Mentor面向智能家居的IoT方案

目前有各種智能家居的自動化解決方案，但其中大多數缺乏將已存在的家庭環境和安全無縫整合的潛力。為了彌合消費者和技術之間的差距，同時允許在不對建築進行改造的情況下融入任何現有的家庭環境，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。

Mentor的解決方案包括以下目標:

為物聯網提供一個模塊化的安全的智能家居解決方案

易於在沒有專家的情況下配置和安裝

使用免費的物聯網通信協議軟體

智能家居自動化系統(SHAS)是智能建築的住宅擴展。它是一個完整的家居自動化，可能包括照明、供暖、通風和空調(HVAC)、家用電器和安全系統以及在家庭環境中發現的多種其他系統。近年來，隨著M2M通信網路的進步，智能家居自動化領域發展迅猛，智能手機和平板電腦的出現使得人們的應用更加簡單。

簡單定義，智能家居自動化系統是電子設備的集成(包括驅動非電子裝置，如百葉窗)和通過智能系統監測並控制家庭環境，或由用戶在本地或遠程使用藍牙或Wi-Fi等通信媒介，由計算機進行協調處理。在這種相互關聯的環境中，任務可以變得更加直觀和有效。家庭網路處理所有的通信，用戶可以通過個人電腦、智能手機或平板電腦在家中或遠程地點通過互聯網訪問該系統。信息技術和家庭環境的整合使得系統和設備能夠在方便、能源效率和安全方面發揮作用。

因此，整個智能家居架構由家庭網路、用戶的家庭設備和行業服務提供商的連接設備組成。

目標問題

現有的智能家居自動化系統是定製的設計，以適應特定的消費者家庭環境和需求。 這些系統在設計上是複雜的，不夠靈活，不能滿足客戶的要求，並且經常嵌入到房屋的物理結構中。

在現有的智能家居自動化系統中，安全和安保是消費者和終端用戶的一個重要考慮因素。 研究一再表明，設計用於家庭自動化的設備有嚴重的漏洞。惠普(HP)對10套現成家庭安全系統的調查顯示，許多設備的密碼策略很弱，不能防止中間人攻擊。根據代碼安全公司 Veracode 4月份的一項研究，其他人並不阻止訪問該設備的調試界面，這樣就可以很容易地對設備進行黑客攻擊。 而且，根據 Synack 安全公司的一項研究，如果攻擊者能夠訪問這個設備，幾乎所有的設備都可以很容易地被破壞並變成一個特洛伊木馬。 事實上，研究人員只用了5到20分鐘就找到了一種方法來破壞每一個設備。

解決方案

為了解決前面的問題，Mentor提出了一種無縫集成、非常安全、可重構和可擴展的 SHAS。 為了成為一個可以持續進行研究的平台，它使用嵌入式 Linux (圖1) ，這使得物聯網設備能夠擁有豐富的應用環境，並且能夠訪問開源IP和開發者社區。它還允許各種各樣的連接支持一套全面的無線和有線傳輸協議。

[圖1 | 嵌入式 Linux ]

該系統將運行在 i.MX6 SABRE 系列(只有 SABRE Lite 和 Nitrogen6X 板)和 LayerScape LS1021A BSP 上，與其他開發板的兼容性預計將在今後的版本中出現。

[圖2 | I.MX6 SABRE 系列參考平台]

系統的其餘部分是圍繞 i.MX6 SABRE 設計的，它使用模塊化的主從系統設計。主節點和所有的從節點通過 Wi-Fi、藍牙、低耗電藍牙(BLE)或基於ipv4/ipv6網路的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在需求變化時安裝附加軟體協議的能力。

用戶可以在本地或遠程上網訪問該系統。智能物聯網設備的爆炸式增長和基於雲計算的服務的激增，為開發者提出了保護資產免受軟體攻擊的新要求。Mentor也提供了可以授權或作為服務提供的應用雲後端服務支持。

用戶介面是作為本地託管的網路伺服器開發的，或通過安裝在智能手機上的任何應用程序，允許系統從幾乎所有裝有的瀏覽器中控制。

簡單的表示可以在圖3中看到。紅色箭頭表示只在主節點和用戶設備之間傳輸的通信，而藍色箭頭表示的是只在主節點和從節點之間傳輸的通信。

[圖3 | 整個系統布局圖]

智能家居自動化架構和應用領域

物聯網嵌入式運行時是最適合家庭自動化的總體架構。建議的架構只使用兩種類型的模塊: 主管引擎(SE)和控制引擎(CE) ，它們由MEL支持的通信網路相互連接。

如圖4所示，該系統具有分散式的特性，並且是在兩個層次結構中組織的。 SE是高層模塊，它們基本上執行監督任務。CE是通過輸入和輸出設備與物理世界互動的低層模塊。

[圖4 | 系統架構]

家庭網路的連接性

架構中的一個關鍵要素是將各種系統模塊相互連接的通信網路。這個網路是至關重要的，因為它可能會影響系統的幾個特性，例如性能、靈活性和成本。 物聯網必須具有可擴展性，以支持物聯網的動態特性(因為設備是從網路中添加和刪除的)。

Mentor的解決方案包括為一套全面的無線和有線傳輸和協議提供的連接支持:

Ethernet

IEEE 802.11 a/b/g/n 802.11 a / b / g / n

Bluetooth Low Energy (BLE)

IEEE 802.15.4 8

6LoWPAN

CoAP

MQTT

XMPP

網路能夠簡單地實現在CE上實現，而不需要添加任何特定的硬體或增大這些模塊的處理和內存需求。如果沒有這些考慮，它們的成本就會大幅增加，整個系統也會發生同樣的情況，因為CE數量眾多。

軟硬體支持

物聯網正在快速發展，為產品找到合適的物聯網開發硬體是一項艱巨的任務。通過為物聯網選擇Mentor嵌入式運行時，可以節省大量的時間和金錢，有各種各樣的開發板支持包可以適應主流半導體供應商的流行參考設計。除此之外，Mentor的集成服務團隊可以將 MEL 與自定義硬體集成，並優化MEL以滿足需求。

安保與安全性

在最終用戶看來，安全和安保是一個重要的考慮因素，不僅是系統的網路安全，而且包括系統能夠為住宅及其使用者提供的安全程度。 在上述問題中，安全問題是主要問題。

物聯網的Mentor嵌入式運行有大量的安全選項，比如 SE-Linux 和 SMACK，這可以減少網路安全威脅和攻擊的風險。 為了安全起見，建立一個防火牆也很重要。 Mentor與Icon Lab合作，將其 Floodgate 安全產品與Mentor的核心 RTOS以及嵌入式Linux結合了起來。

用戶介面

由於 USB、 BLE 設備、感測器和執行器的多樣性，家居自動化的基礎設施通常相當複雜。 在用戶和系統之間設計一個介面的挑戰之一是如何使用戶能夠很容易地將其家庭中的物理設備與用戶界面中的適用元素聯繫起來。

幾十年來，智能手機的崛起為我們思考如何與互聯網互動開創了一個新的先例。 但是我們一直在等待的"連接"用戶體驗真的就是觸摸、縮放和輸入小鍵盤嗎？ 並不是這樣的。

（編譯在 http://www.embedded-computing.com/iot/iot-based-smart-and-secure-home-automation）

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