电子设计21417

点点——物联网的语言

2018年3月29日
那么,Dotdot over Thread究竟将如何引领物联网IP连接和安全的新时代呢?

2013年,三名工程师——一家堆栈供应商和两家相互竞争的门锁制造商——坐在波士顿一间没有窗户的会议室里。他们来这里是为了就建造他们的物联网设备达成协议。这两家制造商都对自己的门锁有自己的特色,都希望在Zigbee生态系统中工作,并让他们的产品以相同的方式交流。这次思想会议是一个有争议的过程,但是在几天的时间里,这些工程师达成了一个协议,成为Zigbee集群库(ZCL)中的门锁集群。

在应用层,Zigbee通过称为“集群”的实体提供了标准化的通信协议。集群定义了设备可以发送或接收哪些命令,以及设备关心哪些数据或属性。门锁集群定义了从如何锁门和解锁到锁的时间表和pin码的一切。因此,在Zigbee协议栈的绝对顶部,门锁具有与Zigbee网络其余部分和外部世界通信的非常具体和标准化的方式。

这可能看起来是一个无聊而简单的轶事,但需要注意的重要事情是,这些工程师所做的工作在Zigbee中已经被重复了数百次。在过去的10年里,Zigbee的成员公司已经建立了ZCL,涵盖了从灯光到窗户传感器,从恒温器到智能仪表的所有应用功能。这是ZCL的核心,也是Zigbee在通过其他网络传输进行移植时所带来的真正价值。

在物联网时代,每一个智能设备在应用层都必须理解和使用同一种语言。除此之外,还能指望一个智能枢纽知道如何沟通和控制现成的门锁或恒温器吗?如果没有通用的应用程序层,网络层的性能有多好实际上并不重要。这是物联网网络标准所缺乏的一个关键元素,也是将ZCL移植到一种通用的、独立的应用语言的核心价值,Zigbee将这一努力命名为Dotdot。

Dotdot是智能设备在任何网络上进行通信的通用标准应用程序语言。

线程的原因:ip友好的网络层

线程网络协议使用6LoWPAN, IPv6的一种压缩形式。这使得Thread设备可以直接与其他IP设备交互,而不需要像Zigbee 3.0那样经过网关。线程网络上的边界路由器作为IPv6流量绑定到云的一个直通,反之亦然。因此,线程网络上的设备可以直接与其他IP设备交互。

Dotdot的原因:ip友好的应用层

Dotdot使用IETF (Internet Engineering Task Force)定义的通用的ip友好协议规范,如受限应用协议(Constrained Application protocol, CoAP)和简明二进制对象表示(Concise Binary Object Representation, CBOR)。因此,开放库可用于开发应用程序实现,大大加快了设备开发的过程。

一个综合的,更高级别的安全

Dotdot /线程(见图)需要使用数据报传输层安全(DTLS)。这使得Thread网络上的设备能够确保它们不仅与一个可信的设备通信,而且通信是安全的。

Dotdot是在Thread网络协议上运行的应用层。

除了使用DTLS之外,Dotdot还需要使用受限环境的身份验证和授权(ACE),通常称为访问控制。访问控制允许供应设备准确指定设备上可用的资源,因此即使恒温器可能与门锁共享DTLS连接,它也不能直接控制门锁,除非它被赋予适当的访问权限。

到目前为止,产品开发人员不得不在以下两种技术中进行选择:a)支持可靠的、本地的、设备到设备的互操作性,但经常将产品(及其数据)置于第三方网关之后;b)将这些产品直接连接到互联网,引入可靠性和互操作性;用户体验的挑战是用有用的方式将产品连接在一起。

Dotdot over Thread提供了一个两全天下的解决方案。

设备间通信

Zigbee集群库是为低功耗和有损网络上的设备到设备通信而构建和优化的,并考虑到电池驱动的设备。这意味着消息传递是紧凑的,最适合一个127字节的802.15.4包。此外,短信模式的基础是尽量减少设备之间的交流和不必要的“聊天”,而电池供电的设备启动了它们的大部分交流,因为它们在睡眠时不能可靠地接收信息。

Dotdot的开发保留了这些基本原则和ZCL的经验教训,以确保在过渡到已知的ip友好协议时,它也适用于这些低功耗和有损的网络。

直接到云的网络

Thread的使用消除了对网状网络上网关的需求,网关可以直接理解如何与每个设备通信。通过使用公共Thread边界路由器,可以创建一个从internet上的任何地方到本地网状网络上的设备的DTLS连接,并与该设备进行安全通信。这使得物联网系统的“大脑”可以在云中,直接与网络上的设备通信,而不必担心网关上的固件版本。

Thread边界路由器充当一个直通;因此,它不需要随着网状网络的组成变化和新设备的添加或升级而更新其固件。这意味着可以完成一些复杂的操作,比如通过一个安全的通信通道直接从云上更新mesh上设备的固件,这大大简化了mesh设备的管理。

Dotdot-to-Zigbee通信

因为Dotdot派生于ZCL,所以可以直接使用网关在两者之间进行转换。这一点至关重要,因为这意味着新的Dotdot设备可以无缝地连接到现有的Zigbee设备,确保流畅的用户体验和互操作性。这也意味着现有的Zigbee设备可以通过Dotdot和ip友好协议连接到云端,从而简化了远程设备控制和管理。

Dotdot认证项目

Zigbee认证应用层功能已经有10年的历史(ZCL)。的无线个域网联盟也在为Dotdot开发一个自动化测试环境。这种测试环境确保Zigbee及其成员能够认证Dotdot设备及其应用层功能,并确保来自不同供应商组的设备将在同一个网状网络上进行互操作。当您选择Dotdot作为物联网设备的应用层时,您将受益于一个强大且经过验证的认证程序。

Dotdot Over Other IP Networks

虽然最初的重点是Dotdot超过Thread,但扩展到其他IP网络相对简单。Dotdot基于ip友好协议和IPv6,因此可以很容易地扩展到Wi-Fi或以太网。对于像蓝牙这样原生不支持IPv6或IP协议的传输,可以期待一些适应。

以斯拉·黑尔(Ezra Hale)是一名软件工程经理硅实验室Zigbee联盟Mesh IP技术小组委员会主席。

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