1、前言

1.1、物联网设备WiFi配网

设备连接WiFi路由器热点时，需要输入路由器的网络名称(SSID)和密码，才能连上路由器的无线网路。物联网设备通常都没有直接的输入设备，来输入SSID和密码。因此，需要通过其它的方式获取到WiFi路由器的网络名称(SSID)和密码，这个过程就是物联网设备WiFi配网。

1.2、物联网设备常用Wi-Fi配网方式及优缺点比较

物联网设备常用的配网方式如下表：

配网方式	配网原理	优点	缺点
直接配网	通过串口，外接键盘，触摸屏等方式直接输入SSID和密码	实现简单，可靠性最高	需要依赖输入设备，对于没有这些输入设备的产品，无法使用
一键配网(SmartConfig)	手机通过广播或者组播方式发送SSID及密码，设备在sniffer模式接收802.11报文，解析出其中的SSID和密码信息。	手机APP一键操作，操作比较方便。	依赖手机APP。对手机及路由器有要求，可能发生各种兼容性问题导致配网失败。
蓝牙配网	手机与设备通过蓝牙配对连接后，将SSID和密码通过蓝牙发送给设备。	可靠性高，操作方便	依赖手机APP。设备需要有蓝牙设备。
路由器配网	路由器与设备配合，通过专用的配网用SSID实现设备配网。	可靠性高，操作方便	仅支持配套的路由器和设备。
零配	阿里巴巴针对天猫精灵设计的配网模式，天猫精灵联网成功，开启找队友模式时，自动将SSID和密码通过802.11帧下发给待配网设备。	可靠性高，操作方便	设备需要支持天猫精灵配网协议。
设备热点配网	待配网设备在配网模式启动SoftAP，手机或者电脑连接设备热点。通过手机APP或者WEB浏览器将SSID及密码配置给设备。	可靠性高，操作方便	需要设备支持SoftAP模式。

WEB网页配网，属于设备热点配网的一种方式，待配网物联网设备在配网模式下，启动SoftAP创建热点后，同时启动一个web server。手机或者电脑连接上设备热点后，通过WEB浏览器登录固定的ip地址，在设备预置的WiFi配置页面上输入路由器的SSID和密码后，实现配网。配网成功后，设备切换回Station模式即可正常连接路由器。

1.3、HaaS100实现WEB网页配网原因

1）HaaS100 WiFi支持SoftAP方式，可以实现设备热点配网功能。

2）HaaS100 有16MBFlash，存储空间较大，可以存储下配网所需html网页等资源文件。

3）HaaS100面对的工农业等场景，很可能没有手机APP，使用WEB网页配网更简单方便，减少手机APP开发工作量。

4）WEB网页配网成功率高，可以满足工农业等要求较高的场景使用。

2、实现原理

2.1、配网流程

配网模式说明：

1) 设备出厂时，默认处于配网模式，开机后，切换到SoftAP模式，启动DHCP Server和Web Server。

2）设备已经配网后，如果想重新配网，可以长按配网键，进入配网模式，重新开始配网。

2.2、设备进入SoftAP模式

1）在wifi适配代码中，调用芯片WIFI驱动接口，实现启动SoftAP和停止SoftAP的功能。

启动SoftAP时，需要传入预置的SSID和密码，以及beacon时间，热点是否隐藏等参数。

2）在WiFi Service中，获取SoftAP的netif，关联上固定的IP地址，gatew地址及netmask，将该netif传给DHCP服务。

2.3、DHCP服务

2.3.1、DHCP服务启动流程

DHCP服务，用于设备给连上设备热点的手机或者电脑分配IP地址。目前，lwip已经自带DHCP服务，按照下面流程开启即可：

1）在lwipopts.h中定义LWIP_DHCP宏为1。

2) 设置DHCP地址资源池的地址范围。

3）将SoftAP的netif，关联上固定的IP地址，gateway地址及netmask，调用dhcps_init接口，启动DHCP服务。

4）手机或者电脑连接上热点后，会自动从DHCP服务获取到IP地址，可以跟设备之间进行IP网络通信。

2.3.2、LWIP DHCP服务介绍

lwip的DHCP服务，遵循RFC1531动态主机设置协议，Server通过UDP报文为Client分配IP地址。基本原理如下：

首次获取IP地址

说明：

1）首次获取IP地址时，客户端没有IP地址，且不知道DHCP服务器的地址，因此都是通过广播消息来与服务器交互。

2）DHCP客户端发起的DHCP服务发现广播，局域网内所有服务器均能收到，且均会回响应。客户端自己根据服务器回复的先后，选择最先响应的服务器。

对于手机连接设备热点配网的场景，只有一个DHCP服务器。

3）DHCP成功后，客户端获取到服务器分配的IP地址，且记录下来服务器本身IP。后续与DHCP服务器通信，不再需要通过广播消息交互，可以直接发给服务器。

4）DHCP服务器给客户端分配IP地址时，通常会把服务器自身地址、子网掩码、DNS Server地址、网关地址等信息也一并下发给客户端。

IP地址租约到期

1）租约到期前50%时间，客户端会向分配IP地址的服务器请求租约更新。如果服务器正常响应，则更新租期。

如果服务器没有响应，则在过期前87.5%时间再次发送租约更新请求。如果服务器正常响应，则更新租期。

2) 如果租约到期前，服务器一直都没有响应，则时间到期后，之前分配的IP地址无法使用，需要重新开始走首次获取IP地址流程。

说明：lwip的DHCP服务分配IP时，租约默认时间为1天。

IP地址冲突

1）地址冲突一般是由于下列几个原因造成：

a) DHCP客户端在租约过期前关机，开机后，租约已经过期，地址已经分配给其它设备。

b) 局域网中，有设备设置了静态IP，跟服务器分配的动态IP冲突。

2）地址冲突后，服务器会对客户端的请求进行判断，如果地址时自己分配的，则会重新分配正确的地址；如果地址不是自己分配的，则不响应该请求。

3）客户端如果地址冲突后，请求得不到响应，则会重新走首次获取IP地址流程。

2.4、Web网页服务

WEB网页服务，用于接收手机或者电脑浏览器发出的HTTP请求，给浏览器发送用于配网的HTML页面，并接收手机或者电脑发送的SSID及密码等配网信息。

2.4.1、HTTP协议简介

1）协议概述

HTTP协议是Hyper Text Transfer Protocol(超文本传输协议)的缩写，是承载于TCP协议之上的应用层协议(通常)，是万维网的数据通信基础。目前广泛应用的版本是HTTP1.1(RFC2616)，最新版本是HTTP2.0(RFC7540)。

HTTP协议采用经典的客户端-服务器模型，由客户端往一个统一资源标识(Uniform Resource Identifiers, URI)发起请求消息，该请求经过网络发送给服务器，服务器对该请求进行处理，并给出对应的回复，客户端收到回复后，进行对应的处理(显示网页、下载文件、播放音乐等)。

HTTP协议本身是没有状态的，服务器不会通过HTTP协议本身来记录服务器与客户端之间的会话，以及客户端的状态，客户端发起的多次请求之间本身没有直接的关联。（目前，通常使用Cookies来实现状态管理，使用Cookies实现由状态的会话）

2）协议请求类型

HTTP协议的请求类型有下列几种：

向服务器请问获取数据。比如"GET /index.html"表示向服务器获取index.html这个网页。本文中，浏览器向服务器获取显示的网页数据，就是通过GET命令从设备获取的。

POST

请求向服务器发送数据。POST请求通常通过HTML表单发送，服务器收到后进行处理，然后返回处理结果。本文中路由器的SSID和password，就通过POST发给设备。

HEAD

向服务器请求获取资源的头部信息。HEAD请求一般用于下载文件前，先通过HEAD命令向服务器获取文件大小等信息。

请求在服务器中创建或者替换资源文件。PUT通常用于向服务上传文件等操作。

DELETE

请求删除服务器上的某个资源。

TRACE

调试命令，可实现沿通向目标资源路径的消息环回测试。

OPTIONS

向服务器请求获取服务器对某个资源，或者整站所支持的方法类型。

CONNECT

用于建立客户端与请求资源之间的双向通道，一般用于代理，或者HHTPS等。

PATCH

请求修改资源的部分内容。

对应本文中的WEB配网功能，实现了GET和POST这2种请求类型。

2.4.2、Web服务实现方案

HaaS100上的Web服务，采用HTTP 1.1协议（不支持HTTPS），HTML文件存储在littlefs文件系统中。

1）整体流程

2）初始化流程

a. 创建TCP socket。

b. 绑定80端口。

c. 等待客户端连接请求。

d. 设置客户端连接socket的发送延时及接收超时时间。

3）HTTP协议报文GET命令处理流程

a. 解析请求报文字符串，根据字符串内容，判断出请求命令是否是GET。

b. GET命令，解析出文件名称。

c. 读取文件内容，按照HTTP协议生成响应头和响应内容。

d. 发送响应给浏览器。

响应头格式：

HTTP/1.1 200 OK\r\nContent-Type: %s;charset=UTF-8\r\nContent-Length: %d\r\n\r\n

Content-Type根据响应内容确定，具体参见 https://tool.oschina.net/commons/，Content-Length为响应内容的长度。

4）HTTP协议报文POST命令处理流程

a. 解析请求报文字符串，根据字符串内容，判断出请求命令是否是POST。

b. POST命令，解析出POST的CGI对象是否是wificonfig

c. 从请求报文内容中，解析出SSID和密码。

d. 解析成功后，给浏览器返回一个配网成功的网页。(失败则返回配网失败的网页)

2.4.3、HTML网页设计

1）HTML网页

a. index.html 用于显示配网的默认页面

b. mystyle.css CSS文件，用于控制index.html中的元素显示格式(字体、大小、位置、颜色等)

c. wificfg_succ.html 用于显示配网成功的页面

d. wificfg_error.html 用于显示配网失败的页面

e. 404.html 用于显示请求命令错误的页面

所有html文件总大小为2K字节左右，存储与littlefs文件系统/data/html目录下。

网页在手机上显示如下图：

2）配网HTML FORM

<form name="wificonfig" action="wificonfig.cgi" method="post">
       <input class="input" type="text" placeholder="输入SSID" name="ssid" required/>
       <br>
       <input class="input" type="password" placeholder="输入密码" name="password" required/>
       <br>
       <button class="button" type="submit">配置</button>
</form>

在html网上上输入SSID和密码，点击配置按钮后，会将SSID及密码发送给服务器，由服务器进行解析处理。

3、结果

3.1、功能效果

手机配网操作过程如下：

连接到HaaS100 默认热点 -> 浏览器打开 192.168.0.1，输入家里路由器的SSID和密码 -> 返回配置成功即可

3.2、资源消耗统计

内存消耗：峰值约5.5K字节。

ROM消耗：约6K字节（4K代码，2K HTML文件）。

4、总结

1）本文所述方案适合于在没有直接输入设备、没有手机APP、资源受限、对配网成功率要求比较高的物联网设备上实现WEB配网功能。

2）本文所述WEB服务，也可用于通过WEB网页配置设备的各种参数，比如配置系统时间、配置GPIO端口、配置按键功能等等。

3）对于资源更加丰富的设备，可以移植一些开源的WEB服务器代码，比如Lighttpd, Shttpd, Thttpd, Boa, Mini_httpd, Appweb, Goahead等，这些面向嵌入式的WEB服务器可以在较低的内存/ROM开销，较低的CPU负载下，提供相对完整的WEB服务功能，比如CGI、SSL、Cookie等。

4）lwip本身也自带了一个WEB服务代码，可以用于提供WEB服务功能，资源占用也比较少，但是lwip自带的web服务功能，不支持直接从文件系统中读取html文件，html文件需要使用转换工具事先转换成c代码编译进系统中，不方便在发布后动态替换html网页。

5、开发者技术支持

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基于HaaS100实现WEB配网功能