使用Wi-Fi將設(shè)備連接到物聯(lián)網(wǎng)

開發(fā)者、供應(yīng)商和制造商爭相加入萬物互聯(lián)，創(chuàng)造新類型的產(chǎn)品、系統(tǒng)和設(shè)備，讓我們的生活更高效、更舒適。其中許多基于 Wi-Fi 技術(shù)將它們連接在一起，并將它們連接到無線接入點，無線接入點又連接到網(wǎng)絡(luò)和基于云的智能。

因此，許多設(shè)計人員沒有嘗試處理為他們的萬物互聯(lián)產(chǎn)品開發(fā)自己的無線系統(tǒng)的復(fù)雜性，而是選擇使用預(yù)先認(rèn)證的完全集成的 Wi-Fi 連接解決方??案。這些嵌入式模塊和軟件專為幫助設(shè)計人員應(yīng)對這些新挑戰(zhàn)而創(chuàng)建，為萬物互聯(lián)產(chǎn)品制造商提供了一種經(jīng)濟高效的方式，可以以更低的成本和更低的風(fēng)險更快地將其產(chǎn)品推向市場。

Wi-Fi 連接的物聯(lián)網(wǎng) （IoT） 設(shè)備的重要功能

模塊支持哪些 Wi-Fi 標(biāo)準(zhǔn)？根據(jù)最終用途，模塊通常必須支持所有現(xiàn)有的 Wi-Fi 風(fēng)格，包括數(shù)據(jù)速率高達(dá) 20 Mbps 的 IEEE 802.11b/g/n 標(biāo)準(zhǔn)。

除了基本的 802.11 功能外，固件還應(yīng)包括對高級 Wi-Fi 功能的支持，例如 DLNA、帶有 P2P-Client 的 Wi-Fi Direct 和 P2P-GO 以及全方位的安全選項（WPS 2.0、WEP 和WPA/WPA2） 的個人和企業(yè)版本、HTTPS/SSL 安全堆棧、DHCP 客戶端/服務(wù)器、可配置 Web 服務(wù)器和標(biāo)準(zhǔn) TCP/UDP 套接字等等。

為加快設(shè)計過程，開發(fā)人員可以選擇配備內(nèi)部閃存和集成天線并通過所有機構(gòu)認(rèn)證的 Wi-Fi 模塊。對于計劃在全球范圍內(nèi)運送產(chǎn)品的設(shè)計人員來說，無線電部分經(jīng)過預(yù)先認(rèn)證并提供符合國際標(biāo)準(zhǔn)的解決方案非常重要——這可以顯著縮短驗收周期并最終縮短上市時間。

Wi-Fi 模塊應(yīng)包含一個支持 802.11 協(xié)議棧的 MCU、一個功能齊全的 TCP/IP 棧以及隨附的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序、數(shù)據(jù)安全性以及設(shè)備配置的配置方法。MCU 還負(fù)責(zé)通過 U（S）ART、SPI、I2C、I2S 或 SDIO 接口與主機系統(tǒng)交換數(shù)據(jù)和控制信號。

應(yīng)用軟件還應(yīng)包括云服務(wù)支持，以協(xié)助開發(fā)與物聯(lián)網(wǎng)一起使用的基于云的應(yīng)用程序。以類似的方式，家庭娛樂和家庭自動化應(yīng)用程序需要通過數(shù)字生活網(wǎng)絡(luò)聯(lián)盟 （DLNA/UPnP） 協(xié)議棧或 Apple 的 Airplay 等替代方案來支持。

最近出現(xiàn)的一項新功能允許將 Wi-Fi 連接設(shè)置大規(guī)模配置技術(shù)內(nèi)置到模塊中，以簡化開箱即用的配置并在現(xiàn)有 Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)上快速注冊設(shè)備。它被稱為“ProbMe”，它使設(shè)備制造商、系統(tǒng)提供商和最終用戶能夠以最少的用戶輸入同時安裝、設(shè)置和配置多個 Wi-Fi 設(shè)備。

它通過利用 Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)的發(fā)現(xiàn)功能來工作。ProbMe 方法不使用標(biāo)準(zhǔn) 802.11 管理幀來詢問周圍網(wǎng)絡(luò)的 SSID 信息，而是使用這些幀作為配置載體。這使 Wi-Fi 模塊能夠識別它何時接收到配置信息，然后利用該信息在網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行自我配置。在多個設(shè)備處于開啟狀態(tài)并等待配置信息的情況下，可以同時向所有設(shè)備提供具有相同 SSID 和密碼短語或 SSID 和 WPS 信息的信息。這意味著可以使用一個配置命令同時配置 10、100 甚至 1，000 臺設(shè)備。

使用此信息配置 Wi-Fi 設(shè)備后，該模塊默認(rèn)禁用重新配置功能，并且需要手動按下設(shè)備上的物理按鈕，以便將設(shè)備重新置于配置模式。不同的制造商可以選擇設(shè)置安全的方法來通過物理按鈕或軟件訪問重置功能。

典型的安裝和設(shè)置挑戰(zhàn)

如今，用戶連接到 Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)的大多數(shù)設(shè)備都需要一個服務(wù)集標(biāo)識符 （SSID） 和一個通行短語，通行短語通常比密碼長。無線路由器制造商最初為路由器提供了默認(rèn)的通用 SSID 和開放設(shè)置，無需密碼即可加入網(wǎng)絡(luò)。但是，大多數(shù)路由器制造商現(xiàn)在提供更多唯一的 SSID 和初始唯一密碼短語，這些密碼短語印在 Wi-Fi 路由器的貼紙上。這意味著當(dāng)路由器打開時，它會以設(shè)置 SSID 和密碼短語的安全模式啟動。任何想要加入網(wǎng)絡(luò)的人都可以在智能手機、平板電腦、筆記本電腦或臺式機上使用“加入網(wǎng)絡(luò)”或“添加網(wǎng)絡(luò)”實用程序。用戶可以輕松地加入和重新加入網(wǎng)絡(luò)以及在不同位置之間移動。

在過去十年中，消費者連接到 Wi-Fi 無線路由器的大多數(shù)設(shè)備都擁有豐富的計算資源——顯示器、鍵盤和其他功能——這使得輸入信息以實現(xiàn)安全連接相對容易。

然而，現(xiàn)在添加到家庭、辦公室、商業(yè)空間和工業(yè)設(shè)施中的“東西”非常小，沒有顯示或方便的數(shù)據(jù)輸入功能來允許用戶對其進(jìn)行配置。因此，設(shè)備需要由更智能的設(shè)備配置，該設(shè)備可以傳輸必要的配置信息以加入網(wǎng)絡(luò)。

例如，消費者購買支持 Wi-Fi 的咖啡機?？Х葯C需要知道 SSID 和密碼短語，以便它可以作為客戶端設(shè)備連接到網(wǎng)絡(luò)，以允許用戶遠(yuǎn)程打開和關(guān)閉咖啡機、更改沖泡設(shè)置、獲得咖啡沖泡完成的信號、并可能將咖啡機連接到云以獲得更高級的功能。今天，對于想要在咖啡機中加入 Wi-Fi 功能的制造商來說，有幾種選擇。

一種選擇是使用咖啡機上的 Wi-Fi 保護(hù)設(shè)置 （WPS） 按鈕，并假設(shè)用戶的無線路由器也有 WPS 按鈕。這需要用戶按下咖啡壺上的按鈕，同時按下無線路由器上的按鈕。

如果設(shè)備及其設(shè)置按鈕都易于訪問，則此方法效果很好。但是，如果無線路由器沒有 WPS 按鈕或者不容易訪問，則該系統(tǒng)將根本無法工作。此外，如果兩個按鈕都被按下并且咖啡機沒有出現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)上，則無法進(jìn)行故障排除。最重要的是，WPS 按鈕方法存在已知的安全漏洞。

另一種常見的方法是讓咖啡機顯示為具有自己的 SSID 和密碼短語的接入點，這在制造商的快速入門卡上提供。在這種方法中，當(dāng)咖啡機插入電源并打開電源時，咖啡機的 SSID 會被廣播，以便于識別。用戶斷開無線網(wǎng)絡(luò)連接，直接無線連接到咖啡機，然后導(dǎo)航到一個區(qū)域以輸入 SSID 和網(wǎng)絡(luò)密碼短語。然后將該設(shè)備配置為用戶網(wǎng)絡(luò)上的客戶端。

這種方法的主要缺點是所需的技術(shù)專業(yè)知識水平。此外，該過程可能非常耗時，如果要安裝多個設(shè)備，例如電燈開關(guān)、燈泡、插座、揚聲器、攝像頭、門鎖、恒溫器、警報器等，則會更加耗時。最重要的是，這可能不是最安全的方法，具體取決于制造商決定如何處理啟動場景。在某些情況下，消費者可能不會決定為他們的無線網(wǎng)絡(luò)配置 Wi-Fi 功能，因此，設(shè)備廣播范圍內(nèi)的每個人都可以看到它。隔壁鄰居可以找到并控制另一個鄰居的咖啡機。

另一種方法

假設(shè)用戶在任何操作系統(tǒng)上都有設(shè)備。假設(shè)用戶沒有物理訪問無線路由器的權(quán)限。我們還假設(shè)用戶對技術(shù)的了解最少，并且能夠瀏覽在家庭網(wǎng)絡(luò)上配置設(shè)備所需的基本菜單。最后，讓我們假設(shè)用戶不想在 Wi-Fi 上向全世界宣布咖啡機，也不希望有一個不安全的咖啡壺，這是鄰里惡作劇的容易目標(biāo)。

用戶需要咖啡壺以只聽模式開機并等待配置。根據(jù)設(shè)備的類型，可能需要在特定模式或特定網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行配置。當(dāng)多個設(shè)備開箱即用時，如果所有設(shè)備都可以通過用戶的一個條目進(jìn)行相同的配置，那將是理想的。然后，在配置完成后，為了防止黑客入侵，設(shè)備最好將自己鎖定以防將來重新配置，以確保它只能由授權(quán)用戶管理。如果設(shè)備需要重新配置，這可能需要用戶訪問設(shè)備以按下重置按鈕。

現(xiàn)在想象一下上述情況的替代方案。在這種情況下，用戶將咖啡機帶回家。插入后，查看快速啟動卡，然后使用智能手機輸入正確的網(wǎng)絡(luò) SSID 和密碼，最后點擊“加入網(wǎng)絡(luò)”。智能手機傳輸配置信息并自動將所有啟用 ProbMe 的新設(shè)備連接到網(wǎng)絡(luò)。

審核編輯：郭婷