Android平台上无线网卡自动扫描并关联AP的实现

armeasy

最近为了验证一个算法的能耗，研究了在开源的Android平台上如何实现无线网卡的自动开启和基于wpa_supplicant的AP自动扫描和关联，记录且共享之。

目标：

自动打开无线网卡，扫描指定的信道列表，并在发现合适的AP时自动关联。

1. Android平台的WiFi框架

Android平台使用的WiFi控制框架是基于大名鼎鼎的wpa_supplicant，它是一个安全中间件，为各种无线网卡提供统一的安全机制，如下图所示：




图1：Android平台WiFi框架

对应上述结构，基于Android 的G1手机中的WiFi控制分为三大组件：
1）客户端程序，包括wpa_cli命令行或java图形界面程序，通过unix本地socket与
wpa_supplicant daemon服务通信，发送命令并接收结果；
2）wpa_supplicant daemon服务，对应上述中间部分，功能是“上传下达”。所有客户端通过它控制硬件网卡，通过发送字符串命令控制是否扫描AP，提取扫描结果和是否关联AP等操作，同时将驱动的执行状态发送给用户。该服务是设计支持多种无线网卡芯片，因此各个厂商共同提供了一个通用接口给wpa_supplicant调用，其中G1用的是TI的芯片；
3）网卡驱动，本文中可以不涉及。

2.    自动打开网卡并启动wpa_supplicant
图形界面可以正常启动网卡并开始AP扫描，但通过命令行wpa_cli无法启动，为此修改wpa_supplicant程序，输出所有argv参数，然后通过图形界面的设置来启动AP扫描，设置->无线接口->启动WiFi，输出如下参数：
1257946571.827087: /system/bin/wpa_supplicant
1257946571.827453: -Dtiwlan0
1257946571.827545: -itiwlan0
1257946571.827636: -c/data/misc/wifi/wpa_supplicant.conf
手工输入 wpa_supplicant -Dtiwlan0 -itiwlan0 -c/data/misc/wifi/wpa_supplicant.conf 还是启动失败。通过跟踪图形界面的java代码，定位android/packages/apps/Settings/src/com/android/settings/wifi下的java文件，确定是WifiEnabler.java，调用路径为：WifiEnabler->WifiManager.setWifiEnabled 接口函数,通过AIDL->WifiServic.setWifiEnabled函数，它向自身发送一条 MESSAGE_ENABLE_WIFI 消息, 处理代码handleMessage中调用setWifiEnabledBlocking，该函数代码如下：
…
if (enable) {
if (!WifiNative.loadDriver()) {}
if (!WifiNative.startSupplicant()) {}
..... } else {
if (!WifiNative.stopSupplicant()) {}      
if (!WifiNative.unloadDriver()) { }

}
}
WifiNative.java使用JNI机制，对应的c文件是android/hardware/libhardware_legacy/wifi/wifi.c， 其中包括以下核心函数：
int wifi_load_driver();
int wifi_unload_driver();
int wifi_start_supplicant();
int wifi_stop_supplicant();

It’s great! 将该文件静态链接到我们的代码中就可以自动加载网卡和启动wpa_supplicant。

3.    自动扫描指定的信道，并关联给定的AP
现有的wpa_cli是一个交互式命令环境，在连接到wpa_supplicant服务后，通过请求-响应的方式工作。因此我们需要重写一个客户端wpa_myclient，并通过前述wifi.c代码自动打开网卡并启动wpa_supplicant，涉及代码文件包括：
android/external/wpa_supplicant/
android/system/wlan/ti/wpa_supplicant_lib/：是由TI公司提供给wpa_supplicant的统一接口

1)    分析wpa_cli的工作原理，确定通过手工命令如何关联AP
术语networks是指由当前网卡已记忆的WLAN网络，与windows无线接口设置中的“首选网络”概念类似，该网络也可以通过wpa_supplicant.conf手工配置
术语scan_results是指当前网卡扫描发现的AP。
网卡通过需要使用下列命令序列来关联一个网络：
scan
scan_results %获得扫描结果，包括ssid和信号强度等信息
add_network %必须先创建一个网络，得到一个新的网络号id
set_network id ssid “***” %将网络与想关联AP的SSID对应
set_network id key_mgmt NONE %设置安全信息，这里是针对Open System
set_network id pairwise NONE
select_network id %激活该网络，此时开始关联过程

2)    分析wpa_cli与supplicant的通信协议，添加一个新的命令MYSCAN能按指定信道列表扫描，并修改核心数据结构struct wpa_supplicant加入一个成员保存待扫描的信道列表，主要修改文件包括：ctrl_iface.c和wpa_supplicant_i.h
3)    由wpa_supplicant.c的wpa_supplicant_scan()->driver_ti.c的wpa_driver_tista_scan-> ti_init_scan_params()初始化扫描参数，将pScanParams->channelEntry设置为指定的信道列表；
4)    扫描结束后，驱动程序通过driver_ti.c的wpa_driver_tista_receive_driver_event()通知调用程序，该事件通过逐级传递到events.c 的wpa_supplicant_event()事件分发接口， 并通过wpa_supplicant_event_scan_results()通知wpa_cli客户端，指示用户可以使用scan_results命令获取扫描结果；此外在该处理函数中如果发现扫描结果包括用户的首选网络networks，则会自动启动关联过程（windows也是这种方式）。
5)    修改events.c 的wpa_supplicant_event_scan_results()来模拟用户首选网络，首先利用    wpa_config_remove_network方法删除wpa_s->conf->ssid 中的所有首选网络，并根据一个规则从wpa_s->scan_results[]中选择一个最合适的，然后通过wpa_config_add_network和wpa_config_set按照上述手工命令格式设置该network，然后它将自动按照正常流程关联。

Hints and Tips:
1）    在android根目录执行命令，. build/envsetup.sh，然后就可以使用mm TARGET_PRODUCT=htc_dream命令加速编译
2）    实现命令set_network id ssid “***”，不能少了SSID的双引号
3）    为了实现将输出调试信息到文件，需要在.config中打开编译开关CONFIG_DEBUG_FILE，同时在main.c中初始化params.wpa_debug_file_path为一个文件（我的是/sdcard/wpadbg），最后自定义一个wpa_printf的消息优先级，并打开wpa_debug_print_timestamp，输出时戳