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