wifi模块配网解析

本文转载：https://blog.csdn.net/zhejfl/article/details/78722930

智能家居/家电现阶段还处于普及阶段,由于家庭wifi网络的普及,目前普遍采用wifi与路由器完成连接,与手机/云端进行数据交互.

智能硬件,如智能插座,智能空调,智能空气净化器由于不具备人机交互界面,不能像电脑一样的搜索/选择指定路由器,输入连接密码的界面,所以必须先解决正确连接路由问题;

目前流行的wifi配置模式一般有以下2种:

1:智能硬件处于AP模式,手机用于station模式,手机连接到智能插座的AP后组成局域网,手机发送需要连接路由的SSID及密码至智能插座,智能硬件主动去连接指定路由后,完成连接。

在处于局域网时，

2:一键配置(smartconfig)模式:智能硬件处于混杂模式（可以抓取空中所有的802.11帧）下,监听网络中的所有报文;手机APP将SSID和密码编码到UDP报文中,通过广播包或组播报发送,智能硬件接收到UDP报文后解码,得到正确的SSID和密码,然后主动连接指定SSID的路由,完成连接

以上两种方式都可以达到让智能硬件连接至指定路由的效果,但是AP模式需要手动切换手机wifi连接的网络,先连接智能硬件的AP网络,配置完成后再恢复连接正常wifi网络.有一定的复杂性，耗时较长;

但是smartconfig由于路由器品牌及手机品牌众多,存在一定的兼容性问题,所以目前一般厂家仍保留AP模式,作为smartconfig失败后的备用配网方案;

1、AP接入

AP是(wireless)Access Point的缩写，即（无线）访问接入点。简单来讲就是像无线路由器一样，设备一打开后进入AP模式，在手机的网络列表中可以找到类似TPLINK_XXX的名字的(SSID).

2、解析一键配置，其大体工作原理如下：

1、设备进入初始化状态，开始收听附近的WIFI数据包；

2、手机/平板APP设置WiFi名字和密码后，发送UDP广播(组播)包；----智能设备的WIFI芯片可以收到该UDP包，只要知道UDP的组织形式，就可以通过收到的UDP包解密出WIFI的SSID和密码；

3、设备通过UDP包(长度)获取配置信息，切换网络模式，连接上WIFI，配置完成。

如下图所示

所谓智能配网：即使用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填充在MAC包中不加密的包头部分，采用广播和抓包的方式，从手机等设备将SSID和密码分段多次传递给WIFI模块。

下面重点讲解一下一键配置模式原理及应用;当前主流IOT的wifi方案有:

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(WiFi 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;

手机编码发送采用有UDP组播或广播,不同的发送方式和编码,对应的解码过程也不一样。当前测试发现,微信是通过UDP广播包实现的;TI是通过往一固定IP地址发送udp包;其他芯片厂家提供的一般为UDP组播方式;

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.wifi模块在无法直接解析出数据包

我们通过分析802.11的MAC帧格式,可以知道,链路层载荷数据(即网络层的头部及网络层数)在数据帧中是清晰可见的,只要接到到802.11帧就可以立刻提取出载荷数据.

常见两种数据帧格式:

Station to AP

AP to Station

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

发送端:可以采用2种不同的编码发送方式——UDP广播和组播;

一:UDP广播:

小规模测试后,发现当前只有微信的AirKiss采用了全网广播模式,为啥微信会采用广播模式,原因未知;TI采用的是固定IP地址的UDP数据包,原理和微信基本一致;

从802.11帧格式分析中获知,从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，则只剩下LENGTH这一字段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，就可利用广播数据包的Lenght字段进行数据传递;

二:UDP组播:

组播地址是保留的D类地址从224.0.0.0-239.255.255.255 映射到MAC地址为：01:00:5e:xx:xx:xx （低23bit 直接映射）；因此目的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,wifi 模块首先处于混杂模式，一种就是在13个信道，等时切换，如200ms 切换一下，轮询13个信道（一种是1,6,11 加大权重，大多数路由器会在1,6,11 不重叠信道；还有一种方式，先扫描所有路由器，看看那些信道有路由器，就在那些信道切换，具体切换信道时间，与wifi模块抓包性能有关），当wifi 在某一信道收到手机发的包（组播或广播），就锁定该信道，在该信道收包，解析出完整的数据

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,wifi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

可以采用如下编码方式：由于数据一次只能发送23bit，所以我们需要保证数据有序，23bit 里面需要包含index ，所以可以这样设计：01:00:5e:index(7bit),data[index]:data[index+1]

如：data[0] 为长度， data[1] 为校验，data[2]-data[n] 为具体数据，  APP 按顺序发包，wifi 可以无序收包解析，拿到SSID 和PASSWD

还有一个值得注意的方面:随着无线路由器双频WIFI(即可以有两个WIFI名字，其中一个5G，一个2.4G)的越来越多，也许下一次智能硬件升级更换WIFI方案，要考虑支持5G。

最后

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