【圖解】物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的N種Wi-Fi配網(wǎng)方式
[導(dǎo)讀]1背景介紹物聯(lián)網(wǎng)時代，各種各樣的智能物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備正走進(jìn)我們我們的生活，智能門鎖、攝像頭、貓眼門鈴、掃地機(jī)、智能音箱、空氣凈化器、體脂秤等等。這些物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備都有一個共同的特征，就是可以聯(lián)網(wǎng)，通過配套的手機(jī)APP，可以實現(xiàn)對設(shè)備的監(jiān)控和操作。比如家用的無線監(jiān)控攝像頭，通過對應(yīng)的手機(jī)AP...
1 背景介紹
物聯(lián)網(wǎng)時代，各種各樣的智能物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備正走進(jìn)我們我們的生活，智能門鎖、攝像頭、貓眼門鈴、掃地機(jī)、智能音箱、空氣凈化器、體脂秤等等。2 Wi-Fi基礎(chǔ)知識
2.1 STA模式與AP模式
首先介紹Wi-Fi的兩種工作模式：STA模式與AP模式。- STA模式：Station，即Wi-FI工作在無線終端模式，通過連接AP熱點連接到網(wǎng)絡(luò)
- AP模式：Access Point，即Wi-Fi工作在熱點模式，其它設(shè)備可以連接到此節(jié)點（AP熱點）
2.2?專業(yè)名詞介紹
在正式介紹各種Wi-Fi配網(wǎng)方式之前，還需要了解一些其它名稱，下面先列舉一些本篇需要用到的名詞：- Wi-Fi路由器：即家庭中常用的Wi-Fi路由器，家中的設(shè)備可共同連接到此節(jié)點形成局域網(wǎng)
- SSID：Wi-Fi名稱，其本意是Service Set Identifier，服務(wù)集標(biāo)識
- password：Wi-Fi密碼
- 物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備：可以連接網(wǎng)絡(luò)的智能設(shè)備，如智能音箱，智能插座，網(wǎng)絡(luò)攝像頭等
- 待配網(wǎng)設(shè)備：物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備剛開箱或恢復(fù)了出廠設(shè)置，需要配網(wǎng)
- 已配網(wǎng)設(shè)備：已經(jīng)連接Wi-FI的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備
- 手機(jī)APP：即智能手機(jī)，通過安裝物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備對應(yīng)的APP軟件，來更方便地使用設(shè)備
- 物聯(lián)網(wǎng)平臺：用于管理物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的云端服務(wù)器
- Wi-Fi模塊：物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備上的Wi-Fi電子模塊，用于連接互聯(lián)網(wǎng)
3 物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備Wi-Fi配網(wǎng)方案
目前，有多種多樣的配網(wǎng)方案，下面以無線網(wǎng)絡(luò)攝像頭這個物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備為例，講解各種配網(wǎng)方式的基本工作原理。3.1 設(shè)備熱點配網(wǎng)
設(shè)備熱點配網(wǎng)(dev-ap-config)，是一種比較常用的配網(wǎng)方式，該方式在配網(wǎng)時，先讓待配網(wǎng)的設(shè)備處于AP模式，讓手機(jī)連接到此設(shè)備上，然后通過手機(jī)將配網(wǎng)設(shè)備發(fā)送給設(shè)備，然后設(shè)備就可以切換到STA模式，連接Wi-Fi路由器了。其具體的配網(wǎng)過程如下：- 待配網(wǎng)設(shè)備端的Wi-Fi模塊首先工作在AP配網(wǎng)模式（如按下設(shè)備的配網(wǎng)鍵，設(shè)備進(jìn)入配網(wǎng)模式），開啟一個約定名稱的AP熱點。
- 手機(jī)APP端掃描設(shè)備機(jī)身的二維碼，獲得設(shè)備ProductKey，并將手機(jī)連接到設(shè)備建立的熱點中。
- 連接建立后，即手機(jī)與設(shè)備建立了一個局域網(wǎng)。
- 手機(jī)通過某種方式（如TCP或UDP傳輸）將Wi-Fi路由器的配網(wǎng)信息（SSID/password）發(fā)送給設(shè)備。
- 設(shè)備得到配網(wǎng)信息后，切換到STA模式，即可連接到Wi-Fi。
3.2 手機(jī)熱點配網(wǎng)
手機(jī)熱點配網(wǎng)(phone-ap-config)，是設(shè)備熱點配網(wǎng)的一個變種，熱點不再由設(shè)備創(chuàng)建，而是由手機(jī)創(chuàng)建。其具體的配網(wǎng)過程如下：- 手機(jī)APP端啟動一個預(yù)定義熱點（如熱點名為abc，密碼為12345678）。
- 待配網(wǎng)設(shè)備先連接到手機(jī)熱點上，與手機(jī)構(gòu)成一個局域網(wǎng)。
- 手機(jī)將Wi-Fi路由器的配網(wǎng)信息（SSID/password）發(fā)送給設(shè)備端。
- 設(shè)備得到配網(wǎng)信息后，斷開手機(jī)的熱點，進(jìn)入STA模式，連接到Wi-Fi路由器。
3.3 藍(lán)牙配網(wǎng)
藍(lán)牙配網(wǎng)(ble-config)，這種方式與熱點配網(wǎng)類似，它用BLE（低功耗藍(lán)牙）替代了設(shè)備端或APP端的熱點進(jìn)行配網(wǎng)信息傳輸，當(dāng)然這種方式就要求設(shè)備端和APP都支持BLE。其具體的配網(wǎng)過程如下：- 手機(jī)APP通過藍(lán)牙連接到待配網(wǎng)的設(shè)備。
- 手機(jī)通過BLE將Wi-Fi路由器的配網(wǎng)信息（SSID/password）發(fā)送給設(shè)備端。
- 設(shè)備得到配網(wǎng)信息后，進(jìn)入STA模式，即可連接到Wi-Fi。
3.4 零配配網(wǎng)
零配配網(wǎng)(zero-config)，這種方式不需要用戶在手機(jī)APP端輸入配網(wǎng)信息，而是利用已配網(wǎng)的設(shè)備對待配網(wǎng)的設(shè)備進(jìn)行配網(wǎng)。該方式利用待配設(shè)備和主配設(shè)備的高權(quán)限優(yōu)勢的配網(wǎng)，直接使用802.11的管理幀（probe request/response）攜帶配網(wǎng)信息，從而實現(xiàn)高效配網(wǎng)（這種方式要求主配和待配設(shè)備的應(yīng)用程序都能發(fā)送和接收802.11管理幀）。該方式的具體的配網(wǎng)過程如下：- 待配網(wǎng)設(shè)備向主配設(shè)備發(fā)送配網(wǎng)請求。
- 已連接Wi-Fi的主配設(shè)備向物聯(lián)網(wǎng)平臺上報新設(shè)備。
- 物聯(lián)網(wǎng)平臺向手機(jī)APP獲取待配網(wǎng)設(shè)備的信息。
- 手機(jī)APP將待配網(wǎng)設(shè)備的信息發(fā)送給平臺。
- 平臺向已連接Wi-Fi設(shè)備下發(fā)對新設(shè)備的配網(wǎng)許可。
- 已連接Wi-Fi的設(shè)備向待配網(wǎng)設(shè)備推送Wi-Fi的配網(wǎng)信息（SSID/password)。
- 待配網(wǎng)設(shè)備進(jìn)入STA模式，連接到Wi-Fi。
3.5 一鍵配網(wǎng)
一鍵配網(wǎng)(smart-config)，該方式只需要用戶在APP中輸入Wi-Fi配網(wǎng)信息即可，手機(jī)通過廣播發(fā)送配網(wǎng)信息，待配網(wǎng)設(shè)備通過監(jiān)聽獲取配網(wǎng)信息。其具體的配網(wǎng)過程如下：- 用戶在手機(jī)APP上輸入配網(wǎng)信息，手機(jī)將配網(wǎng)信息廣播出去。
- 待配網(wǎng)設(shè)備進(jìn)入sniffer模式（混雜模式，即不過濾數(shù)據(jù)報文），監(jiān)聽環(huán)境中所有的802.11報文，設(shè)備需要在所支持的信道（通常1-13）上輪詢監(jiān)聽（因設(shè)備不知道手機(jī)和路由器的信道）。
- 待配網(wǎng)設(shè)備捕獲到符合配網(wǎng)規(guī)則的數(shù)據(jù)報文后停止信道輪詢，嘗試在在此信道上接收完成所有報文。若當(dāng)前的信道接收失敗或超時重新回到sniffer模式進(jìn)行監(jiān)聽。
- 待配網(wǎng)設(shè)備在數(shù)據(jù)報文接收成功后關(guān)閉sniffer模式，開啟STA模式即可連接到Wi-Fi。
3.6 路由器配網(wǎng)
路由器配網(wǎng)(router-config)，該方式的基本思路是，路由器在配網(wǎng)模式下開啟一個特定的用于配網(wǎng)的熱點，設(shè)備掃描到該熱點后連接該熱點，獲取配網(wǎng)信息，然后路由器切換到常規(guī)熱點，設(shè)備連接此常規(guī)熱點實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)：- 用戶按下設(shè)備的配網(wǎng)按鈕，設(shè)備進(jìn)入混雜模式，掃描周圍熱點。
- 用戶按下路由器的配網(wǎng)按鈕，路由器開啟特定的熱點。
- 設(shè)備先連接到這個路由器的特定熱點，獲取配網(wǎng)信息。
- 路由器再切換到常規(guī)熱點。
- 設(shè)備即可連接到Wi-Fi的常規(guī)熱點。
3.7 掃碼配網(wǎng)
攝像頭掃碼配網(wǎng)(webcam-config)，該方式需要待配網(wǎng)設(shè)備自帶攝像頭并具備二維碼解碼能力。- 用戶按下設(shè)備的配網(wǎng)按鈕，設(shè)備進(jìn)入配網(wǎng)模式，準(zhǔn)備掃描二維碼。
- 用戶通過手機(jī)APP生成攜帶配網(wǎng)信息的二維碼。
- 設(shè)備的攝像頭掃描APP生成的二維碼，解碼出配網(wǎng)信息。
- 設(shè)備開啟STA模式即可連接到Wi-Fi。
4 總結(jié)歸納
本篇主要介紹了物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的Wi-Fi配網(wǎng)方式，概括起來這幾種方式的特點可以由這個表來表示：| 配網(wǎng)方式 | 配網(wǎng)信息交互方式 | 特殊要求 | 成功率 | 通用性 |
|---|---|---|---|---|
| 設(shè)備熱點配網(wǎng) | AP-STA鏈路通信 | - | 高 | 高 |
| 手機(jī)熱點配網(wǎng) | AP-STA鏈路通信 | - | 中 | 中 |
| 藍(lán)牙配網(wǎng) | BLE通信 | 設(shè)備要支持BLE | 高 | 中 |
| 零配配網(wǎng) | 管理幀廣播 | 需要另外的主配設(shè)備 | 高 | 低 |
| 一鍵配網(wǎng) | 手機(jī)廣播 | - | 低 | 高 |
| 路由器配網(wǎng) | 路由器廣播 | 需要定制的路由器 | 高 | 低 |
| 掃碼配網(wǎng) | 二維碼數(shù)據(jù)解析 | 設(shè)備要有能掃二維碼的攝像頭 | 高 | 低 |
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