基于物聯(lián)網(wǎng)的智能安全家庭自動化

如今，各種智能家居自動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，因此需要一個具有無縫集成潛力的模塊化和靈活的智能家居自動化解決方案。

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

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

智能家居自動化系統(tǒng)（SHAS）是樓宇自動化的住宅延伸。它是整個家庭或家庭的自動化，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)境中的多個其他系統(tǒng)的控制和自動化。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)，對智能家居自動化領(lǐng)域的興趣大大增加。

根據(jù)定義，智能家居自動化系統(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）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，用戶可以通過個人計算機(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)有的智能家居自動化系統(tǒng)經(jīng)過獨特設(shè)計，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，旨在實現(xiàn)家庭自動化的設(shè)備存在嚴(yán)重的漏洞。根據(jù)惠普對10個現(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，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精簡版和氮氣6X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，它使用模塊化的從站/主站系統(tǒng)設(shè)計。對于基于 IPv4/IPv6 的網(wǎng)絡(luò)，主節(jié)點和所有從節(jié)點通過 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 中顯示了一個簡單的表示形式。紅色箭頭表示僅在主節(jié)點和用戶設(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)點和從節(jié)點之間傳輸?shù)膹膶俣送ㄐ拧?/p>

［圖3|描述整個系統(tǒng)布局的圖表］

家庭自動化架構(gòu)和應(yīng)用領(lǐng)域

Mentor 物聯(lián)網(wǎng)嵌入式運(yùn)行時最適合一般家庭自動化架構(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)，并按兩級層次結(jié)構(gòu)進(jìn)行組織。SE 是高級模塊，它們實質(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，因為它可能會影響系統(tǒng)的幾個特征，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)的動態(tài)特性（在網(wǎng)絡(luò)中添加和刪除設(shè)備時）。

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，它們的成本可能會急劇增加，整個系統(tǒng)也會發(fā)生同樣的情況，因為CE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，您可以節(jié)省大量時間和金錢，因為有各種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。除此之外，Mentor圖形集成服務(wù)團(tuán)隊還可以將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別。在上面提到的研究問題中，安全性是主要關(guān)注點。

Mentor 物聯(lián)網(wǎng)嵌入式運(yùn)行時具有大量安全選項，如 SE-Linux 和 SMACK，可以降低網(wǎng)絡(luò)安全威脅和攻擊的風(fēng)險。出于安全目的構(gòu)建防火墻也很重要。明德圖形與圖標(biāo)實驗室合作，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)互動樹立了新的移動先例。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”用戶體驗嗎？不。

是呢環(huán)保局：郭婷