"
Di berbagai pasar seperti terminal seluler, mobil, Internet of Things, dan industri, pengembang secara aktif mencari teknologi rentang yang tepat untuk mencapai pemosisian dalam dan luar ruangan yang tepat. Untungnya, UWB baru-baru ini mengalami "rekonstruksi" untuk menjadi teknologi pemosisian waktu nyata yang akurat dan aman, lebih unggul dari teknologi nirkabel seperti Wi-Fi, Bluetooth, dan GPS. Teknologi pita lebar-ultra dapat memproses informasi lingkungan secara real time, seperti lokasi, pergerakan, dan jarak dari perangkat UWB. Informasi ini akurat hingga beberapa sentimeter, yang menambahkan kesadaran spasial ke sistem, yang akan mempromosikan serangkaian aplikasi baru yang menarik. Pengembangan. Untuk memahami potensi UWB, perlu diperhatikan karakteristik unik UWB dalam mengukur waktu penerbangan, sudut kedatangan, dan terutama atribut keselamatannya.
Kunci pintar aplikasi otomotif berbasis UWB
Pada paruh kedua tahun 2019, pembuat mobil telah meluncurkan rencana untuk menerapkan akses mobil tanpa kunci berbasis UWB, dan akan mengeksplorasi kasus penggunaan baru yang didukung oleh UWB, seperti deteksi penumpang dalam mobil, parkir valet otomatis, parkir otomatis, dan akses tempat parkir. Dan pembayaran melalui drive, dll. Untuk gelombang UWB yang akan datang, salah satu use case yang sangat dinantikan adalah realisasi keyless entry (PKE) melalui smartphone.
Dengan PKE, Anda dapat membuka kunci dan menyalakan mobil tanpa menggunakan kunci mekanis. Kunci remote control ditempatkan di saku atau tas Anda. Saat Anda memasuki jarak yang tepat untuk membuka kunci pintu, tombol remote control akan "aktif". Setelah memasuki mobil, sistem akan mendeteksi tombol remote control untuk mengaktifkan tombol start kunci kontak.
Kunci remote control PKE sangat populer di kalangan produsen mobil karena memberikan kemudahan yang tinggi dan sangat dinantikan oleh pelanggan. Selain itu, jika tombol remote control digunakan, kolom kemudi tidak lagi membutuhkan silinder kunci yang besar, yang mengurangi bobot mobil dan mengurangi risiko cedera lutut akibat benturan. Konsumen juga sangat menyukai teknologi ini, karena tidak perlu lagi mencari atau mengganti kunci mekanis untuk membuka kunci, menyalakan atau mengunci mobil, dan hidup menjadi lebih nyaman. Sayangnya, banyak kunci remote control sekarang juga menjadi sasaran pencuri. Mereka menggunakan perangkat intrusi yang tidak dapat digunakan dan murah untuk mendeteksi sinyal bangun dari mobil, dan kemudian mengarahkan sinyal ke kunci untuk membangunkan kunci dan memaksanya untuk membuka kunci yang tidak perlu. sinyal. Ini dikenal sebagai serangan estafet.
Serangan relai dapat terjadi karena beberapa tombol jarak jauh sekarang menggunakan kekuatan sinyal bukan stempel waktu untuk mendeteksi saat pemilik berada dalam jarak dua meter dari mobil. Biasanya penyerangan dilakukan oleh dua orang, yang satu di dekat kunci dan yang lainnya di dekat mobil. Ketika Anda keluar dari mobil, seperti ke pusat perbelanjaan, kedai kopi atau restoran, atau jika Anda berada di rumah dan kunci mobil Anda berada di dekat pintu masuk atau jendela, pencuri pertama akan mencoba mendekati kunci tersebut dan mengeluarkan jenis pertanyaan yang sama yang dikirim oleh mobil Anda untuk dideteksi. kunci. Jika kunci Anda merespons kueri, itu berarti kunci tersebut berada dalam jangkauan. Pencuri pertama akan menangkap sinyal respons dan mengirim (atau menyampaikan) sinyal tersebut ke pencuri kedua yang menunggu di samping mobil. Kemudian, pencuri kedua menggunakan sinyal respons yang ditangkap untuk mengelabui mobil agar membuka dan memulai.
Gambar 1: Relay serangan untuk menyalin sinyal dan menggunakan sinyal untuk membuka kunci (sumber: NXP)
Dengan menambahkan UWB ke remote key PKE dan kontrol akses ponsel pintar, penghitungan ToF dapat secara efektif mencegah serangan relai. Setiap sinyal yang diambil oleh pencuri ditandai dengan cap waktu, yang menunjukkan bahwa sinyal tersebut dihasilkan di suatu tempat di luar jangkauan. Saat sinyal mencapai mobil, waktu tempuh yang dihitung akan menunjukkan bahwa titik sinyal terlalu jauh untuk membuka pintu. Penggemar yang memegang tiket bioskop untuk pertunjukan sore tidak dapat masuk ke pertunjukan larut malam karena waktu yang tertera di tiket film salah dan sudah habis, begitu pula dengan sinyal UWB bajakan tidak akan memperbolehkan pencuri untuk masuk ke dalam mobil, karena waktu yang tertera pada sinyal yang salah. Intinya sudah kedaluwarsa.
Asal dan situasi UWB saat ini
Pada 1960-an, UWB pertama kali dikembangkan dan digunakan untuk aplikasi radar. Kemudian, teknologi tersebut disesuaikan untuk digunakan sebagai teknologi orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) dan distandarisasi dalam IEEE.15.3 sebagai teknologi transmisi data rate ultra-tinggi dengan kecepatan hingga 480 Mbps. Dalam hal kapasitas ini, teknologinya bersaing langsung dengan WiFi, tetapi WiFi dengan cepat mengecilkan kemampuan transmisi datanya, membuat UWB terdegradasi ke jalur kedua kasus penggunaan transmisi. Berdasarkan teknologi radio pulsa, peran UWB selanjutnya jauh lebih sukses. Sebagaimana ditentukan dalam IEEE 802.15.4a, ia menggunakan pulsa 2ns untuk mengukur nilai waktu penerbangan dan sudut kedatangan. Segera, fungsi keamanannya ditingkatkan (pada tingkat PHY / RF) melalui ekstensi yang ditentukan dalam IEEE 802.15.4z, yang menjadikannya teknologi penginderaan dan jangkauan presisi keamanan yang unik.
Ide untuk menggunakan ponsel pintar sebagai kunci pintar untuk masuk dan menyalakan mobil sangat menarik, oleh karena itu perusahaan terkemuka di industri otomotif dan ponsel pintar telah berpartisipasi aktif dalam mendefinisikan mekanisme keamanan dalam standar 802.15.4z. Mengapa UWB dapat menangani kasus penggunaan yang begitu penting dengan presisi tinggi? Mari kita jelajahi latar belakang dan lingkungan teknologi ini.
Apa yang membuat UWB menjadi teknologi nirkabel yang unik
Tidak seperti kebanyakan teknologi nirkabel, Ultra Wideband (UWB) bekerja melalui radio berdenyut. Ini menggunakan serangkaian pulsa melalui pita frekuensi lebar, sehingga kadang-kadang disebut IR-UWB atau radio UWB berdenyut. Sebaliknya: Satelit, Wi-Fi, dan Bluetooth menggunakan gelombang sinus termodulasi untuk mengirimkan informasi melalui pita frekuensi yang sempit.
Denyut UWB memiliki beberapa ciri penting. Pertama, mereka curam dan sempit, dan terlihat seperti lonjakan, membuatnya mudah untuk diidentifikasi bahkan di lingkungan saluran yang bising. Selain itu, dibandingkan dengan teknologi lain seperti WiFi atau BLE, pulsa UWB lebih cocok untuk lingkungan multipath yang padat untuk rentang ToF. Karena objek di dekat jalur sinyal utama dapat menyebabkan pantulan atau interupsi, sinyal radio yang mencapai penerima melalui beberapa jalur dapat dengan mudah dibedakan dari sinyal utama dalam sistem IR-UWB. Tetapi ini sangat memakan waktu dan sulit dalam sistem jalur sempit.
UWB bekerja di bagian lain dari spektrum radio, jauh dari band ISM sibuk yang berkumpul di sekitar 2,4 GHz. Pulsa UWB yang digunakan untuk pemosisian dan kerja rentang dalam rentang frekuensi antara 6,5 dan 8 GHz dan tidak akan mengganggu transmisi nirkabel yang terjadi di pita spektrum lain. Ini berarti UWB dapat hidup berdampingan dengan bentuk nirkabel paling populer, termasuk navigasi satelit, Wi-Fi, dan Bluetooth.
Saat bekerja pada level daya tertentu, jaraknya bisa mencapai sekitar 10 meter. Namun jika digunakan pulsa daya yang lebih tinggi, jarak UWB bahkan bisa mencapai 200 meter. Komunikasi UWB juga dapat mengirimkan data, dimana bagian payload dari paket data UWB mengirimkan data dengan kecepatan sekitar 7 Mbps, dan dapat terus berakselerasi, hingga 32 Mbps.
Sekarang, UWB menggunakan urutan pulsa termodulasi dengan durasi 2ns, yang sangat singkat. Interval denyut bisa sama atau berbeda. Frekuensi pengulangan pulsa (PRF) berkisar dari ratusan ribu pulsa per detik hingga miliaran pulsa per detik. PRF yang umumnya didukung adalah 62,4 MHz dan / atau 124,8 MHz, masing-masing disebut PRF64 dan PRF128. Teknik modulasi UWB meliputi modulasi posisi pulsa dan penguncian pergeseran fasa biner.
Tentukan frekuensi pengulangan denyut
Pemancar pulsa beralih antara hidup dan mati untuk memberikan daya puncak (Ppeak) pada kecepatan tertentu (PRT atau PRF)
Jarak maksimum secara langsung berkaitan dengan daya keluaran pemancar. Semakin banyak energi yang dipancarkan sistem, semakin besar jarak deteksi target.
Perhitungan waktu penerbangan (ToF)
Dalam aplikasi ilmiah dan militer, proses penentuan jarak horizontal antara dua titik (atau dua perangkat) disebut rentang. Time of flight (ToF) adalah suatu bentuk jarak, menggunakan waktu tempuh sinyal untuk menghitung jarak. Gambar 2 memberikan deskripsi dasar tentang cara kerja penghitungan ToF di dua perangkat yang dilengkapi UWB.
Untuk menghitung waktu penerbangan (ToF), kami mengukur waktu yang dibutuhkan sinyal untuk melakukan perjalanan dari titik kedatangan ke titik B. Kami melakukan pembacaan pesan bolak-balik dari waktu bolak-balik pesan, yang mencakup waktu pemrosesan di perangkat 2. Kemudian kurangi waktu pemrosesan dan bagi dua untuk mendapatkan ToF. Untuk menentukan berapa banyak ground yang dicakup selama transmisi, kalikan ToF dengan kecepatan cahaya.
Karena bandwidth UWB yang tinggi (500 MHz), lebar pulsa berada dalam urutan nanodetik, yang meningkatkan akurasi. Tidak seperti WiFi dan BLE, yang menggunakan transceiver jalur sempit, akurasi ToF dan jangkauan dibatasi sekitar +/- 1m hingga +/- 5m, sedangkan UWB bisa akurat hingga dalam +/- 10cm.
Karena sinyal UWB sangat berbeda dan mudah dibaca, bahkan dalam lingkungan multi-saluran, ketika pulsa keluar dan masuk, sinyal lebih mudah diidentifikasi dan sangat pasti. UWB dapat secara akurat melacak pulsa pada kecepatan transmisi sangat tinggi - mengirimkan sejumlah besar pulsa dalam waktu burst singkat - jadi meskipun jaraknya sangat pendek, penghitungan ToF terperinci dapat dilakukan.
Gelombang sinus termodulasi muncul saat menggunakan Wi-Fi atau Bluetooth untuk menentukan lokasi, dan komponen multi-salurannya hanya dapat dipisahkan dengan cara yang rumit. Ini adalah bagian dari alasan mengapa Wi-Fi dan Bluetooth berusaha memberikan pengukuran yang akurat dengan akurasi kurang dari 1 meter.
Gambar 3 membandingkan kalkulasi UWB ToF dengan kalkulasi Wi-Fi dan Bluetooth ToF.
Gambar 3: ToF mulai dari Wi-Fi dan BLE dan UWB (Sumber: NXP)
Perhitungan sudut kedatangan opsional (AoA)
Penting untuk dicatat bahwa perhitungan ToF menentukan jarak radial, bukan arahnya. Dengan kata lain, perhitungan ToF menunjukkan jarak antara perangkat 1 dan perangkat 2, tetapi tidak memberitahukan arah perangkat 2-depan, belakang, kiri, kanan, timur, selatan, barat atau utara. Jadi grafik ToF berbentuk lingkaran: jika perhitungan ToF menunjukkan jarak alat 2 dan alat 1 adalah 15 cm, maka ambil alat 1 sebagai pusatnya dan ukur 15 cm disetiap arah dengan pita pengukur membentuk lingkaran alat 2 Bisa di mana saja di dalam lingkaran. Untuk menggunakan perpotongan dua lingkaran jarak untuk menentukan posisi melalui pengukuran kedua, diperlukan peralatan tambahan.
Oleh karena itu, untuk menyempurnakan pembahasan tentang teknologi UWB, perlu diperhatikan aspek lain yang menjadi faktor penting dalam aplikasi non otomotif saat ini: Angle of Arrival (AoA). Sudut kedatangan dapat membantu menentukan di mana perangkat 2 berada di lingkaran. Untuk menghitung AoA, perangkat 1 perlu dilengkapi dengan satu set antena khusus yang ditempatkan dengan hati-hati, yang hanya digunakan untuk pengukuran AoA. Tidak semua solusi UWB menyertakan antena tambahan, tetapi UWB yang menyertakan antena tambahan dapat akurat hingga beberapa sentimeter (Gambar 4).
Gambar 4: Rentang ToF dan generasi AoA dengan akurasi tinggi (Sumber: NXP)
Penghitungan AoA dilakukan secara terpisah, yang berbeda dari penghitungan ToF, tetapi keduanya memiliki kesamaan: semuanya dimulai dengan timing pulsa. Pada setiap antena dalam larik AoA, ada perbedaan kecil namun terlihat jelas dalam waktu kedatangan dan fase setiap sinyal yang diterima. Catat waktu kedatangan dan fase setiap sinyal, lalu gunakan dalam kalkulasi geometris seperti triangulasi untuk menentukan dari mana sinyal tersebut berasal.
Gambar kiri pada Gambar 5 mengambil dua antena AoA Rx1 dan Rx2 pada perangkat 1 sebagai contoh. Dibandingkan dengan Rx2, sinyal dari perangkat 2 membutuhkan waktu lebih lama untuk mencapai Rx1, yang berarti bahwa segitiga yang dibentuk oleh Rx1, Rx2 dan asal sinyal cenderung ke kanan, menandakan bahwa sinyal tersebut berasal dari timur laut perangkat 1.
Dibandingkan dengan Rx2, sinyal yang dikirim dari perangkat 2 ke perangkat 1 membutuhkan waktu lebih lama untuk mencapai Rx1. Perhitungan AoA yang ditunjukkan di sebelah kanan pada Gambar 5 menggunakan waktu kedatangan dan jarak antena untuk menentukan sudut setiap sinyal yang masuk, dan menggambar segitiga yang terdiri dari Rx1, Rx2, dan Perangkat 2. Dalam contoh ini, sisi Rx1 dalam segitiga lebih panjang dan menunjuk ke kanan, yang berarti perangkat 2 berada di sebelah kanan perangkat 1.
Gambar 5 (kiri): Contoh dua antena AoA Rx1 dan Rx2 pada perangkat 1 (sumber: NXP)
Bagaimana UWB mengelola keamanan
Salah satu fitur penting yang ditambahkan di UWB adalah bagian ekstra dari lapisan fisik (PHY) yang digunakan untuk mengirim dan menerima paket data, yang didefinisikan sebagai bagian dari spesifikasi 802.15.4z yang akan datang. Fitur baru ini didasarkan pada teknologi yang dikembangkan dan direkomendasikan oleh NXP, yang disebut urutan stempel waktu acak (STS). Fitur baru menambahkan enkripsi, pembuatan nomor acak, dan teknologi lainnya, sehingga lebih sulit bagi penyerang eksternal untuk mengakses atau memanipulasi komunikasi UWB.
Perhitungan ToF yang aman
Perhitungan waktu penerbangan mudah dipengaruhi oleh manipulasi jarak. Jika Anda dapat mengganggu stempel waktu atau aspek perhitungan lainnya, Anda dapat membuat Anda melihat lebih dekat dari yang sebenarnya. Dalam aplikasi tertentu, seperti akses keamanan, ini akan menipu sistem dengan berpikir bahwa pengguna yang sah berada di dekatnya (tetapi sebenarnya tidak) dan memicu pembukaan kunci (sebenarnya, itu tidak boleh dibuka), yang merupakan masalah serius.
Standar UWB 802.15.4a asli untuk pengukuran jarak telah diterbitkan selama lebih dari sepuluh tahun, dan penekanan pada keamanan tidak mengikuti perkembangan saat ini. Saat menguji standar 4a, para peneliti menemukan bahwa penyerang eksternal dapat mengurangi jarak yang diukur sebanyak 140 meter dengan probabilitas lebih dari 99%. Kekhawatiran tentang celah khusus ini mendorong orang untuk mulai merevisi standar 4z.
Ide khususnya adalah untuk mencegah data terkait ToF agar tidak dapat diakses atau diprediksi dengan menambahkan kunci enkripsi dan keacakan digital ke paket PHY. Ini membantu mempertahankan diri dari berbagai serangan eksternal yang menggunakan sifat deterministik dan dapat diprediksi dari UWB PHY asli untuk memanipulasi pembacaan jarak, termasuk alat Cicada, injeksi Pembukaan, dan serangan deteksi dini / koneksi terlambat (EDLC). Metode yang diperbarui dapat memberikan perlindungan terbaik terhadap serangan brute force yang menargetkan pengukuran jarak manipulasi.
- Bolak-balik seperti hari selama bertahun-tahun, mendengarkan supir bus Hangzhou menceritakan malam kota
- Wawancara dengan Akademisi Qian Qian: 36 tahun berdedikasi pengembangbiakan, dia adalah "kode" kerupuk beras
- @Semua orang, 8.000 tiket gratis sedang dijual, Xin'an mengundang Anda untuk bepergian dengan bebas!
- @Setiap orang, kupon wisata budaya Xin'an senilai 5 juta yuan akan diterima untuk waktu yang terbatas!
- "Tentara Wanita" di Komunitas Yi Nu Kota Dama, Kabupaten Yanling Mempraktikkan "Kekuatannya" yang Terindah