无论WiFi设备、蓝牙BLE设备、GSM/LTE设备或Zigbee设备等物联网设备,大多都没有人机交互界面,那么实现设备智能化的前提在于顺利配置网络。即在首次使用时,完成快速联网、安全校验、绑定用户账号等。
配网就是设备直接或间接通过手机将网络信息配置给智能设备,连接到网络,并添加到用户账号下,实现设备与设备、设备与人的智能连接。
【专业名词介绍】
- Wi-Fi路由器:即家庭常用的Wi-Fi路由器,家中的设备可共同连接到此节点形成局域网。
- SSID:Wi-Fi名称,其本意是Service Set Identifier,服务集标识。
- password:Wi-Fi密码。
- 物联网设备:可以连接网络的智能设备,如智能音箱,智能插座,网络摄像头等。
- 待配网设备:物联网设备刚开箱或恢复了出厂设置,需要配网。
- 已配网设备:已经连接 Wi-Fi 的物联网设备。
- 手机 APP:即智能手机,通过安装物联网设备对应的APP软件来更方便地使用设备。
- 物联网平台:用于管理物联网设备的云端服务器。
- Wi-Fi模块:物联网设备上的Wi-Fi 电子模块,用于连接互联网。
- Wi-Fi工作模式:STA模式与AP模式。
- STA模式:Station,即 Wi-Fi 工作在无线终端模式,通过连接AP热点连接到网络。
- AP模式:Access Point,即 Wi-Fi 工作在热点模式,其它设备可以连接到此节点(AP热点)。
- NAN 协议:Neighbor Awareness Networking协议。Wi-Fi Aware即Neighbor Awareness Networking(NAN),为 Wi-Fi 联盟基于802.11协议之上定制的相邻设备发现协议。
- BLE:Bluetooth Low Energy,低功耗蓝牙。
第一部分先介绍 HarmonyOS Connect 鸿蒙智联设备的三种配网方式。第二部分再介绍 IOT 设备的其他几种配网方式。
一、极速常规配网
基于Wi-Fi芯片的SoftAP技术实现的设备配网
设备热点配网是一种比较常用的配网方式。Wi-Fi模组进入SoftAP模式,手机连接Wi-Fi模组热点后通过UDP或TCP发送相关配网信息,模组接收到后切换到STA模式开始连接路由器。其具体的配网过程如下:
- 待配网设备端的Wi-Fi模块首先工作在SoftAP配网模式(如按下设备的配网键,设备进入配网模式),开启一个约定名称的AP热点。
- 手机APP端扫码或选择对应的产品,并将手机连接到设备建立的热点中。
- 手机通过某种方式(如TCP或UDP传输)将Wi-Fi路由器的配网信息(SSID和password)发送给设备。
- 设备得到配网信息后,切换到STA模式,即可连接到Wi-Fi。
SoftAP 配网方式
二、极速秒控配网
基于Wi-Fi芯片的NAN技术实现的设备配网。当前仅Hi3861模组支持。
极速秒控配网,是基于WiFi Aware配网协议即NAN技术实现的。为了以高能效不断地执行发现功能,Wi-Fi Aware 吸取了与低占空比“介质访问控制(Medium Access Control,简称MAC)”协议和自适应集群cluster有关的工作成果。Wi-Fi Aware 通过协议建立公共“时钟”,以保持所有节点都接受相同的时间调度,因此降低了能耗,同时该技术还有足够强的应对变化的能力,即使某个设备移动到可及范围以外,也能保持群组不受影响。简而言之,就好像是将组内的成员定期聚集聚集到一次开会并同步信息,只不过cluster内同步的信息简洁,会议的时间也只不过几十上百毫秒。
Wi-Fi Aware 设备无需通过 Wi-Fi 接入点(AP),就可自主检测、提醒和连接其他设备,不影响设备使用P2P或STA功能。Wi-Fi Aware 应用可以配置为:基于距离等各种参数提醒用户,附近有运行相同应用的设备。也可以配置为:建立与另一个设备点对点的安全数据连接,以进行应用数据交换。
- 设备发现
根据协议介绍,设备发现为被动的接收已经存在的cluster定期发布的beacon来加入已经存在的cluster。同时为了节省信道资源,Beacon discovery 仅仅在2.4GHz 6信道发送。5G信道为wifiaware中的可选操作,当工作在5G信道时, 低频扫描信道固定为44信道, 高频扫描固定为149信道,低频高频都支持的设备,扫描固定在149信道。此外, 协议规定,不仅Beacon可以作为让NAN device发现cluster的信标帧,包含NAN信息的probe response也可以让NAN device发现cluster。
- 设备加入
当一个单独的设备收到probe response时,根据收到的probe response中的time offset在cluster的DW时间中唤醒,即可在cluster中交换信息。Cluster合并就是当两个cluster处于互相发现的情况下,低cluster grade的将合并入高cluster grade的cluster中,并在加入新cluster前发送NAN sync beacon告知其它NAN加入新的cluster。
最终得到的cluster初步构成了一个小型的服务集合,可以通过互相发送action帧来获取详情的服务内容。也达成了适合IOT的基本单元。
一个NAN device可以加入多个cluster。当NAN device处于两个cluster的发现范围内,那么加入两个或多个cluster成为了可能。
NAN 网络集群
- Cluster管理
Cluster中分别有三种角色:Master,Sync,Normal。
Master 发送NAN sync beacon和 NAN discovery beacon。(beacon:信标)
Sync 仅仅在DW内传送NAN sync beacon。
Normal 角色什么beacon也不发送(服务发现帧是会发送的)。
更详细信息可以参考《Neighbor Awareness Networking TechnicalSpecification_v2.0.pdf》。
三、蓝牙辅助配网
基于Combo芯片的蓝牙协议辅助Wi-Fi配网。
蓝牙辅助配网整体流程跟设备热点配网差不多。只不过用BLE替换了设备端的热点,理论上还是一种基于点对点连接的配网方式。其具体的配网过程如下:
- 手机APP通过蓝牙连接到待配网的设备。
- 手机通过BLE将Wi-Fi路由器的配网信息(SSID/password)发送给设备端。
- 设备得到配网信息后,进入STA模式,即可连接到Wi-Fi。
蓝牙辅助配网方式
未完,下期继续。。。