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设备配网

更新时间:2021-09-03 01:49:38下载pdf

简单来说,配网就是将物联网(IoT)设备连接并注册到云端,使其拥有与云端远程通信的能力。配网后,智能设备才能被手机应用或者项目管理后台控制,依托于智能场景创造价值。本文介绍了配网的相关知识,以及涂鸦智能现有的配网类型。

本文介绍涂鸦物联网应用开发涉及到的设备配网能力,但您使用的某一款 App SDK 是否支持某种配网方式,由 SDK 本身决定。

应用场景

无论是 Wi-Fi 设备、蓝牙设备、Zigbee 设备,实现设备联网的前提在于硬件可以直接或间接(通过手机)连接到网络,并添加到终端用户账号下。进而,设备才可以向涂鸦云端上报数据、接收来自云端的指令。

  • 对于有显示屏的设备,如手机、平板、中控屏等,用户可以直接通过界面输入网络信息。
  • 对于无显示屏的设备,如插座、灯泡、传感器、电机等,用户无法通过输入网络信息让设备接入网络,此时就需要对这些设备进行配网操作。

通讯协议

物联网通信协议分为两大类:

  • 接入协议:Wi-Fi、Zigbee、蓝牙、LoRa、NB-IoT、蜂窝网络(例如 5G)、GSM、GPRS、Modbus、串口类型(例如 RS433、RS485、USB)等。
  • 通讯协议:HTTP/HTTPS、CoAP、MQTT、XMPP、AMQP、JMS 等。

无线制式

从无线制式方面,将无线联网技术归为三类:

  • 通过 Wi-Fi 连接路由器,需要配置 Wi-Fi 信息,即 SSID 和密码。
  • 蓝牙和 Zigbee 等通过网关代理上网,需要与对应协议的网关配对。
  • 蜂窝网络(例如5G),设备配备了 SIM 卡能自主联网。

常见的配网方式

  • Wi-Fi 设备配网:针对 Wi-Fi 类型设备配网,是将路由器的 Wi-Fi SSID 和密码通过某种方式传递到终端设备,让终端设备可以接入 Wi-Fi 网络的过程。
  • NB-IoT 和 GPRS 设备配网:由于设备自带 SIM 卡,也就是说已经拥有了访问互联网的能力。该类设备配网过程中需要明确与哪个用户账号绑定即可。
  • 有线设备配网:有线配网主要指有线网关或有线摄像头的配网。
  • 网关子设备配网:网关子设备是挂载在网关上的,作为网关的子设备,由网关直连。适用于子设备不能直连或者需要拓扑关系管理的场景,如 Wi-Fi网关、蓝牙网关、Zigbee 网关等。无论是 Zigbee 子设备还是 Wi-Fi 子设备,子设备配网主要通过网关完成配网。
  • 免密配网:免密配网设备也是一个普通的 Wi-Fi 设备,用户可以通过 热点模式快连模式 给其配网。
  • 蓝牙 Mesh 配网:蓝牙 Mesh 涉及两种子设备配网和网关配网两种。蓝牙 Mesh 可以将蓝牙从典型的点对点星形网络拓扑转变为网状网络拓扑:
    • 每个蓝牙 Mesh 设备相当于一个子节点,多个 Mesh 设备就组成了一个 Mesh 网络,节点与节点之间通过广播进行通信。
    • 手机通过连接任意一个子节点设备就可以进入整个 Mesh 网络,与手机直连的设备就可以将自身收到的广播数据发送给手机。

典型的配网流程

此处以 Wi-Fi 设备和 Zigbee 设备为例,介绍设备配网流程中 App、设备、涂鸦云端三者的交互方式,供您参考学习。

Wi-Fi 设备配网

Wi-Fi 配网方式包括热点配网、Wi-Fi 快连配网、扫 App 二维码配网三种方式。

  • 热点配网又称热点模式或 AP(Access Point)配网,是一种通过 Wi-Fi 进行配网的连接能力。将手机连接到配网设备 Wi-Fi 热点后,App 与手机直接通过 Wi-Fi 进行通信配对。成功率高、可靠性好,可适配 2.4G/5G 混频路由器配网,但用户需要手动切换手机的 Wi-Fi 设置。
  • Wi-Fi 快连配网又称 快连模式(Easy-Connect)、SmartConfig 或 EZ 配网。用户将手机连接到路由器后,利用路由器广播报文与设备进行通信配对。对用户操作简单,但对手机和路由器有兼容性要求,成功率低于 热点配网
  • 扫 App 二维码配网流程与 Wi-Fi 快连模式基本一致,只是把原先的通过 广播/组播 传递的 Wi-Fi SSID、密码、Token 改为通过二维码进行传递。

    扫 App 二维码配网只适用于摄像头。

此处以 热点配网 为例,介绍设备配网的主要流程如下:

  1. 用户选择一个 2.4G Wi-Fi 网络,并且输入密码。
  2. App 向云端获取配网 Token。
  3. App 使用 Socket 发送 UDP 广播,广播内容包括 SSID、密码、Token。
  4. 由于设备收到 UDP 报文段后会关闭热点所以只需监听网络改变,然后更改连接的网络即可。
  5. App 向云端轮询该 Token 新增的设备,并完成云端注册。
  6. App 获取到设备列表,如果设备在线,那么界面显示配网成功。

设备配网的时序图如下:

设备配网

Zigbee 子设备配网

设备配网的主要流程如下:

  1. 用户选择一个已经配网的 Zigbee 网关。
  2. App 发送消息给网关要求其配网。如果网关是云端在线,则使用 MQTT 传输消息,是局域网在线则使用 TCP 传输。
  3. App 接收 MQTT 消息,获取配网成功的子设备。

设备配网的时序图如下:

设备配网

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