スマートホームでのワイヤレス試運転

スマートホームでワイヤレス試運転を実行するときは、開梱、構成、接続、プロビジョニングについて考える必要があります。

コミッショニングは、IoTデバイスのライフサイクルの最初の数ステップの1つです。新しく購入したスマートホームデバイスを使って最初の数分で完了します。最初のステップはデバイスの開梱であり、2番目のステップはデバイスをホームネットワークとペアリングすることです。このペアリング手順は、多くの場合、消費者の観点から非常に単純に保たれています。

最悪のユーザーエクスペリエンスは、複雑なペアリングデバイスです。消費者は、カタログを読んだり、スマートホーム製品のペアリングの技術的側面を深く掘り下げたりすることを望んでいません。彼らが望むのは、箱を開け、ボタンを1つか2つ押し、2回または3回スワイプして、デバイスを機能させることだけです。

図1：スマートホームの消費者は、簡単な試運転プロセスを期待しています。出典：Silicon Labs

ただし、ペアリングプロセス全体で実際に発生することは、デバイスのライフサイクルの信頼性に大きな影響を及ぼします。ペアリングには、ワイヤレスデバイスをその環境に合わせて構成し（電力レベルの調整や同期などのパラメータ用）、デバイスをプロビジョニングすることが含まれます。

プロビジョニングまたは認証は、デバイスIDを証明するプロセスです。プロビジョニングは、偽造されたデバイスからユーザーを保護するのに役立ちます。言うまでもなく、機密情報にアクセスするためにネットワークとペアリングしようとする侵入者やハッカーからネットワークを保護するために、すべてのネットワークに強固なプロビジョニングプロトコルが必要です。

したがって、試運転について考えるときは、開梱、構成、接続、およびプロビジョニングについて考える必要があります。これらの4つのステップは、安全に、シームレスに、そして迅速に実行する必要があります。ただし、消費者はシンプルで直感的なプロセスを求めています。では、ワイヤレス試運転を実行するために今日利用できるテクノロジーは何ですか？また、それらはどのように機能しますか？

現在利用可能な最も直感的な試運転技術は、近距離無線通信（NFC）です。

NFCによるプロビジョニング

私のエンジニアリングヒーローの1人は、「基本だけで多くのことができる」といつも言っていました。彼の知恵は、NFCが単純な誘導メカニズムを使用してデバイスIDを「スキャン」する方法に当てはまります。 NFCリーダーがNFCタグに近づくと、両方のデバイスのインダクターが相互誘導チャネルを形成し、そこで情報の交換が行われます（図2）。

図2：NFCは、スマートホームでのワイヤレス試運転で最も一般的に利用可能なテクノロジーです。出典：Silicon Labs

NFCタグのIDは、NFCリーダーでスワイプして通過することで確認できます。スマートホームの消費者にとって、これは、新しく購入した電球を電話でスワイプしてその身元を証明することを意味します。それ以上に直感的になることはありません。人間は、クレジットカードの取引でよく見られるように、オブジェクトをスワイプすることで得られる肯定的な感覚が好きです。

直感的ですが、NFCプロビジョニングには、コストとフットプリントの追加という欠点があります。 NFC回路は、多くの領域を消費せず、比較的安価なコンポーネントです。ただし、NFC回路は、デバイスのライフサイクル全体で1回だけ使用され、デバイスのプロビジョニングという1つのミッションでのみ使用されることになっています。そのため、10セントという低コストでも、NFC回路はOEMが通常吸収したくない負担であることがわかります。

もう1つの欠点は、NFCの機能が制限されていることです。コミッショニングは多段階の操作であり、NFCはプロビジョニングを適切に処理できます。ただし、これにはデバイスの構成とネットワークへの接続は含まれません。 NFCタグは、NFCデバイスによって読み取りおよび書き込みが可能なパッシブデータストレージです。これらには通常、少量のデータ（数千バイト）が含まれており、通常の使用では読み取り専用です。このような少量のデータでは、他に多くのことを達成することはできません。

さらに、NFCタグは、ノード数が多いと拡張性が低くなります。これは、スマートホームのシナリオではそれほど問題にはならないかもしれませんが、インストーラーが数千のノードを一度に試運転することを検討しているスマートビルディング環境ではさらに困難です。スマートフォンですべてのノードをスワイプすると、数日かかる場合があります。また、空調ユニットに取り付けられたメンテナンスセンサーネットワークなど、手の届きにくい場所に設置されたスマートホーム製品を委託することも大きな違いになります。ユーザーは、そのようなノードをリモートで安全に委託する方法を見て興奮するでしょう。

図3：いくつかのワイヤレステクノロジーは、スマートホーム設定用のリモートコミッショニング機能を提供します。出典：Silicon Labs

リモートコミッショニングテクノロジー

それでは、リモートでスケーラブルで、余分なコストを追加しないテクノロジーはありますか？リモートコミッショニングはまだ初期段階ですが、実際にはさまざまな技術が存在し、開発段階にあります。これには、Bluetooth認証とペアリング、Z-waveスマートスタート、およびZigbeeDirectが含まれます。 3つの共通点は、ユーザーがデバイスをリモートでコミッションできるようにすることです。これらはすべて、同じ基盤となる無線テクノロジーを使用してエンドデバイスをコミッションするためです。

そのため、スマートデバイスメーカーは、リモートコミッショニングを可能にするためだけに追加の無線機や回路の統合を回避できます。リモートコミッショニングテクノロジーにより、使用中のデバイスの継続的な認証も可能になります。プロビジョニングはリモートで行われるため、デバイスのライフサイクル中に繰り返してIDを確認し、正常性を確認できます。最後になりましたが、リモートコミッショニングによりスケーラビリティが可能になります。リモートコミッショニングテクノロジーを使用すると、何千ものノードをコミッショニングするのに時間や労力がかからないという潜在的な未来があります。

図4：現在開発中の機能であるZigbee Directを使用すると、ユーザーはスマートフォン、タブレット、その他のBluetooth対応デバイスを使用してZigbeeネットワークとシームレスに対話できます。これにより、試運転プロセスが簡素化および合理化されます。出典：Silicon Labs

では、これらのテクノロジーは何を提供するのでしょうか？最も広く使用されている接続メカニズムの1つであるBluetoothについて見ていきましょう。 Bluetoothペアリングの最も基本的な形式はJustWorksと呼ばれ、2つのBluetoothデバイスをペアリングするための最も簡単なパスを提供します。ただし、デバイスが接続の一部になり、ネットワークを攻撃に対して脆弱にすることを確認する方法は提供されていません。

たとえば、中間者攻撃は、3番目のデバイス（悪意のあるデバイス）が2つの正当なデバイスの一方または両方になりすますときに発生します。ここで、悪意のあるデバイスは、他の2つのデバイス間の通信をルーティングし、正当なデバイスに、接続が侵害されたときに互いに直接接続されているように見せかけます。この設定により、悪意のあるデバイスが送信されるすべてのデータを傍受できるだけでなく、意図した受信者に到達する前に、通信に誤ったデータを挿入したり、データを削除したりすることもできます。

この脅威に対抗するために、数値比較ペアリングを使用してJust Worksを改善できますが、最後に別のステップが追加され、簡単なBluetoothペアリングの目的が無効になります。市場はリモートコミッショニングのための自動でシンプルなプロセスを必要としていますが、残念ながら、私たちはまだそこにいません。試運転を合理化し、ゼロタッチ体験を実現するプロトコルはありません。しかし、私たちはこの問題の解決に近づいています。正しいビジョンがあれば、今日起こっている開発により、ワイヤレスコミッショニングの聖杯にたどり着くことができます。

— Asem Elshimiは、SiliconLabsの製品マーケティングマネージャーです。

>>この記事は、もともと姉妹サイトであるEDNで公開されました。