基於WiFiDirect的多屏融合係統的設計與實現
行業與領域應用
作者：劉崴 張樹本 朱銳意 楊堅
摘要：針對目前多屏融合係統占用家庭無線帶寬過大且終端設備與路由連接不穩定的問題，提出了基於WiFi直連技術的多屏融合係統。該係統中，智能終端之間無需通過無線訪問接入點直接進行對等網絡連接，進而達到多屏互動內容流和顯示流的無縫融合。介紹了係統的框架設計與實現，根據低時延、高兼容性的原則，完成了智能終端（如智能手機、電視等）上搭載的Android應用軟件。實驗測試結果表明：與依賴於無線局域網的傳統多屏融合係統相比，該係統在運行時的播放時延和丟包率方麵有明顯改善，終端之間不僅連接穩定，而且連接距離提升約一倍，且係統無需占用無線局域網的帶寬。
關鍵詞：對等網絡；多屏融合；接入點；接入帶寬；信息共享
中圖分類號： TP311.5 文獻標誌碼：A
英文摘要
Abstract：To solve the problems of current multiscreen interaction systems such as high bandwidth occupancy of Wide Local Area Network （WLAN） and unstability between terminal devices and the router， a multiscreen interaction system based on WiFi Direct was proposed， which directly connected two intelligent devices not via any access points and delivered content of one device to the other. The design of the system was detailedly described. According to the the principles of low delay and high compatibility， the proposed system was realized by developing an Android APP used on a smart phone or a smart TV. The test of the proposed system in practice shows that time delay and packet loss rate have been reduced in comparison with conventional multiscreen system depending on the WLAN. Also， the connection provided by WiFi Direct between two devices is stable and the distance has been doubled. Besides， the structure of the proposed system has no request for WLAN bandwidth.
英文關鍵詞
Key words：PeertoPeer （P2P）； multiscreen interaction； access point； access bandwidth； information sharing
0 引言
多屏融合是指在無線局域網範圍內，基於相同協議的各種智能設備能夠相互發現，並將共享的多媒體資源相互推送至屏幕播放的技術[1]。作為三網融合業務應用的相關技術，多屏融合能夠在網絡層上實現業務的互聯互通[2]，用戶使用不同的終端如智能手機、平板電腦、智能電視，都能夠進行多媒體內容的解析、傳輸、展示及控製等一係列操作[3]。目前，該技術已開始廣泛應用於智能電視領域，差異化的地方就在於係統的成熟度和用戶體驗[4]。
傳統的多屏融合係統中兩個終端之間的通信主要采用WiFi（WirelessFidelity）技術，一個終端（如智能手機）通過 無線訪問接入點（Access Point，AP）進行轉接，向另一個終端（如智能電視）傳輸多屏應用的高質量數據，采用這種通信方式不僅係統性能受限於WiFi信道質量，同時還會消耗大量的AP接入帶寬，影響到其他Station終端（STA） [5]。
WiFi Direct即“WiFi peertopeer”，是在支持802.11標準的兩台設備上基於對等網絡（PeertoPeer，P2P）傳輸技術實現點對點的互聯[6]。這樣，多種終端設備之間無需通過AP即可實現直接連接，極大地提高了設備之間的數據傳輸效率，並且不占用AP的接入帶寬。
本文將WiFi Direct直連技術運用到多屏融合係統中，將多屏應用從普通WiFi接入方式中解放出來，完成多屏互動的內容流和顯示流無縫的融合[7]。
1 係統框架設計
基於WiFi Direct的多屏融合係統以Android通用apk安裝包的形式發布，在Android手機、平板電腦或智能電視上安裝運行。作為P2P對等結構，軟件內容相同，用戶自行決定客戶端設備和服務器端設備。
一般來說，以小屏（如智能手機）作為客戶端，大屏（如智能電視）作為服務器端，小屏移動終端向大屏顯示設備進行實時的數據流傳輸，可有效擴展移動終端的展現力[8]。
針對低功耗、低時延的應用要求，基於WiFi Direct的多屏融合係統架構設計如圖1所示，該係統實現於Android操作係統，主要包括三個層次的模塊設計：應用層、框架層和核心類庫。
1）應用層：係統進行與用戶之間的交互，比如多屏融合軟件的安裝、用戶界麵補充中文全稱（User Interface，UI）的打開、設備的管理和多屏融合的具體操作等。
2）框架層：統一管理應用層的各類相關組件。在本層，使用Android.net.wifi.p2p包提供的WiFi Direct相關API進行上層應用的開發，具體包括7個class和9個interface；同時，屏幕抓取功能的實現也使用這一層的Android係統屏幕采集軟件工具開發包（Software Development Kit，SDK）補充中文全稱。
3）核心類庫：向框架層的服務提供接口並完成核心運算。WiFi Direct協議棧的內容工作在本層，實現設備間的請求-應答的通信處理和數據的發送接收等主要功能[9]；同時，多屏融合運行所產生的多媒體數據流，尤其是屏幕數據也調用本層的編解碼類庫加以運算。
2 係統實現
2.1 WiFi Direct的實現
2.1.1 WiFi Direct模塊結構
1）模塊WiFiActivity類實現可用設備的發現、連接及斷開連接，並可顯示設備連接的詳情。應用程序通過創建類BroadcastReceiver的繼承類模塊WiFiBroadcastReceive來通知WiFi的狀態及事件。