WiFi　1ポートで、AP/STA接続する方法

Raspberry PiのHTTPServerにスマホ等からアクセスしRaspberry PIをコントロールする事はよく有ります。この場合、Raspberry PIのネットへの接続として下記の２つが有ります。

  • STA接続　：　ルータを親機に子機としてRaspberry Piをつなぐ
  • AP接続　 ：　Raspberry Piが親機となりルータを通さずにとPC等と直接つながる

AP接続ではSSHが使えません。SSHが使えないとデスクトップをRaspberry PIに接続出来ずプログラムの開発に置いてかなり不便です。

そんな時、Wifiを切り替えてAP/STA接続する方法について説明しているページを見つけました。そのHPは　”AP-STA mode”　です。Raspberry PiのWifiディバイスは、アクセスポイント（AP）とワイヤレスクライアント/ステーション（STA）の同時操作をサポートしていて１つのWifi機器でWi-Fi AP / STA同時に実行することが出来る様です。

必要なソフトのインストール

先ずOSのインストールをSTA接続で行います。次にAP接続用のソフト　hostapd　と　dnsmasq　をインストールします。


sudo apt install hostapd
sudo apt install dnsmasq

dhcpcd.confの設定

”AP-STA mode”によると、wlan０のコピーを作ってそれと切り替えながら、AP/STA接続を行う様です。先ずは、wlan０のコピー、”uap０”　を　/etc/dhcpcd.conf　に追加します。/etc/dhcpcd.conf　をエディタで開き、ファイルの最後に下記を追加します。

/etc/dhcpcd.conf 

# RaspAP uap0 configuration
interface uap0
static ip_address=192.168.2.1/24
nohook wpa_supplicant
  • static ip_address=192.168.2.1/24 ：
    • 現在使用しているルーターが、192.168.3.1/24 なのでそれを避けています。環境に合わせて変更して下さい。
  • nohook wpa_supplicant：
    • wpa_supplicantが、wlan０　を指しているようで、これで　wlan０と一緒に動くなとなる様です。

hostapd.confの設定

hostapdの設定ファイルです。これちょっと難しいです。保存場所は、/etc/hostapd/hostapd.conf

/etc/hostapd/hostapd.conf 

# RaspAP wireless client AP mode
interface=uap0
driver=nl80211
hw_mode=g
channel=1
ieee80211n=1
wmm_enabled=1
ht_capab=[HT40][SHORT-GI-20][DSSS_CCK-40]
auth_algs=1
wpa=2
wpa_key_mgmt=WPA-PSK
ssid=raspi-ap
wpa_passphrase=12345678
wpa_pairwise=CCMP
country_code=JP
  1. 注釈
  2. uap0についての記述
  3. ドライバーの指定。
  4. 利用する周波数帯。
    • b：IEEE 802.11b
    • g：IEEE 802.11g
    • a：IEEE 802.11a
  5. 使用するチャンネル。すでにWifiを使っているようでしたら、nmcli　で空いているチャンネルを確認
  6. ieee80211nを有効
  7. wmm_enabledを有効
  8. 　
  9. 認証アルゴリズム
    • ０：　暗号化なし
    • １：　WPA
    • ２：　WEP
    • ３：　両方
  10. WPAのバージョンを設定
    • １：　WPA
    • ２：　WPA2
    • ３：　両方
  11. 利用する共有鍵認証の方式
  12. 使用するSSID。今回は、”raspi-ap”と指定
  13. 接続する際のパスワード。８文字以上必要。今回は、”１２３４５６７８”と指定
  14. 　
  15. 国指定

ネットの環境によって指定値が変わります。nmcliを使いながら指定して下さい。このファイルをhostapdで使用する事を定義するために、/etc/default/hostapd　を編集する必要が有ります。エディタでファイルを開いて下さい。

/etc/default/hostapd 

# Defaults for hostapd initscript
#
# WARNING: The DAEMON_CONF setting has been deprecated and will be removed
#          in future package releases.
#
# See /usr/share/doc/hostapd/README.Debian for information about alternative
# methods of managing hostapd.
#
# Uncomment and set DAEMON_CONF to the absolute path of a hostapd configuration
# file and hostapd will be started during system boot. An example configuration
# file can be found at /usr/share/doc/hostapd/examples/hostapd.conf.gz
#
#DAEMON_CONF=""

# Additional daemon options to be appended to hostapd command:-
#       -d   show more debug messages (-dd for even more)
#       -K   include key data in debug messages
#       -t   include timestamps in some debug messages
#
# Note that -B (daemon mode) and -P (pidfile) options are automatically
# configured by the init.d script and must not be added to DAEMON_OPTS.
#
#DAEMON_OPTS=""

１３行目の、＃DAEMON_CONF=””　を　DAEMON_CONF=”/etc/hostapd/hostapd.conf”　と変更して保存。

また、hostapd　はMASKされているので起動出来るようにunmaskし、起動時に自動で起動する様にします。


sudo systemctl unmask hostapd
sudo systemctl enable hostapd

dnsmasq.confの設定

dnsmasqの設定ファイルです。/etc/dnsmasq.confに有るのですが、これをバックアップし、新たにファイルを作ります。


sudo mv /etc/dnsmasq.conf /etc/dnsmasq.conf.org
sudo nano /etc/dnsmasq.conf

新たなファイルの内容は、

/etc/dnsmasq.conf 

interface=lo,uap0               # Use interfaces lo and uap0
no-dhcp-interface=lo,wlan0
bind-interfaces
dhcp-range=192.168.2.2,192.168.2.255,12h

これで設定は終了です。

起動時uap0の追加と実行

”AP-STA mode”によると、uap0を起動時に追加と実行する必要が有るようです。実際の作業内容を以下に示します。


iw dev wlan0 interface add uap0 type __ap
ifconfig uap0 up
  • １行目、wlan0にuap0を　type ap として追加。
  • ２行目、uap0 の起動。

各サービスの起動順番

これで全ての準備が出来たのですが各サービの実行順を間違えると起動しません。

  • uap0の追加とhostapd
    • hostapdはAP接続用ソフトですから、uap0が出来た後に実行する必要が有ります。
  • dnsmasq
    • これは、AP接続に対するネームサーバですので、hostapd　の後に実行。
  • uap0の追加
    • OS立ち上げ時に自動で実行したいので、rc.local　にスクリプトを追加

これらを元に /etc/rc.local を編集。下記は rc.local の一部です。rc.local の　if　と　exit0の間にコードを追加します。

/etc/rc.local 

# Print the IP address
_IP=$(hostname -I) || true
if [ "$_IP" ]; then
  printf "My IP address is %s\n" "$_IP"
fi
sudo systemctl stop dnsmasq
sudo systemctl stop hostapd
sudo iw dev wlan0 interface add uap0 type __ap
sudo ifconfig uap0 up
sudo systemctl restart hostapd
sudo systemctl restart dnsmasq

exit 0
  • dnsmasq と hostapdを止める
  • uap0を追加して実行
  • hostapdを先に実行して次にdnsmasqを実行。

これで設定は終了です。Raspberry Piをリブートして下さい。

検証

立ち上がったら、確認を行います。正しく設定されていればSSHでの接続が可能です。PCからSSHでRaspberry Pi に接続して下さい。ネットの構成を確認する為に　ifconfig を行って下さい。

  • wlan0　：　IPアドレスが、192.16.8.3.12。これはルータに接続している。（STA接続）
  • uap0　 ：　IPアドレスが、192.168.2.1。こちらはAP接続。

SSHか動いていることから、wlan0は正しく動いている事が分かります。uap0の確認はスマホで行いました。スマホでWifiを検索する画面に行くと

  • 左：　SSIDで指定した、”raspi-ap”を見つけている事が分かります。これを選択すると
  • 中：　アクセスポイントのパスワードを聞かれます。指定した、”１２３４５６７８”　を入力すると
  • 右：　アクセスポイントにつながった事が分かります。

これではつながった実感がわかないので、”まずは、Hello HTTP(01)”　で使用した　HPにアクセスすると　”Hello HTTP”と表示するPythonプログラムを実行して見ましょう。使用するプログラムは以下の通り。

hello.py 

from http.server import HTTPServer, SimpleHTTPRequestHandler

class MyHandler(SimpleHTTPRequestHandler):
            
    def do_GET(self):

        self.send_response(200)
        self.send_header('Content-type', "text/html")
        self.end_headers()
        self.wfile.write("<h1>Hello HTTP!</h1> \n".encode())

host = ''
port = 8080
httpd = HTTPServer((host, port), MyHandler)
print('serving at port', port)
httpd.serve_forever()
  • このプログラムを、”hello.py”としてホームディレクトリに保存。
  • ターミナルから、”python3 hello.py”　と実行して下さい。
  • スマホがAP接続している状態でブラウザを上げる。
  • ブラウザのURL欄に、”１９２．１６８．２．１：８０８０”と入力。
  • ブラウザに、”Hello HTTP”と表示されます。

最後に

長々と良く分からない事を説明してきました。結局何が凄いのって　”一つのWiFiでAP/STA接続の２つの接続を行うところ”　です。具体的にどんな時に便利なのって聞かれたら、例えば、タイムラプスやって見ました　は野外で写真撮影するのでRaspbeery PIに直接つなぐAP接続を使用しています。この様な場合い威力を発揮します。

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