스마트 홈의 무선 커미셔닝

무선 커미셔닝을 수행할 때 개봉, 구성, 연결 및 프로비저닝을 고려해야 합니다. 스마트 홈에서.

시운전은 IoT 장치 수명 주기의 처음 몇 단계 중 하나입니다. 새로 구입한 스마트 홈 장치를 사용하는 처음 몇 분 안에 완료됩니다. 첫 번째 단계는 장치의 포장을 풀고 두 번째 단계는 홈 네트워크와 페어링하는 것입니다. 이 페어링 단계는 종종 소비자의 관점에서 매우 간단하게 유지됩니다.

최악의 사용자 경험은 복잡한 페어링 장치입니다. 어떤 소비자도 카탈로그를 읽거나 스마트 홈 제품 페어링의 기술적 측면을 깊이 파고 싶어하지 않습니다. 그들이 원하는 것은 상자를 열고 버튼을 한두 번 누르고 두세 번 스와이프하여 장치가 작동하도록 하는 것입니다.

그림 1:스마트 홈 소비자는 간단한 시운전 프로세스를 기대합니다. 출처:Silicon Labs

그러나 페어링 프로세스 전체에서 실제로 발생하는 일은 장치 수명 주기의 안정성에 상당한 비중을 차지합니다. 페어링에는 전력 수준 및 동기화 조정과 같은 매개변수를 위해 해당 환경에 무선 장치를 구성하고 장치를 프로비저닝하는 작업이 포함됩니다.

프로비저닝 또는 인증은 장치 ID를 증명하는 프로세스입니다. 프로비저닝은 위조된 장치로부터 사용자를 보호하는 데 중요한 역할을 합니다. 모든 네트워크에는 중요한 정보에 액세스하기 위해 네트워크와 쌍을 이루려고 할 수 있는 침입자와 해커로부터 스스로를 보호할 수 있는 견고한 프로비저닝 프로토콜이 있어야 합니다.

따라서 커미셔닝을 생각할 때 언박싱, 구성, 연결 및 프로비저닝을 생각해야 합니다. 이 4단계는 안전하고 원활하며 신속하게 수행되어야 합니다. 그러나 소비자는 간단하고 직관적인 프로세스를 원합니다. 그렇다면 오늘날 무선 커미셔닝을 수행하는 데 사용할 수 있는 기술은 무엇이며 어떻게 작동합니까?

오늘날 사용 가능한 가장 직관적인 시운전 기술은 근거리 통신(NFC)입니다.

NFC로 프로비저닝

제 엔지니어링 영웅 중 한 명은 항상 "기본만으로도 많은 것을 할 수 있습니다."라고 말했습니다. 그의 지혜는 NFC가 장치 ID를 "스캔"하기 위해 간단한 유도 메커니즘을 사용하는 방법에 적용됩니다. NFC 리더가 NFC 태그에 가까워지면 두 장치의 인덕터가 정보 교환이 이루어지는 상호 유도 채널을 형성합니다(그림 2).

그림 2:NFC는 스마트 홈에서 무선 커미셔닝을 위해 가장 일반적으로 사용되는 기술입니다. 출처:Silicon Labs

NFC 태그의 ID는 NFC 리더기로 스와이프하여 확인할 수 있습니다. 스마트 홈 소비자의 경우 이는 새로 구입한 전구를 전화기로 긁어 신원을 증명하는 것을 의미합니다. 상황이 이보다 더 직관적이지 않습니다. 인간은 신용 카드 거래에서 흔히 볼 수 있는 것처럼 물건을 쓸어넘기는 느낌을 좋아합니다.

NFC 프로비저닝은 직관적인 만큼 비용과 설치 공간이 추가되는 단점이 있습니다. NFC 회로는 많은 면적을 차지하지 않으며 비교적 저렴한 부품입니다. 그러나 NFC 회로는 전체 장치 수명 주기 동안 한 번만 사용해야 하며 장치 프로비저닝이라는 하나의 임무에만 사용해야 합니다. 따라서 10센트의 저렴한 비용으로도 NFC 회로는 OEM이 일반적으로 흡수하기를 원하지 않는 부담임이 입증되었습니다.

또 다른 단점은 NFC의 제한된 기능입니다. 커미셔닝은 다단계 작업이며 NFC는 프로비저닝을 잘 처리할 수 있습니다. 그러나 여기에는 장치를 구성하고 네트워크에 연결하는 것은 포함되지 않습니다. NFC 태그는 NFC 장치에서 읽고 일부 상황에서는 쓸 수 있는 수동 데이터 저장소입니다. 일반적으로 수천 바이트에 달하는 소량의 데이터를 포함하며 일반적인 사용에서는 읽기 전용입니다. 이렇게 적은 양의 데이터로는 다른 많은 것을 얻을 수 없습니다.

또한 NFC 태그는 노드 수가 많을수록 잘 확장되지 않습니다. 이것은 스마트 홈 시나리오에서 그다지 큰 문제가 아닐 수 있지만 설치자가 수천 개의 노드를 한 번에 시운전하는 것을 보는 스마트 빌딩 환경에서는 더 큰 문제입니다. 스마트폰으로 모든 노드를 스와이프하는 데 며칠이 걸릴 수 있습니다. 또한 에어컨 장치에 부착된 유지보수 센서 네트워크와 같이 손이 닿기 어려운 곳에 배치된 스마트 홈 제품을 시운전하는 것도 큰 차이를 만들 것입니다. 사용자는 이러한 노드를 원격으로 안전하게 시운전하는 방법을 보고 기뻐할 것입니다.

그림 3:여러 무선 기술이 스마트 홈 설정을 위한 원격 시운전 기능을 제공합니다. 출처:Silicon Labs

원격 시운전 기술

그렇다면 원격으로 확장 가능하며 추가 비용이 들지 않는 기술이 있습니까? 원격 커미셔닝은 아직 초기 단계이지만 실제로 존재하고 개발 단계에 있는 다양한 기술이 있습니다. 여기에는 Bluetooth 인증 및 페어링, Z-wave 스마트 시작 및 Zigbee Direct가 포함됩니다. 셋 사이의 공통점은 사용자가 모두 동일한 기본 무선 기술을 사용하여 최종 장치를 시운전하기 때문에 추가 비용 없이 원격으로 장치를 시운전할 수 있다는 것입니다.

따라서 스마트 장치 제조업체는 원격 시운전을 가능하게 하기 위해 추가 라디오 또는 회로의 통합을 피할 수 있습니다. 원격 커미셔닝 기술은 사용 중인 장치를 지속적으로 증명할 수도 있습니다. 프로비저닝은 원격으로 수행되기 때문에 장치 수명 주기 동안 반복하여 ID를 확인하고 상태를 확인할 수 있습니다. 마지막으로 원격 커미셔닝은 확장성을 가능하게 합니다. 원격 커미셔닝 기술을 사용하면 수천 개의 노드를 커미셔닝하는 데 시간이나 노력이 들지 않는 잠재적인 미래가 있습니다.

그림 4:현재 개발 중인 기능인 Zigbee Direct를 사용하면 사용자가 스마트폰, 태블릿 및 기타 Bluetooth 지원 장치를 사용하여 Zigbee 네트워크와 원활하게 상호 작용할 수 있습니다. 이는 결과적으로 시운전 프로세스를 간소화하고 간소화합니다. 출처:Silicon Labs

그렇다면 이러한 기술은 무엇을 제공합니까? 가장 널리 사용되는 연결 메커니즘 중 하나인 Bluetooth를 살펴보겠습니다. Bluetooth 페어링의 가장 기본적인 형태는 Just Works라고 하며 두 개의 Bluetooth 장치를 페어링하는 가장 간단한 경로를 제공합니다. 그러나 연결의 일부가 되는 장치를 확인하고 네트워크를 공격에 취약하게 만드는 방법은 제공하지 않습니다.

예를 들어 가로채기 공격은 제3의 장치(악의적인 장치)가 두 개의 합법적인 장치 중 하나 또는 둘 다를 가장할 때 발생합니다. 여기에서 악성 장치는 두 개의 다른 장치 간의 통신을 라우팅하여 연결이 손상되었을 때 합법적인 장치가 서로 직접 연결된 것처럼 보이게 합니다. 이 설정을 사용하면 악성 장치가 전송되는 모든 데이터를 가로챌 수 있을 뿐만 아니라 통신에 잘못된 데이터를 삽입하거나 의도한 수신자에게 도달하기 전에 데이터를 제거할 수 있습니다.

이 위협에 대응하기 위해 숫자 비교 페어링을 사용하여 Just Works를 개선할 수 있지만 마지막에 또 다른 단계를 추가하여 쉬운 Bluetooth 페어링의 목적을 무너뜨립니다. 시장은 원격 커미셔닝을 위한 자동적이고 간단한 프로세스를 필요로 하지만 불행히도 우리는 아직 거기에 있지 않습니다. 커미셔닝을 간소화하고 제로터치 경험을 제공하는 프로토콜은 보이지 않습니다. 그러나 우리는 이 문제를 거의 해결하고 있습니다. 올바른 비전을 가지고 오늘날 일어나고 있는 발전은 우리를 무선 커미셔닝의 성배로 이끌 것입니다.

—Asem Elshimi는 Silicon Labs의 제품 마케팅 관리자입니다.

>> 이 기사는 원래 자매 사이트인 EDN에 게시되었습니다.