WiFi的几种扫描类型

WiFi的扫描用于发现附近可用网络。一般可以分为两种主要类型: 主动扫描(active scan) 和 被动扫描(passive scan)。

主被动扫描

• 主动扫描 (Active Scan)

  发起主动扫描时，WiFi设备会主动发送 Probe Request帧，这些请求会广播到附近所有可见的WiFi AP，AP会以Probe Response响应，并在响应帧内提供网络信息。

  由于WiFi有很多信道，所以主动扫描时，一般会在所有频段中不停切换以在不同的信道上扫描，大体流程如下:

  1. 选择某个信道: 初始信道通常是当前连接的信道或者上一次成功连接的信道。

     选定信道后，并不会立即进行探测，而是要等候接收到一个数据帧(indication of an imcoming frame)或者ProbeDelay 计时器 到期。

     如果在ProbeDelay时间内接收到了数据帧，证明该信道有人在使用，因此可以立即进行Probe Request.

     当然，ProbeDelay计时器到期后，也会立即发送Probe Request，主要是不能一直等下去。

     ProbeDelay计时器的主要作用是控制扫描频率，同时也能节省电池寿命。

  2. 发送 Probe Request

  3. 等待 Probe Response

     这里涉及到等待时间的问题，究竟主动扫描时需要在每个信道上停留多长时间。这里涉及到两个时间相关的参数: MinChannelTime 和 MaxChannelTime。

     至少需要等待MinChannelTime的时间。这段时间内如果介质并不忙碌，表示无网络存在，因此可以跳到下一个信道；否则继续等待，直到MaxChannelTime。

• 被动扫描 (Passive Scan)

  被动扫描时，WiFi设备不会发送Probe Request，而只是监听无线信道上的数据包。它记录下附近的 AP 发送的 Beacon 帧（包含网络信息）。

  设备会首先选择一个初始信道，然后依次选择不同的信道进行监听。

  AP会周期性的广播beacon帧，包含了网络的信息：如网络的SSID、信号强度、加密类型等。

  Passive Scan时也需要确定在每个信道上停留的时间，这个时间通常称为"channel dwell time"（信道停留时间）或 “channel scan interval”（信道扫描间隔），可以是固定的，也可以是动态的:

  • 固定信道停留时间

    设备可能在每个信道上停留一定的时间，例如 100 毫秒，然后切换到下一个信道。这种方式简单且容易实现，但可能无法适应不同环境的需求

  • 自适应信道停留时间

    这种策略可能会根据环境中的网络密度、信道负载和其他因素来动态调整信道停留时间。例如，在拥挤的信道上，设备可能会停留更长时间以确保检测到 Beacon 帧。

不管是被动扫描还是主动扫描，都会有一个信道列表，设备需要在这些信道上执行扫描，那么我们其实也可以仅扫描感兴趣的信道，而不是全信道扫描。这里就引出来两个概念: **单通道扫描(Single-Channel Scanning)**和 全通道扫描(Full-Channel Scanning)，很容易理解，就不解释了。

PNO 扫描

对于移动设备，另一个比较重要的概念是PNO扫描(Preferred Network Offload): 它也是主动扫描的一种。

PNO（Preferred Network Offload）扫描是一种用于降低移动设备功耗的 Wi-Fi 扫描技术，它允许设备在后台智能地寻找和连接首选的 Wi-Fi 网络。而不是去全频道的搜索。如果搜索到首选网络，一般会自动连接(auto-join).

Android平台上，在以下几种情况下会发起新的PNO扫描

• 设备移动状态发生变化

​ 根据设备的移动状态(device mobility state)来调整PNO扫描的时间间隔. 详情参考WifiConnectivityManager.java 的 setDeviceMobilityState()

当移动状态发生改变时，并不会主动发起PNO扫描；只会修改当前PNO扫描的间隔时间。

当前默认配置的间隔时间如下:

移动状态(config_wifiMovingPnoScanIntervalMillis): 20s

静止状态(config_wifiStationaryPnoScanIntervalMillis): 60s

• 外部主动发起PNO扫描

setExternalPnoScanRequest 外部主动发起PNO扫描，可设置的参数有:

List<WifiSsid> ssids; // ssid列表 int[] frequencies; // 信道列表 Executor executor; // 回调的executor PnoScanResultsCallback callback; // 回调接口

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• 2
• 3
• 4

clearExternalPnoScanRequest

上面两个接口仅支持Android T，目前无人使用。

• ConnectivityScan

实际上，只有在 Screen OFF 并且 WiFi Disconnected 的情况下系统才会主动会发起PNO扫描，如果设备移动状态发生变化只可能修改PNO扫描的间隔时间。

而发起PNO扫描就在WifiConnectivityManager的startConnectivityScan()

private void startConnectivityScan(boolean scanImmediately) { // ... ... if (mScreenOn) { startPeriodicScan(scanImmediately); } else { if (mWifiState == WIFI_STATE_DISCONNECTED && !mPnoScanStarted) { startDisconnectedPnoScan(); } } }

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前后台扫描

另外，还有Foreground Scan 和 Background Scan两个概念:

• Foreground Scan

  一般指当前未连接到任何AP 的情况下发起的扫描

• Background Scan

  一般指当前已经连接到某个AP，但是为了保证更好的网络质量，某些情况发起的扫描叫background scan。

具体是前台扫描还是后台扫描，通常是firmware决定的，跟上层没什么关系。

乍一看，Foreground Scan 和 Background Scan 除了使用场景差异，具体的扫描动作并没有不同。其实这里的细节都是由wifichip处理(firmware)。Foreground Scan时，在扫描完一个信道后，会立即跳到下一信道；但是对于Background Scan则不同，由于当前已经连接到某个AP，所以在切换扫描信道前，会返回已连接AP 的主信道停留一段时间，以便WiFi连接有一定的时间发送/接收数据，这个停留时间通常是几十毫秒。