddress(mDhcpInfo.ipAddress);

  setDetailedState(DetailedState.CONNECTED);

  intent = new

  Intent(WifiManager.NETWORK_STATE_CHANGED_ACTION);

  intent.putExtra(WifiManager.EXTRA_NETWORK_INFO, mNetworkInfo);

  mContext.sendStickyBroadcast(intent);

  break;

  至此为止,整个连接过程完成。

  问题:

  目前的实现不支持 Ad-hoc 方式。

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