Розумна і безпечна автоматизація будинку на основі IoT

19.09.2018

Розумна і безпечна автоматизація будинку на основі IoT

В даний час розробляється безліч рішень для автоматизації розумного будинку, але більшість з них не можуть плавно і безпечно інтегрувати в уже функціонуюче домашнє середовище. Тому, щоб скоротити розрив між споживачем і експертом і інтеграція автоматизації в існуючу домашню середу пройшла без фізичних змін будівлі, потрібно модульне і гнучке інтелектуальне рішення автоматизації розумного будинку з плавним інтеграційним потенціалом.

Дане дослідження спрямоване на досягнення наступних цілей:

  • Запропонувати модульне і безпечне рішення для розумного будинку з вбудованим Runtime Mentor для IoT
  • Легко встановити і налаштовувати систему без залучення експертів
  • Вільно використовувати доступні комунікаційні протоколи ПО для IoT

Система автоматизації розумного будинку (SHAS) – це наступний етап розширення автоматизації будівлі, який поширюється, в тому числі, і на житлові приміщення. Автоматизація цілого будинку або окремого домашнього господарства може включати в себе управління і автоматизацію освітлення, опалення, вентиляції та кондиціонування повітря (HVAC), управління і безпеку використання побутової техніки, а також безліч інших систем, існуючих в домашньому середовищі. За останні роки цікавість до області автоматизації розумного будинку значно зросла завдяки успішному впровадженню протоколів M2M (Машина – Машина) і легкості управління системою з появою смартфонів і планшетів.

Система автоматизації розумного будинку згідно за визначенням являє собою інтеграцію електронних пристроїв (включаючи приведення в дію таких неелектричних пристроїв, як жалюзі), а також контроль і управління домашньою обстановкою, за допомогою систем, що навчаються самим користувачем всередині приміщення, або віддалено через комунікаційний носій (Bluetooth або Wi- Fi) за допомогою спеціального комп’ютерного шлюзу. В рамках цього зв’язку завдання більш інтуїтивні та ефективні. Домашня мережа управляє всіма комунікаціями, а користувачеві надається доступ до системи через персональний комп’ютер, смартфон або планшет з дому або з віддаленого місця через Інтернет. Інтеграція інформаційних технологій в домашнє середовище дозволяє зручно, енергоефективно і безпечно керувати системою і включає всі електронні прилади та пристрої.

Відомі труднощі та загрози

Існуючі системи автоматизації розумного будинку розроблені виключно для задоволення конкретних потреб домашнього господарства. Але складно влаштовані та недостатньо гнучко задовольняють вимоги користувачів.

У системах автоматизації розумного будинку безпека є досить важливим фактором для споживачів. Безліч досліджень показали, що пристрої, призначені для автоматизації будинку, мають серйозні недоліки. Згідно з опитуванням HP серед 10 готових систем безпеки будинку деякі пристрої мають ненадійні паролі і не захищені від проникнення людини. Інші, згідно з квітневим дослідженням фірми Veracode, легко взламуються, тому що не перешкоджають доступу до інтерфейсу. І, якщо зловмисник отримає доступ до пристрою, то він опинеться під загрозою і, згідно з дослідженням фірми безпеки Synack, перетвориться на троянського коня. Фактично, на це буде потрібно від 5 до 20 хвилин.

Запропоноване рішення

Для вирішення цієї проблеми пропонується плавне інтегрувальне, дуже безпечне і реконфігуроване розширення SHAS. В якості платформи, на якій можуть будуватися такі рішення, пропонується використовувати Mentor Embedded Linux (MEL) (Рисунок 1), який дозволяє периферійним пристроям IoT отримувати доступ до IP і забезпечує підтримку різних підключень для повного набору бездротових та дротових транспортних середовищ і протоколів.

                                                Рисунок 1. Mentor Embedded Linux

Система запусткається на i.MX6 SABER Series (тільки для плат SABER Lite і Nitrogen6X) і LSPS LSIScape LS1021A. Очікується, що сумісність з іншими платами буде доступна в наступних ревізіях.

                                               Рисунок 2. Серійна базова платформа

Основна система розроблена на базі i.MX6 SABER, яка використовує модульну структуру. Основний і всі підлеглі вузли взаємодіють один з одним через Wi-Fi, Bluetooth, Bluetooth з низькою потужністю (BLE) або USB 2.0 / 3.0 для мереж на основі IPv4 / IPv6. Його модульна і високо структурована організація забезпечує можливість установки додаткових програмних протоколів по мірі зміни вимог.

Користувач отримує доступ до системи локально або віддалено через Інтернет. Різке збільшення кількості розумних підключених пристроїв IoT з поширенням хмарних сервісів висуває нові вимоги до розробників для захисту активів від атак програмного забезпечення. Mentor забезпечує підтримку ліцензованих хмарних додатків.

Призначені для користувача інтерфейси дозволяють управляти системою через локально розміщений веб-сервер або будь-який додаток, встановлений на смартфоні.

Цей зв’язок можна побачити на рисунку 3. Червоні стрілки показують зв’язок користувача з головним вузлом і призначеним для користувача пристроєм, а сині – зв’язок між головним вузлом і підлеглими вузлами.

                                                    Рисунок 3. Схема св’язку

Архітектура автоматизації будинку та області її застосування

Mentor Embedded Runtime для IoT найкращим чином підходить для загальної архітектури автоматизації будинку. Дана архітектура використовує тільки два типи модулів: Supervisor Engine (SE) і Control Engine (CE), пов’язаних між собою системою комунікацій, підтримуваних MEL.

Як можна побачити на малюнках 1 і 2, система має розподільний характер та організована в дворівневій ієрархії. SE – це модулі високого рівня, які виконують завдання спостереження. CE – це модулі низького рівня, які взаємодіють з фізичним світом через пристрої введення і виведення.

                                                 Рисунок 4. Архітектура системи

Зв’язок домашніх мереж

Основним елементом запропонованої архітектури є система комунікацій, яка пов’язує різні системні модулі. Вона має велике значення, оскільки впливає на продуктивність, гнучкість і вартість системи. Мережі IoT повинні бути масштабованими і динамічними, оскільки пристрої можуть додаватися в мережу і видаляються з неї.

Рішення Mentor підтримує підключення бездротових та дротових транспортних середовищ і протоколів, таких як:

  1. Ethernet
  2. IEEE 802.11 a / b / g / n
  3. Bluetooth з низькою потужністю(BLE)
  4. IEEE 802.15.4
  5. 6LoWPAN
  6. COAP
  7. MQTT
  8. XMPP
  9. HTTPS

Існує бажання, щоб мережа була простою, реалізовувалася на CEs без додавання будь-якого обладнання і пред’являла підвищені вимоги до обробки й пам’яті цих модулів. Без цих міркувань її вартість може різко зрости, і те ж саме може статися з загальною численною системою CEs.

Підтримка апаратного та програмного забезпечення

IoT стрімко розвивається, тому пошук відповідного обладнання IoT для Вашого продукту – важливе та складне завдання. Вибравши Mentor Embedded Runtime для IoT, Ви заощадите свій час та гроші, тому що він містить різні пакети підтримки від великих постачальників. Додатково до цього, команда Mentor Graphics Integration Services може інтегрувати MEL з Вашим налаштованим обладнанням та оптимізувати його відповідно до Ваших вимог.

Безпека

Безпека є важливим фактором для кінцевого користувача: не тільки для самої системи, але також для захисту будинку та його жителів. Тому основним завданням є згадана вище проблема безпеки.

Mentor Embedded Runtime для IoT має безліч варіантів безпеки, таких як SE-Linux і SMACK, які можуть знизити ризик загроз та атак. Також з метою безпеки важливо створити брандмауер. Для інтеграції своїх продуктів безпеки Floodgate з Mentor Graphics ‘Nucleus RTOS і Mentor Embedded Linux Mentor Graphics співпрацює з Icon Labs.

Інтерфейс користувача

Інфраструктури домашньої автоматизації, як правило, досить складні через різноманітність пристроїв USB, BLE, датчиків та виконавчих механізмів, задіяних в мережі. Одне із завдань розробки інтерфейсу між користувачем і системою полягає в тому, щоб користувач міг просто додавати нові фізичні пристрої всередині свого домогосподарства застосовуючи готові форми і модулі.

 

Статьи

10.10.2018

Мільйони виробників насправді стикаються зі страхом банкрутства, в разі того, якщо вони не проведуть цифрові перетворення, але, на жаль, це не так просто. Якщо (читать далее)

01.10.2018

У доступному для огляду майбутньому польові шини не зникнуть з промислової автоматизації, однак стандарт Ethernet для швидкісних мереж (TSN) спільно з незалежним стандартом сумісності (читать далее)