无线投影网关

现有的802.11技术包含的两种网络类型：基础结构网络和Ad-Hoc网络，都有一些不足，其中基础结构网络需要AP来管理和控制网络；而Ad-Hoc虽不需要AP的支持，但是配置繁琐，市场支持率低。这两种网络并不能很好的满足这一需求。因此Wi-Fi联盟提出了一种新的网络模式：Wi-Fi Direct。

Wi-Fi Direct是一种新的Wi-Fi认证商标名称，它对应的技术规范是Wi-Fi Alliance Peer-to-Peer（P2P） Specification，符合该技术标准的设备在无需AP的情况下，就可以方便地与其他设备实现直接连接，从而传输数据或共享应用，这将极大的扩大无线局域网的应用范围，并对未来的移动智能办公和智能家居生活等消费电子领域产生深远的影响。因此研究把Wi-Fi Direct与投影技术结合起来，研究和设计了一种基于Wi-Fi Direct的无线投影网关，试图把Wi-Fi Direct技术扩展到投影领域，以扩大Wi-Fi Direct的影响并使投影设备摆脱线缆的束缚。

直接连接Wi-Fi Direct简介

（1）Wi-Fi Direct的架构

Wi-Fi Direct旨在提供一种类似蓝牙的P2P（个人对个人）网络。它的基本单元是组，组内包含两类设备：GO（groupowner）和GC（groupclient）。GO提供传统WLAN网络中类似AP的功能，可为 P2P网络中的其它客户端提供分布式服务，并且它同时支持传统WLAN网络中的STA角色；GC则是连接到GO的、类似于传统网络中的STA的客户端设备。

在P2P网络的组中，GO与GC的连接可以是一对一，也可以是一对多的。因为GO可以同时充当两个角色，所以GO可以同时加入传统wLAN网络和P2P网络，这种特性被称为并发连接。对于传统的不支持Wi—Fi Direct技术的STA，它可与GO的软AP角色连接，也能加入到P2P组中，从而保持了良好的兼容性。图1所示为Wi-Fi Direct的网络拓扑。

（2）Wi-Fi Direct的特性

Wi—Fi Direct是基于802.11系列标准的规范，它的主要特点有：

①使普通SAT支持软AP的角色，从而提供了一种无需真实AP即可使多个终端建立P2P网络进而直接通信的方式，并且对不支持wi—Fi Direct的传统WLAN的盯A保持了良好的兼容性；

②允许设备支持并发连接，即一个无线终端设备可以同时以多种身份(软AP、SAT)加入多个无线网络中；

③建立连接时采用的是WPS(Wi-Fi protectedsetup)，WPS是Wi—F-联盟的一个认证项目，主要目的

是为了简化WLAN的安装及安全性配置工作，使用该技术，用户只用按下一个按钮或输人一个密码就可以方便、快速的建立起安全的无线网络；Wi—Fi Direct还允许建立连接的所有支持Wi-Fi Direct的设备在适当的时候都进入休眠状态，从而节约电量；

④Wi—Fi Direct还提供服务发现功能，即在设备建立连接之前就可获得目标设备所能提供的服务，如在与一个打印机连接之前就可知道这个打印机是否支持彩色打印。

（3）Wi-Fi Direct的关键技术

在Wi—Fi Direct中，组的建立包含了3个过程：设备发现、GO协商、条件提供。设备发现过程促使两个设备停驻到同一个信道并交换设备信息；而协商GO过程则由相互发现的设备协商由哪个设备作为GO；条件提供则是在GO与GC之间使用WPS来快速的建立安全的连接。

设备发现过程的目的是为了快速找到设备并决定要与哪个设备建立连接。该过程包含两个阶段：扫描和查找。扫描阶段是为了收集设备周围的设备和网络的信息，它采用的技术与802.1—2007标准中所用的扫描技术一样，但是在发送的扫描帧中，加入了WPS信息元素和P2P信息元素。而查找阶段则用来使两个P2P设备到达同一信道进而通信。查找阶段是依靠P2P设备周期性的在监听状态和搜索状态切换来实现的，其中监听状态在一个固定的信道上捕获探询请求帧，而搜索状态则在一系列指定的信道上发送探询请求帧。两个设备能到达同一信道有赖于一种把监听状态的周期随机化的机制。

一旦发现P2P设备，两者就可进行GO协商，以确定哪一个设备作为GO，而判断标准取决协商设备的意愿值及Tie Break位。往往是软、硬件资源比较丰富的终端成为GO。

在相互发现的设备确定GO后，用户只需要在设备上输入密码或按下WPS按钮，即可自动触发WPS过程，最终会形成受WPA2保护的P2P组了，并且SSD、临时密钥都是随机生成的。无需用户对设备设置进行太多的干涉。

直接连接线投影网关系统设计

数字技术迅猛发展，投影机已经成为多媒体教室、家庭影院、多功能会议厅等演示场所的标准配置。但大多投影机传输数据还以线缆为媒介，这导致了诸多麻烦，如布线的更换，会场人员的频繁移动等。因此在文中，设计了一种无线投影网关，该网关使用Wi-Fi Direct技术传输数据，可做为普通投影仪的外接模块，方便用户连接，解决了上述问题。

（1）线投影网关系统结构

如图2所示为无线投影网关系统结构图。在该系统中，无线投影网关通过VGA或HDMI接口与投影仪连接，并使用Wi—Fi Direct与其它无线终端通信。并且无线投影网关充当GO，它的软AP角色与其它无线终端建立P2P网络。而它的SAT角色则可与传统wLAN网络的AP建立连接，同时把无线投影网关的软AP角色与STA角色桥接起来，这样无线终端的桌面信息则会经无线投影网关的软AP角色传递给投影仪，而其它访问互联网的数据则可经过无线投影网关的软AP转发给STA角色、并进一步传递给实体AP，此时无线终端即可通过无线进行投影又可通过无线访问互联网了。

（2）线投影网关硬件设计

无线投影网关的主要功能包含：完成无线信号的收发；处理无线终端发送过来的桌面数据；同时还要具备向投影仪输出高分辨率及高刷新率的图像的能力。这就需要提供对HDMI接口的支持，但是为了与只有vGA接口的设备保持良好的兼容性，还需要支持VGA接口。因此，在硬件选择中，微处理器采用三星S5PV210，无线网卡芯片选择Atheros的AR9374，VGA输出芯片SDA7123。

（3）线投影网关系统的软件设计

整个无线投影网关系统的软件设计包含两个部分：投影网关端和客户端。其中投影网关端的软件烧录在嵌入式无线投影网关硬件中，客户端则安装在要投影的无线终端中，如PC机、智能手机等。如图3所示为系统的软件设计。

投影仪在很多场合的应用，都涉及到用户切换的问题。如在圆桌会议中，一个演讲者做完演讲，就需要把访问投影仪的权限释放给下一个演讲者。在本文中，采用多进程、多端口的设计方法来有效解决这一问题。客户端和无线投影网关端的一个进程A在端口50001负责传输H.264流，另一个进程B在端口50002负责传输用户切换的控制数据。多进程、多端口的方法可以有效的识别H．264数据流和控制信息，避免在如何区分数据流和控制信息上占用太多的MCU资源，从而使得H.264数据流得到及时的处理，进而保证屏幕显示的实时性。

直接连接研究结论

Wi—Fi Direct作为一项新近诞生的技术规范，解决了人们在无AP时进行直接连接的需求，必将成为无线局域网下一个发展热点。本文在研究Wi—Fi Direct特性的基础上，设计了一种无线投影网关，该网关可以作为外接模块用在已经面市的投影仪上，也可作为内嵌模块接入到正在研究的产品中，方便用户通过无线与投影仪直接连接，满足了人们对无线办公的需求。但在网络环境复杂的条件下，性能会有一些下降，因此需要在下一步的工作中加强对RTP协议的研究。

捷赫（上海）电子有限公司2010年1月5日成立于上海，是经国家外资委、工商部门批准注册的外资企业。

主要经营有：无线影音传输器、无线HDMI传输器、WHDI无线影音、无线矩阵影音传输器、无线3D影音传输器、无线投影网关、无线音视频传输器；电力网络桥接器（俗称：电力猫、电力猫无线路由器、无线电力猫、WIFI电力猫、无线路由电力猫、4口电力猫）、电力网络路由器、电力网络交换机、电力网络传输器、电力线通信设备、电力线适配器；云电千里眼、电力线监控设备、电力网络IP摄像头； 5.1一体式3D电视音箱；全球通IP机顶盒、高清播放器、高清网络机顶盒、高清网络硬盘播放机；3G无线路由器及其他设备。