智能头条

在智能家居中如何进行无线配网-首篇

作者:Silicon Labs无线产品营销经理Asem Elshimi

配网是物联网设备生命周期的最初几个步骤之一,在你使用新买的智能家居设备的最初几分钟内即可完成。第一步是拆封设备,第二步是将其与家庭网络配对。从消费者的角度来看,这个配对步骤需要非常简单。

最糟糕的用户体验是要面对复杂的配对设备,没有消费者愿意阅读产品目录或深入研究智能家居产品配对的技术内容。他们只想打开盒子,按下一两个按钮,滑动两到三次,然后让设备正常工作。

图1 智能家居用户期望一个简单的配网过程。图片来源:Silicon Labs

然而,在整个配对过程中实际发生的事情对设备生命周期的可靠性具有重要影响。配对涉及到将无线设备配置到它的环境中,包括诸如调整功率级别、同步和配置设备等参数。

配置或身份认证是对设备标识进行验证的过程。配置对于保护用户不受假冒设备的侵害至关重要——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不受入侵者和黑客的侵害,这些入侵者和黑客可能试图与网络建立配对以获取敏感信息。

因此,当你考虑配网时,必须考虑拆箱、安装、连接和配置。这四个步骤应该安全、无缝、快速地完成。然而,消费者寻求的是一个简单直观的过程。那么,现在有哪些技术可以用来进行无线配网?它们是如何工作的呢?目前可用的最直观的调试技术是近场通信(NFC)。

使用NFC进行配置

我的一个工程偶像总是说:“你可以用最基本的东西做很多事情。”这也适用于NFC如何使用简单的感应机制“扫描”设备标识。当一个NFC阅读器靠近一个NFC标签时,两个器件上的电感形成一个相互感应通道,并在这个通道上进行信息交换。

图2 NFC是智能家居中最常用的无线配网技术。图片来源:Silicon Labs

NFC标签的身份可以通过刷NFC读卡器来确认。对于智能家居的消费者来说,这意味着用手机来“刷”新买的灯泡,以证明其身份。没有比这更简便直观的了。人们喜欢通过刷卡获得的肯定感,这在信用卡交易中很常见。

尽管NFC配置很简便直观,但它也有一个缺点:增加了成本和占用空间。NFC电路不需要占用很多面积,而且是相对便宜的元件。然而,NFC电路在整个设备生命周期中只使用一次,并且只用于一项任务:配置设备。因此,即使NFC电路的成本低至10美分,原始设备制造商通常也不愿意承担。

另一个缺点是NFC功能有限。配网是一个多步骤的操作,NFC可以很好地处理配置;然而,这并不包括设置设备并将其连接到网络。NFC标签是被动数据存储器,可由NFC设备读取这些数据,在某些情况下也可以写入这些数据。它们通常包含数千字节的少量数据,并且在正常使用时是只允许读取的。这么少量的数据无法实现其他功能。

此外,NFC标签不能较好地适应较大的节点数。在智能家居场景中,这可能不是一个太大的问题;但在智能建筑环境中,安装人员需要一次性调试数千个节点,这是一个更大的挑战。用智能手机扫描每个节点可能需要几天的时间。如果将智能家居产品安装在难以到达的地方,比如安装在空调设备上的维护传感器网络,那么对这些产品进行配网也会有很大的不同。用户将会很高兴看到一种远程且安全地对此类节点进行配网的方法。

图3 许多无线技术皆可为智能家居设置提供远程配网功能。图片来源:Silicon Labs

远程配网技术

那么,有没有一种技术是远程的、可扩展的且不会增加额外成本呢?虽然远程配网仍处于早期阶段,但实际上已经有一系列处于开发阶段的技术存在。这包括蓝牙认证和配对、Z-Wave SmartStart和Zigbee Direct。三者之间的共同点是,它们能够让用户在不增加成本的情况下远程对设备配网,因为它们都使用相同的底层无线电技术来对其终端设备进行配网的。

因此,智能设备制造商可以避免仅仅为了实现远程配网而集成额外的无线电或电路。远程配网技术还可以实现对使用中的设备进行连续认证。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运行状况。最后,远程配网使扩展性成为可能。通过远程配网技术,未来有可能无需花费时间和精力就能完成数千个节点的配网。

图4 目前正在开发中的Zigbee Direct允许用户通过智能手机、平板电脑和其他蓝牙设备无缝地与Zigbee网络交互,有助于简化配网过程。图片来源:Silicon Labs

那么,这些技术提供了什么呢?让我们来探讨最广泛使用的连接机制之一:蓝牙。最基本的蓝牙配对形式称为“Just Works”,它为配对两个蓝牙设备提供了最简单的路径。然而,它没有提供一种方法来验证成为连接一部分的设备,使网络容易受到攻击。

例如,中间人攻击发生在第三个设备(恶意设备)模仿两个合规设备中的一个或两个时。在这里,恶意设备连接起其他两个设备之间的通信,当它们的连接被破坏时,给合规设备一种它们直接连接彼此的假象。这种设置不仅允许恶意设备拦截所有正在发送的数据,还允许它在通信中注入虚假数据或在数据到达预期收件人之前删除数据。

为了应对这种威胁,可以使用数字比较配对来改进Just Works,但它在最后又增加了一个步骤,破坏了简单蓝牙配对的目的。市场需要一个自动化和简单的远程配网过程,但不幸的是,我们还没有做到这一点。我们没有看到一个协议可以简化配网并使其达到零接触体验。然而,我们已经接近解决这个问题了。有了正确的愿景,未来消费者对于无线配网的体验将更趋完善。

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