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無線網路的應用大升級:Wi-Fi Direct

Post by InDeepNight

自從網際網路經過了Web 2.0的洗禮之後,又歷經了智慧型手機的大爆發,在都會區裡幾乎四處都能夠找到能夠連接上網的熱點(先不論是否免費),至少無線網路已經深植在我們的生活當中,雖然頻寬不如傳統的有線網路,同時還得牽就使用人數多寡的影響,至少在一般上網瀏覽網頁、收信倒也還不成問題。

不過,我們最常用應用的無線網路(Wi-Fi),難道就只能夠讓大家連接上網嗎?還是它可以帶給我們不同的體驗或應用呢?其實,它還有更多的應用等待我們來發掘。

假設某一天,你在朋友家,突然想要將自己用手機拍的珍貴照片,透過他們家的電視放出來與朋友分享,除了連接線之外,你還能夠如何將照片透過電視來播放?取出記憶卡?透過無線網路來分享?(無法與無線AP連線?)、透過先前介紹過的DLNA(Digital Living Network Alliance)?(支援的設備似乎不多)、透過很多藍芽連接?(好像也沒有多少電視有藍芽吧?),其實現在有個新的選擇,那就是直接透過Wi-Fi的新規格:「Wi-Fi Direct」來達成!

現在具備無線網路(Wi-Fi)支援的設備愈來愈多,透過Wi-Fi Direct來傳遞資料,就類似採用P2P(Peer-To-Peer)的方式,甚至不需要接入同一個無線網路區段當中,即可直接傳送資料,這麼一來,是否十分便利呢?接著我們就一同來認識這個對我們來說,還稍嫌陌生的規格。

Wi-Fi Direct的特性

其實Wi-Fi Direct的特性並不會太難理解,因為它必須要能夠提供極高的相容性,才能夠整合目前已存在於市面上的Wi-Fi設備(根據Wi-Fi Alliance 的估計,在2009年的Wi-Fi 設備總數就有約十憶多部),時至今日,具備無線網路Wi-Fi的設備數更是有增無減,因此,Wi-Fi Direct為了要讓這些設備能夠擁有無縫的連線體驗,Wi-Fi Direct在向下相容的部分,幾乎囊括了我們所知道的所有Wi-Fi設備,唯一不支援的是802.11/b的規格,不過,現在以目前支援Wi-Fi的設備來看,至少也都已經支援到802.11 /g或802.11 /n,所以也不會有太大的問題。

當這個規格被設備供應商信任,並且加入到它們所生產的商品之後,你若是擁有一個Wifi Direct的設備之後,就代表你已經具備了和Wi-Fi的802.11/a、g和n連線的能力,不過,廠商也坦承無法保證原有的配備(硬體),只需要透過軔體更新就能夠完全支援Wi-Fi Direct的功能,發揮功效。至於Wi-Fi Direct的特性如下:

1.行動性:Wi-Fi Direct 設備能夠隨時隨地互相連接,因為它本身有採用了類似P2P的協定,不需要一定要和備連線的設備,透過同一個Wi-Fi 路由器或AP連接,所以,具備Wi-Fi Direct支援的設備可以在任何地點與其它設備連接。

2.即時性:只要你擁有一台已經具備Wi-Fi Direct功能的設備(例:多功能的智慧手機),就能夠直接帶入現有的環境當中,直接就能夠透過它來與其它原有的Wi-Fi設備連接(透過802.11 /b連接的除外)。

3.便利性:因為Wi-Fi Direct本身與其它Wi-Fi設備溝通的機制中,同時包括了設備和服務發現(Device & Service Discovery)的功能,能夠協助具備Wi-Fi Direct的設備來判斷那些設備或服務可用,甚至能夠偵測出那個Wi-Fi的網路中具備特定的輸出設備(例:印表機)。

4.安全性:Wi-Fi Direct 設備採用了WPS(Wi-Fi Protected Setup)的機制,簡化了在設備間創建安全連線的過程,使用者可以透過按下設備上的按鈕,或是輸入PIN 碼(設備顯示的PIN碼),即能輕鬆建立安全連線,同時也支援 WPA2 的加密機制。

WPS的說明:目前WPS常見的連線模式有兩種,分別是PIN(Personal Information Number)及PBC(Push Button Configuration)模式,其連線的過程如下:

PIN模式:直接輸入一組硬體的序號(4或8位數)來建立連線,不過因為是在現存的設備上輸入PIN,原則上一輸入完PIN碼,即可完成連線設備間的連線。

PBC模式:則是透過按鈕的方式(或是軟體模擬的按鈕或硬體按鈕)。分別按下兩個設備的按鍵後,即可完成連線,不過,理論上這種連線模式的速度較慢。

Wi-Fi Direct的規格

在我們瞭解了Wi-Fi Direct的特性之後,應該可以發現它最大的變革就是P2P的架構,也因為如此,Wi-Fi Direct的設備同時具備連入傳統無線網路和點對點連接的功能,一個具備Wi-Fi Direct的設備,應該具備控制哪部設備加入、小組何時啟動和終止的功能,然而對於傳統的Wi-Fi設備來說,這種具備Wi-Fi Direct的設備,就像是一個AP(Access Point)的設備,因此,一般不具備Wi-Fi Direct功能的Wi-Fi連線設備,也僅能做為點對點連線時的客戶端的設備。

不過,所有的Wi-Fi Direct設備必須能夠負責整個小組,同時協調那個設備成為領導的角色,甚至一定得具備設備發現(Device Discovery)和電源管理(Power Management)的機制,同時還能夠提供其它選擇性擁有的功能,例:服務發現、邀請機制。下表即為Wi-Fi Direct所定義的關鍵機制:

 

關鍵機制

強制

可選

設備發現

X

 

-服務發現

 

X

小組建立

X

 

-邀請機制

 

X

-客戶發現

X

 
能源管理

X

 

-P2P-PS 與P2P-WMM®-PS

X

 

-缺席通知(Notice of Absence)

X

 

-機會節能(Opportunistic Power Save)

X

 

 

關鍵機制的說明

  1. 設備發現:確定其他Wi-Fi Direct 設備並建立連接,確保目標設備能夠被加入小組當中,主要是採用WPS的安全連接技術。
  2. 服務發現:告知其他Wi-Fi Direct設備,高階屬於應用層相關的服務,例:Bonjour、UPnP、Web服務。
  3. 小組建立:每個Wi-Fi Direct設備都可建立一個小組,若是具備兩個以上的Wi-Fi Direct設備時,彼此之間還可協商誰為主要管理者。
  4. 邀請機制:能夠透過邀請的方式來讓其它Wi-Fi Direct的設備來進入已經存在的小組。
  5. 客戶發現:讓使用者能夠輕鬆定位並連接特定的設備,例:一部手機可以要求查看是否存在具備Wi-Fi Direct功能的印表機。
  6. 電源管理:降低小組內各類設備角色的能源消耗,同時保持發現的功能,雖然所有Wi-Fi Direct 設備均實施了這些機制,但能否實現節能,仍取決於特定環境下的設備設置與互動,不過節能的管理機制無法相容於傳統的連線設備。
  7. P2P-PS 與P2P-WMM®-PS:以標準的Wi-Fi Power Save 和WMM-Power Save 規範為基礎,幫助負責管理小組的設備實現節能目標,以達致休眠時間的最大化,尤其是對於採用電池作為電源供應Wi-Fi Direct設備。
  8. 缺席通知:通報小組中有什麼Wi-Fi Direct的設備離開。
  9. 機會節能:讓負責管理小組的Wi-Fi Direct 設備也進入休眠狀態,仍會定期進入可用狀態,為了能夠保持第一個關鍵機制「設備發現」的功能。

除了規範它的關鍵機制之外(仍有強制和可選的差別),在功能上一樣有其定義,不過這部分就不如關鍵機制般嚴謹,均為可選的功能,例:

  1. 永久型小組:建立小組一次後,未來即可直接調用,不需再透過WPS的認證機制來重新建立,不過支援永久型小組的Wi-Fi Direct設備,同時得支援邀請機制,方可達成此永久型小組的目的。
  2. 並行連接:一部Wi-Fi Direct 設備可以在加入小組的同時保持WLAN 基礎設施連接,甚至能夠加入多個小組,主要是透過實體或是虛擬的MAC來處理,主要還是取決於實體廠商。
  3. 需管理的環境:因為在Wi-Fi 環境中,經常有特定環境、條件的需求,當建立P2P連線時,為提高無線頻寛的使用效率,Wi-Fi Direct 設備不採用802.11b 資料或是特定的資料傳輸速率,例:1,2,5.5 或11Mbps(發送給Wi-Fi Direct 設備和傳統設備的除外),也不對只支援802.11 /b 速率的請求作出回應。

這種策略有助於減少Wi-Fi Direct 設備之間傳送訊號所使用的時間,同時也是一開始就說明它不支援802.11 /b的主因,除此之外,傳統的的網路連接設備也能夠管理Wi-Fi Direct 設備所建立的小組,如有必要時,甚至能夠撤銷交叉連接的功能,以免造成有特定管理需求的環境,因為Wi-Fi Direct小組的進入,反而失去其原有的安全性。

Wi-Fi Direct的應用

其實Wi-Fi Direct的應用相當多元,幾乎只要是能夠透過Wi-Fi連接的相關設備都能夠產生效益,畢竟現在有愈來愈多的家電產品加入了無線Wi-Fi的支援(例:電視、媒體播放器…等),至少在資料的傳輸上,就能夠先透過這種方式來連接(不過還得視原有的Wi-Fi設備是否有出新的軔體升級),在Wi-Fi的聯盟的官網上,就有一個動畫在展示它能夠帶來那些不同層面的應用,雖然是英文不過我想各位應該看影片(http://www.youtube.com/watch?v=je2lWjfpywQ)就能瞭解其內容。

雖然最早LG在2011年的CES推出了第一隻具備Wi-Fi Direct功能的手機外,日前HP也推出了第一隻具備Wi-Fi Direct功能的滑鼠(有興趣的人可以看以下短片介紹),我想後續會看見更多廠商投入這個領域,說不定未來只要攜帶一個人的行動硬碟,就能夠四處存取資料,或是傳輸相關訊息給需要的每個人,如果在速率和安全能夠兼顧的狀況之下,採用Wi-Fi Direct的連接方式也不錯呀!至少不必再帶著一條惱人的連接線才能夠存取資料,你說是嗎?

使用Wi-Fi Direct的注意事項

雖然Wi-Fi Direct具有相當多的好處及優勢,不過還是有些細節得要留意,畢竟每種新的技術規格在出來的同時,通常也都具備某些特定的限制,這就做個簡單的整理。

  1. 不支援僅使用802.11 /b的Wi-Fi設備。
  2. Wi-Fi Direct的連線是否能夠支援1對多,仍需視設備本身的功能而定。
  3. Wi-Fi Direct的設備無法取代你原先的無線基地台,因為它們所採用的規範和定位皆不同。
  4. Wi-Fi Direct的連線方式與原本Wi-Fi的Ad hoc不同,因為它同時還提供了交叉連接的功能,讓你能夠同時使用傳統的Wi-Fi連線,以及P2P的連線模式。
  5. Wi-Fi Direct的連線方式採取WPS認證,操作方式某些具備此功能的無線基地台或AP類似,不過最好是使用在支援WPA2的設備上。
  6. 在必要情況之下,可以切斷傳統Wi-Fi連線和Wi-Fi Direct之間的互通性。

以上就是採用Wi-Fi Direct可能需要留意的部分,畢竟它主要功能是原有Wi-Fi架構的延伸,並非取代既有的架構,所以還是得要注意它的相關規範,以免還沒有體驗到它的好處之前,就先被它氣到冒煙。

總結

雖然在Wi-Fi Direct的使用上,有人會拿出藍牙3.0 + HS(Bluetooth v3.0 + HS)來比較,雖然藍牙在設備端連接的部分不像Wi-Fi Direct複雜(Wi-Fi Direct可能會有驅動程式上的麻煩),但是對於實際應用的層面,無論是資料傳輸的距離、速度(Wi-Fi Direc的最大傳輸距離是200公尺,最大傳輸速度為250Mbps),似乎對於現代人在多媒體檔案的傳輸上較具優勢。

況且Wi-Fi設備的應用環境也較為大眾所熟悉,因此,筆者認為Wi-Fi Direct還是較具吸引力,當然,若是Wi-Fi Direct能夠在實際應用上更直覺、便利,甚至能夠解決在不同設備上所需的驅動問題,它應該就能夠更快速地被廠商接受,並且深入到我們的生活當中,對我們來說,又何嘗不是件美事呢?有句廣告詞說得好:「科技始終來自於人性」,其實…我想應該有更多是來自於「惰性」吧?為了能夠讓我們的生活愈來愈便利、出門時需要攜帶的設備愈少,能夠執行的事情愈多,這些技術或設備不就成了推波助瀾的最大功臣嗎?

或許在不遠的將來,我們出門就只要攜帶一張整合身份證件及所有生活所需工具的卡片即可,或者是透過一些個人特徵辨識的方式,即可取得所需的相關資源,等到那個時代的到來,我們再回頭來看當下的科技演進,或許又是另外一番感觸了吧!

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