如何在智能家居中進(jìn)行無(wú)線(xiàn)調試

2021-10-14

如何在智能家居中進(jìn)行無(wú)線(xiàn)調試

調試是物聯(lián)網(wǎng)設備生命周期的前幾個(gè)步驟；它是在您使用新購買(mǎi)的智能家居設備的最初幾分鐘內完成的。第一步是拆箱設備，第二步是將它與您的家庭網(wǎng)絡(luò )配對。從消費者的角度來(lái)看，這個(gè)配對步驟通常非常簡(jiǎn)單。

最糟糕的用戶(hù)體驗是復雜的配對設備。沒(méi)有消費者愿意閱讀目錄或深入研究配對智能家居產(chǎn)品的技術(shù)方面。他們想要的只是打開(kāi)盒子，按下一兩個(gè)按鈕，滑動(dòng)兩三次，然后讓設備運行起來(lái)。

圖 1智能家居消費者期望簡(jiǎn)單的調試過(guò)程。

但整個(gè)配對過(guò)程中實(shí)際發(fā)生的情況對設備生命周期的可靠性具有重要意義。配對涉及將無(wú)線(xiàn)設備配置到其環(huán)境中（用于調整功率級別和同步等參數）以及配置設備。

配置或身份驗證是證明設備身份的過(guò)程。配置有助于保護用戶(hù)免受假冒設備的侵害——更不用說(shuō)每個(gè)網(wǎng)絡(luò )都必須有一個(gè)可靠的配置協(xié)議來(lái)保護自己免受可能試圖與網(wǎng)絡(luò )配對以訪(fǎng)問(wèn)敏感信息的入侵者和黑客的侵害。

因此，當您想到調試時(shí)，您必須考慮拆箱、配置、連接和配置。這四個(gè)步驟應該安全、無(wú)縫、快速地完成。然而，消費者尋求一個(gè)簡(jiǎn)單直觀(guān)的過(guò)程。那么，目前有哪些技術(shù)可用于執行無(wú)線(xiàn)調試，它們是如何工作的？

當今最直觀(guān)的調試技術(shù)是近場(chǎng)通信 (NFC)。

使用 NFC 進(jìn)行配置

我的一位工程英雄總是說(shuō)“你可以只用基礎知識做很多事情。” 他的智慧適用于 NFC 如何使用簡(jiǎn)單的感應機制來(lái)“掃描”設備身份。當 NFC 閱讀器靠近 NFC 標簽時(shí)，兩個(gè)設備上的電感器形成一個(gè)互感通道，在該通道上進(jìn)行信息交換（圖 2）。

圖 2 NFC 是智能家居中最常用的無(wú)線(xiàn)調試技術(shù)。

NFC 標簽的身份可以通過(guò)使用 NFC 閱讀器刷過(guò)它來(lái)確認。對于智能家居消費者來(lái)說(shuō)，這意味著(zhù)用手機刷一下新買(mǎi)的燈泡來(lái)證明其身份。事情沒(méi)有比這更直觀(guān)了。人類(lèi)喜歡從刷卡對象中獲得的肯定感，就像信用卡交易中常見(jiàn)的那樣。

NFC 配置雖然直觀(guān)，但也有一個(gè)缺點(diǎn)：增加了成本和占地面積。NFC電路不占用大量面積并且是相對便宜的組件。但是，NFC電路應該在整個(gè)設備生命周期中僅使用一次，并且僅用于一項任務(wù)：配置設備。因此，即使成本低至 10 美分，NFC電路也證明是原始設備制造商通常不想承擔的負擔。

另一個(gè)缺點(diǎn)是 NFC 的功能有限。調試是一個(gè)多步驟操作，NFC 可以很好地處理配置；但是，這不包括配置設備并將其連接到網(wǎng)絡(luò )。NFC 標簽是被動(dòng)數據存儲，可以由 NFC 設備讀取和在某些情況下寫(xiě)入。它們通常包含少量數據——數千字節——并且在正常使用中是只讀的。如此少量的數據無(wú)法實(shí)現其他任何目標。

此外，NFC 標簽在節點(diǎn)數量較多時(shí)無(wú)法很好地擴展。在智能家居場(chǎng)景中，這可能不是什么大問(wèn)題，但在安裝人員需要同時(shí)調試數千個(gè)節點(diǎn)的智能建筑環(huán)境中，這可能是一個(gè)挑戰。用智能手機刷每個(gè)節點(diǎn)可能需要幾天時(shí)間。委托放置在難以到達的地方的智能家居產(chǎn)品也會(huì )產(chǎn)生很大的不同，例如連接到空調機組的維護傳感器網(wǎng)絡(luò )。用戶(hù)會(huì )很高興看到一種遠程安全地調試此類(lèi)節點(diǎn)的方法。

圖 3幾種無(wú)線(xiàn)技術(shù)為智能家居設置提供遠程調試功能。

遠程調試技術(shù)

那么，是否有一種遠程、可擴展且不增加額外成本的技術(shù)？雖然遠程調試仍處于早期階段，但實(shí)際上有一系列技術(shù)存在并處于開(kāi)發(fā)階段。這包括藍牙身份驗證和配對、Z-wave 智能啟動(dòng)和 Zigbee Direct。三者之間的共同點(diǎn)是它們使用戶(hù)能夠在不增加成本的情況下遠程調試設備，因為它們都使用相同的底層無(wú)線(xiàn)電技術(shù)來(lái)調試他們的終端設備。

因此，智能設備制造商可以避免為了實(shí)現遠程調試而集成額外的無(wú)線(xiàn)電或電路。遠程調試技術(shù)還可以對使用中的設備進(jìn)行持續認證。由于配置是遠程完成的，因此可以在設備生命周期中重復進(jìn)行，以確認其身份并檢查其健康狀況。最后但并非最不重要的一點(diǎn)是，遠程調試使可擴展性成為可能。借助遠程調試技術(shù)，未來(lái)可以輕松調試數千個(gè)節點(diǎn)。

圖 4 Zigbee Direct 是目前正在開(kāi)發(fā)的一項功能，允許用戶(hù)使用智能手機、平板電腦和其他支持藍牙的設備與其 Zigbee 網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行無(wú)縫交互。這反過(guò)來(lái)又簡(jiǎn)化了調試過(guò)程。

那么，這些技術(shù)提供了什么？讓我們探索使用最廣泛的連接機制之一：藍牙。藍牙配對的最基本形式稱(chēng)為 Just Works，它提供了配對兩個(gè)藍牙設備的最簡(jiǎn)單路徑。但是，它沒(méi)有提供一種方法來(lái)驗證設備成為連接的一部分并使網(wǎng)絡(luò )容易受到攻擊。

例如，當第三個(gè)設備（惡意設備）冒充兩個(gè)合法設備中的一個(gè)或兩個(gè)時(shí)，就會(huì )發(fā)生中間人攻擊。在這里，惡意設備會(huì )路由其他兩個(gè)設備之間的通信，讓合法設備在它們的連接受到破壞時(shí)產(chǎn)生它們直接相互連接的錯覺(jué)。這種設置不僅允許惡意設備攔截所有正在發(fā)送的數據，而且還允許它在通信到達預期接收者之前將虛假數據注入通信或刪除數據。

為了抵消這種威脅，可以使用數字比較配對來(lái)改進(jìn) Just Works，但它在最后增加了一個(gè)步驟，違背了簡(jiǎn)單藍牙配對的目的。市場(chǎng)需要一個(gè)自動(dòng)化且簡(jiǎn)單的遠程調試流程，但不幸的是，我們還沒(méi)有。我們沒(méi)有看到可以簡(jiǎn)化調試并將其帶入零接觸體驗的協(xié)議。然而，我們已經(jīng)接近解決這個(gè)問(wèn)題了。有了正確的愿景，今天發(fā)生的發(fā)展將使我們達到無(wú)線(xiàn)調試的圣杯。