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1 /**
2 \page p2p Wi-Fi Direct - P2P module
3
4 Wi-Fi Direct functionality is implemented any many levels in the WLAN
5 stack from low-level driver operations to high-level GUI design. This
6 document covers the parts that can be user by wpa_supplicant. However,
7 it should be noted that alternative designs are also possible, so some
8 of the functionality may reside in other components in the system.
9
10 The driver (or WLAN firmware/hardware) is expected to handle low-level
11 operations related to P2P Power Management and channel scheduling. In
12 addition, support for virtual network interface and data frame
13 processing is done inside the driver. Configuration for these
14 low-level operations is defined in the driver interface:
15 src/drivers/driver.h. This defines both the commands and events used to
16 interact with the driver.
17
18 P2P module implements higher layer functionality for management P2P
19 groups. It takes care of Device Discovery, Service Discovery, Group
20 Owner Negotiation, P2P Invitation. In addition, it maintains
21 information about neighboring P2P Devices. This module could be used
22 in designs that do not use wpa_supplicant and it could also reside
23 inside the driver/firmware component. P2P module API is defined in
24 \ref src/p2p/p2p.h.
25
26 Provisioning step of Group Formation is implemented using WPS
27 (\ref src/wps/wps.h).
28
29 wpa_supplicant includes code in interact with both the P2P module
30 (\ref wpa_supplicant/p2p_supplicant.c) and WPS
31 (\ref wpa_supplicant/wps_supplicant.c). The driver operations are passed
32 through these files, i.e., core P2P or WPS code does not interact
33 directly with the driver interface.
34
35
36 \section p2p_arch P2P architecture
37
38 P2P functionality affects many areas of the system architecture. This
39 section shows couple of examples on the location of main P2P
40 components. In the diagrams below, green arrows are used to show
41 communication paths from the P2P module to upper layer management
42 functionality and all the way to a GUI that user could use to manage
43 P2P connections. Blue arrows show the path taken for lower layer
44 operations. Glue code is used to bind the P2P module API to the rest
45 of the system to provide access both towards upper and lower layer
46 functionality.
47
48 \subsection p2p_arch_mac80211 P2P architecture with Linux/mac80211/ath9k
49
50 An architecture where the P2P module resides inside the
51 wpa_supplicant process is used with Linux mac80211-based drivers,
52 e.g., ath9k. The following diagram shows the main components related
53 to P2P functionality in such an architecture.
54
55 \image html p2p_arch.png "P2P module within wpa_supplicant"
56 \image latex p2p_arch.eps "P2P module within wpa_supplicant" width=15cm
57
58 \subsection p2p_arch_umac P2P architecture with UMAC
59
60 The following diagram shows the main components related to P2P
61 functionality in an architecture where the P2P module resides inside
62 the kernel IEEE 802.11 stack (UMAC in the figure).
63
64 \image html p2p_arch2.png "P2P module in kernel
65 \image latex p2p_arch2.eps "P2P module in kernel" width=15cm
66
67
68 \section p2p_module P2P module
69
70 P2P module manages discovery and group formation with a single state
71 machine, i.e., only a single operation per device can be in progress
72 at any given time. The following diagram describes the P2P state
73 machine. For clarity, it does not include state transitions on
74 operation timeouts to the IDLE state. The states that are marked with
75 dotted ellipse are listed for clarity to describe the protocol
76 functionality for Device Discovery phase, but are not used in the
77 implementation (the SEARCH state is used to manage the initial Scan
78 and the alternating Listen and Search states within Find).
79
80 \image html p2p_sm.png "P2P module state machine"
81 \image latex p2p_sm.eps "P2P module state machine" width=15cm
82
83 \subsection p2p_module_api P2P module API
84
85 P2P module API is defined in \ref src/p2p/p2p.h. The API consists of
86 functions for requesting operations and for providing event
87 notifications. Similar set of callback functions are configured with
88 struct p2p_config to provide callback functions that P2P module can
89 use to request operations and to provide event notifications. In
90 addition, there are number of generic helper functions that can be
91 used for P2P related operations.
92
93 These are the main functions for an upper layer management entity to
94 request P2P operations:
95 - \ref p2p_find()
96 - \ref p2p_stop_find()
97 - \ref p2p_listen()
98 - \ref p2p_connect()
99 - \ref p2p_reject()
100 - \ref p2p_prov_disc_req()
101 - \ref p2p_sd_request()
102 - \ref p2p_sd_cancel_request()
103 - \ref p2p_sd_response()
104 - \ref p2p_sd_service_update()
105 - \ref p2p_invite()
106
107 These are the main callback functions for P2P module to provide event
108 notifications to the upper layer management entity:
109
110 - \ref p2p_config::dev_found()
111 - \ref p2p_config::go_neg_req_rx()
112 - \ref p2p_config::go_neg_completed()
113 - \ref p2p_config::sd_request()
114 - \ref p2p_config::sd_response()
115 - \ref p2p_config::prov_disc_req()
116 - \ref p2p_config::prov_disc_resp()
117 - \ref p2p_config::invitation_process()
118 - \ref p2p_config::invitation_received()
119 - \ref p2p_config::invitation_result()
120
121 The P2P module uses following functions to request lower layer driver
122 operations:
123
124 - \ref p2p_config::p2p_scan()
125 - \ref p2p_config::send_probe_resp()
126 - \ref p2p_config::send_action()
127 - \ref p2p_config::send_action_done()
128 - \ref p2p_config::start_listen()
129 - \ref p2p_config::stop_listen()
130
131 Events from lower layer driver operations are delivered to the P2P
132 module with following functions:
133
134 - \ref p2p_probe_req_rx()
135 - \ref p2p_rx_action()
136 - \ref p2p_scan_res_handler()
137 - \ref p2p_scan_res_handled()
138 - \ref p2p_send_action_cb()
139 - \ref p2p_listen_cb()
140
141 In addition to the per-device state, the P2P module maintains
142 per-group state for group owners. This is initialized with a call to
143 p2p_group_init() when a group is created and deinitialized with
144 p2p_group_deinit(). The upper layer GO management entity uses
145 following functions to interact with the P2P per-group state:
146
147 - \ref p2p_group_notif_assoc()
148 - \ref p2p_group_notif_disassoc()
149 - \ref p2p_group_notif_formation_done()
150 - \ref p2p_group_match_dev_type()
151
152 The P2P module will use following callback function to update P2P IE
153 for GO Beacon and Probe Response frames:
154
155 - \ref p2p_group_config::ie_update()
156
157
158 \section p2p_driver P2P driver operations (low-level interface)
159
160 The following driver wrapper functions are needed for P2P in addition
161 to the standard station/AP mode operations when the P2P module resides
162 within wpa_supplicant:
163 - \ref wpa_driver_ops::if_add()
164 - \ref wpa_driver_ops::if_remove()
165 - \ref wpa_driver_ops::remain_on_channel()
166 - \ref wpa_driver_ops::cancel_remain_on_channel()
167 - \ref wpa_driver_ops::send_action()
168 - \ref wpa_driver_ops::probe_req_report()
169
170 The following driver wrapper events are needed for P2P in addition to
171 the standard station/AP mode events when the P2P module resides within
172 wpa_supplicant:
173 - \ref wpa_event_type::EVENT_RX_MGMT
174 - \ref wpa_event_type::EVENT_REMAIN_ON_CHANNEL
175 - \ref wpa_event_type::EVENT_CANCEL_REMAIN_ON_CHANNEL
176 - \ref wpa_event_type::EVENT_RX_PROBE_REQ
177
178
179 \section p2p_go_neg P2P device discovery and group formation
180
181 This section shows an example sequence of operations that can be used
182 to implement P2P device discovery and group formation. The function
183 calls are described based on the P2P module API. The exact design for
184 the glue code outside the P2P module depends on the architecture used
185 in the system.
186
187 An upper layer management entity starts P2P device discovery by
188 calling \ref p2p_find(). The P2P module start the discovery by requesting a
189 full scan to be completed by calling \ref p2p_config::p2p_scan(). Results
190 from the scan will be reported by calling \ref p2p_scan_res_handler() and
191 after last result, the scan result processing is terminated with a
192 call to \ref p2p_scan_res_handled(). The P2P peers that are found during
193 the full scan are reported with the \ref p2p_config::dev_found() callback.
194
195 After the full scan, P2P module start alternating between Listen and
196 Search states until the device discovery operation times out or
197 terminated, e.g., with a call to \ref p2p_stop_find().
198
199 When going into the Listen state, the P2P module requests the driver
200 to be configured to be awake on the listen channel with a call to
201 \ref p2p_config::start_listen(). The glue code using the P2P module may
202 implement this, e.g., by using remain-on-channel low-level driver
203 functionality for off-channel operation. Once the driver is available
204 on the requested channel, notification of this is delivered by calling
205 \ref p2p_listen_cb(). The Probe Request frames that are received during the
206 Listen period are delivered to the P2P module by calling
207 \ref p2p_config::p2p_probe_req_rx() and P2P module request a response to
208 these to be sent by using \ref p2p_config::send_probe_resp() callback
209 function. If a group owner negotiation from another P2P device is
210 received during the device discovery phase, that is indicated to the
211 upper layer code with the \ref p2p_config::go_neg_req_tx() callback.
212
213 The Search state is implemented by using the normal scan interface,
214 i.e., the P2P module will call \ref p2p_config::p2p_scan() just like in the
215 full scan phase described. Similarly, scan results from the search
216 operation will be delivered to the P2P module using the
217 \ref p2p_scan_res_handler() and \ref p2p_scan_res_handled() functions.
218
219 Once the upper layer management entity has found a peer with which it
220 wants to connect by forming a new group, it initiates group owner
221 negotiation by calling \ref p2p_connect(). Before doing this, the upper
222 layer code is responsible for asking the user to provide the PIN to be
223 used during the provisioning step with the peer or the push button
224 press for PBC mode. The glue code will need to figure out the intended
225 interface address for the group before group owner negotiation can be
226 started.
227
228 Optional Provision Discovery mechanism can be used to request the peer
229 to display a PIN for the local device to enter (and vice versa). Upper
230 layer management entity can request the specific mechanism by calling
231 \ref p2p_prov_disc_req(). The response to this will be reported with the
232 \ref p2p_config::prov_disc_resp() callback. If the peer device started
233 Provision Discovery, an accepted request will be reported with the
234 \ref p2p_config::prov_disc_req() callback. The P2P module will
235 automatically accept the Provision Discovery for display and keypad
236 methods, but it is up to the upper layer manegement entity to actually
237 generate the PIN and to configure it with following \ref p2p_connect() call
238 to actually authorize the connection.
239
240 The P2P module will use \ref p2p_config::send_action() callback to request
241 lower layer code to transmit an Action frame during group owner
242 negotiation. \ref p2p_send_action_cb() is used to report the result of
243 transmission. If the peer is not reachable, the P2P module will try to
244 find it by alternating between Action frame send and Listen
245 states. The Listen state for this phase will be used similarly to the
246 Listen state during device discovery as described above.
247
248 Once the group owner negotiation has been completed, its results will
249 be reported with the \ref p2p_config::go_neg_completed() callback. The
250 upper layer management code or the glue code using the P2P module API
251 is responsible for creating a new group interface and starting
252 provisioning step at this point by configuring WPS Registrar or
253 Enrollee functionality based on the reported group owner negotiation
254 results. The upper layer code is also responsible for timing out WPS
255 provisioning if it cannot be completed in 15 seconds.
256
257 Successful completion of the WPS provisioning is reported with a call
258 to \ref p2p_wps_success_cb(). The P2P module will clear its group formation
259 state at this point and allows new group formation attempts to be
260 started. The upper layer management code is responsible for configuring
261 the GO to accept associations from devices and the client to connect to
262 the GO with the provisioned credentials. GO is also responsible for
263 calling \ref p2p_group_notif_formation_done() as described below.
264
265 If the WPS provisioning step fails or times out, this is reported with
266 a call to \ref p2p_group_formation_failed(). The P2P module will clear its
267 group formation state at this point and allows new group formation
268 attempts to be started. The upper layer management code is responsible
269 for removing the group interface for the failed group.
270
271
272 \section p2p_sd P2P service discovery
273
274 P2P protocol includes service discovery functionality that can be used
275 to discover which services are provided by the peers before forming a
276 group. This leverages the Generic Advertisement Service (GAS) protocol
277 from IEEE 802.11u and P2P vendor-specific contents inside the Native
278 GAS messages.
279
280 The P2P module takes care of GAS encapsulation, fragmentation, and
281 actual transmission and reception of the Action frames needed for
282 service discovery. The user of the P2P module is responsible for
283 providing P2P specific Service Request TLV(s) for queries and Service
284 Response TLV(s) for responses.
285
286 \subsection p2p_sd_query Quering services of peers
287
288 Service discovery is implemented by processing pending queries as a
289 part of the device discovery phase. \ref p2p_sd_request() function is used
290 to schedule service discovery queries to a specific peer or to all
291 discovered peers. \ref p2p_sd_cancel_request() can be used to cancel a
292 scheduled query. Queries that are specific to a single peer will be
293 removed automatically after the response has been received.
294
295 After the service discovery queries have been queued, device discovery
296 is started with a call to \ref p2p_find(). The pending service discovery
297 queries are then sent whenever a peer is discovered during the find
298 operation. Responses to the queries will be reported with the
299 \ref p2p_config::sd_response() callback.
300
301 \subsection p2p_sd_response Replying to service discovery queries from peers
302
303 The received service discovery requests will be indicated with the
304 \ref p2p_config::sd_request() callback. The response to the query is sent
305 by calling \ref p2p_sd_response().
306
307 \subsection p2p_sd_indicator Service update indicator
308
309 P2P service discovery provides a mechanism to notify peers about
310 changes in available services. This works by incrementing Service
311 Update Indicator value whenever there is a change in the
312 services. This value is included in all SD request and response
313 frames. The value received from the peers will be included in the
314 \ref p2p_config::sd_request() and \ref p2p_config::sd_response() callbacks. The
315 value to be sent to the peers is incremented with a call to
316 \ref p2p_sd_service_update() whenever availibility of the local services
317 changes.
318
319
320 \section p2p_go P2P group owner
321
322 This section describes how P2P module can be used for managing
323 per-group information in a group owner. The function calls are
324 described based on the P2P module API. The exact design for the glue
325 code outside the P2P module depends on the architecture used in the
326 system.
327
328 When a P2P group interface is created in group owner role, per-group
329 data is initialized with \ref p2p_group_init(). This call provides a
330 pointer to the per-device P2P module context and configures the
331 per-group operation. The configured \ref p2p_group_config::ie_update()
332 callback is used to set the initial P2P IE for Beacon and Probe
333 Response frames in the group owner. The AP mode implementation may use
334 this information to add IEs into the frames.
335
336 Once the group formation has been completed (or if it is skipped in
337 case of manual group setup), \ref p2p_group_notif_formation_done() is
338 called. This will allow the P2P module to update the P2P IE for
339 Beacon and Probe Response frames.
340
341 The SME/MLME code that managements IEEE 802.11 association processing
342 needs to inform P2P module whenever a P2P client associates or
343 disassociates with the group. This is done by calling
344 \ref p2p_group_notif_assoc() and \ref p2p_group_notif_disassoc(). The P2P module
345 manages a list of group members and updates the P2P Group Information
346 subelement in the P2P IE based on the information from the P2P
347 clients. The \ref p2p_group_config::ie_update() callback is used whenever
348 the P2P IE in Probe Response frames needs to be changed.
349
350 The SME/MLME code that takes care of replying to Probe Request frames
351 can use \ref p2p_group_match_dev_type() to check whether the Probe Request
352 frame request a reply only from groups that include a specific device
353 type in one of the clients or GO. A match will be reported if the
354 Probe Request does not request a specific device type, so this
355 function can be used to filter or received Probe Request frames and
356 only the ones that result in non-zero return value need to be replied.
357
358 When the P2P group interface for GO role is removed,
359 \ref p2p_group_deinit() is used to deinitialize the per-group P2P module
360 state.
361
362
363 \section p2p_ctrl_iface P2P control interface
364
365 wpa_supplicant \ref ctrl_iface_page "control interface" can be used
366 to manage P2P functionality from an external program (e.g., a GUI or a
367 system configuration manager). This interface can be used directly
368 through the control interface backend mechanism (e.g., local domain
369 sockets on Linux) or with help of wpa_cli (e.g., from a script).
370
371 The following P2P-related commands are available:
372 - \ref ctrl_iface_P2P_FIND P2P_FIND
373 - \ref ctrl_iface_P2P_STOP_FIND P2P_STOP_FIND
374 - \ref ctrl_iface_P2P_CONNECT P2P_CONNECT
375 - \ref ctrl_iface_P2P_LISTEN P2P_LISTEN
376 - \ref ctrl_iface_P2P_GROUP_REMOVE P2P_GROUP_REMOVE
377 - \ref ctrl_iface_P2P_GROUP_ADD P2P_GROUP_ADD
378 - \ref ctrl_iface_P2P_PROV_DISC P2P_PROV_DISC
379 - \ref ctrl_iface_P2P_SERV_DISC_REQ P2P_SERV_DISC_REQ
380 - \ref ctrl_iface_P2P_SERV_DISC_CANCEL_REQ P2P_SERV_DISC_CANCEL_REQ
381 - \ref ctrl_iface_P2P_SERV_DISC_RESP P2P_SERV_DISC_RESP
382 - \ref ctrl_iface_P2P_SERVICE_UPDATE P2P_SERVICE_UPDATE
383 - \ref ctrl_iface_P2P_SERV_DISC_EXTERNAL P2P_SERV_DISC_EXTERNAL
384 - \ref ctrl_iface_P2P_REJECT P2P_REJECT
385 - \ref ctrl_iface_P2P_INVITE P2P_INVITE
386
387 The following P2P-related events are used:
388 - \ref ctrl_iface_event_P2P_EVENT_DEVICE_FOUND P2P-DEVICE-FOUND
389 - \ref ctrl_iface_event_P2P_EVENT_GO_NEG_REQUEST P2P-GO-NEG-REQUEST
390 - \ref ctrl_iface_event_P2P_EVENT_GO_NEG_SUCCESS P2P-GO-NEG-SUCCESS
391 - \ref ctrl_iface_event_P2P_EVENT_GO_NEG_FAILURE P2P-GO-NEG-FAILURE
392 - \ref ctrl_iface_event_P2P_EVENT_GROUP_FORMATION_SUCCESS P2P-GROUP-FORMATION-SUCCESS
393 - \ref ctrl_iface_event_P2P_EVENT_GROUP_FORMATION_FAILURE P2P-GROUP-FORMATION-FAILURE
394 - \ref ctrl_iface_event_P2P_EVENT_GROUP_STARTED P2P-GROUP-STARTED
395 - \ref ctrl_iface_event_P2P_EVENT_GROUP_REMOVED P2P-GROUP-REMOVED
396 - \ref ctrl_iface_event_P2P_EVENT_PROV_DISC_SHOW_PIN P2P-PROV-DISC-SHOW-PIN
397 - \ref ctrl_iface_event_P2P_EVENT_PROV_DISC_ENTER_PIN P2P-PROV-DISC-ENTER-PIN
398 - \ref ctrl_iface_event_P2P_EVENT_SERV_DISC_REQ P2P-SERV-DISC-REQ
399 - \ref ctrl_iface_event_P2P_EVENT_SERV_DISC_RESP P2P-SERV-DISC-RESP
400 - \ref ctrl_iface_event_P2P_EVENT_INVITATION_RECEIVED P2P-INVITATION-RECEIVED
401 - \ref ctrl_iface_event_P2P_EVENT_INVITATION_RESULT P2P-INVITATION-RESULT
402
403
404 \subsection p2p_wpa_gui GUI example (wpa_gui)
405
406 wpa_gui has an example implementation of a GUI that could be used to
407 manage P2P operations. The P2P related functionality is contained
408 mostly in wpa_supplicant/wpa_gui-qt4/peers.cpp and it shows how the
409 control interface commands and events can be used.
410
411
412 \subsection p2p_wpa_cli wpa_cli example
413
414 wpa_cli can be used to control wpa_supplicant in interactive
415 mode. The following sessions show examples of commands used for
416 device discovery and group formation. The lines starting with "> " are
417 commands from the user (followed by command result indication) and
418 lines starting with "<2>" are event messages from wpa_supplicant.
419
420 P2P device "Wireless Client":
421
422 \verbatim
423 > p2p_find
424 OK
425 > <2>P2P-DEVICE-FOUND 02:40:61:c2:f3:b7 p2p_dev_addr=02:40:61:c2:f3:b7
426 pri_dev_type=1-0050F204-1 name='Wireless Client 2' config_methods=0x18c
427 dev_capab=0x1 group_capab=0x0
428 <2>P2P-GO-NEG-REQUEST 02:40:61:c2:f3:b7
429 <2>P2P-GO-NEG-REQUEST 02:40:61:c2:f3:b7
430 > p2p_connect 02:40:61:c2:f3:b7 pbc
431 OK
432 <2>P2P-GO-NEG-SUCCESS 
433 <2>P2P-GROUP-FORMATION-SUCCESS 
434 <2>P2P-GROUP-STARTED sta0-p2p-0 client DIRECT-vM
435 > interface
436 Available interfaces:
437 sta0-p2p-0
438 sta0
439 > p2p_group_remove sta0-p2p-0
440 <2>P2P-GROUP-REMOVED sta0-p2p-0 client
441 OK
442 > term
443 OK
444 \endverbatim
445
446
447 P2P device "Wireless Client2" (which ended up operating in GO role):
448
449 \verbatim
450 > p2p_find
451 OK
452 <2>P2P-DEVICE-FOUND 02:f0:bc:44:87:62 p2p_dev_addr=02:f0:bc:44:87:62
453 pri_dev_type=1-0050F204-1 name='Wireless Client' config_methods=0x18c
454 dev_capab=0x1 group_capab=0x0
455 > p2p_connect 02:f0:bc:44:87:62 pbc
456 OK
457 <2>P2P-GO-NEG-SUCCESS 
458 <2>P2P-GROUP-FORMATION-SUCCESS 
459 <2>P2P-GROUP-STARTED sta1-p2p-0 GO DIRECT-vM
460 > interface
461 Available interfaces:
462 sta1-p2p-0
463 sta1
464 > p2p_group_remove sta1-p2p-0
465 <2>P2P-GROUP-REMOVED sta1-p2p-0 GO
466 OK
467 > term
468 OK
469 \endverbatim
470
471 */