物聯(lián)網(wǎng)Wi-Fi配網(wǎng)方式，你知道幾種？
什么是配網(wǎng)?有哪些配網(wǎng)方式?物聯(lián)網(wǎng)配網(wǎng)技術(shù)為何魚龍混雜，互不相通?本文將從原理、流程詳細介紹一鍵配網(wǎng)、設(shè)備熱點配網(wǎng)、手機熱點配網(wǎng)、藍牙配網(wǎng)、路由器配網(wǎng)和零配等6種配網(wǎng)方式，總結(jié)對比各配網(wǎng)方式的特點，并分享對配網(wǎng)技術(shù)未來發(fā)展方向的看法。
一 概要
Wi-Fi大家很早就接觸了，但是配網(wǎng)對很多人都比較陌生。因為早期的Wi-Fi設(shè)備基本都是帶屏幕和輸入設(shè)備的(如筆記本/手機/PDA等)，而配網(wǎng)只需要用戶直接輸入路由器的SSID/password即可，簡單到被人忽略。
但是隨著物聯(lián)網(wǎng)的興起，Wi-Fi被大量應(yīng)用于沒有人機交互方式的設(shè)備中，如智能插座等物聯(lián)網(wǎng)終端產(chǎn)品中，而Wi-Fi(IEEE802.11)標準在設(shè)計之初是沒有考慮這種無人機交互方式的配網(wǎng)的，也就是沒有官方標準。配網(wǎng)成了一種類似于黑客找漏洞的技術(shù)，這也就導(dǎo)致了市面上配網(wǎng)的方法多種多樣，且各家玩各家的，魚龍混雜，互不相通，整體體驗偏低。
幾個概念：
- 狹義配網(wǎng)：Wi-Fi設(shè)備獲取路由器信息(SSID,password等)并連接路由器的過程。
- 綁定：用戶手機APP賬號與被配網(wǎng)設(shè)備關(guān)聯(lián)的過程。
- 廣義配網(wǎng)：狹義配網(wǎng)+綁定。
本文討論的配網(wǎng)如未注明都指狹義配網(wǎng)，并省略云端參與流程。簡化示意圖如下：
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那么市面上的配網(wǎng)技術(shù)有哪幾種呢?按原理分商用的主要有：
1.一鍵配網(wǎng)
- 廣播包長方式
- 組播地址方式
2.設(shè)備熱點配網(wǎng)
3.藍牙配網(wǎng)
4.手機熱點配網(wǎng)
5.路由器配網(wǎng)
6.零配
7.其他(如語音配網(wǎng)/攝像頭二維碼配網(wǎng)等)
阿里云IoT開發(fā)的物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)AliOS Things支持上述1-6配網(wǎng)方式。
二 詳細介紹
1 一鍵配網(wǎng)
流程
一鍵配網(wǎng)(Smart Config)主要原理為：
1. 設(shè)備進入sniffer模式(又叫混雜模式，即不過濾數(shù)據(jù)報文)，監(jiān)聽環(huán)境中所有的802.11報文;
2. 設(shè)備需要在所支持的信道(通常1-13)上輪詢監(jiān)聽(因為設(shè)備不知道用戶手機和目標路由器的信道);
3. 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;
4. 當前信道接收失敗或超時重新回到步驟2;
5. 數(shù)據(jù)報文接收完成則關(guān)閉sniffer模式，回到station模式并開始嘗試連接路由器，狹義的配網(wǎng)過程完成。
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數(shù)據(jù)傳輸方式
數(shù)據(jù)的承載方式有兩種，一種廣播方式，另一種是組播方式。下面分別介紹。
設(shè)備在接入路由器之前，沒有獲得對應(yīng)密鑰，無法解密路由器局域網(wǎng)內(nèi)的數(shù)據(jù)報文(包括連接到目標路由器的用戶手機的報文)。
如下圖所示，設(shè)備在sniffer模式收到的數(shù)據(jù)報文主體即Frame Body部分是加密的，僅幀頭和整個報文長度是不加密的。要通過手機將配網(wǎng)信息傳給設(shè)備，那么就得考慮使用這些信息。
MAC幀格式：
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1)廣播包長方式
數(shù)據(jù)報文長度共2字節(jié)，且包頭和校驗和占掉了一部分字段故不能從0開始編碼，而太長會導(dǎo)致整個數(shù)據(jù)報文冗余數(shù)據(jù)急劇增加，如折中取11bit。
具體方式為：手機端通過發(fā)送不同長度的廣播報文，將配網(wǎng)信息編碼到報文長度信息中?！悬c像藏頭詩吧?
2)組播地址方式
如果使用地址編碼，即使用下圖的DA編碼,那么就是組播方式。
ieee802.11將224.0.0.0 ~ 239.255.255.255劃定為組播保留地址，在以太網(wǎng)中，目的IP地址為組播保留地址的數(shù)據(jù)包，目的MAC地址需要做一個映射。具體做法是，MAC地址的3個高字節(jié)固定為01:00:5E，后三個字節(jié)依次為組地址的從高字節(jié)起的第二字節(jié)取低7位、組地址的第三字節(jié)和第四字節(jié)，例如組地址225.215.145.230對應(yīng)的MAC地址為01:00:5E:57:91:E6。所以有23個bit可用戶編碼。
優(yōu)點：
- 用戶操作簡單，體驗好(成功時)。
缺點：
- 對手機，路由器都有嚴格的兼容性要求，比如有些路由器默認關(guān)閉廣播/組播報文轉(zhuǎn)發(fā)使得設(shè)備收不到路由器轉(zhuǎn)發(fā)的報文;手機以5G頻段連接到路由器，2.4G的設(shè)備壓根收不到包等，諸如此類不可控因素導(dǎo)致整體兼容性差，配網(wǎng)成功率低。
總結(jié)
物聯(lián)網(wǎng)剛興起時大多數(shù)廠商的默認選擇，在飽受用戶投訴之后慢慢被棄用。
2 設(shè)備熱點配網(wǎng)
設(shè)備熱點配網(wǎng)很好理解：
1. 設(shè)備端Wi-Fi進入softAP模式，建立一個約定名稱的AP熱點;
2. APP端提示用戶手動將手機連接到1中設(shè)備建立的熱點;
3. 連接建立后，手機與設(shè)備建立局域網(wǎng);
4. 手機通過UDP/TCP將配網(wǎng)信息直接傳給設(shè)備;
5. 設(shè)備拿到配網(wǎng)信息后切換回station模式，開始連接路由器。
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優(yōu)點：
- 成功率高，可靠。
缺點：
用戶操作相對一鍵配網(wǎng)復(fù)雜度略高(iphone用戶需要手動跳轉(zhuǎn)到無線局域網(wǎng)設(shè)置界面連接app界面提示的設(shè)備熱點)。
總結(jié)
中庸可靠是其取勝之道，在昔日霸主一鍵配網(wǎng)由于成功率不高被廣為吐槽后，設(shè)備熱點配網(wǎng)在市場上的占有率穩(wěn)定提升。
3 手機熱點配網(wǎng)
這是熱點配網(wǎng)(softAP)的一個變種，熱點不由設(shè)備創(chuàng)建而是由手機創(chuàng)建。
優(yōu)點：
- 設(shè)備無需支持熱點模式，端上開發(fā)工作量較低;
- 可與一鍵配網(wǎng)共存(同時使能)，在阿里云IOT手機熱點配網(wǎng)中，手機熱點SSID固定為aha，這樣處在一鍵配網(wǎng)模式的設(shè)備一旦掃描到周圍存在aha熱點即嘗試連接aha。常用來做備用配網(wǎng)方案。
缺點：
- 用戶體驗不佳，尤其在ios設(shè)備上APP無法自動創(chuàng)建熱點，需要用戶跳轉(zhuǎn)設(shè)置界面手動改設(shè)備名并手動打開熱點。
總結(jié)
曾經(jīng)作為一個創(chuàng)新在阿里IoT中作為一鍵配網(wǎng)失敗后的替補方案，由于一鍵配網(wǎng)本身占比降低，替補的出場率也就更低了。
4 藍牙配網(wǎng)
藍牙配網(wǎng)整體流程跟設(shè)備熱點配網(wǎng)差不多。只不過用ble替換了設(shè)備端的熱點，理論上還是一種基于點對點連接的配網(wǎng)方式。
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優(yōu)點：
- 兼容性較好，成功率高。
- 用戶體驗好。
缺點：
- 成本略高。相對與其他配網(wǎng)模式，需要額外增加藍牙硬件成本。
總結(jié)
適合與本身既有藍牙又有Wi-Fi的應(yīng)用場景的設(shè)備，或者模組成本相對不是那么敏感的土豪設(shè)備。隨著低成本BLE的推行，其占有率逐漸提升。
5 路由器配網(wǎng)
路由器配網(wǎng)的思路就是路由器在配網(wǎng)模式下開啟一個特定的用于配網(wǎng)的SSID，設(shè)備發(fā)現(xiàn)了這個熱點后連接這個熱點以獲取配網(wǎng)信息，流程跟手機熱點配網(wǎng)相似。其簡化流程圖如下：
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優(yōu)點：
- 用戶體驗較好。
缺點：
- 應(yīng)用面窄，需滿足設(shè)備跟路由器都為同一方案的場景。
總結(jié)
適合端上整套生態(tài)打法的廠商。
6 零配
這是一種充分利用待配設(shè)備/及主配設(shè)備的高權(quán)限優(yōu)勢的配網(wǎng)，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。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)。簡化原理如下：
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優(yōu)點：
- 用戶體驗好，成功率高，如智能音響對智能設(shè)備配網(wǎng)即可使用此方式。
缺點：
- 應(yīng)用面窄，需要滿足路由器下存在已經(jīng)配網(wǎng)的同方案設(shè)備的要求。
總結(jié)
設(shè)計上本身高效可靠，但是由于手機APP權(quán)限問題，無法通過第三方程序組裝或者接收Wi-Fi管理幀，限制了其在手機上的應(yīng)用(手機不能當主配)，也就使得其只能成為一種輔助或者特定領(lǐng)域的配網(wǎng)方式。
三 總結(jié)對比
通過一個表格對比各配網(wǎng)方式特點：
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四 發(fā)展方向
除了上面列出的配網(wǎng)方式外，還有其他一些方向供大家參考。
1. Wi-Fi P2P。使用Wi-Fi Direct技術(shù)直接將配網(wǎng)信息通過手機傳給設(shè)備。
缺點：無奈僅Android手機支持Wi-Fi Direct技術(shù)，IOS尚不支持。而且不是所有的安卓手機都支持，導(dǎo)致手機兼容性差，一條腿走路注定了無法普及。
2. 蘋果AWDL協(xié)議。AWDL可以認為是蘋果私有的端上P2P協(xié)議，如Air Drop即基于這種協(xié)議。無奈協(xié)議不開源，即使對協(xié)議進行破解，使用起來也存在法務(wù)風險。不然可以跟1中方式配合使用，形成互補。
因此，上面兩種方式在通用配網(wǎng)中不會成大氣候。
3. 針對特定場景的配網(wǎng)：
語音配網(wǎng)(使用本地語音識別技術(shù)給帶語音識別模塊的設(shè)備如智能音響配網(wǎng))。
針對智能攝像頭的二維碼配網(wǎng)(攝像頭主動掃手機APP生成的二維碼)等。
借助了自己獨特的軟硬件優(yōu)勢在相應(yīng)領(lǐng)域提供體驗上佳的配網(wǎng)體驗，是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展對細分市場高度定制和優(yōu)化的表現(xiàn)。
4. DPP(Device Provisioning Protocol)。Wi-Fi Easy Connect的重要組成部分,Wi-Fi Alliance官方制定。由4個步驟組成：
引導(dǎo)：掃描二維碼或輸入字符串觸發(fā)，獲取對方設(shè)備的公鑰以及信道、mac等其他信息;
驗證：待配與主配通過上一步獲得的信息建立安全連接;
配置：配網(wǎng)信息傳輸給待配設(shè)備;
接入：待配設(shè)備使用配網(wǎng)信息向目標AP認證并建立連接。
目前DPP還處于標準制定完善階段，尚未商用。不過一旦官方出來制定一套統(tǒng)一配網(wǎng)標準，其前景還是非?？捎^的，有望一統(tǒng)江湖，很大程度解決配網(wǎng)碎片化的問題。
在DPP商用之前，設(shè)備熱點配網(wǎng)(↗)/藍牙配網(wǎng)(↗)/一鍵配網(wǎng)(↘)仍然是主流。
【本文為51CTO專欄作者“阿里巴巴官方技術(shù)”原創(chuàng)稿件，轉(zhuǎn)載請聯(lián)系原作者】
