基于物聯(lián)網(wǎng)的智能安全家庭自動(dòng)化

如今，各種智能家居自動(dòng)化解決方案正在開發(fā)中，但其中大多數(shù)都缺乏無縫集成到已經(jīng)正常運(yùn)行的家庭環(huán)境中的潛力，以及安全性。為了彌合消費(fèi)者和專家之間的差距，同時(shí)允許集成到任何現(xiàn)有的家庭環(huán)境中，而無需對建筑物進(jìn)行物理更改，因此需要一個(gè)具有無縫集成潛力的模塊化和靈活的智能家居自動(dòng)化解決方案。

本研究涵蓋以下目標(biāo)：

提出模塊化且安全的智能家居解決方案，其中包含適用于物聯(lián)網(wǎng)的Mentor嵌入式運(yùn)行時(shí)

易于配置和安裝，無需專家

使用免費(fèi)提供的物聯(lián)網(wǎng)通信軟件協(xié)議

智能家居自動(dòng)化系統(tǒng)（SHAS）是樓宇自動(dòng)化的住宅延伸。它是整個(gè)家庭或家庭的自動(dòng)化，可能包括照明，供暖，通風(fēng)和空調(diào)（HVAC），電器和安全以及家庭環(huán)境中的多個(gè)其他系統(tǒng)的控制和自動(dòng)化。近年來，由于機(jī)器對機(jī)器（M2M）通信網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)步以及智能手機(jī)和平板電腦的出現(xiàn)，對智能家居自動(dòng)化領(lǐng)域的興趣大大增加。

根據(jù)定義，智能家居自動(dòng)化系統(tǒng)是通過智能系統(tǒng)或用戶通過本地或遠(yuǎn)程通信介質(zhì)（如藍(lán)牙或Wi-Fi）并由計(jì)算機(jī)協(xié)調(diào)的電氣設(shè)備（包括百葉窗等非電氣設(shè)備驅(qū)動(dòng)）和家庭環(huán)境的監(jiān)視和控制的集成。在這種互聯(lián)環(huán)境中，任務(wù)可以變得更加直觀和有效。家庭網(wǎng)絡(luò)處理所有通信，用戶可以通過個(gè)人計(jì)算機(jī)，智能手機(jī)或平板電腦從家庭內(nèi)部或通過Internet從遠(yuǎn)程位置訪問系統(tǒng)。信息技術(shù)和家庭環(huán)境的集成使系統(tǒng)和電器能夠以便利，節(jié)能和安全優(yōu)勢運(yùn)行。

因此，整個(gè)智能家居架構(gòu)由連接到家庭網(wǎng)絡(luò)的家庭中的設(shè)備和電器，用戶和行業(yè)服務(wù)提供商組成。

研究問題

現(xiàn)有的智能家居自動(dòng)化系統(tǒng)經(jīng)過獨(dú)特設(shè)計(jì)，可滿足特定消費(fèi)者的家庭環(huán)境和要求。這些系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜，不夠靈活，無法滿足定制要求，并且通常嵌入到家庭的物理結(jié)構(gòu)中。

在現(xiàn)有的智能家居自動(dòng)化系統(tǒng)中，安全和安保是消費(fèi)者和最終用戶的重要考慮因素。一再研究表明，旨在實(shí)現(xiàn)家庭自動(dòng)化的設(shè)備存在嚴(yán)重的漏洞。根據(jù)惠普對10個(gè)現(xiàn)成的家庭安全系統(tǒng)的調(diào)查，許多設(shè)備的密碼策略較弱，無法抵御中間人攻擊。其他人不會(huì)阻止訪問設(shè)備的調(diào)試界面，根據(jù)代碼安全公司Veracode的四月份的一項(xiàng)研究，這可能允許對設(shè)備進(jìn)行輕松黑客攻擊。而且，根據(jù)安全公司Synack的一項(xiàng)研究，如果攻擊者能夠訪問該設(shè)備，幾乎所有設(shè)備都很容易受到損害并變成特洛伊木馬。事實(shí)上，一旦研究人員解開硬件包裝，就花了5到20分鐘就找到了一種破壞每個(gè)設(shè)備的方法。

建議的解決方案

為了解決前面討論的問題，提出了一種無縫集成，非常安全，可重新配置和可擴(kuò)展的SHAS。為了作為可以繼續(xù)研究的平臺(tái)，它應(yīng)該利用Mentor嵌入式Linux（圖1），它使物聯(lián)網(wǎng)邊緣設(shè)備能夠需要豐富的應(yīng)用程序環(huán)境并訪問開源IP和開發(fā)人員社區(qū)。它還應(yīng)該允許對一套全面的無線和有線傳輸和協(xié)議的各種連接支持。

［圖1|導(dǎo)師嵌入式 Linux］

該系統(tǒng)將在i.MX6 SABRE系列（僅限SABRE精簡版和氮?dú)?X板）和層景LS1021A軟件提供商上運(yùn)行。

系統(tǒng)的其余部分圍繞i.MX6 SABRE設(shè)計(jì)，它使用模塊化的從站/主站系統(tǒng)設(shè)計(jì)。對于基于 IPv4/IPv6 的網(wǎng)絡(luò)，主節(jié)點(diǎn)和所有從節(jié)點(diǎn)通過 Wi-Fi、藍(lán)牙、低功耗藍(lán)牙 （BLE） 或 USB 2.0/3.0 進(jìn)行通信。其模塊化和高度結(jié)構(gòu)化的組織提供了隨著需求變化安裝其他軟件協(xié)議的能力。

用戶可以通過互聯(lián)網(wǎng)在本地或遠(yuǎn)程訪問系統(tǒng)。隨著基于云的服務(wù)的激增，智能物聯(lián)網(wǎng)連接設(shè)備的爆炸式增長對開發(fā)人員提出了新的要求，以保護(hù)資產(chǎn)免受軟件攻擊。Mentor 提供應(yīng)用程序云后端服務(wù)支持，這些支持可以許可或作為服務(wù)提供。

用戶界面是作為本地托管的Web服務(wù)器或通過智能手機(jī)上安裝的任何應(yīng)用程序開發(fā)的，允許從幾乎任何配備瀏覽器的設(shè)備控制系統(tǒng)。

圖 3 中顯示了一個(gè)簡單的表示形式。紅色箭頭表示僅在主節(jié)點(diǎn)和用戶設(shè)備之間傳輸?shù)挠脩舳送ㄐ?，而藍(lán)色箭頭表示僅在主節(jié)點(diǎn)和從節(jié)點(diǎn)之間傳輸?shù)膹膶俣送ㄐ拧?/p>

［圖3|描述整個(gè)系統(tǒng)布局的圖表］

家庭自動(dòng)化架構(gòu)和應(yīng)用領(lǐng)域

Mentor 物聯(lián)網(wǎng)嵌入式運(yùn)行時(shí)最適合一般家庭自動(dòng)化架構(gòu)。建議的體系結(jié)構(gòu)僅使用兩種類型的模塊：管理引擎 （SE） 和控制引擎 （CE），它們通過 MEL 支持的通信網(wǎng)絡(luò)互連。

如圖1.2所示，該系統(tǒng)具有分布式性質(zhì)，并按兩級(jí)層次結(jié)構(gòu)進(jìn)行組織。SE 是高級(jí)模塊，它們實(shí)質(zhì)上執(zhí)行監(jiān)督任務(wù)。CE 是通過輸入和輸出設(shè)備與物理世界交互的低級(jí)模塊。

［圖4|系統(tǒng)架構(gòu)］

家庭網(wǎng)絡(luò)連接

所提出的架構(gòu)的一個(gè)關(guān)鍵要素是互連各種系統(tǒng)模塊的通信網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)至關(guān)重要，因?yàn)樗赡軙?huì)影響系統(tǒng)的幾個(gè)特征，例如性能，靈活性和成本。物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)必須具有可擴(kuò)展性，以支持物聯(lián)網(wǎng)的動(dòng)態(tài)特性（在網(wǎng)絡(luò)中添加和刪除設(shè)備時(shí)）。

Mentor的解決方案包括對一套全面的無線和有線傳輸和協(xié)議的連接支持，包括：

以太網(wǎng)

IEEE 802.11 a/b/g/n

藍(lán)牙低功耗

802.15.4

6洛潘

斷續(xù)器

斷續(xù)器

斷續(xù)器

斷續(xù)器

我們希望網(wǎng)絡(luò)簡單，允許在CE上實(shí)現(xiàn)，而無需添加任何特定硬件或顯著增加這些模塊的處理和內(nèi)存要求。如果沒有這些考慮，它們的成本可能會(huì)急劇增加，整個(gè)系統(tǒng)也會(huì)發(fā)生同樣的情況，因?yàn)镃E很多。

硬件和軟件支持

物聯(lián)網(wǎng)正在快速發(fā)展，為您的產(chǎn)品找到合適的物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)硬件是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)。通過選擇適用于物聯(lián)網(wǎng)的 Mentor 嵌入式運(yùn)行時(shí)，您可以節(jié)省大量時(shí)間和金錢，因?yàn)橛懈鞣N電路板支持包可用于主要半導(dǎo)體供應(yīng)商的流行參考設(shè)計(jì)。除此之外，Mentor圖形集成服務(wù)團(tuán)隊(duì)還可以將MEL與您的自定義硬件集成，并調(diào)整和優(yōu)化MEL以滿足您的要求。

安全和安保

在最終用戶眼中，安全和安保是一個(gè)重要的考慮因素 - 不僅是系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)安全，而且是系統(tǒng)可以為家庭及其居住者提供的安全級(jí)別。在上面提到的研究問題中，安全性是主要關(guān)注點(diǎn)。

Mentor 物聯(lián)網(wǎng)嵌入式運(yùn)行時(shí)具有大量安全選項(xiàng)，如 SE-Linux 和 SMACK，可以降低網(wǎng)絡(luò)安全威脅和攻擊的風(fēng)險(xiǎn)。出于安全目的構(gòu)建防火墻也很重要。明德圖形與圖標(biāo)實(shí)驗(yàn)室合作，將其閘門安全產(chǎn)品與明德圖形的核心RTOS和明德嵌入式Linux集成。

用戶接口

由于網(wǎng)絡(luò)中涉及各種USB，BLE設(shè)備，傳感器和執(zhí)行器，家庭自動(dòng)化基礎(chǔ)設(shè)施通常非常復(fù)雜。在用戶和系統(tǒng)之間設(shè)計(jì)界面的挑戰(zhàn)之一是，用戶可以輕松地將其家庭中的物理設(shè)備與用戶界面中的適用元素相關(guān)聯(lián)。

幾十年來，智能手機(jī)的興起為我們思考如何與互聯(lián)網(wǎng)互動(dòng)樹立了新的移動(dòng)先例。但是，捏、瞇眼、縮放和輸入小鍵盤真的是我們一直在等待的“連接”用戶體驗(yàn)嗎？不。

是呢環(huán)保局：郭婷