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)正常運行的家庭環(huán)境中的潛力，以及安全性。為了彌合消費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：

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嵌入式運行時

易于配置和安裝，無需專家

使用免費提供的物聯(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，通風和空調（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，由于機器對機器（M2M）通信網(wǎng)絡的進步以及智能手機和平板電腦的出現(xiàn)，對智能家居自動化領域的興趣大大增加。

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程通信介質（如藍牙或Wi-Fi）并由計算機協(xié)調的電氣設備（包括百葉窗等非電氣設備驅動）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，任務可以變得更加直觀和有效。家庭網(wǎng)絡處理所有通信，用戶可以通過個人計算機，智能手機或平板電腦從家庭內部或通過Internet從遠程位置訪問系統(tǒng)。信息技術和家庭環(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)勢運行。

因此，整個智能家居架構由連接到家庭網(wǎng)絡的家庭中的設備和電器，用戶和行業(yè)服務提供商組成。

研究問題

現(xiàn)有的智能家居自動化系統(tǒng)經(jīng)過獨特設計，可滿足特定消費者的家庭環(huán)境和要求。這些系統(tǒng)設計復雜，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構中。

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)家庭自動化的設備存在嚴重的漏洞。根據(jù)惠普對10個現(xiàn)成的家庭安全系統(tǒng)的調查，許多設備的密碼策略較弱，無法抵御中間人攻擊。其他人不會阻止訪問設備的調試界面，根據(jù)代碼安全公司Veracode的四月份的一項研究，這可能允許對設備進行輕松黑客攻擊。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備，幾乎所有設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，可重新配置和可擴展的SHAS。為了作為可以繼續(xù)研究的平臺，它應該利用Mentor嵌入式Linux（圖1），它使物聯(lián)網(wǎng)邊緣設備能夠需要豐富的應用程序環(huán)境并訪問開源IP和開發(fā)人員社區(qū)。它還應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軟件提供商上運行。

系統(tǒng)的其余部分圍繞i.MX6 SABRE設計，它使用模塊化的從站/主站系統(tǒng)設計。對于基于 IPv4/IPv6 的網(wǎng)絡，主節(jié)點和所有從節(jié)點通過 Wi-Fi、藍牙、低功耗藍牙 （BLE） 或 USB 2.0/3.0 進行通信。其模塊化和高度結構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)在本地或遠程訪問系統(tǒng)。隨著基于云的服務的激增，智能物聯(lián)網(wǎng)連接設備的爆炸式增長對開發(fā)人員提出了新的要求，以保護資產(chǎn)免受軟件攻擊。Mentor 提供應用程序云后端服務支持，這些支持可以許可或作為服務提供。

用戶界面是作為本地托管的Web服務器或通過智能手機上安裝的任何應用程序開發(fā)的，允許從幾乎任何配備瀏覽器的設備控制系統(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)點和用戶設備之間傳輸?shù)挠脩舳送ㄐ?，而藍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］

家庭自動化架構和應用領域

Mentor 物聯(lián)網(wǎng)嵌入式運行時最適合一般家庭自動化架構。建議的體系結構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)絡互連。

如圖1.2所示，該系統(tǒng)具有分布式性質，并按兩級層次結構進行組織。SE 是高級模塊，它們實質上執(zhí)行監(jiān)督任務。CE 是通過輸入和輸出設備與物理世界交互的低級模塊。

［圖4|系統(tǒng)架構］

家庭網(wǎng)絡連接

所提出的架構的一個關鍵要素是互連各種系統(tǒng)模塊的通信網(wǎng)絡。該網(wǎng)絡至關重要，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)絡必須具有可擴展性，以支持物聯(lián)網(wǎng)的動態(tài)特性（在網(wǎng)絡中添加和刪除設備時）。

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。通過選擇適用于物聯(lián)網(wǎng)的 Mentor 嵌入式運行時，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體供應商的流行參考設計。除此之外，Mentor圖形集成服務團隊還可以將MEL與您的自定義硬件集成，并調整和優(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，安全性是主要關注點。

Mentor 物聯(lián)網(wǎng)嵌入式運行時具有大量安全選項，如 SE-Linux 和 SMACK，可以降低網(wǎng)絡安全威脅和攻擊的風險。出于安全目的構建防火墻也很重要。明德圖形與圖標實驗室合作，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)絡中涉及各種USB，BLE設備，傳感器和執(zhí)行器，家庭自動化基礎設施通常非常復雜。在用戶和系統(tǒng)之間設計界面的挑戰(zhàn)之一是，用戶可以輕松地將其家庭中的物理設備與用戶界面中的適用元素相關聯(lián)。

幾十年來，智能手機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