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如何在智能家居中进行无线调试:第一部分

工程师
2021-11-18 23:44:48    评分

调试是物联网设备生命周期的前几个步骤;它是在您使用新购买的智能家居设备的最初几分钟内完成的。第一步是拆箱设备,第二步是将它与您的家庭网络配对。从消费者的角度来看,这个配对步骤通常非常简单。

最糟糕的用户体验是复杂的配对设备。没有消费者愿意阅读目录或深入研究配对智能家居产品的技术方面。他们想要的只是打开盒子,按下一两个按钮,滑动两三次,然后让设备运行起来。

但整个配对过程中实际发生的情况对设备生命周期的可靠性具有重要意义。配对涉及将无线设备配置到其环境中(用于调整功率级别和同步等参数)以及配置设备。

配置或身份验证是证明设备身份的过程。配置有助于保护用户免受假冒设备的侵害——更不用说每个网络都必须有一个可靠的配置协议来保护自己免受可能试图与网络配对以访问敏感信息的入侵者和黑客的侵害。

因此,当您想到调试时,您必须考虑拆箱、配置、连接和配置。这四个步骤应该安全、无缝、快速地完成。然而,消费者寻求一个简单直观的过程。那么,目前有哪些技术可用于执行无线调试,它们是如何工作的?

当今最直观的调试技术是近场通信 (NFC)。

使用 NFC 进行配置

我的一位工程英雄总是说“你可以只用基础知识做很多事情。” 他的智慧适用于 NFC 如何使用简单的感应机制来“扫描”设备身份。当 NFC 阅读器靠近 NFC 标签时,两个设备上的电感器形成一个互感通道,在该通道上进行信息交换(图 2)。

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图 2NFC 是智能家居中最常用的无线调试技术。资料来源:Silicon Labs

NFC 标签的身份可以通过使用 NFC 阅读器刷过它来确认。对于智能家居消费者来说,这意味着用手机刷一下新买的灯泡来证明其身份。事情没有比这更直观了。人类喜欢从刷卡对象中获得的肯定感,就像****交易中常见的那样。

NFC 配置虽然直观,但也有一个缺点:增加了成本和占地面积。NFC 电路不占用大量面积并且是相对便宜的组件。但是,NFC 电路应该在整个设备生命周期中仅使用一次,并且仅用于一项任务:配置设备。因此,即使成本低至 10 美分,NFC 电路也证明是原始设备制造商通常不想承担的负担。

另一个缺点是 NFC 的功能有限。调试是一个多步骤操作,NFC 可以很好地处理配置;但是,这不包括配置设备并将其连接到网络。NFC 标签是被动数据存储,可以由 NFC 设备读取和在某些情况下写入。它们通常包含少量数据——数千字节——并且在正常使用中是只读的。如此少量的数据无法实现其他任何目标。

此外,NFC 标签在节点数量较多时无法很好地扩展。在智能家居场景中,这可能不是什么大问题,但在安装人员需要同时调试数千个节点的智能建筑环境中,这可能是一个挑战。用智能手机刷每个节点可能需要几天时间。委托放置在难以到达的地方的智能家居产品也会产生很大的不同,例如连接到空调机组的维护传感器网络。用户会很高兴看到一种远程安全地调试此类节点的方法。

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图 3几种无线技术为智能家居设置提供远程调试功能。资料来源:Silicon Labs

远程调试技术

那么,是否有一种远程、可扩展且不增加额外成本的技术?虽然远程调试仍处于早期阶段,但实际上存在一系列技术并处于开发阶段。这包括蓝牙身份验证和配对、Z-wave 智能启动和 Zigbee Direct。三者之间的共同点是它们使用户能够在不增加成本的情况下远程调试设备,因为它们都使用相同的底层无线电技术来调试他们的终端设备。

因此,智能设备制造商可以避免为了实现远程调试而集成额外的无线电或电路。远程调试技术还可以对使用中的设备进行持续认证。由于配置是远程完成的,因此可以在设备生命周期中重复进行,以确认其身份并检查其健康状况。最后但并非最不重要的一点是,远程调试使可扩展性成为可能。借助远程调试技术,未来可以轻松调试数千个节点。

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图 4Zigbee Direct 是目前正在开发的一项功能,允许用户使用智能手机、平板电脑和其他支持蓝牙的设备与其 Zigbee 网络进行无缝交互。这反过来又简化了调试过程。资料来源:Silicon Labs

那么,这些技术提供了什么?让我们探索使用最广泛的连接机制之一:蓝牙。蓝牙配对的最基本形式称为 Just Works,它提供了配对两个蓝牙设备的最简单路径。但是,它没有提供一种方法来验证设备成为连接的一部分并使网络容易受到攻击。

例如,当第三个设备(恶意设备)冒充两个合法设备中的一个或两个时,就会发生中间人攻击。在这里,恶意设备会路由其他两个设备之间的通信,让合法设备在它们的连接受到破坏时产生它们直接相互连接的错觉。这种设置不仅允许恶意设备****所有正在发送的数据,而且还允许它在通信到达预期接收者之前将虚假数据注入通信或删除数据。

为了抵消这种威胁,可以使用数字比较配对来改进 Just Works,但它在最后增加了一个步骤,违背了简单蓝牙配对的目的。市场需要一个自动化且简单的远程调试流程,但不幸的是,我们还没有。我们没有看到可以简化调试并将其带入零接触体验的协议。然而,我们已经接近解决这个问题了。有了正确的愿景,今天发生的发展将使我们达到无线调试的圣杯。




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