Ввод в эксплуатацию беспроводной сети в умных домах

Вы должны подумать о распаковке, настройке, подключении и инициализации при выполнении ввода в эксплуатацию беспроводной сети в умном доме.

Ввод в эксплуатацию - один из первых шагов в жизненном цикле IoT-устройства; это делается в первые несколько минут, которые вы проводите со своим недавно приобретенным устройством умного дома. Первый шаг - это распаковка устройства, а второй - его сопряжение с вашей домашней сетью. Этот этап сопряжения часто оказывается очень простым с точки зрения потребителя.

Худший пользовательский опыт - это сложное сопряжение устройства. Ни один потребитель не хочет читать каталоги или углубляться в технические аспекты сопряжения продукта для умного дома. Все, что им нужно, - это открыть коробку, нажать одну или две кнопки, дважды или трижды провести пальцем по экрану и заставить устройство работать.

Рис. 1. Потребители умного дома ожидают простого ввода в эксплуатацию. Источник:Silicon Labs

Но то, что на самом деле происходит в процессе сопряжения, имеет большое значение для надежности жизненного цикла устройства. Сопряжение включает в себя настройку беспроводного устройства в соответствии с его средой - для таких параметров, как регулировка уровней мощности и синхронизации - и инициализация устройства.

Предоставление доступа или аутентификация - это процесс подтверждения личности устройства. Инициализация играет важную роль в защите пользователей от поддельных устройств - не говоря уже о том, что каждая сеть должна иметь надежный протокол инициализации для защиты от злоумышленников и хакеров, которые могут попытаться соединиться с сетью, чтобы получить доступ к конфиденциальной информации.

Поэтому, когда вы думаете о вводе в эксплуатацию, вы должны думать о распаковке, настройке, подключении и инициализации. Эти четыре шага должны выполняться безопасно, плавно и быстро. Однако потребители ищут простой и интуитивно понятный процесс. Итак, какие технологии доступны сегодня для ввода в эксплуатацию беспроводных сетей и как они работают?

Самая интуитивно понятная технология ввода в эксплуатацию, доступная сегодня, - это связь ближнего поля (NFC).

Подготовка с помощью NFC

Один из моих инженеров-героев всегда говорил:«Вы можете сделать так много, просто используя основы». Его мудрость применима к тому, как NFC использует простой индукционный механизм для «сканирования» идентичности устройства. Когда считыватель NFC приближается к метке NFC, индукторы на обоих устройствах образуют канал взаимной индукции, по которому происходит обмен информацией (рис. 2).

Рис. 2. NFC - наиболее распространенная технология для ввода в эксплуатацию беспроводных сетей в умном доме. Источник:Silicon Labs

Идентичность метки NFC можно подтвердить, проведя мимо нее с помощью считывателя NFC. Для потребителя умного дома это будет означать поднесение только что купленной лампочки к телефону, чтобы подтвердить ее личность. Нет ничего более интуитивного, чем это. Людям нравится ощущение подтверждения, которое они получают от смахивания предметов, как это часто бывает при транзакциях с кредитными картами.

Как бы интуитивно это ни было, подготовка NFC имеет обратную сторону:дополнительные затраты и занимаемая площадь. Схемы NFC не занимают много места и являются относительно дешевыми компонентами. Однако предполагается, что схемы NFC должны использоваться только один раз на протяжении всего жизненного цикла устройства и только для одной задачи:для обеспечения устройства. Таким образом, даже при стоимости всего 10 центов схемы NFC оказываются обузой, которую OEM-производители обычно не хотят брать на себя.

Еще один недостаток - ограниченная функциональность NFC. Ввод в эксплуатацию - это многоэтапная операция, и NFC может хорошо справиться с подготовкой; однако это не включает настройку и подключение устройства к сети. Теги NFC - это пассивные хранилища данных, которые могут быть прочитаны и при некоторых обстоятельствах записаны устройством NFC. Обычно они содержат небольшие объемы данных - тысячи байтов - и при нормальном использовании доступны только для чтения. С таким небольшим объемом данных ничего другого нельзя достичь.

Более того, теги NFC не очень хорошо масштабируются при большом количестве узлов. Это может быть не слишком большой проблемой в сценарии умного дома, но еще более серьезной проблемой в средах умного здания, где установщики смотрят на ввод в эксплуатацию тысяч узлов одновременно. Перелистывание каждого узла с помощью смартфона может занять пару дней. Также будет иметь большое значение ввод в эксплуатацию продуктов для умного дома, которые размещаются в труднодоступных местах, таких как сеть датчиков технического обслуживания, подключенная к блоку кондиционирования воздуха. Пользователи были бы рады увидеть способ удаленного и безопасного ввода в эксплуатацию таких узлов.

Рис. 3. Некоторые беспроводные технологии предлагают функции удаленного ввода в эксплуатацию для настройки умного дома. Источник:Silicon Labs

Технологии удаленного ввода в эксплуатацию

Есть ли в таком случае технология, которая является удаленной, масштабируемой и не требует дополнительных затрат? Хотя удаленный ввод в эксплуатацию все еще находится на начальной стадии, на самом деле существует ряд технологий, которые существуют и находятся в стадии разработки. Это включает в себя Bluetooth-аутентификацию и сопряжение, интеллектуальный запуск Z-wave и Zigbee Direct. Их объединяет то, что они позволяют пользователям вводить устройства в эксплуатацию удаленно без дополнительных затрат, поскольку все они используют одну и ту же базовую радиотехнологию для ввода в эксплуатацию своих конечных устройств.

Таким образом, производители интеллектуальных устройств могут избежать интеграции дополнительных радиомодулей или цепей только для обеспечения удаленного ввода в эксплуатацию. Технологии удаленного ввода в эксплуатацию также позволяют проводить непрерывную аттестацию используемых устройств. Поскольку подготовка выполняется удаленно, ее можно повторять в течение жизненного цикла устройства, чтобы подтвердить его личность и проверить его работоспособность. И последнее, но не менее важное:удаленный ввод в эксплуатацию делает возможной масштабируемость. С технологиями удаленного ввода в эксплуатацию существует потенциальное будущее, в котором ввод в эксплуатацию тысяч узлов не требует времени и усилий.

Рис. 4. Zigbee Direct, функция, которая в настоящее время находится в стадии разработки, позволяет пользователям беспрепятственно взаимодействовать со своими сетями Zigbee с помощью смартфонов, планшетов и других устройств с поддержкой Bluetooth. Это, в свою очередь, упрощает и оптимизирует процесс ввода в эксплуатацию. Источник:Silicon Labs

Итак, что предлагают эти технологии? Давайте рассмотрим один из наиболее широко используемых механизмов подключения:Bluetooth. Самая простая форма сопряжения Bluetooth называется Just Works, которая предлагает самый простой способ сопряжения двух устройств Bluetooth. Однако он не предлагает способа проверки того, что устройства становятся частью соединения и делают сеть уязвимой для атак.

Например, атаки типа «злоумышленник посередине» происходят, когда третье устройство - вредоносное устройство - олицетворяет одно или оба из двух легитимных устройств. Здесь злонамеренное устройство направляет связь между двумя другими устройствами, создавая у легитимных устройств иллюзию, что они напрямую подключены друг к другу, когда их соединение было скомпрометировано. Эта настройка не только позволяет вредоносному устройству перехватывать все отправляемые данные, но также позволяет ему вводить ложные данные в сообщение или удалять данные до того, как они достигнут предполагаемого получателя.

Чтобы противодействовать этой угрозе, можно использовать числовое сравнение для улучшения Just Works, но оно добавляет еще один шаг в конце, сводя на нет цель простого сопряжения Bluetooth. Рынок нуждается в автоматическом и простом процессе удаленного ввода в эксплуатацию, но, к сожалению, нас пока нет. Мы не видим протокола, который упростил бы ввод в эксплуатацию и обеспечил бы нулевое взаимодействие. Однако мы близки к решению этой проблемы. При правильном видении происходящие сегодня разработки приведут нас к святому Граалю ввода в эксплуатацию беспроводной связи.

—Асем Эльшими - менеджер по маркетингу продуктов в Silicon Labs.

>> Эта статья изначально была опубликована на нашем дочернем сайте EDN.