通过WIFI唤醒终端设备

简介

本人第一次写博客，写博客的初衷为了更好的巩固所学知识和锻炼一下自己各方面能力、以及记录工作和学习中遇到的问题和解决方案，同时与各位志同道合的朋友一起学习和进步，个人能力有限，如有不妥之处，望大家海涵和指正。

概述

通过wifi唤醒终端设备是指在终端设备通过wifi连接到路由器(AP)从而加入局域网或者Internet，在同一个网络中，通过其它终端设备（如PC）给唤醒终端设备发送唤醒数据包，从而实现远程唤醒终端。

原理

在终端设备进入休眠的时候，唤醒终端设备常用的方法有按键、定时（RTC）、BT、电源、WIFI、以太网等唤醒方式，基本原理是给休眠的终端主控一个唤醒信号，使终端设备从休眠状态退出，从而达到节省终端功耗。

本文主要介绍WIFI唤醒功能的原理以及ARP数据包对唤醒功能的影响。

wifi唤醒主机CPU的原理是在终端设备整机进入休眠后，WIFI模块监听到符合唤醒数据包时，wifi模块恢复部分工作，给CPU一个唤醒信号。唤醒信号由HOS_WKAE GPIO给出（博通、RTL wifi模块支持唤醒功能都具备该功能引脚）。从而实现WIFI 唤醒CPU或者终端设备。

你会在想WIFI模块下在什么时候会给出唤醒信号，这个是可以配置的，如配置TCP、ICMP数据包唤醒或者Deauth、漫游等事件唤醒等。

WIFI模块在进入休眠前设置beacon帧监听间隔T1,即T1个Beacon时间间隔，AP beacon 中才包含dtim元素.

其中T1的值在市场中设备中大部分不超过5，有部分设备为1. T1的大小决定了终端设备休眠时间和监听Beacon时间。T1的值越大功耗越低、反之值越小功耗越大。（更多的原理可以一起交流学习）

wifi唤醒遇到的问题

通过TCP请求包唤醒主机，概率性的出现TCP连接失败、甚至偶尔出现TCP请求包唤醒不了终端的现象，以及唤醒比较慢的现象。

上述问题除了环境以及网络的原因存在如下二个方面：

1.TCP客户端建立TCP连接超时时间较短，导致TCP连接失败，介于各种环境和网络情况，TCP客户端需做容错处理，如增加重试次数。

2.偶尔唤醒不了是因为客户端没有接收到WIFI模ARP应答数据，导致客户端没有发送TCP数据包请求，不能够唤醒终端，同时唤醒较慢的原因也是wifi模块应答ARP请求数据包慢的导致。

关于WIFI应答ARP请求慢的原因

下图为ARP应答较慢导致无法唤醒终端以及唤醒慢或者到致TCP连接超时的主要原因

下图为T1=3,beacon间隔为100ms时，wifi模块监听状态图

如上图所示当在0-300、300-600、600-900时间内WIFI模块是处于休眠状态的，无法接收和处理任何数据，假如此时ARP请求数据包的到来，WIFI模块无法感知，从而无法应答ARP数据包的原因或者应答较慢的原因。

如何解决ARP问题

ARP数据包为广播数据包，802.11关于低功耗的协议中，并未涉及到关于广播数据包在终端进入休眠时，路由器（AP）为终端缓存广播数据，也就是说广播数据包不会出现在beacon帧中TIM中，如果广播数据到来时，终端处于休眠状态，该数据包将会丢失。

知道ARP的原理的朋友都知道，在网络通信过程中，ARP是不可缺失的部分，然而在Windows系统中，一般默认ARP有效时间为2min,如果2min之内有数据交换，最大超时时间为10min（也就是说Windows ARP表将在2-10min钟内会失效，会重新发起ARP请求包进行确认）.

也就是说ARP表失效后，PC机在下次进行数据通信或者超时时间到了的时候就会发送ARP请求数据包进行确认和更新。

解决和改善方案

从上述描述中可以通过修改T1时间间隔，增加WIFI模块监听时间，减少广播数据的丢失，从而改善休眠唤醒功能的性能以及唤醒时间等。

从PC机端修改ARP有效时间，减少ARP请求，从而减少因ARP请求的原因导致不能唤醒终端或者TCP连接超时或者唤醒慢的现象

PC端或者其它终端修改

1.设置Windows ARP有效时间。设置一个合适的时间减少或避免该问题的出现。修改Windows 注册表信息
HKEY_LOCAL_MACHINE/SYSTEM/CurrentControlSet/Services/Tcpip/Parameters
下增加如下键值(Windows 默认情况下没有)
键值1：ArpCacheLife，类型为Dword，单位为秒，默认值为120
键值2：ArpCacheMinReferencedLife，类型为Dword，单位为秒，默认值为600
注意：这些键值默认是不存在的，如果你想修改，必须自行创建；修改后重启计算机后生效

修改WIFI模块休眠参数T1，将T1设置为0或者1,WIFI模块监听图

总结

因时间的原因，只能简单阐述了问题原因和给出解决方案，很多的原理都为进行说明，以后有时间在进行说明和研究，也其盼大家一起交流学习

总结

因时间的原因，只能简单阐述了问题原因和给出解决方案，很多的原理都为进行说明，以后有时间在进行说明和研究，也其盼大家一起交流学习