WIFI无线网络之Wi-Fi Direct(Wi-Fi P2P)协议

Wi-Fi Direct 简介

Wi-Fi Direct（Wi-Fi P2P） 是由 Wi-Fi 联盟（Wi-Fi Alliance） 推出的一种基于 IEEE 802.11 标准的无线通信协议，允许设备在 不依赖路由器或接入点（AP） 的情况下，直接建立点对点连接。广泛用于 文件共享、无线投屏、打印、游戏联机等场景。

Wi-Fi Direct 协议栈大致结构

+-----------------------------+
|        Application Layer    |   (Miracast, RTSP, UPnP)
+-----------------------------+
|       Wi-Fi Direct Layer    |   (Group Formation, Negotiation)
+-----------------------------+
|        IEEE 802.11 MAC      |   (MAC 层协议处理)
+-----------------------------+
|           PHY               |   (物理层，Wi-Fi 射频)
+-----------------------------+

Wi-Fi Direct vs IBSS(Ad-Hoc)

Wi-Fi Direct（Wi-Fi P2P）和 IBSS（Independent Basic Service Set，即 Ad-Hoc 模式）都是用于实现设备之间“点对点”通信的技术。虽然它们都允许设备不通过接入点（AP）直接通信，但在协议架构、功能支持、安全性、应用场景等方面有显著差异。在前面介绍 IBSS 的时候也简单对比过：https://notes.z-dd.online/2025/05/03/WIFI%E6%97%A0%E7%BA%BF%E7%BD%91%E7%BB%9C%E4%B9%8BIBSS(Ad-Hoc)%E6%A8%A1%E5%BC%8F/

对比维度	Wi-Fi Direct	IBSS（Ad-Hoc）
标准协议	IEEE 802.11z（Wi-Fi Alliance 定义）	IEEE 802.11 原生支持
连接方式	支持 Group Owner（GO）角色，可作为临时 AP	所有设备地位相同，无中心节点
是否需要路由器	否	否
IP 分配机制	GO 可充当 DHCP 服务器分配 IP	需手动配置或使用自定义 DHCP
安全性	支持 WPA/WPA2 加密和 WPS 快速配对	通常不加密，或仅支持 WEP（老旧）
服务发现机制	支持 SSDP/DNS-SD 等服务发现	不支持自动服务发现
带宽/速率	高（支持 802.11n/ac）	较低（通常为 802.11b/g）
延迟表现	低延迟，适合实时应用	延迟较高，不适合视频串流
组网能力	支持多设备连接（一个 GO 可连接多个 Client）	多设备共享同一信道，容易冲突
兼容性	Android、Linux、Windows 支持较好	老系统支持好，现代系统支持差
典型应用	Miracast 投屏、文件传输、打印	局域网直连、旧版游戏联机
驱动支持要求	需要 nl80211 和 mac80211 支持 P2P	支持较广，但功能有限

Wi-Fi Direct vs Bluetooth

Wi-Fi Direct 结合了传统 Wi-Fi 的高速率和蓝牙的便捷性，使两个 Wi-Fi 设备可以像蓝牙一样直接配对连接，但具备更高的带宽和更低的延迟。

对比项	Wi-Fi Direct	Bluetooth
最大速率	几百 Mbps	通常 < 3 Mbps
连接距离	100 米左右	10 米以内
功耗	较高	较低（BLE 更省电）
配对速度	较快	快
是否需要中间设备	否	否
安全性	支持 WPA2	支持 AES 加密
适用场景	高带宽需求（如视频）	低功耗、小数据量（如耳机）

Wi-Fi Direct vs Miracast

对比项	Wi-Fi Direct	Miracast
定位	通用连接协议	视频投屏协议
基础	IEEE 802.11	基于 Wi-Fi Direct
功能	任意类型的数据传输	视频流 + 音频流
编码格式	H.264、HDCP 等	H.264
应用场景	文件共享、打印、IoT	手机投电视、PC 投电视

基本工作原理

Wi-Fi Direct 基于 IEEE 802.11 协议族，并引入了一些新的机制来实现点对点通信：

1. Group Formation（组形成）

两个或多个设备协商谁作为“Group Owner”（GO），相当于临时 AP。
GO 负责管理 IP 分配、信道选择、安全认证等。
其他设备为 Client，连接到 GO。

2. 服务发现机制（Service Discovery）

支持 SSDP、DNS-SD 等协议，用于查找其他设备上可用的服务（如打印机、媒体服务器）。
用户可以通过搜索找到附近的设备并发起连接。

3. 安全连接机制（WPS/WPA2）

使用 WPS（Wi-Fi Protected Setup）进行快速配对。
使用 WPA2 加密保证数据传输的安全性。

关键概念解释

Group Owner (GO) ：类似临时 AP，负责管理连接和网络配置
Client ：连接到 GO 的设备
Device Discovery ：发现附近支持 Wi-Fi Direct 的设备
Negotiation ：协商哪个设备成为 GO
WPS（Wi-Fi Protected Setup） ：快速配对机制，包括 PBC（按钮连接）、PIN 码配对等方式
RTSP / Miracast ：常见的应用层协议，用于视频投屏

主要特性

特性	描述
无需路由器	直接连接，无需中间设备
高带宽支持	最大速率可达数百 Mbps（取决于 Wi-Fi 标准）
低延迟通信	更适合实时应用（如音视频串流）
兼容传统 Wi-Fi	可与普通 Wi-Fi 网络共存
支持多设备连接	一个 GO 可以连接多个客户端
支持 IPv4/IPv6	自动分配 IP 地址

典型应用场景

应用	描述
无线打印	手机直接连接打印机打印文档
多媒体串流（Miracast）	手机将屏幕内容投射到电视或 PC
文件共享	在设备之间直接传输照片、视频等文件
游戏联机	多人本地游戏通过 Wi-Fi Direct 连接
远程控制	控制无人机、摄像头等 IoT 设备
车载系统互联	手机连接车机系统播放音乐或导航

Linux 下简单测试 Wi-Fi Direct

前提条件

WIFI芯片 ：支持 IEEE 802.11n/ac 并支持 P2P
驱动支持 ：必须支持 nl80211 接口，且芯片相关驱动需支持

1. 查看wifi是否支持p2p

查看当前无线接口是否支持 P2P：

iw list

输出中应包含类似字段：

Supported interface modes:
	 * managed
	 * AP
	 * P2P-client
	 * P2P-GO

2. 确保`wpa_supplicant`已启用

从 v2.0 开始支持 Wi-Fi Direct，确保wpa_supplicant（核心守护进程）已启用未启用则启用：

示例命令：

sudo wpa_supplicant -i wlan0 -c /etc/wpa_supplicant.conf -D nl80211

3. 使用`wpa_cli`简单测试p2p

可以按以下步骤进行简单测试：

机器 A（GO）


sudo wpa_cli -i wlan0
## 在交互模式下：
> p2p_group_add        # 创建 Group
> quit
sudo ip addr add 192.168.44.1/24 dev p2p-wlan0-0
sudo ip link set p2p-wlan0-0 up
##启动 DHCP 服务器（可选）
sudo dnsmasq --interface=p2p-wlan0-0 --dhcp-range=192.168.44.100,192.168.44.200,255.255.255.0 --dhcp-option=3,192.168.44.1 --no-daemon

机器 B（Client）

sudo wpa_cli -i wlan0
# 在交互模式下：
> p2p_find      # 开始扫描
> p2p_peers		# 查看已发现设备
> p2p_connect <GO_MAC> pbc go_intent=0   # 连接设备
> quit

总结

项目	内容
中文名称	Wi-Fi 点对点 / Wi-Fi 直连
英文名称	Wi-Fi Direct / Wi-Fi P2P
标准组织	Wi-Fi Alliance
协议基础	IEEE 802.11（含 802.11z）
主要用途	设备直连、无线投屏、文件共享等
优势	高带宽、低延迟、无需路由器
劣势	功耗较高、配置复杂
支持平台	Android、Linux、Windows、嵌入式系统