李昱兵,汪 偉,辛 鈞

1(長虹美菱股份有限公司技術(shù)研究中心,合肥 230601)

2(西安交通大學(xué) 電子與信息工程學(xué)院,西安 710049)

3(合肥美菱物聯(lián)科技有限公司技術(shù)研發(fā)部,合肥 230601)

當(dāng)前,通過WiFi 接入互聯(lián)網(wǎng)的智能家居、家電產(chǎn)品(下文簡(jiǎn)稱智能產(chǎn)品)層出不窮,網(wǎng)絡(luò)接入是實(shí)現(xiàn)其核心價(jià)值的前提:只有成功接入WiFi 網(wǎng)絡(luò),智能產(chǎn)品才能注冊(cè)到服務(wù)后臺(tái)并與用戶手機(jī)綁定,遠(yuǎn)程操控、場(chǎng)景聯(lián)動(dòng)、數(shù)據(jù)運(yùn)營等高級(jí)應(yīng)用才可能實(shí)現(xiàn).然而,家庭內(nèi)應(yīng)用的智能產(chǎn)品普遍未配備顯示屏和觸摸屏.所以,借助智能手機(jī)APP 引導(dǎo)用戶將智能產(chǎn)品接入WiFi 網(wǎng)絡(luò)是眾多家電設(shè)備供應(yīng)商、家居方案提供商(下文簡(jiǎn)稱智能產(chǎn)品提供商)的普遍選擇.

用戶在手機(jī)APP 引導(dǎo)下將智能產(chǎn)品接入WiFi 網(wǎng)絡(luò)后,下一步是將手機(jī)與產(chǎn)品綁定.業(yè)界習(xí)慣將整個(gè)過程稱為“配網(wǎng)綁定”.其中,配網(wǎng)是通過某種技術(shù)將家庭WiFi 路由器的SSID 和密碼發(fā)給待配網(wǎng)智能產(chǎn)品,助其接入WiFi 熱點(diǎn)(AP).綁定是在后臺(tái)服務(wù)器實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品ID 和用戶ID 的關(guān)聯(lián).配網(wǎng)綁定需手機(jī)APP、智能產(chǎn)品、WiFi 路由器、后臺(tái)服務(wù)器密切配合才能完成,過程非常復(fù)雜.長期以來,“配網(wǎng)綁定操作繁雜,用戶體驗(yàn)差”的問題飽受消費(fèi)者詬病甚至成為制約智能家居產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸[1].對(duì)此,業(yè)界對(duì)手機(jī)APP 的配網(wǎng)綁定交互界面做了大量?jī)?yōu)化.然而,我們發(fā)現(xiàn):配網(wǎng)綁定的耗時(shí)仍然偏長,還是會(huì)偶現(xiàn)超時(shí)甚至失敗的現(xiàn)象.僅優(yōu)化用戶看得見的手機(jī)APP 交互界面已不能從根本上提升配網(wǎng)綁定的用戶體驗(yàn).那么,究竟是何環(huán)節(jié)或因素導(dǎo)致配網(wǎng)綁定耗時(shí)偏長呢? 解決這個(gè)時(shí)效問題是提升用戶體驗(yàn)的關(guān)鍵.但由于過程復(fù)雜、故障點(diǎn)多,常規(guī)研究方法難以奏效,技術(shù)團(tuán)隊(duì)間也常常爭(zhēng)議不斷.

基于以上背景,本文詳細(xì)研究目前業(yè)界最常用的配網(wǎng)綁定機(jī)制后,首次提出采用智能手機(jī)終端、智能產(chǎn)品終端、智能產(chǎn)品服務(wù)后臺(tái)聯(lián)合抓包的方法研究配網(wǎng)綁定的時(shí)效問題.通過該方法,發(fā)現(xiàn)智能手機(jī)(含手機(jī)APP)并非影響配網(wǎng)綁定時(shí)效的關(guān)鍵因素,妥善設(shè)計(jì)智能產(chǎn)品終端的配網(wǎng)綁定邏輯、合理設(shè)定發(fā)包頻率、優(yōu)化冗余時(shí)延函數(shù)可大大降低配網(wǎng)綁定耗時(shí),從根本上提升產(chǎn)品用戶體驗(yàn).

1 智能產(chǎn)品配網(wǎng)綁定技術(shù)現(xiàn)狀

針對(duì)智能產(chǎn)品如何接入WiFi 網(wǎng)絡(luò),目前已存在多種技術(shù)方案.

2006年,WiFi 聯(lián)盟提出WiFi Protected Setup(WPS)技術(shù)[2].該技術(shù)定義了PIN 和PBC 兩種模式,可將WiFi 終端接入AP 熱點(diǎn).然而,PIN 模式要求終端配備按鍵,用于輸入PIN 碼.而PBC 模式要求用戶同時(shí)按下終端和路由器上的PBC 按鍵[3].故兩者都不適合智能家居,實(shí)際應(yīng)用并不廣泛.

Soft Access Point (Soft AP)是最早被應(yīng)用智能產(chǎn)品WiFi 接入的方案之一[4].使用“Soft AP”配網(wǎng)核心有5 步:第1 步,待配網(wǎng)產(chǎn)品默認(rèn)工作在Access Point模式,對(duì)外暴露一個(gè)AP 熱點(diǎn),提供臨時(shí)WLAN 供智能手機(jī)接入.第2 步,智能手機(jī)連接到該AP 熱點(diǎn).第3 步,借助智能手機(jī)將WiFi 路由器的SSID 和密碼發(fā)給待配網(wǎng)設(shè)備.第4 步,待配網(wǎng)設(shè)備從Access Point 模式切換至Station 模式.第5 步,待配網(wǎng)設(shè)備使用接收到的SSID 和密碼接入WiFi 路由器.由于iOS 系統(tǒng)和越來越多的Android 定制系統(tǒng)收緊了APP 對(duì)WiFi 的操作權(quán)限,致使上述第2 步難以實(shí)現(xiàn)高度自動(dòng)化.因此,如何削弱它對(duì)用戶體驗(yàn)的影響成為廠商研究和專利布局的重點(diǎn)[5].

2012年,德州儀器(TI)提出WiFi“SimpleConfig”配網(wǎng)技術(shù),并在旗下的CC3200 芯片中實(shí)現(xiàn)[4].該技術(shù)核心分5 步:第1 步,待配網(wǎng)智能產(chǎn)品默認(rèn)工作在監(jiān)聽模式.第2 步,用戶通過手機(jī)APP 輸入Wi-Fi 路由器的SSID 和密碼.第3 步,手機(jī)APP 調(diào)用操作系統(tǒng)服務(wù),以UDP 廣播或組播方式發(fā)送SSID 和密碼.第4 步,待配網(wǎng)設(shè)備接收UDP 包后,解析獲得SSID 和密碼.第5 步,待配網(wǎng)設(shè)備從監(jiān)聽模式切換至Station 模式并接入WiFi 路由器.繼TI 提出“SimpleConfig”后,高通基于QCA4004 芯片開發(fā)了“SmartConnection”技術(shù);MARVELL 基于MW300 芯片開發(fā)了“EasyConnect”技術(shù);Realtek 基于RTL8710 芯片研發(fā)了“SimpleConfig”技術(shù);樂鑫基于ESP8266 推出了“Smart-Config”技術(shù)[6].這些技術(shù)雖名稱和細(xì)節(jié)稍有差異,但總體思想與TI 提出的“SimpleConfig”相同,業(yè)界將其稱為“快聯(lián)”.如今,“快聯(lián)”已被長虹、海爾、小米等智能家電廠商普遍使用.

此外,還有學(xué)者提出了基于音頻信號(hào)的多進(jìn)制頻移鍵控(MFSK)配網(wǎng)技術(shù)[7].該技術(shù)已在智能音箱類產(chǎn)品上應(yīng)用.然而,因傳輸距離有限,應(yīng)用范圍尚不廣泛.

綜上可知,智能產(chǎn)品配網(wǎng)技術(shù)尚未形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),應(yīng)用范圍最廣的是“Soft AP”和“快聯(lián)”[8].在這兩種技術(shù)中,手機(jī)被擴(kuò)展為智能產(chǎn)品的輸入/輸出設(shè)備.而手機(jī)APP 則提供產(chǎn)品配網(wǎng)綁定的人機(jī)交互界面,由于直接被用戶感知而成為廠商關(guān)注和研究的焦點(diǎn)[9].事實(shí)上,圍繞這個(gè)焦點(diǎn)也確實(shí)涌現(xiàn)了不少創(chuàng)新.例如,借助智能手機(jī)的WiFi 模組掃描到待配網(wǎng)產(chǎn)品(基于“Soft AP”方案)后,在手機(jī)APP 上直觀地呈現(xiàn)出來;又如,以圖文并排方式精確引導(dǎo)用戶找到產(chǎn)品唯一標(biāo)識(shí)(二維碼或條形碼);再如,以圖文方式引導(dǎo)用戶對(duì)待配網(wǎng)智能產(chǎn)品進(jìn)行復(fù)位,以回到統(tǒng)一的“起點(diǎn)”;此外,在用戶家庭WiFi 信號(hào)質(zhì)量不佳或處于尚不支持的WiFi 頻段時(shí),提前給予預(yù)警提示.UCD 研究顯示,人機(jī)交互界面的創(chuàng)新,可防止用戶走彎路,在一定程度上提升用戶體驗(yàn).但智能產(chǎn)品配網(wǎng)綁定整體耗時(shí)過長甚至超時(shí)失敗的問題,卻未能根本解決[10,11].

2 確定時(shí)效優(yōu)化方向與重點(diǎn)

欲優(yōu)化時(shí)效,必先縮小問題范圍、確定優(yōu)化方向.配網(wǎng)綁定需多方參與,過程復(fù)雜.聯(lián)合抓包可確定時(shí)效優(yōu)化方向.本節(jié)先分析“Soft AP”和“快聯(lián)”的詳細(xì)機(jī)制,再設(shè)計(jì)聯(lián)合抓包方案,最后以智能熱水器為例闡述如何執(zhí)行此方案以確定時(shí)效優(yōu)化方向與重點(diǎn).

2.1 確定抓包監(jiān)測(cè)點(diǎn)與重點(diǎn)環(huán)節(jié)

如圖1 所示,無論“Soft AP”還是“快聯(lián)”,都需多方配合[12,13].首先是智能手機(jī)及APP.APP 由廠家定制,提供產(chǎn)品配網(wǎng)綁定的入口,負(fù)責(zé)配網(wǎng)綁定引導(dǎo)提示、過程和結(jié)果呈現(xiàn).第二是待配網(wǎng)智能產(chǎn)品,其核心是WiFi 模塊.第三是家庭WiFi 路由器,是配網(wǎng)綁定過程中智能產(chǎn)品的網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn).第四是智能產(chǎn)品的服務(wù)后臺(tái),在配網(wǎng)綁定過程中主要涉及設(shè)備管理服務(wù)器和消息通信服務(wù)器.由此可見,配網(wǎng)綁定過程至少涉及4 個(gè)故障點(diǎn),其中智能手機(jī)、智能產(chǎn)品和服務(wù)后臺(tái)可用于抓包監(jiān)測(cè)點(diǎn).

圖1 智能產(chǎn)品配網(wǎng)綁定故障監(jiān)測(cè)點(diǎn)

分析各智能產(chǎn)品的配網(wǎng)綁定流程可發(fā)現(xiàn),這個(gè)多方協(xié)同的復(fù)雜過程總體上包括6 個(gè)環(huán)節(jié)(圖2).其中第1 至第4 個(gè)環(huán)節(jié)是通過智能手機(jī)APP 引導(dǎo)用戶做好配網(wǎng)綁定的準(zhǔn)備工作,屬于用戶行為范疇.合理設(shè)計(jì)這4 個(gè)環(huán)節(jié),可提升配網(wǎng)綁定用戶體驗(yàn),這也是此前多數(shù)廠商在做的.第5 個(gè)環(huán)節(jié)是用戶做好準(zhǔn)備工作后,智能手機(jī)、智能產(chǎn)品、路由器、服務(wù)后臺(tái)協(xié)同,實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品接入網(wǎng)絡(luò)并在后臺(tái)與手機(jī)用戶ID 綁定的過程,這是配網(wǎng)綁定的核心,在智能手機(jī)APP 上呈現(xiàn)給用戶的是等待界面.測(cè)試和用戶反饋表明,這個(gè)等待界面耗時(shí)偏長或超時(shí)將導(dǎo)致第1 至第4 個(gè)步驟所做的準(zhǔn)備工作功虧一簣,嚴(yán)重影響用戶體驗(yàn),因此它是本文時(shí)效研究的重點(diǎn).

2.2 細(xì)化重點(diǎn)環(huán)節(jié)時(shí)序

確定抓包監(jiān)測(cè)點(diǎn)及重點(diǎn)環(huán)節(jié)(圖2 中第5 環(huán)節(jié))后,我們將重點(diǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)一步細(xì)化,得到更細(xì)致的時(shí)序.

如圖3 所示,“Soft AP”配網(wǎng)綁定時(shí)序中,智能手機(jī)、智能產(chǎn)品、路由器和服務(wù)后臺(tái)在協(xié)同配合中存在11 個(gè)關(guān)鍵交互[14].

圖2 智能產(chǎn)品配網(wǎng)綁定重點(diǎn)環(huán)節(jié)

圖3 基于“Soft AP”的配網(wǎng)綁定時(shí)序

“快聯(lián)”和“Soft AP”的機(jī)理有差異:“快聯(lián)”少了“Soft AP”的第1 和第2 個(gè)環(huán)節(jié)(圖4),而是以廣播或組播的方式向待配網(wǎng)產(chǎn)品發(fā)送SSID 和密碼[15].

以細(xì)化的時(shí)序?yàn)橐罁?jù),可得出配網(wǎng)綁定過程中的關(guān)鍵事件和抓包監(jiān)測(cè)點(diǎn)(表1).將相鄰關(guān)鍵事件的絕對(duì)時(shí)間相減可得到關(guān)鍵環(huán)節(jié)的耗時(shí).將結(jié)束時(shí)間與起始時(shí)間相減可得到配網(wǎng)綁定的總耗時(shí).

圖4 基于“快聯(lián)”的配網(wǎng)綁定時(shí)序

2.3 設(shè)計(jì)并執(zhí)行聯(lián)合抓包方案

確定抓包監(jiān)測(cè)點(diǎn)、重點(diǎn)環(huán)節(jié)及其內(nèi)部時(shí)序和關(guān)鍵事件后,設(shè)計(jì)出如下聯(lián)合抓包方案.

第1 步.將智能手機(jī)、智能產(chǎn)品、服務(wù)后臺(tái)的時(shí)間統(tǒng)一校準(zhǔn)為北京時(shí)間.

第2 步.安排3 名抓包員分別從智能手機(jī)、智能產(chǎn)品和服務(wù)后臺(tái)打開抓包工具(或日志監(jiān)視器),監(jiān)測(cè)表1 中的關(guān)鍵事件.

第3 步.安排1 名操作員,對(duì)待研究的智能產(chǎn)品執(zhí)行完整的配網(wǎng)綁定操作.

第4 步.3 名抓包員依次讀出監(jiān)測(cè)到的關(guān)鍵事件的北京時(shí)間,并由操作員記錄數(shù)據(jù).

重復(fù)執(zhí)行上述步驟可得到若干組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù).使用統(tǒng)計(jì)方法處理這些數(shù)據(jù),可鎖定關(guān)鍵耗時(shí)環(huán)節(jié),然后在相應(yīng)環(huán)節(jié)內(nèi)排查耗時(shí)因素,進(jìn)而有針對(duì)性地采取優(yōu)化措施.

表1 配網(wǎng)綁定過程關(guān)鍵事件與監(jiān)測(cè)位置

此方案適用于“快聯(lián)”和Soft AP 兩種配網(wǎng)模式,可用于確定各類智能家電配網(wǎng)時(shí)效的優(yōu)化方向.限于篇幅,本節(jié)以智能熱水器為例闡述該方案的執(zhí)行過程.

聯(lián)合抓包時(shí)采用Android 和iOS 兩種手機(jī)終端,詳細(xì)設(shè)備清單和環(huán)境如表2 列示.

表2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備與環(huán)境

首先,使用Android 手機(jī)配合智能熱水器進(jìn)行聯(lián)合抓包.記錄各關(guān)鍵事件的北京時(shí)間原始數(shù)據(jù)(表3).

將表3 中各相鄰事件的北京時(shí)間相減,得到各關(guān)鍵環(huán)節(jié)的耗時(shí)(表4).

然后,使用iOS 手機(jī),按相同實(shí)驗(yàn)步驟,獲取此熱水器的關(guān)鍵環(huán)節(jié)耗時(shí)數(shù)據(jù)(表5).

由表4 和表5 可知,智能熱水器配網(wǎng)綁定的耗時(shí)數(shù)據(jù)呈隨機(jī)性.為方便研究,引入數(shù)學(xué)期望以衡量各環(huán)節(jié)耗時(shí)和總耗時(shí)的平均情況.

其中,tn為第n 次聯(lián)合抓包實(shí)驗(yàn)中的某環(huán)節(jié)耗時(shí)或總耗時(shí),N的取值為20.使用上述公式對(duì)表4 和表5 的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后,得到表6.

①流量預(yù)警規(guī)則：對(duì)8：00流量超預(yù)警門檻值的設(shè)定站點(diǎn)，發(fā)布一次預(yù)警；以后每過2小時(shí)巡查一次，將流量與上次預(yù)警時(shí)流量比較，如增幅達(dá)到或超過預(yù)警要求，發(fā)布預(yù)警。

進(jìn)一步,引入方差以衡量數(shù)據(jù)的波動(dòng)性.

使用上述公式處理表5 和表6 的數(shù)據(jù)后,得到表7.

分析表6 和表7 以及代碼實(shí)現(xiàn)后,有以下發(fā)現(xiàn):

(1)配網(wǎng)信息的發(fā)送和接收算法會(huì)影響整體時(shí)效.

(2)設(shè)備與WiFi 路由器建立連接的過程耗時(shí)最長.

(3)設(shè)備向后臺(tái)服務(wù)器注冊(cè)的過程耗時(shí)偏多.

(4)設(shè)備上線及與用戶在后臺(tái)的綁定不會(huì)耗費(fèi)太多時(shí)間.

聯(lián)合抓包實(shí)驗(yàn)及其數(shù)據(jù)分析獲得的發(fā)現(xiàn),為時(shí)效優(yōu)化指明方向并確定了優(yōu)化的重點(diǎn).

表3 智能熱水器配網(wǎng)綁定絕對(duì)時(shí)間(單位:分:秒)

表4 智能熱水器配網(wǎng)綁定關(guān)鍵環(huán)節(jié)耗時(shí)(單位:s)

表5 智能熱水器配網(wǎng)綁定關(guān)鍵環(huán)節(jié)耗時(shí)(單位:s)

表6 智能熱水器配網(wǎng)綁定關(guān)鍵環(huán)節(jié)耗時(shí)均值μt(單位:s)

表7 智能熱水器配網(wǎng)綁定關(guān)鍵環(huán)節(jié)耗時(shí)方差σ 2(單位:s2)

3 時(shí)效優(yōu)化措施與過程

3.1 優(yōu)化配網(wǎng)信息傳輸方案

目前,業(yè)界都將路由器SSID 和密碼作為配網(wǎng)信息,并由手機(jī)將其傳輸至待配網(wǎng)設(shè)備.SSID 的長度將影響配網(wǎng)信息傳輸和校驗(yàn)的耗時(shí).SSID 重名則可能導(dǎo)致設(shè)備在很長時(shí)間內(nèi)不能正確連接到目標(biāo)路由器(經(jīng)排查發(fā)現(xiàn),第2 節(jié)聯(lián)合抓包過程中出現(xiàn)的少數(shù)配網(wǎng)綁定時(shí)間特別長的情況,是由于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中存在SSID 重名所致).

由于路由器的MAC 地址可通過掃描的方法從環(huán)境中獲取,優(yōu)化時(shí)效時(shí)設(shè)計(jì)了新方案:將目標(biāo)路由器的MAC 地址替換其SSID 用于配網(wǎng).該方案需要傳輸?shù)呐渚W(wǎng)信息更短.以實(shí)驗(yàn)所用路由器為例,其SSID(TPLINK_98A6)長度為12 字節(jié),而MAC 地址長度則只有6 字節(jié).使用MAC 地址替換SSID 可使數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)量減半,并降低傳輸過程中出錯(cuò)的風(fēng)險(xiǎn).此外,由于MAC 地址具有唯一性,該方案可徹底解決復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下SSID 重名時(shí)出現(xiàn)的配網(wǎng)失敗問題.

當(dāng)前,業(yè)界所采用的“快聯(lián)”配網(wǎng)多基于UDP 組播技術(shù),依靠組播IP 地址承載配網(wǎng)信息,每個(gè)組播IP 地址僅承載1 個(gè)有效數(shù)據(jù).UDP 組播采用D 類IP 地址,每個(gè)字段取值范圍為0～255,最高字段為組播標(biāo)識(shí)(一般為239).“快聯(lián)”配網(wǎng)過程中每輪傳輸?shù)臄?shù)據(jù)類型和幀數(shù)總合低于255,故可將組播IP 地址第2 字段分成兩個(gè)范圍,取值低的范圍用于標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)偏移,而取值高的范圍用于標(biāo)識(shí)類型.這樣,組播IP 地址的第3 和第4 字段可用于承載有效數(shù)據(jù)(圖5).改進(jìn)后的“快聯(lián)”組播IP 地址結(jié)構(gòu),可使1 個(gè)UDP 組播IP 地址承載的數(shù)據(jù)量翻倍,從而降低“快聯(lián)”時(shí)需要發(fā)送的UDP 組播包數(shù)量和出錯(cuò)的概率,提升時(shí)效.

圖5 “快聯(lián)”UDP 組播包幀結(jié)構(gòu)優(yōu)化

使用路由器MAC 地址替換其SSID 用于配網(wǎng),不僅可解決SSID 重名所致的配網(wǎng)時(shí)間偏長問題,還可降低傳輸數(shù)據(jù)量.改進(jìn)“快聯(lián)”的組播IP 地址結(jié)構(gòu)則可進(jìn)一步減少組播包數(shù)量,降低出錯(cuò)風(fēng)險(xiǎn),提升配網(wǎng)綁定時(shí)效.

優(yōu)化過程中還發(fā)現(xiàn),使用“快聯(lián)”配網(wǎng)時(shí),手機(jī)APP 發(fā)送IP 組播包的頻率會(huì)對(duì)時(shí)效有影響.過高的發(fā)送頻率會(huì)導(dǎo)致設(shè)備端接收和處理的速度跟不上,而過低的發(fā)送頻率則可能需要設(shè)備端耗費(fèi)更多的時(shí)間才能完成接收和校驗(yàn).以智能熱水器為例,將組播包的間隔設(shè)定在5 ms 至10 ms 時(shí),接收的速度和校驗(yàn)成功率較高.

3.2 Soft AP 與“快聯(lián)”相結(jié)合

“快聯(lián)”配網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)是用戶介入少、操作簡(jiǎn)便.但對(duì)于某些不轉(zhuǎn)發(fā)UDP 組播包的路由器,或復(fù)雜的Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境(路由器很多的情況),僅采用“快聯(lián)”可能會(huì)出現(xiàn)用戶長時(shí)間等待換來失敗的情況.當(dāng)“快聯(lián)”配網(wǎng)失敗時(shí),手機(jī)APP 和待配網(wǎng)設(shè)備切換至Soft AP 進(jìn)行配網(wǎng),可實(shí)現(xiàn)“快聯(lián)”與Soft AP 的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ),這種方案可避免用戶長時(shí)間等待換來失敗的結(jié)果,整體上提升配網(wǎng)時(shí)效(圖6).

圖6 “快聯(lián)”+Soft AP 配網(wǎng)方案流程

3.3 排查與防范死鎖

抓包發(fā)現(xiàn),智能熱水器與WiFi 路由器建立連接的過程耗時(shí)最長.針對(duì)性的排查發(fā)現(xiàn):機(jī)率性的超長時(shí)延是由死鎖導(dǎo)致,比較典型的是智能產(chǎn)品連接路由器過程中,不恰當(dāng)?shù)亻_啟或關(guān)閉芯片廠商底層重連機(jī)制,造成鎖保護(hù)混亂.死鎖問題比較隱蔽,當(dāng)配網(wǎng)綁定時(shí)出現(xiàn)機(jī)率性超長時(shí)延時(shí)(例如表4 中最后20 行數(shù)據(jù)),需要考慮是否存在死鎖.

3.4 優(yōu)化冗余時(shí)延函數(shù)

冗余時(shí)延往往是代碼中未合理使用msleep、mdelay等時(shí)延函數(shù)而累積形成的.需要取消或減少的冗余時(shí)延包括切換設(shè)備WiFi 工作模式的時(shí)延、快聯(lián)配網(wǎng)時(shí)發(fā)送UDP 組播包的時(shí)延、設(shè)備連接AP 熱點(diǎn)的重連時(shí)延、設(shè)備注冊(cè)服務(wù)器失敗的重試時(shí)延、域名解析失敗的重試時(shí)延、消息服務(wù)器接收異常的處理時(shí)延等.

4 時(shí)效優(yōu)化有效性評(píng)價(jià)

針對(duì)性地采取優(yōu)化措施后,再次進(jìn)行聯(lián)合抓包實(shí)驗(yàn),以評(píng)價(jià)優(yōu)化方向的正確性及優(yōu)化措施的有效性.以智能熱水器為例,采用第3 節(jié)的優(yōu)化措施和方案后,配網(wǎng)綁定各環(huán)的節(jié)耗時(shí)和總耗時(shí)顯著下降(表8),其中總耗時(shí)較優(yōu)化前降低了76.9%.從方差分析(表9)表明,優(yōu)化后的配網(wǎng)綁定耗時(shí)穩(wěn)定性顯著提升.

表8 智能熱水器優(yōu)化后配網(wǎng)綁定關(guān)鍵環(huán)節(jié)耗時(shí)均值μt(單位:s)

表9 智能熱水器優(yōu)化后配網(wǎng)綁定關(guān)鍵環(huán)節(jié)耗時(shí)方差σ 2(單位:s2)

除智能熱水器外,我們將上述方法應(yīng)用于智能空調(diào)、冰箱等全系智能產(chǎn)品后,普遍取得了顯著的效果.如圖7 所示,該方法使得配網(wǎng)綁定總耗時(shí)平均值顯著下降.

圖7 配網(wǎng)綁定時(shí)效優(yōu)化結(jié)果(總耗時(shí)均值)

另一方面,智能產(chǎn)品的配網(wǎng)綁定總耗時(shí)方差明顯下降,時(shí)效穩(wěn)定性顯著提升(圖8).

圖8 配網(wǎng)綁定時(shí)效優(yōu)化結(jié)果(總耗時(shí)方差)

5 結(jié)論與展望

本文針對(duì)智能產(chǎn)品配網(wǎng)綁定耗時(shí)偏長又極難排查的行業(yè)性問題,而且智能白電系統(tǒng)[16]設(shè)計(jì)也會(huì)越來越復(fù)雜、多樣性增加,對(duì)業(yè)界應(yīng)用最廣的“Soft AP”和“快聯(lián)”機(jī)制進(jìn)行系統(tǒng)研究后,提出了通過智能手機(jī)終端、智能產(chǎn)品終端、智能產(chǎn)品服務(wù)后臺(tái)聯(lián)合抓包來解決配網(wǎng)綁定時(shí)效問題的方法.將該方法應(yīng)用于智能熱水器、空調(diào)、冰箱等產(chǎn)品及系統(tǒng)軟件后,成功定位到影響配網(wǎng)綁定時(shí)效的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和因素.針對(duì)性地優(yōu)化關(guān)鍵環(huán)節(jié)冗余時(shí)延、有效杜絕死鎖并采用MAC 地址替換SSID 的創(chuàng)新方案后,大大降低了配網(wǎng)綁定耗時(shí),從根本上提升智能產(chǎn)品配網(wǎng)綁定用戶體驗(yàn).該方法已普遍應(yīng)用于筆者所在單位的智能熱水器、空調(diào)、冰箱等全系智能產(chǎn)品,具有通用性,不僅適用于智能產(chǎn)品的配網(wǎng)綁定時(shí)效研究,其思想還可供研究類似多故障點(diǎn)、多環(huán)節(jié)的復(fù)雜問題時(shí)借鑒.