مروری بر امنیت پروتکل بی سیم خانه هوشمند

در خانه‌های هوشمند به طور کلی از دو نوع سیستم هوشمندسازی استفاده می‌شود. این دو نوع سیستم هوشمندسازی، سیستم هوشمندسازی بی‌ سیم و سیستم هوشمند سازی با سیم هستند. پروتکل‌های هوشمند در خانه‌های هوشمند هم بنا بر این دو نوع سیستم طراحی و ساخته می‌شوند.

خانه‌های هوشمند امروزه به عنوان یکی از بخش‌های مهم سیستم‌های مدیریت جامع ساختمان یا همان BMS  مورد توجه واقع شده‌اند. خانه‌های هوشمند با هدف ایجاد آسایش و امنیت برای کاربران به سرعت در حال توسعه می باشند.امروزه تکنیک‌های مختلفی برای اتوماسیون ساختمان‌های بزرگ بکار گرفته‌می‌شود از قبیل کنترل نور ،کنترل دما، کنترل درها و پنجره‌ها و پرده‌ها و یا سیستم‌های امنیتی و مدار بسته و غیره. علاوه برموارد یاد شده، در خانه‌های هوشمند، کاربرد‌های دیگری نیز از قبیل کنترل Multimedia، آبیاری گیاهان و غذا دادن به حیوانات خانگی نیز قابل تعریف است.

سیستم‌های خانه ی هوشمند علاوه بر ایجاد آسایش و امنیت مضاعف در خانه به بهینه‌سازی مصرف انرژی و صرفه‌جویی در زمان و هزینه‌های نگهداری ساختمان نیز کمک شایانی ‌می‌نماید. ضمناً این سیستم‌ها علاوه بر مخاطبین معمول خود می‌توانند در بهبود کیفیت زندگی معلولین و سالمندان نیز کمک شایانی نمایند. بسته‌های موجود در خانه‌های هوشمند می‌توانند موارد زیر را تحت کنترل قرار دهند:

1. کنترل دما
2. کنترل روشنایی
3. کنترل نور طبیعی (به کمک باز و بسته کردن خودکار پرده و کرکره ها)
4. سیستم های صوتی و تصویری
5. سیستم های اعلام حریق
6. سیستم‌های حفاظتی وامنیتی
7. آبیاری گیاهان و تغذیه حیوانات

تکنیک های به کار رفته جهت هوشمند سازی بنا به دو دسته کلی تقسیم می گردند:

1. روش هایی که در آنها نیازی به کابل کشی مجزا برای کنترل ادوات مختلف وجود ندارد. در این روش ها سیگنالهای تولید شده توسط وسایل کنترل کننده ، از طریق شبکه برق موجود در این ساختمان ها و یا با کمک سیگنالهای RF منتقل شده و در مقصد ، دستگاه مورد نظر را کنترل می نماید. مشهورترین تکنولوژی در این دسته X10 و Z-Wave می باشد.
2. روش هایی که در آنها برای کنترل وسایل و ادوات مختلف علاوه بر سیم کشی برق ساختمان نیاز به برپایی یک شبکه کابلی مجزای دیگر به جهت انتقال سیگنالهای تولید شده توسط وسایل کنترل کننده داریم. در این دسته نیز معتبر ترین تکنولوژی KNX می باشد.

خانه های هوشمند با هدف ایجاد آسایش و امنیت برای کاربران به سرعت در حال توسعه می باشند. امروزه تکنیک های مختلفی برای اتوماسیون ساختمان های بزرگ به کار گرفته می شود از قبیل کنترل نور، کنترل دما، کنترل درها، پنجره ها و یا سیستم های امنیتی و مداربسته و غیره.

علاوه بر موارد یاد شده، در خانه هوشمند، کاربرد های دیگری نیز از قبیل کنترل مولتی مدیا، آبیاری گیاهان و غذا دادن به حیوانات خانگی قابل تعریف است.

در این مقاله به معرفی و بررسی چند نمونه از پروتکل های خانه هوشمند پرداخته ایم.

معرفی Z-Wave به عنوان یک پروتکل بیسیم

زی ویو یک پروتکل ارتباطی دوطرفه بی سیم است که از دو شرکت دانمارکی Zensys و ZWave مشترکا آن را ارائه کردند.

این تکنولوژی برای توان ها و پهنای باند های کم طراحی شده است. یعنی برای استفاده در کاربرد هایی مانند اتوماسیون ساختمان و یا شبکه سنسورها.

زی ویو یک شبکه با کیفیت بالا را در برابر قیمتی ک معادل بخشی از قیمت تکنولوژی مشابه آن می باشد در اختیار کاربران می گذارد که این امر با تمرکز بر روی استفاده از پهنای باند کم و جایگزینی سخت افزار های گران قیمت با روش های نرم افزاری، امری ابتکاری است.

گفتنی است که در این تکنولوژی از هیچگونه سیم کشی برای انتقال سیگنال های کنترلی استفاده نشده و این امر فقط به کمک سیگنال های فرکانس رادیویی صورت می پذیرد.

محدوده استفاده از ZWave

زی ویو عمدتا از تکنولوژی فرکانس رادیویی برای ریموت کنترل ها استفاده می نماید. تکنولوژی زی ویو با مصرف انرژی کم، انتقال دوطرفه، تکنولوژی شبکه و پشتیبانی از قابلیت “باطری به باطری” گزینه مناسبی برای سنسور ها و دستگاه های کنترلی می باشد.

تکنولوژی شبکه برای زی ویو می تواند دستورات را به صورت دو طرفه از یک وسیله به وسیله دیگری منتقل نماید در حالی که ممکن است موانع و یا نقاط کور رادیویی در محل موجود باشند.

زی ویو به صورت چیپ ست هایی به تنهایی دردسترس است. پروتکل زی ویو درون چیپ ها  جاسازی شده است و حافظ فلش جهت تولیدکنندگان این محصولات برای بارگذاری نرم افزار هایشان تعبیه شده است.

برای راحتی ارائه محصولات، طرح های از پیش آماده شده ای بر روی بردهای PCB در کنار چیپ های زی ویو ارائه می شود که می توان به بردهای آنتن و فیلتر ها اشاره نمود.

شما می توانید به کمک زی ویو تمامی وسایل خود را حتی زمانی که در خانه نیستید تحت کنترل داشته باشید. و این امر از طریق یک کامپیوتر و با کمک اینترنت از هر نقطه از دنیا میسر خواهد بود. حتی با کمک موبایل نیز قادر به انجام بسیاری  از این امور  خواهید بود.

به دلیل اینکه زی ویو روی فرکانس خاص خود بود کار میکند ( که مخصوص به خود می باشد) با هیچ یک از دیگر وسایل  بی سیم، روترها و مودم ها و… تداخل نخواهد داشت.

از نکات قابل تامل در خصوص زی ویو این است که بر روی کلیه  سیستم های با سیم خانه ها قابل اجرا بوده و امکانات جدید موجود در خانه های نسل بعد را برای شما مهیا می سازد.

ZWave در برابر X10

زی ویو در برخی کاربردها نسبت به X10 دارای رجحان می باشد. در حالیکه X10 سیگنال ها را بر روی خطوط قدرت ارسال می نماید و یک مبدل فرکانس رادیویی  را به صورت انتخابی پیشنهاد می دهد، زی ویو کاملا بر پایه فرکانس رادیویی استوار است. سیستم های زی ویو بسیار سریعتر از سیستم های X10 پاسخگو می باشند و یک اعلام وصول را جهت حصول اطمینان از عدم مفقود شدن سیگنال بدون تولید خطا (یعنی در صورت مفقود شدن سیگنال حداقل بایستی خطا اعلام شود.) مطالبه می نماید. سیستم های X10 تقریبا یک ثانیه زمان برای ارسال دستورات نیاز دارند در حالیکه زی ویو ارسال دستور و اعلام وصول را در زمانی حدود 50 میلی ثانیه انجام می دهد. تقریبا غالب نقاط زی ویو، خود به عنوان یک ریپیتر نیز عمل می نمایند. بنابر این وسیله شما نیازی ندارد که در پوشش کنترل شما قرار گیرد. زیرا تعداد از وسایل در بین راه نقش قاصد انتقال پیام  را بازی می کنند.

ضمنا زی ویو اساسا امنیت بیشتری را نسبت به X10 ارائه می نماید. هر کنترلر یک کد 32 بیتی به عنوان Home code دارد. وقتی این کنترلر برای یک شبکه استفاده می شود. این کد به تمام وسایل و ادواتی که به این شبکه ملحق شوند، اختصاص می یابد. این قضیه را با X10 که دارای  16 Home code یا  4 Home codeبیتی است مقایسه نمایید. دستگاه های زی ویو پیام ارسالی از Home code های دیگر را می شوند اما پاسخ و عکس العمل  به آن نشان نمی دهند. یک حمله کننده حرفه ای قطعا خواهد توانست یک پیام ساختگی ایجاد کند اما این امر هرگز اتفاقی رخ نخواهد داد.

توپولوژی و مسیر یابی

از توپولوژی شبکه کامل  استفاده می نماید و هیچ نقطه اصلی در شبکه وجود ندارد. یک پیام از A به C می تواند با موفقیت منتقل شود حتی اگر این دونقطه یکدیگر را پوشش ندهند و انتقال از طریق نقطه B بین این نقاط صورت می گیرد. اگر یک مسیر مقدم در دسترس نباشد صادر کننده پیام تلاش خواهد نمود مسیر های دیگری را به سمت نقطه  مقصد پیدا نماید. بنابر این یک شبکه زی ویو می تواند پوششی به مراتب بیش از یک واحد آپارتمان ( حدودا 30 متری) را داشته باشد. برای این که تجهیزات زی ویو بتوانند سیگنال هایی را که خودشان صادر نموده اند، منتقل نمایند، نمی توانند در حالت آماده به روش روند بنابراین اکثر دستگاه هایی که با باطری کار می کنند به عنوان یک ریپتر انتخاب نمی شوند. یک شبکه زی ویو می تواند شامل 132 واحد باشد که این تعداد با قابلیت پل زدن بین شبکه ها در صورت نیاز به تعداد واحد بیشتر قابل افزایش است.

گستردگی ZWave

پیوستگی زی ویو شامل یک کنسرسیوم و بیش از یکصد تولید کننده مستقل است که موافقت نموده اند که محصولات کنترل وسایل خانگی را بر پایه استاندارد زی ویو تولید نمایند. اعضاء اصلی این کنسرسیوم عبارتند از:

Master Cable ، Lenviton ، Intermatic ، Intel ، Danfoss ، Tensys ، ZWave ، Wayne dalton ، Universal Electronic

استانداردی به نام KNX

کی ان ایکس یک استاندارد بر مبنای مدل OSI بوده و یک پروتکل ارتباطی شبکه است و پروتکل اصلی اتحادیه اروپا است که در خانه هوشمند به کار می رود. کی ان ایکس یک جانشین و در ضمن یک یکسو کننده برای سه استاندارد قدیمی ای اچ اس، بتی باس و ای آی بی می باشد:

در حال حاضر استاندارد کی ان ایکس توسط انجمن Konnex مدیریت می شود.

پروتکل KNX

این استاندارد بر پایه سیستم ارتباطی EIB بوده که با لایه های فیزیکی، شیوه های کانفیگ و تجارب کاربردی بتی باس و ای اچ اس گسترش یافته است.

کی ان ایکس بستر های ارتباطی فیزیکی زیادی را تعریف می کند:

1- سیم کشی با کمک زوج بهم تابیده ( برگرفته از استاندارد های ای آی بی و بتی باس)

2- شبکه برق ساختمان (بر گرفته از استاندارد های ای آی بی . ای اچ اس، شبیه عملکرد X10 .)

3- استفاده از امواج رادیویی

4- اترنت که با عناوین EIB net/IP و یا KNX net/IP نیز شناخته می شود. کی ان ایکس فارغ از هرگونه پلتفرم سخت افزاری طراحی شده است. یک وسیله در شبکه کی ان ایکس می تواند توسط هرچیزی کنترل شود، از یک میکرو کنترلر 8 بیتی گرفته تا یک کامپیوتر خانگی، که این امر را نیاز خاص آن مقطع تعیین می نماید.

در برخی از نقاط دنیا امروزه کی ان ایکس در حال رقابت با سی باس طراحی شده توسط شرکت کلیپسال است. اما بیشترین  نوع نصب کی ان ایکس نصب برروی بستر ارتباطی زوج سیم می باشد.

حالات برنامه ریزی

1- وضعیت Amode یا همان حالت خودکار که تجهیزاتی  هستند که به صورت خودکار خودشان را برنامه ریزی می نمایند و طراحی شده اند تا کاربران نهایی خرید و نصب آنها را انجام دهند.

2- وضعیت Emode یا همان حالت آسان که تجهیزاتی هستند که آموزش های ابتدایی را برای نصب نیاز دارند. رفتار آنها از پیش برنامه ریزی شده است. با این وجود پارامترهای قابل برنامه ریزی نیز دارند که متناسب با نیاز کاربر تعریف می شوند.

3- وضعیت Smode یا همان حالت سیستمی  تجهیزاتی هستند که در ساخت سیستم های اتوماسیون سفارشی به کار گرفته می شوند. تجهیزات S mode هیچ پیش فرض اولیه نداشته و بایستی توسط تکنسین های مجرب نصب و برنامه ریزی شوند.