Draadloze inbedrijfstelling in slimme huizen

Bij draadloze inbedrijfstelling moet u denken aan unboxing, configureren, verbinden en provianderen in een slimme woning.

Inbedrijfstelling is een van de eerste stappen in de levenscyclus van een IoT-apparaat; het is klaar in de eerste paar minuten die u doorbrengt met uw nieuw gekochte smart home-apparaat. De eerste stap is het apparaat uit de doos halen en de tweede stap is het koppelen met uw thuisnetwerk. Deze koppelstap wordt vanuit het oogpunt van de consument vaak heel eenvoudig gehouden.

De slechtste gebruikerservaring zou een ingewikkeld koppelingsapparaat zijn. Geen enkele consument wil catalogi lezen of diep ingaan op de technische aspecten van het koppelen van het smart home-product. Het enige wat ze willen is de doos openen, op een of twee knoppen drukken, twee of drie keer vegen en het apparaat laten functioneren.

Figuur 1:Smart home-consumenten verwachten een eenvoudig inbedrijfstellingsproces. Bron:Silicon Labs

Maar wat er werkelijk gebeurt tijdens het koppelingsproces, is van groot belang voor de betrouwbaarheid van de levenscyclus van het apparaat. Koppelen omvat het configureren van het draadloze apparaat voor zijn omgeving - voor parameters zoals het aanpassen van energieniveaus en synchronisatie - en het inrichten van het apparaat.

Provisioning of authenticatie is het proces van het bevestigen van de identiteit van het apparaat. Provisioning is essentieel om gebruikers te beschermen tegen nagemaakte apparaten, om nog maar te zwijgen van het feit dat elk netwerk een solide provisioningprotocol moet hebben om zichzelf te beschermen tegen indringers en hackers die zouden kunnen proberen om met het netwerk te koppelen om toegang te krijgen tot gevoelige informatie.

Dus als je aan inbedrijfstelling denkt, moet je denken aan unboxen, configureren, aansluiten en inrichten. Deze vier stappen moeten veilig, naadloos en snel worden uitgevoerd. Consumenten zoeken echter naar een eenvoudig en intuïtief proces. Dus, welke technologieën zijn er tegenwoordig om draadloze inbedrijfstelling uit te voeren en hoe werken ze?

De meest intuïtieve inbedrijfstellingstechnologie die momenteel beschikbaar is, is Near Field Communication (NFC).

Provisioning met NFC

Een van mijn technische helden zou altijd zeggen:"Je kunt zoveel doen met alleen de basis." Zijn wijsheid is van toepassing op hoe NFC een eenvoudig inductiemechanisme gebruikt om de identiteit van een apparaat te "scannen". Wanneer een NFC-lezer in de buurt komt van een NFC-tag, vormen de inductoren op beide apparaten een wederzijds inductiekanaal waarop informatie wordt uitgewisseld (Figuur 2).

Figuur 2:NFC is de meest algemeen beschikbare technologie voor draadloze inbedrijfstelling in smart home. Bron:Silicon Labs

De identiteit van een NFC-tag kan worden bevestigd door er met een NFC-lezer langs te vegen. Voor een slimme thuisconsument zou dit betekenen dat de nieuw gekochte gloeilamp langs de telefoon moet worden geveegd om zijn identiteit te bevestigen. Dingen worden niet intuïtiever dan dat. Mensen houden van het bevestigende gevoel dat ze krijgen van het vegen van objecten, zoals vaak wordt gezien bij creditcardtransacties.

Hoe intuïtief het ook is, NFC-voorziening heeft een keerzijde:extra kosten en meer ruimte. NFC-circuits nemen niet veel ruimte in beslag en zijn relatief goedkope componenten. Het is echter de bedoeling dat NFC-circuits slechts één keer worden gebruikt gedurende de hele levenscyclus van het apparaat en voor slechts één missie:om het apparaat te voorzien. Dus zelfs met een prijs van slechts 10 cent blijken NFC-circuits een last te zijn die OEM's meestal niet willen dragen.

Een ander nadeel is de beperkte functionaliteit van NFC. Inbedrijfstelling is een bewerking in meerdere stappen en een NFC kan de provisioning goed aan; dat omvat echter niet het configureren en verbinden van het apparaat met het netwerk. NFC-tags zijn passieve gegevensopslagen die kunnen worden gelezen en onder bepaalde omstandigheden kunnen worden beschreven door een NFC-apparaat. Ze bevatten doorgaans kleine hoeveelheden gegevens - duizenden bytes - en zijn bij normaal gebruik alleen-lezen. Met zo'n kleine hoeveelheid gegevens kan niet veel anders worden bereikt.

Bovendien schalen NFC-tags niet erg goed met grotere node-aantallen. Dit is misschien niet zo'n groot probleem in het smart home-scenario, maar meer een uitdaging in de slimme gebouwomgevingen waar installateurs kijken naar de inbedrijfstelling van duizenden knooppunten tegelijk. Het kan een paar dagen duren om elk knooppunt met een smartphone te vegen. Het zou ook een groot verschil maken om smart home-producten in gebruik te nemen die op moeilijk bereikbare plaatsen worden geplaatst, zoals een onderhoudssensornetwerk dat is aangesloten op een airconditioning. Gebruikers zouden enthousiast zijn om een ​​manier te zien om dergelijke nodes op afstand en veilig in gebruik te nemen.

Afbeelding 3:Verschillende draadloze technologieën bieden functies voor inbedrijfstelling op afstand voor slimme thuisinstellingen. Bron:Silicon Labs

Technologieën voor inbedrijfstelling op afstand

Is er dan een technologie die op afstand, schaalbaar is en geen extra kosten met zich meebrengt? Hoewel inbedrijfstelling op afstand zich nog in de beginfase bevindt, bestaat er een reeks technologieën die zich in de ontwikkelingsfase bevinden. Dat omvat Bluetooth-authenticatie en -koppeling, Z-wave smart start en Zigbee Direct. De rode draad tussen de drie is dat ze gebruikers in staat stellen om apparaten op afstand in bedrijf te stellen zonder extra kosten, omdat ze allemaal dezelfde onderliggende radiotechnologie gebruiken om hun eindapparaten in bedrijf te stellen.

Fabrikanten van slimme apparaten kunnen dus de integratie van extra radio's of circuits vermijden, alleen om inbedrijfstelling op afstand mogelijk te maken. Technologieën voor inbedrijfstelling op afstand kunnen ook een continue attestering van gebruikte apparaten mogelijk maken. Omdat het inrichten op afstand wordt gedaan, kan het tijdens de levenscyclus van het apparaat worden herhaald om de identiteit te bevestigen en de status ervan te controleren. Last but not least maakt inbedrijfstelling op afstand schaalbaarheid mogelijk. Met technologieën voor inbedrijfstelling op afstand is er een potentiële toekomst waarin het in bedrijf stellen van duizenden knooppunten geen tijd of moeite kost.

Figuur 4:Zigbee Direct, een functie die momenteel in ontwikkeling is, stelt gebruikers in staat om naadloos te communiceren met hun Zigbee-netwerken met behulp van smartphones, tablets en andere Bluetooth-apparaten. Dat vereenvoudigt en stroomlijnt op zijn beurt het inbedrijfstellingsproces. Bron:Silicon Labs

Dus, wat bieden deze technologieën? Laten we eens kijken naar een van de meest gebruikte verbindingsmechanismen:Bluetooth. De meest elementaire vorm van Bluetooth-koppeling heet Just Works, dat de eenvoudigste manier biedt om twee Bluetooth-apparaten te koppelen. Het biedt echter geen manier om te controleren of de apparaten deel gaan uitmaken van de verbinding en het netwerk kwetsbaar maken voor aanvallen.

De man-in-the-middle-aanvallen treden bijvoorbeeld op wanneer een derde apparaat, het kwaadwillende apparaat, zich voordoet als een of beide legitieme apparaten. Hier stuurt het kwaadwillende apparaat de communicatie tussen de twee andere apparaten, waardoor de legitieme apparaten de illusie krijgen dat ze rechtstreeks met elkaar zijn verbonden wanneer hun verbinding is gecompromitteerd. Met deze instelling kan het kwaadwillende apparaat niet alleen alle verzonden gegevens onderscheppen, maar kan het ook valse gegevens in de communicatie injecteren of gegevens verwijderen voordat het de beoogde ontvanger bereikt.

Om deze bedreiging tegen te gaan, kan numerieke vergelijkingskoppeling worden gebruikt om Just Works te verbeteren, maar het voegt aan het einde nog een stap toe, waardoor het doel van een eenvoudige Bluetooth-koppeling teniet wordt gedaan. De markt heeft behoefte aan een automatisch en eenvoudig proces voor inbedrijfstelling op afstand, maar helaas zijn we er nog niet. We zien geen protocol dat de inbedrijfstelling stroomlijnt en tot een zero-touch-ervaring brengt. We zijn echter dicht bij het oplossen van dit probleem. Met de juiste visie zullen de ontwikkelingen van vandaag ons naar de heilige graal van draadloze inbedrijfstelling brengen.

—Asem Elshimi is productmarketingmanager bij Silicon Labs.

>> Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op onze zustersite, EDN.