Comissionamento sem fio em casas inteligentes

Você deve pensar em desempacotar, configurar, conectar e provisionar ao realizar o comissionamento sem fio em uma casa inteligente.
O comissionamento está entre as primeiras etapas do ciclo de vida de um dispositivo IoT; isso é feito nos primeiros minutos que você gasta com seu dispositivo doméstico inteligente recém-comprado. A primeira etapa é desembalar o dispositivo e a segunda é emparelhá-lo com sua rede doméstica. Essa etapa de emparelhamento costuma ser muito simples do ponto de vista do consumidor.

A pior experiência do usuário seria um dispositivo de emparelhamento complicado. Nenhum consumidor deseja ler catálogos ou se aprofundar nos aspectos técnicos de emparelhar o produto doméstico inteligente. Tudo o que eles querem é abrir a caixa, apertar um ou dois botões, deslizar duas ou três vezes e fazer o dispositivo funcionar.

Figura 1:Consumidores domésticos inteligentes esperam um processo de comissionamento simples. Fonte:Silicon Labs

Mas o que realmente acontece durante o processo de emparelhamento tem um peso significativo para a confiabilidade do ciclo de vida do dispositivo. O emparelhamento envolve a configuração do dispositivo sem fio para seu ambiente - para parâmetros como ajuste de níveis de energia e sincronização - e provisionamento do dispositivo.

Provisionamento ou autenticação é o processo de atestar a identidade do dispositivo. O provisionamento é fundamental para proteger os usuários contra dispositivos falsificados - sem mencionar que toda rede deve ter um protocolo de provisionamento sólido para se proteger contra invasores e hackers que podem tentar se emparelhar com a rede para obter acesso a informações confidenciais.

Portanto, quando você pensa em comissionamento, você deve pensar em desempacotar, configurar, conectar e provisionar. Essas quatro etapas devem ser executadas de forma segura, contínua e rápida. No entanto, os consumidores procuram um processo simples e intuitivo. Então, quais são as tecnologias disponíveis hoje para realizar o comissionamento sem fio e como elas funcionam?

A tecnologia de comissionamento mais intuitiva disponível hoje é a comunicação de campo próximo (NFC).

Provisionamento com NFC

Um dos meus heróis da engenharia sempre dizia:“Você pode fazer muito apenas com o básico”. Sua sabedoria se aplica a como o NFC usa um mecanismo de indução simples para “escanear” a identidade de um dispositivo. Quando um leitor NFC se aproxima de uma etiqueta NFC, os indutores em ambos os dispositivos formam um canal de indução mútua no qual ocorre uma troca de informações (Figura 2).

Figura 2:NFC é a tecnologia mais comumente disponível para comissionamento sem fio em casa inteligente. Fonte:Silicon Labs

A identidade de uma etiqueta NFC pode ser confirmada passando por ela com um leitor NFC. Para um consumidor doméstico inteligente, isso significaria passar a lâmpada recém-comprada ao lado do telefone para atestar sua identidade. As coisas não ficam mais intuitivas do que isso. Os humanos gostam da sensação de afirmação que obtêm ao passar objetos, como é comumente visto em transações com cartão de crédito.

Por mais intuitivo que seja, o provisionamento NFC tem uma desvantagem:custo e pegada adicionais. Os circuitos NFC não consomem uma grande área e são componentes relativamente baratos. No entanto, os circuitos NFC devem ser usados ​​apenas uma vez durante todo o ciclo de vida do dispositivo e para uma única missão:provisionar o dispositivo. Portanto, mesmo com um custo tão baixo quanto 10 centavos, os circuitos NFC provam ser uma carga que os OEMs geralmente não querem absorver.

Outra desvantagem é a funcionalidade limitada do NFC. O comissionamento é uma operação de várias etapas e um NFC pode lidar bem com o provisionamento; no entanto, isso não inclui configurar e conectar o dispositivo à rede. As tags NFC são armazenamentos de dados passivos que podem ser lidos e, em algumas circunstâncias, gravados por um dispositivo NFC. Eles normalmente contêm pequenas quantidades de dados - milhares de bytes - e são somente leitura em uso normal. Nada mais pode ser alcançado com uma quantidade tão pequena de dados.

Além disso, as tags NFC não escalam muito bem com contagens de nós maiores. Isso pode não ser um grande problema no cenário de casa inteligente, mas ainda mais um desafio nos ambientes de edifícios inteligentes, onde os instaladores analisam o comissionamento de milhares de nós de uma só vez. Deslizar cada nó com um smartphone pode levar alguns dias. Também faria uma grande diferença comissionar produtos domésticos inteligentes que são colocados em locais de difícil acesso, como uma rede de sensores de manutenção conectada a uma unidade de ar condicionado. Os usuários ficariam entusiasmados em ver uma maneira de comissionar esses nós remotamente e com segurança.

Figura 3:Diversas tecnologias sem fio oferecem recursos de comissionamento remoto para configurações de casa inteligente. Fonte:Silicon Labs

Tecnologias de comissionamento remoto

Existe, então, uma tecnologia que é remota, escalonável e não adiciona custo extra? Embora o comissionamento remoto ainda esteja em suas fases iniciais, na verdade há uma variedade de tecnologias que existem e estão em fase de desenvolvimento. Isso inclui autenticação e emparelhamento Bluetooth, Z-wave smart start e Zigbee Direct. A linha comum entre os três é que eles permitem que os usuários comissionem dispositivos remotamente sem nenhum custo adicional, já que todos usam a mesma tecnologia de rádio subjacente para comissionar seus dispositivos finais.

Portanto, os fabricantes de dispositivos inteligentes podem evitar a integração de rádios ou circuitos adicionais apenas para habilitar o comissionamento remoto. As tecnologias de comissionamento remoto também podem permitir a certificação contínua dos dispositivos em uso. Como o provisionamento é feito remotamente, ele pode ser repetido durante o ciclo de vida do dispositivo para confirmar sua identidade e verificar sua integridade. Por último, mas não menos importante, o comissionamento remoto torna a escalabilidade possível. Com as tecnologias de comissionamento remoto, há um futuro potencial em que o comissionamento de milhares de nós não leva tempo ou esforço.

Figura 4:Zigbee Direct, um recurso atualmente em desenvolvimento, permite aos usuários interagir perfeitamente com suas redes Zigbee usando smartphones, tablets e outros dispositivos habilitados para Bluetooth. Isso, por sua vez, simplifica e agiliza o processo de comissionamento. Fonte:Silicon Labs

Então, o que essas tecnologias oferecem? Vamos explorar um dos mecanismos de conectividade mais amplamente usados:Bluetooth. A forma mais básica de emparelhamento Bluetooth é chamada Just Works, que oferece o caminho mais simples para emparelhar dois dispositivos Bluetooth. No entanto, ele não oferece uma maneira de verificar se os dispositivos estão se tornando parte da conexão e tornando a rede vulnerável a ataques.

Por exemplo, os ataques man-in-the-middle ocorrem quando um terceiro dispositivo - o dispositivo malicioso - personifica um ou ambos os dispositivos legítimos. Aqui, o dispositivo malicioso roteia a comunicação entre os outros dois dispositivos, dando aos dispositivos legítimos a ilusão de que eles estão diretamente conectados um ao outro quando sua conexão foi comprometida. Essa configuração não apenas permite que o dispositivo malicioso intercepte todos os dados enviados, mas também permite que ele injete dados falsos na comunicação ou remova dados antes que eles cheguem ao destinatário pretendido.

Para neutralizar essa ameaça, o emparelhamento de comparação numérica pode ser usado para melhorar o Just Works, mas adiciona outra etapa no final, anulando o propósito de um emparelhamento Bluetooth fácil. O mercado precisa de um processo automático e simples de comissionamento remoto, mas infelizmente ainda não chegamos lá. Não vemos um protocolo que simplifique o comissionamento e o leve a uma experiência de toque zero. No entanto, estamos perto de resolver esse problema. Com a visão certa, os desenvolvimentos que estão acontecendo hoje nos levarão ao santo graal do comissionamento sem fio.

—Asem Elshimi é gerente de marketing de produto da Silicon Labs.

>> Este artigo foi publicado originalmente em nosso site irmão, EDN.