WIFI模块的各种配网方式之比较(串口AT、SmartConf

日期:2020-02-01编辑作者:公司产品

  本文汇总介绍了目前市面上各种WIFI模块的常见的配网方式的原理和实现,西门子 di模块对比了各种配网方式的优势和局限,得出结论,WEB配网是最直接、最简单、最灵活、约束条件最少的配网方式,应该成为WIFI模块配网的标配。而基于乐鑫ESP8266芯片的WIFI模块,可以实现对目前市面上各种主流方式的配网方式的支持,也包括对WEB配网方式的支持。

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  “连网”一般指的是WIFI设备通过SSID和密码来连接热点AP或路由器,以加入后者所建立的网络的过程。

  “自动连网”一般指的是WIFI设备在启动、掉线、或扫描到特定的SSID后,会使用之前保存的(启动时的自动连网)或之前连接成功(掉线后的自动连网)SSID与密码,自动连接热点AP或路由器,而不需要手工重新输入。其中,WIFI设备掉线后的“自动连网”,又常常被称为“自动重连”。

  “配网”指的是,外部向WIFI模组提供SSID和密码,以便WIFI模组可以连接指定的热点或路由器并加入后者所建立的相关WIFI网络。

  WIFI模组一般不像电脑手机或平板等设备,有丰富的人机交互界面,可以方便的实现配网,因此,WIFI模组对“配网”方式的支持,会成为WIFI模组特性的一个基本话题。

  能提供方便、灵活多样、条件约束少的配网方式,常常成为WIFI模组的卖点之一,更是WIFI模组的使用者,在选型时需要慎重考虑评估的重要方面。

  常见的配网方式,一般可以归为如下几大类:直接配网、智能配网、WPS配网、WEB网页配网。用户可以根据具体的使用场合选择各种最适合的配网方式。Anylinkin推荐大家使用WEB配网方式,因为这种配网方式最简单、最直观、最方便,适应性也最好(所依赖的条件约束最少)。

  所谓直接配网,就是通过UART串口、SPI口、SDIO口、I2C等主机接口,按照一定的通信协议,将SSID和密码,直接传递给WIFI模组。WIFI模组在收到SSID和密码后去连接热点或路由器,并将连接的状态结果从主机接口返回。

  例如,常见的通过UART串口AT指令配网、SPI API函数配网、SDIO API函数配网、I2C API函数配网等等。

  所谓智能配网(Smart Config),就是使用WIFI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,分散填充在多个MAC包的不加密的包头部分,采用广播和抓包方式,从手机等智能配网设备将SSID和密码分段多次传递给WIFI模组。

  目前市面上常见的多种SmartConfig/SmartLink技术,虽然各个WIFI芯片方案会取不同的英文名字,但是基本原理则大体相同,只是填充数据的协议格式稍有区别。

  智能配网一般需要在发送SSID和密码的智能配网设备(如手机)上安装一个APP,该APP实现了和WIFI模组之间的协议交互(收发SSID和密码)。

  微信Airkiss扫一扫是微信提供的一种智能配网方式,因为微信的广泛使用而得到大量普及。和其他的普通的智能配网方式比较,不需要单独安装APP。但是它需要连接微信服务器(在后台下载一个小应用),且其不能任意提供SSID和密码,只能是使用微信的设备当前所连接的路由器的SSID和密码。因此,微信配网只能配网到连接着互联网的热点或路由器。

  这种方式需要路由器支持WPS。因为安全性的缘故,近几年已经逐步被放弃,越来越多的路由器开始放弃或者自动关闭对这种方式的支持。

  在支持AP模式的WIFI模组上内嵌一个简易的WEB服务器,在WEB网页里提供了配网的交互接口。其他网络设备(例如手机、平板、电脑等)直接连接上WIFI模组的AP热点,在浏览器上打开该WEB网页,在网页里配置该WIFI模组的STA部分去连接其他的AP或路由器。

  归因于近年来越来越多的WIFI芯片解决方案都开始支持STA+AP混合模式(即WIFI模组不仅可以作为工作站STA使用去连接其他路由器或热点,同时本身也可以作为一个热点AP供其他WIFI设备节点来连接),也归因于近年来许多WIFI芯片解决方案越来越高的集成度可以将TCP IP协议栈直接集成在WIFI模组上,因此,可以简单地在WIFI模组上直接实现一个WEB服务器,且这个服务器可以通过WIFI模组的AP模式直接访问(不需要依赖其他网络,手机等设备直接访问WIFI模组自建立的WIFI网络和WEB网页,进行配置)。

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

  所以通过串口AT指令或其他主机接口来配网,会受到一些限制,尤其在大量实际场合,设备往往都是封闭式或者不方便提供人机交互接口的,这种方式导致系统的实现和运行维护变得比较麻烦,一般越来越少用到。

  不需要提供额外的人机交互接口,不占用额外的单片机资源,直接使用WIFI模组自带的WIFI进行配网,实现比较方便。

  一般需要在用户的手机上额外安装APP,而且每个方案供应商提供的APP(及底层协议都可能不相同)。而这个APP一般需要模组供应商来开发,一般需要准备Android和iOS两款APP。且需要用户下载和安装和更新该APP,比较麻烦。

  通过智能配网方式配网,采用一种类似于sniff的分块多次广播和抓包方式,如果网络干扰大或信号弱,就容易丢失数据,导致配网的难度加大,周期长,成功率降低。所以,有些做得不够好的WIFI模组,在使用智能配网时,经常会遇到很难成功的情形。而在终端用户那边,因为操作的复杂性,导致配网成功的几率进一步降低。

  智能配网需要模组预先处于智能配网模式(扫描抓包状态),因此,往往需要一个按键或其他接口,来引导模组在智能配网模式和正常工作模式之间切换。或者,在某个特定阶段(例如启动初始等待20秒)作为智能配网的阶段,用户可以配网,虽可实现单不太灵活,容易带来新的问题。

  智能配网一般只提供手机或平板等移动设备的APP,很少提供电脑操作系统对应的APP,所以一般只能通过手机等移动设备配网,不能通过电脑等配网。

  和一般的智能配网方式类似,微信Airkiss配网,不需要提供额外的人机交互接口,不占用额外的单片机资源,使用WIFI模组自带的WIFI进行配网,实现比较方便。

  另外,西门子 di模块相较于普通的智能配网方式,微信Airkiss不需要安装额外的APP,因此不需要区分Android或iOS版,直接通过微信里的扫一扫功能,就可以完成智能配网。

  (1)不能让WIFI模组随意配网到任意的路由器,配网到的路由器必须是连接互联网的路由器。

  这里的局限包括两点:(1)只能配网到运行微信的手机或平板所连接的路由器(2)只能让WIFI模组针对连接上互联网的路由器进行配网,不能针对没有连接上互联网的局域网路由器配网。

  因为,通过微信Airkiss配网,需要手机或平板可以连接上微信服务器也就是互联网,且对模组配网到的路由器必须是手机或平板所当前所连接的路由器。

  也就是说,微信Airkiss配网,只能配网到连接着互联网的路由器,不能对没有连上互联网的路由器进行配网。

  微信Airkiss和许多智能配置的原理基本相似,主要的唯一区别就是依附于微信,不需要安装APP,因此,也会有其他几点的类似局限性。

  通过WIFI模组内嵌的WEB服务器,来对WIFI模组进行配网,最方便、最简单、基本上没有局限性。其优势表现如下:

  (1)只需一部支持WIFI带浏览器的设备,去连接WIFI模组自带的AP热点,就可以链接模组内嵌的WEB服务器,打开一个用来配置的WEB网页,来配网到其他路由器。

  (2)配网简单,很容易成功(成功率和容易程度相当于串口AT等方式的直接配网)。

  (3)可以配至的路由器或热点,可以连接着互联网,也可以不连接着互联网,可以是任意的只需要SSID+密码就可接入的网络。

  (4)不需要在系统上添加其他接口,例如按键或串口等,只需要通过模组的现成的WIFI接口进行配网,所以适合封闭或不方便引出额外接口的场合。

  (5)不仅仅可以通过手机来对WIFI模组进行,也可以通过电脑或其他智能终端(只要可以连WIFI、可以打开网页就成)等来配网。

  所以,越来越多的WIFI模组解决方案,都开始支持这种配网方式。但是越简单的操作,往往越容易会带来安全性隐患,这一点为许多模组的WEB配网方式所忽略。所以,提供WEB配网方式的方案,必须考虑到这一点并做出可靠的补偿处理。

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