IoT时代：Wi-Fi“配网”技术剖析总结

这种配网方式的基本思想是，Wi-Fi模块工作在STA+AP混合模式并启动内嵌的WEB服务器，电脑手机或平板等Wi-Fi设备连接WIFI模块所建立的AP热点，并获取得到一个IP地址(即：加入了这个Wi-Fi模块的热点AP模式所建立的Wi-Fi局域网)，然后电脑手机或平板等Wi-Fi设备通过其上标配的浏览器访问Wi-Fi模块上的WEB服务器，在打开的WEB网页中，完成各种配置，包括设置Wi-Fi模块在STA模式下去链接第三方热点或路由器的SSID和密码，让WIFI模块作为STA去连接其他热点AP或路由器。

SoftAP配网

SoftAP配网方式在小米智能家居产品中被广泛应用。其原理是在Wi-Fi网络中另外启动TCP服务，通过TCP进行SSID和密码的配置，使智能硬件接入到指定的路由器。

在机器复位后，首先智能硬件会工作在Wi-Fi的AP模式，且开启TCP服务器，进入监听状态。

在此时，使用手机接入该AP热点，连接成功后，打开客户端，手机会去连接TCP服务器，三次握手连接成功后，则传输协议数据，内容包括指定智能硬件将要连接的Wi-Fi的SSID和密码。

硬件成功接收到手机发来的数据包解析得到Wi-Fi名字和密码。回复手机正在尝试连接了。关闭AP模式，开启station模式连接路由器，成功连接到指定的路由器。然后手机切回到指定路由器并开启UDP通讯，智能硬件用UDP协议广播配网成功数据。

智能配网(SmartConfig/SmartConnection....)

所谓智能配网，就是使用Wi-Fi设备本身自带的WIFI信号，在MAC层将SSID和密码按照一定的协议格式填充在MAC包中不加密的包头部分，采用广播和抓包方式，从手机等设备将SSID和密码分段多次传递给WIFI模块。

目前市面上常见的多种SmartConfig/SmartConnection技术，虽然各个Wi-Fi芯片方案会取不同的英文名字，但是基本原理则基本相同，只是填充的数据协议格式稍有区别。

智能配网一般需要在发送SSID和密码的设备(例如手机)上安装一个APP，该APP实现了和Wi-Fi模块之间的协议交互(发送SSID和密码)。

这个功能最早是TI提出并应用于CC3200上;不过从原理上讲,只要芯片驱动支持开启混杂模式(Wi-Fi Promiscuous),就可以支持一键配网功能,只是各个厂家叫法及实现编码方式不同而已。

• SNAP：格式数据包
• DA:目标MAC地址
• SA:源MAC地址
• LENGTH:表示后面数据的长度
• LLC:表示LLC头
• SNAP:表示3byte的厂商代码和2byte的协议类型表示
• DATA:载荷数据
• FCS:帧检验序列

由于无线数据传播必定是广播的,所以必然可以被监听到;如果AP没有加密的话,UDP直接可以把相关的信息发送出来.但是路由器AP一般都是加密的,而且加密方式不固定。

Wi-Fi模块在无法直接解析出数据包。从802.11的MAC层帧格式中可以看到, 链路层载荷数据(即网络层头部及网络层数)在数据帧中是清晰可辨的, 只要接收到802.11帧就可以立刻提取出载荷数据, 计算载荷数据的长度自不用说, 而这里的载荷数据, 通常就是密文。

在发送端，可以采用2种不同的编码发送方式：

• UDP广播：从802.11帧格式分析中获知,无线信号监听方的角度来说,不管无线信道有没有加密,DA、SA、LENGTH、LLC、SNAP、FCS字段总是暴露的，因此信号监听方可以从这6个字段获取有效信息.从发送方讲,由于操作系统的限制,如果采用广播只剩下LENGTH发送方可通过改变其所需要发送数据包的长度进行控制.所以只要指定出一套利用长度编码的通讯协议,就可利用数据包的Length字段进行数据传递;
• UDP组播：组播地址是保留的D类地址从224.0.0.0-239.255.255.255，IP地址与MAC地址映射关系为:将MAC地址的前25位设定为01.00.5e,而MAC地址的后23位对应IP地址的位;故发送端可以将数据编码在组播ip的后23bit中,通过组播包发送,接收端进行解码即可;

接收端进入一键配置功能后,Wi-Fi智能硬件从信道1开始监听路由上的数据,如当前监听信道有符合规则的数据包,就停止信道切换,停留在当前信道接收完全部数据.否则就依次切换至信道2.3.4....直到信道14后又从信道1开始继续监听依次循环;

当然,Wi-Fi智能硬件可以在开启混杂模式之前,先行扫描当前环境下存在的AP获取所有当前AP的信道,然后只对当前扫描到的信道进行依次监听,如当前环境下只存在2个路由,分别在1.6信道,只需轮流扫描channel1和channel6,这样可以提高配置效率。

声波配网

声波配网，即通过手机发出声波，将SSID、password等信息传给设备的一种配网方式。通过手机播放声波把Wi-Fi的初始化连接信息传递给智能设备，让设备识别完成Wi-Fi初始化流程建立网络连接。

（编辑：晋中站长网）

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