如何在智能(néng)家居中进行无線(xiàn)调试

2021-10-14

如何在智能(néng)家居中进行无線(xiàn)调试

调试是物(wù)联网设备生命周期的前几个步骤；它是在您使用(yòng)新(xīn)購(gòu)买的智能(néng)家居设备的最初几分(fēn)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(yòng)户體(tǐ)验是复杂的配对设备。没有(yǒu)消费者愿意阅读目录或深入研究配对智能(néng)家居产品的技术方面。他(tā)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。

图 1智能(néng)家居消费者期望简单的调试过程。

但整个配对过程中实际发生的情况对设备生命周期的可(kě)靠性具有(yǒu)重要意义。配对涉及将无線(xiàn)设备配置到其环境中（用(yòng)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(yǒu)助于保护用(yòng)户免受假冒设备的侵害——更不用(yòng)说每个网络都必须有(yǒu)一个可(kě)靠的配置协议来保护自己免受可(kě)能(néng)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(yǒu)哪些技术可(kě)用(yòng)于执行无線(xiàn)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(yòng) NFC 进行配置

我的一位工程英雄总是说“你可(kě)以只用(yòng)基础知识做很(hěn)多(duō)事情。” 他(tā)的智慧适用(yòng)于 NFC 如何使用(yòng)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，两个设备上的電(diàn)感器形成一个互感通道，在该通道上进行信息交换（图 2）。

图 2 NFC 是智能(néng)家居中最常用(yòng)的无線(xiàn)调试技术。

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

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

另一个缺点是 NFC 的功能(néng)有(yǒu)限。调试是一个多(duō)步骤操作，NFC 可(kě)以很(hěn)好地处理(lǐ)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(kě)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(yòng)中是只读的。如此少量的数据无法实现其他(tā)任何目标。

此外，NFC 标签在节点数量较多(duō)时无法很(hěn)好地扩展。在智能(néng)家居场景中，这可(kě)能(néng)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(néng)建筑环境中，这可(kě)能(néng)是一个挑战。用(yòng)智能(néng)手机刷每个节点可(kě)能(néng)需要几天时间。委托放置在难以到达的地方的智能(néng)家居产品也会产生很(hěn)大的不同，例如连接到空调机组的维护传感器网络。用(yòng)户会很(hěn)高兴看到一种遠(yuǎn)程安全地调试此类节点的方法。

图 3几种无線(xiàn)技术為(wèi)智能(néng)家居设置提供遠(yuǎn)程调试功能(néng)。

遠(yuǎn)程调试技术

那么，是否有(yǒu)一种遠(yuǎn)程、可(kě)扩展且不增加额外成本的技术？虽然遠(yuǎn)程调试仍处于早期阶段，但实际上有(yǒu)一系列技术存在并处于开发阶段。这包括蓝牙身份验证和配对、Z-wave 智能(néng)启动和 Zigbee Direct。三者之间的共同点是它们使用(yòng)户能(néng)够在不增加成本的情况下遠(yuǎn)程调试设备，因為(wèi)它们都使用(yòng)相同的底层无線(xiàn)電(diàn)技术来调试他(tā)们的终端设备。

因此，智能(néng)设备制造商(shāng)可(kě)以避免為(wèi)了实现遠(yuǎn)程调试而集成额外的无線(xiàn)電(diàn)或電(diàn)路。遠(yuǎn)程调试技术还可(kě)以对使用(yòng)中的设备进行持续认证。由于配置是遠(yuǎn)程完成的，因此可(kě)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，遠(yuǎn)程调试使可(kě)扩展性成為(wèi)可(kě)能(néng)。借助遠(yuǎn)程调试技术，未来可(kě)以轻松调试数千个节点。

图 4 Zigbee Direct 是目前正在开发的一项功能(néng)，允许用(yòng)户使用(yòng)智能(néng)手机、平板電(diàn)脑和其他(tā)支持蓝牙的设备与其 Zigbee 网络进行无缝交互。这反过来又(yòu)简化了调试过程。

那么，这些技术提供了什么？让我们探索使用(yòng)最广泛的连接机制之一：蓝牙。蓝牙配对的最基本形式称為(wèi) 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(yǒu)提供一种方法来验证设备成為(wèi)连接的一部分(fēn)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(tā)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拦截所有(yǒu)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。

為(wèi)了抵消这种威胁，可(kě)以使用(yòng)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遠(yuǎn)程调试流程，但不幸的是，我们还没有(yǒu)。我们没有(yǒu)看到可(kě)以简化调试并将其带入零接触體(tǐ)验的协议。然而，我们已经接近解决这个问题了。有(yǒu)了正确的愿景，今天发生的发展将使我们达到无線(xiàn)调试的圣杯。