AliOS Things 3.3.0 Wi-Fi连网的那些事

Posted 2021-06-15 HaaS技术社区

 

 

1、Alios Things Wi-Fi 联网背景

接入Wi-Fi网络，是大部分IoT设备联网的第一步。

接入Wi-Fi一般需要经历配网和连网两个阶段。

1.1、Netmgr介绍

本文介绍的Netmgr模块是将Wi-Fi驱动的配网和连网能力抽象提取出来，方便IoT设备快速入网连云。

Wi-Fi设备需要连接到Wi-Fi热点(Wi-Fi AP)之后才能与其它设备进行基于IP的通信, 我们将Wi-Fi设备获取到Wi-Fi热点的SSID/密码的步骤称为Wi-Fi配网。对于手机/电脑/平板而言, 用户可以通过键盘或者触摸屏输入Wi-Fi热点的SSID/密码。但是对于没有键盘, 没有触摸屏的IoT设备而言, 如何获取Wi-Fi热点的SSID/密码是实现设备网络管理的第一个关键步骤。

1.2、配网

简要介绍下如下的两种配网方式：

1、零配：不需要用户输入热点信息的配网方案, 它是让一个已连接到上网热点的设备将热点的SSID/密码发送给待配网的设备。

2、一键配网：手机APP把相应信息打包到802.11数据包的特定区域，发送到周围环境中；智能设备的Wi-Fi模块处于混杂模式(Promiscuous Model)下，监听网络中的所有报文，直到解析出需要的信息(之前双方约定好数据格式)。

更多配网信息，可以参考文章：

Wi-Fi物联网设备配网的N种方式

1.3、连网

无论哪种方式配网, 最终目的都是拿到SSID/PASSWORD，连上AP, 接入网络。

终端设备要成功连上Wi-Fi需要经过三个阶段：

1）扫描阶段（SCAN）；

2）认证阶段 (Authentication）；

3）关联（Association）。

关联成功后，终端设备发起DHCP请求或者使用静态IP地址，就表示连网成功。

 

2、重要Netmgr API

Netmgr提供了一组API支持方便用户快速接入AP。

 

2.1、netmgr_service_init

初始化netmgr模块

 

函数原型

int netmgr_service_init(utask_t *task);

参数列表

参数名称	参数描述	参数示例
task	目前只需传入NULL	NULL

返回参数

0，成功

小于0， 失败

 

2.2、netmgr_service_deinit

反初始化netmgr

函数原型

void netmgr_service_deinit(void);

参数列表

参数名称	参数描述	参数示例
无	无	无

返回参数

无

 

2.3、netmgr_add_dev

添加netmgr设备

函数原型

int netmgr_add_dev(const char* name);

参数列表

参数名称	参数描述	参数示例
name	添加完整的设备路径名	"/dev/wifi0"

 

返回参数

0，成功

小于0， 失败

 

2.4、netmgr_get_dev

根据完整的设备路径名获取设备的netmgr句柄

函数原型

netmgr_hdl_t netmgr_get_dev(const char* name);

参数列表

参数名称	参数描述	参数示例
name	添加的完整设备路径名	"/dev/wifi0"

返回参数

大于等于0，成功

小于0， 失败

 

2.5、netmgr_set_ifconfig

设置网卡相关的信息

函数原型

int netmgr_set_ifconfig(netmgr_hdl_t hdl, netmgr_ifconfig_info_t* info);

参数列表

参数名称	参数描述	参数示例
hdl	netmgr句柄	无
info	设置的网卡配置信息	无

返回参数

0，成功

小于0， 失败

备注：

以下是netmgr_ifconfig_info_t的结构体，其中rssi不支持设置，只支持读取。

#define IPADDR_STR_LEN 16
/** @brief  this struct defines netmgr ifconfig info */
typedef struct netmgr_ifconfig_info {
   bool dhcp_en;                         /**< dhcp is enabled */
   char ip_addr[IPADDR_STR_LEN];         /**< ip address */
   char mask[IPADDR_STR_LEN];            /**< ip address mask */
   char gw[IPADDR_STR_LEN];              /**< gateway ip address */
   char dns_server[IPADDR_STR_LEN];      /**< dns server address */
   char mac[6];                          /**< mac address */
   int  rssi;                            /**< rssi */
} netmgr_ifconfig_info_t;

 

2.6、netmgr_get_ifconfig

设置网卡相关的信息

函数原型

int netmgr_get_ifconfig(netmgr_hdl_t hdl, netmgr_ifconfig_info_t* info);

参数列表

参数名称	参数描述	参数示例
hdl	netmgr句柄	无
info	获取的网卡配置信息	无

返回参数

0，成功

小于0， 失败

 

2.7、netmgr_set_auto_reconnect

启动netmgr

函数原型

void netmgr_set_auto_reconnect(netmgr_hdl_t hdl, bool enable);

参数列表

参数名称	参数描述	参数示例
hdl	netmgr句柄	无
enable	是否自动发起Wi-Fi连网	无

返回参数

无

 

备注

当参数autoconfig是true时，使能自动连接Wi-Fi功能。如果设备有过成功连接AP的记录，会自动去连成功链接过的AP记录里的SSID和Password。如果设备没有成功连接AP的记录，就不会自动去发起连网动作。当参数autoconfig是false时，关闭自动连接AP的功能，也不会去连AP。

 

2.8、netmgr_connect

连接网络

函数原型

int netmgr_connect(netmgr_hdl_t hdl, netmgr_connect_params_t* params);

参数列表

参数名称	参数描述	参数示例
hdl	netmgr句柄	无
params	网络连接参数	无

 

返回参数

0，成功

其他，失败

备注：

netmgr_connect_params_t结构体目前只支持Wi-Fi，未来我们会补其其他连接方式。

/** @brief network type */
typedef enum {
    NETMGR_TYPE_WIFI,
    NETMGR_TYPE_GPRS,
    NETMGR_TYPE_NBIOT,
    NETMGR_TYPE_ETH,
    NETMGR_TYPE_MAX
} netmgr_type_t;

/** @brief  netmgr wifi connect params */
typedef struct netmgr_wifi_conenct_params {
    char        ssid[NETMGR_SSID_MAX_LEN+1];   /**< wifi ssid to connect*/
    char        pwd[NETMGR_PWD_MAX_LEN+1];     /**< wifi password to connect */
    char        bssid[NETMGR_BSSID_MAX_LEN];   /**< wifi bssid to connect */
    int         timeout;                       /**< wifi connect timeout */
} netmgr_wifi_connect_params_t;

/** @brief  netmgr connect params */
typedef struct netmgr_connect_params {
    netmgr_type_t type;
    union {
        netmgr_wifi_connect_params_t wifi_params;     /**< wifi connect params */
    } params;
} netmgr_connect_params_t;

 

2.9、netmgr_disconnect

断开网络

函数原型

int netmgr_disconnect(netmgr_hdl_t hdl);

参数列表

参数名称	参数描述	参数示例
hdl	netmgr句柄	无

 

返回参数

0，成功

其他，失败

 

2.10、netmgr_get_state

获取当前网络的状态

函数原型

int netmgr_get_state(netmgr_hdl_t hdl);

参数列表

参数名称	参数描述	参数示例
hdl	netmgr句柄	无

返回参数

typedef enum netmgr_conn_state{                                                                     
    CONN_STATE_DISCONNECTING,                                                                       
    CONN_STATE_DISCONNECTED,                                                                        
    CONN_STATE_CONNECTING,                                                                          
    CONN_STATE_CONNECTED,                                                                           
    CONN_STATE_OBTAINING_IP,                                                                        
    CONN_STATE_NETWORK_CONNECTED,                                                                   
    CONN_STATE_FAILED,                                                                              
    CONN_STATE_UNKNOWN                                                                              
} netmgr_conn_state_t;

 

2.11、netmgr_save_config

保存网络配置

函数原型

int netmgr_save_config(netmgr_hdl_t hdl);

参数列表

参数名称	参数描述	参数示例
hdl	netmgr句柄	无

 

返回参数

0，成功

其他，失败

备注：

一般在连网成功后，保存配置文件。

 

2.12、netmgr_get_config

获取netmgr配置文件

 

函数原型

int netmgr_get_config(netmgr_hdl_t hdl, netmgr_config_t* config);

参数列表

参数名称	参数描述	参数示例
hdl	netmgr句柄	无
config	netmgr配置信息	无

返回参数

0，成功

其他，失败

备注：

/** @brief  this struct defines wifi ap info */
typedef struct {
    char     ssid[NETMGR_SSID_MAX_LEN+1];       /**< ssid of wifi ap */
    uint8_t  pwd[NETMGR_PWD_MAX_LEN+1];         /**< password of wifi ap */
    uint8_t  bssid[NETMGR_BSSID_MAX_LEN];       /**< bssid of wifi ap */
    int8_t   ap_power;                          /**< signal strength of wifi ap */
    uint8_t  channel;                           /**< signal channel of wifi ap */
    uint8_t  sec_type;                          /**< details see netmgr_wifi_sec_type */
    bool     contain_chinese;                   /**< true:contain chinese false:no chinese */
    netmgr_ssid_format_e  ssid_format;          /**< ssid string format */
    char     gbk_ssid[NETMGR_SSID_MAX_LEN+1];   /**< gbk ssid string */
} netmgr_wifi_ap_info_t;

/** @brief  this struct defines wifi ap config */
typedef struct {
    int ap_num;                                          /**< ap number of array */
    int used_ap;                                         /**< ap that is used in the array */
    netmgr_wifi_ap_info_t config[MAX_AP_CONFIG_NUM];     /**< The ap information array */
} netmgr_wifi_ap_config_t, netmgr_wifi_config_t;

/** @brief  netmgr config struct */
typedef struct netmgr_config {
    netmgr_type_t type;
    union {
        netmgr_wifi_config_t wifi_config;          /**< wifi config struct */
        //netmgr_gprs_config_t gprs_config;
        //netmgr_nbiot_config_t nbiot_config;
        //netmgr_eth_config_t eth_config;
    } config;
} netmgr_config_t;

 

2.13、netmgr_del_config

删除netmgr配置文件

函数原型

int netmgr_del_config(netmgr_hdl_t hdl, netmgr_del_config_t* config);

参数列表

参数名称	参数描述	参数示例
hdl	netmgr句柄	无
config	netmgr配置信息	无

返回参数

0，成功

其他，失败

备注：

/** @brief  netmgr delete config */
typedef struct netmgr_del_config {
    netmgr_type_t type;
    union {
        char ssid[NETMGR_SSID_MAX_LEN+1];      /**< wifi ssid to delete */
    } config;
} netmgr_del_config_t;

 

2.14、netmgr_set_msg_cb

设置消息回调函数

函数原型

int netmgr_set_msg_cb(netmgr_hdl_t hdl, netmgr_msg_cb_t cb);

参数列表

参数名称	参数描述	参数示例
hdl	netmgr句柄	无
cb	消息回调函数	无

 

返回参数

0，成功

其他，失败

备注：

/** @brief  netmgr message type */
typedef enum {
    NETMGR_MSGID_MIN = 0,
    NETMGR_MSGID_WIFI_STATUS = NETMGR_MSGID_MIN,
    NETMGR_MSGID_WIFI_STATUS_FROM_IMPL,
    NETMGR_MSGID_WIFI_TRACE_FROM_IMPL,
    NETMGR_MSGID_NETWORK_STATUS,
    NETMGR_MSGID_ETH_STATUS_FROM_IMPL,
    NETMGR_MSGID_MAX
} netmgr_msgid_t;

/** @brief  this struct defines netmgr message */
typedef struct {
    netmgr_msgid_t id;                        /**< netmgr msg id */
    union {
        int   status;                         /**< reason of status change */
        void *network_status_change;          /**< msg content of status change */
        void *trace;
    } data;
} netmgr_msg_t;

/** @brief  this struct defines netmgr message callback function */
typedef void (*netmgr_msg_cb_t)(netmgr_msg_t* msg);
当netmgr msg id等于NETMGR_MSGID_WIFI_STATUS_FROM_IMPL， 上报的data是status，其取值定义在eventid.h, 详细如下：

#define EVENT_NETMGR_BASE                       0x01000
#define EVENT_NETMGR_WIFI_DISCONNECTED          (EVENT_NETMGR_BASE + 1)  // Connection disconected
#define EVENT_NETMGR_WIFI_SCAN_STARTED          (EVENT_NETMGR_BASE + 2)  // Scan start
#define EVENT_NETMGR_WIFI_SCAN_FAILED           (EVENT_NETMGR_BASE + 3)  // Scan failed
#define EVENT_NETMGR_WIFI_SCAN_DONE             (EVENT_NETMGR_BASE + 4)  // Scan failed
#define EVENT_NETMGR_WIFI_NETWORK_NOT_FOUND     (EVENT_NETMGR_BASE + 5)  // no AP found
#define EVENT_NETMGR_WIFI_AUTHENTICATING        (EVENT_NETMGR_BASE + 6)  // Authentication start
#define EVENT_NETMGR_WIFI_AUTH_REJECT           (EVENT_NETMGR_BASE + 7)  // Authentication rejected by AP
#define EVENT_NETMGR_WIFI_AUTH_TIMEOUT          (EVENT_NETMGR_BASE + 8)  // Authentication timeout with AP
#define EVENT_NETMGR_WIFI_ASSOCIATING           (EVENT_NETMGR_BASE + 9)  // Association starts
#define EVENT_NETMGR_WIFI_ASSOC_REJECT          (EVENT_NETMGR_BASE + 10) // Association rejected by AP
#define EVENT_NETMGR_WIFI_ASSOC_TIMEOUT         (EVENT_NETMGR_BASE + 11) // Association timeout with AP
#define EVENT_NETMGR_WIFI_ASSOCIATED            (EVENT_NETMGR_BASE + 12) // Authentication succeed
#define EVENT_NETMGR_WIFI_4WAY_HANDSHAKE        (EVENT_NETMGR_BASE + 13) // 4way-handshark start
#define EVENT_NETMGR_WIFI_HANDSHAKE_FAILED      (EVENT_NETMGR_BASE + 14) // 4way-handshake fails
#define EVENT_NETMGR_WIFI_4WAY_HANDSHAKE_DONE   (EVENT_NETMGR_BASE + 15) // 4way-handshark done
#define EVENT_NETMGR_WIFI_GROUP_HANDSHAKE       (EVENT_NETMGR_BASE + 16) // group-handshark start
#define EVENT_NETMGR_WIFI_GROUP_HANDSHAKE_DONE  (EVENT_NETMGR_BASE + 17) // group-handshark done = completed
#define EVENT_NETMGR_WIFI_CONNECTED             (EVENT_NETMGR_BASE + 18) // Connection to AP done
#define EVENT_NETMGR_WIFI_CONN_TIMEOUT          (EVENT_NETMGR_BASE + 19) // Connection timeout
#define EVENT_NETMGR_WIFI_DEAUTH                (EVENT_NETMGR_BASE + 20) // Deauth received from AP
#define EVENT_NETMGR_WIFI_MAX                   (EVENT_NETMGR_WIFI_DEAUTH)

#define EVENT_NETMGR_DHCP_BASE                  (EVENT_NETMGR_WIFI_MAX)
#define EVENT_NETMGR_DHCP_START_FAILED          (EVENT_NETMGR_DHCP_BASE + 1)  // DHCP start fails
#define EVENT_NETMGR_DHCP_TIMEOUT               (EVENT_NETMGR_DHCP_BASE + 2)  // DHCP timeout
#define EVENT_NETMGR_DHCP_SUCCESS               (EVENT_NETMGR_DHCP_BASE + 3)  // DHCP success
#define EVENT_NETMGR_DHCP_MAX                   (EVENT_NETMGR_DHCP_SUCCESS)

#define EVENT_NETMGR_SNTP_BASE                  (EVENT_NETMGR_DHCP_MAX)
#define EVENT_NETMGR_SNTP_SUCCESS               (EVENT_NETMGR_SNTP_BASE + 1)  // SNTP success
#define EVENT_NETMGR_SNTP_FAILED                (EVENT_NETMGR_SNTP_BASE + 2 ) // SNTP failure
#define EVENT_NETMGR_SNTP_MAX                   (EVENT_NETMGR_SNTP_FAILED)

#define EVENT_NETMGR_CONN_BASE                  (EVENT_NETMGR_SNTP_MAX)
#define EVENT_NETMGR_CONN_RECONNECT             (EVENT_NETMGR_CONN_BASE + 1)  // Reconnect AP
#define EVENT_NETMGR_CONN_MAX                   (EVENT_NETMGR_CONN_RECONNECT)

#define EVENT_NETMGR_GOT_IP                     (EVENT_NETMGR_DHCP_SUCCESS)

#define EVENT_NETMGR_NET_BASE                   (EVENT_NETMGR_CONN_MAX)
#define EVENT_NETMGR_NET_DISCON                 (EVENT_NETMGR_WIFI_DISCONNECTED)
#define EVENT_NETMGR_NET_CONFIG                 (EVENT_NETMGR_NET_BASE + 1)
#define EVENT_NETMGR_MAX                        (EVENT_NETMGR_NET_CONFIG)
当netmgr msg id等于NETMGR_MSGID_NETWORK_STATUS，上报的data是network_status_change，其对应的结构体如下：

#define NETMGR_WIFI_METHOD_MAX_LENGTH       (32)
#define NETMGR_WIFI_STATUS_MAX_LENGTH       (32)
#define NETMGR_WIFI_SSID_MAX_LENGTH         (32)
#define NETMGR_WIFI_PASSWORD_MAX_LENGTH     (64)

/** @brief  this struct defines netmgr wifi status change info */
typedef struct {
   char method[NETMGR_WIFI_METHOD_MAX_LENGTH+1];       /**< status change method */
   int  quantity;                                      /**< signal quantity */
   char status[NETMGR_WIFI_STATUS_MAX_LENGTH+1];       /**< current status */
   char ssid[NETMGR_WIFI_SSID_MAX_LENGTH+1];           /**< ssid of wifi */
   char password[NETMGR_WIFI_PASSWORD_MAX_LENGTH+1];   /**< password of wifi */
   uint8_t reason_code;                                /**< reason of status change */
} netmgr_wifi_network_status_change_t;

 

2.15、netmgr_del_msg_cb

删除消息回调函数

函数原型

int netmgr_del_msg_cb(netmgr_hdl_t hdl, netmgr_msg_cb_t cb);

参数列表

参数名称	参数描述	参数示例
hdl	netmgr句柄	无
cb	消息回调函数	无

返回参数

0，成功

其他，失败

 

3、API使用范例

3.1、直接连网

注意：netmgr内部需要event service的支持，所以需要在调用netmgr_service_init函数初始化netmgr的同时，调用event_service_init初始化函数。

使用event_subscribe注册监听的是特定的事件，而netmgr_set_msg_cb可以监听netmgr支持的所有事件。

#include "netmgr.h"
#include <uservice/uservice.h>
#include <uservice/eventid.h>
const char* ssid = "aos";
const char* passwd = "123456";


static void wifi_event_cb(uint32_t event_id, const void *param, void *context)
{
    printf("Got IP\\r\\n");
}


static void netmgr_comp_example()
{
    netmgr_connect_params_t netmgr_params;
    netmgr_hdl_t netmgr_handle;
    printf("netmgr test \\r\\n");

    event_service_init(NULL);

    netmgr_service_init(NULL);

    event_subscribe(EVENT_NETMGR_DHCP_SUCCESS, wifi_event_cb, NULL);

    memset(&netmgr_params, 0, sizeof(netmgr_connect_params_t));

    strncpy(netmgr_params.params.wifi_params.ssid, ssid, NETMGR_SSID_MAX_LEN);

    strncpy(netmgr_params.params.wifi_params.pwd, passwd, NETMGR_PWD_MAX_LEN);

    netmgr_params.params.wifi_params.timeout = 5000;


    netmgr_handle = netmgr_get_dev("/dev/wifi0");

    if(netmgr_handle < 0) {

        printf("get netmgr handle failed\\n");

        return;

    }

    if(netmgr_connect(netmgr_handle, &netmgr_params) != 0) {

        printf("netmgr connect failed");

        return;

    }

}

 

3.2、使用历史记录连网

#include "netmgr.h"


void start_netmgr(void) {

    printf("netmgr test \\r\\n");


    event_service_init(NULL);


    netmgr_service_init(NULL);
 

    netmgr_set_auto_reconnect(true);

}

 

3.3、使用netmgr范例

以上范例中注册了一个wifi_event_cb函数来监听事件，EVENT_NETMGR_DHCP_SUCCESS，表示成功获取到了IP地址。

将以上范例中的netmgr_comp_example函数加到文件solutions/helloworld_demo/helloworld.c。

int application_start(int argc, char *argv[])

     int count = 0;

     printf("nano entry here!\\r\\n");


     netmgr_comp_example();


     while(1) {
        printf("hello world! count %d \\r\\n", count++);

        aos_msleep(1000);
    };
}

 

3.4、添加netmgr模块

solutions/helloworld_demo/package.yaml文件里第二部分：依赖信息里加上 netmgr组件

## 第二部分：依赖信息

#           指定该组件依赖的组件及版本，版本支持条件比较，支持：>=v1.0, >v1.0, ==v1.0, <=v1.0, <v1.0, v1.0

#           未指定条件时，默认为 ==，如 v1.0 与 ==v1.0

# depends:                                 # <可选项> 该组件依赖其他的组件，合理的依赖才能保证组件能编译、使用

#   - minilibc: v7.2.0

#   - aos: >=v7.2.0

depends:

  - init: dev_aos

  - cli: dev_aos

  - osal_aos: dev_aos

  - haas100: dev_aos

  - netmgr: dev_aos

 

4、Netmgr命令

4.1、简介

支持使用命令的方式对Wi-Fi连网相关的操作，如，对存储的连接信息的读/写/删除，打印当前网络内的所有AP的信息，连接AP，断开AP的连接，查询网络状态等。

命令行	说明
netmgr -t wifi -i	初始化
netmgr -t wifi -a [0/1]	设置是否自动重连。0，不自动重连；1，自动重连。
netmgr -t wifi -b [0/1]	是否保存历史连接记录。0，不保存历史连接记录。1，保存历史连接记录。
netmgr -t wifi -c [ssid] [password]	使用ssid password连网
netmgr -t wifi -e	断开Wi-Fi连接
netmgr -t wifi -m	设置MAC地址
netmgr -t wifi -s	打印当前网络上的AP的信息
netmgr -t wifi -p	打印当前网络状态
netmgr -t wifi -r	读Wi-Fi配置文件
netmgr -t wifi -w [wifi_config]	写Wi-Fi配置文件。wifi_config格式，如，network={\\\\nssid=\\"apple\\"\\\\npassword=\\"aos123456\\"\\\\nchannel=\\"1\\"\\\\n}\\\\n
netmgr -t wifi -d	删除Wi-Fi配置文件
netmgr -t wifi -n	1, 使能sntp；2，关闭sntp。目前没有查询sntp状态的参数，默认是sntp功能打开。

 

4.2、命令范例

使用如下命令可以快速连SSID是"aos" 密码是"123456"的AP。

netmgr -t wifi -i

netmgr -t wifi -b 1

netmgr -t wifi -a 1

netmgr -t wifi -c aos 123456

也可以手动写入配置命令，使用如下的命令连网。其中，如果无法确定AP的channel信息，使用0进行全网段扫描。

netmgr -t wifi -i

netmgr -t wifi -w network={\\\\nssid=\\"apple\\"\\\\npassword=\\"aos123456\\"\\\\nchannel=\\"1\\"\\\\n}\\\\n

netmgr -t a 1

 

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