8266wifi模块开发详解(三)Smartconfig配网

说明

设想这样一种场景，我们一般用手机连上WiFi的过程需要知道WiFi的名称(SSID)与密码(password)。手机上就触摸屏和输入法可以直接连接上，但是要是一个设备没有这些外设，又该如何使用呢？往往在嵌入式领域为了节约成本，都将数据直接通过网络上传至服务器，然后由服务器进行数据整理与显示。这时就需要借助SmartConfig这项技术了。

再举个实例，我们买了一个天猫精灵语音助手，想让天猫精灵连接到我们自己的WiFi上。首先需要从官网上下载相应的APP，然后在保证手机已经连接上网络的基础上，启动APP连接网络。天猫精灵会等待APP发送网络名称和密码，而这些信息就是通过广播的形式发送在无线网中，然后天猫精灵就可以启动配置了。

原理

要弄清楚这个过程内部是如何实现的，我们可以讲一讲smartconfig的实现。

smartconfig

在不同的厂商那里，有着不同的名称，比如乐鑫与高通都称为smartconfig，而在微信里称为Airkiss，实际上都是一个意思。

在实现的过程中，就是将WiFi模块处于AP+STA模式，然后手机APP将SSID与密码编码发送到UDP的报文中，通过广播包或者组播包进行发送。WiFi模块接收到UDP的报文后进行解码，得到正确的SSID与密码，然后进行设备联网，从而达到我们联网的目的。

我们用一个简单的图来叙述这个过程

准确的说，smartconfig的技术本质是UDP广播，而这里的难点在于如果WiFi传输的数据不是加密的数据，那么直接将UDP数据发过来就可以让WiFi模块解析到了，然而并不是这样，由于路由器的加密方式不是固定的。所以这种办法是行不通的。路由器的加密方式分为三种：WPA/WPA2、WPA-PSK/WPA2-PSK、WEP。

那么这种又该如何告知WiFi模块呢？

先看一下协议封装包的格式

这里可以利用的信息就是长度信息，其他的字段暂时不好使用。

举个例子，假如我们需要发送“1,2,3”这个字符串，那么就可以将数据封成如下的包进行发送，因为1对应的ASCII码的表为0x31,2对应的0x32。

但是，真实的数据是否是这样呢？其实每个厂家都对编码进行了加密，这就避免了破解或者其他的问题。比如wechat的AirKiss就与Espressif的SmartConfig不同。下面我们来详细模拟一直传输规则。

分析

一般对于802.11帧，其实一帧数据的长度有几个部分，密文的长度+20字节包头+8字节UDP协议头+算法常量。

因此我们可以制定一套标准的规则，由于输出传输的长度是2字节，所以前面我们可以约定数据的开始与数据的结束，同时约定ASCII码的规则进行加密。

头部可以用0xF000作为标识。

0x1000 发三次表示数据开始

0x1FFF 发三次表示数据结束

0x1555 发三次表示数据间隔

0x1100 表示ASCII 0x00

0x117F 表示ASCII 0x7F

那么当我们需要发一个字符串hello时，我们就可以进行如下规则的发送

首先发送开始包的长度0x1000表示4096字节，减去包的封装信息（16+8+20）。所以填充在Length字段的数据长度为4052。

因为wifi的工作通道一般为1到13，如果不知道WiFi模块处于哪个channel，智能定时的去切换了。比如每个通道上发送100ms，然后再切换到其他的通道上，这样效率就很低了，所以配置网络一般很慢。

如果要将提高配网的成功率，可以先扫描一下当前的AP，获取到通道的信息，然后在这个通道上去监听UDP数据。这样可以大幅度的提高配网的效率及成功率。

实现

工程构建

目前可以用8266来做个实验，我们还是采用PIO进行实验。

进入里面有一个选项

只需将lib_deps复制到我们新创建的空的工程项目中即可

对于nodemcuv2的板子，可以配置如下

只需编译即可。可能会提示找不到头文件，在main.cpp文件中添加缺少的头文件即可。

编译通过了就可以了。接下来就是编译工程了。我们刚才下载的工程在.piolibdeps中

其中在例程中有smartconfig这个文件夹，将其转移到我们自己创立的工程文件中

通过代码查看，发现如果要使用smartconfig，是需要开启一个宏定义的。

开启宏定义的选项在platformio.ini中

build_flags = -DJUSTWIFI_ENABLE_SMARTCONFIG

到这里，我们的基础工程库就配置好了。

然后编译，下载到板子上。

通过串口调试助手查看信息。

查看等待连接。

APP操作

在乐鑫的官方网站上下载ESP TOUCH

其安装包在releases中。

手机安装后，打开界面如下所示

点击CONFIRM开始进行配网操作。

配网成功后，串口调试助手打印出如下的信息

同时手机返回的消息如下，表示配网成功

此时WIFI模块已经连上wifi了。此时模块就可以上网了。

分析

对于该模块的分析，主要讲一下代码的结构。

首先，模块要开启STA模式，然后开始smartconfig

这里就进入到库函数的调用

这个宏会在_machine函数中，而_machine函数又在loop函数中，这样就在loop函数中不断的查询状态了。

最关键的是调用了WiFi.beginSmartConfig()。这才是进入smartconfig模式的关键。

总结

本文对smartconfig的原理及实现进行了详细的描述。与此相同的还有Airkiss技术，这些操作方式都是类似的。这种方式入网的好处不言而喻，简单的说就是节约成本，方便操作，但是缺点也有，就是成功率不高，而且有可能泄漏密码。但是真的好用就行。