Модули Bluetooth с низким энергопотреблением обеспечивают безопасное, предварительно сертифицированное соединение

Silicon Labs формализовала свой новый модуль BGM220x размером всего 6 × 6 мм. BGM220 - это встроенное решение, которое поставляется с полностью обновляемым программным стеком, прошедшим предварительную всемирную сертификацию, и поддержкой микропрограмм для ускорения вывода продукта на рынок.

Модуль поддерживает Bluetooth Low Energy (BLE) 5.1, 5.2 и Mesh, а также компактен с очень низким энергопотреблением для оптимизации срока службы батареи. Новый модуль позволяет производителям устройств добавлять безопасность с помощью предварительно сертифицированной функции Bluetooth к своим микроконтроллерам (MCU) со встроенными функциями безопасности, в том числе корневым доверием.

На протяжении многих лет Silicon Labs предлагала множество модулей в широком диапазоне беспроводных областей IoT, включая Mesh, Thread, Zigbee и Z-Wave, Bluetooth и другие. В интервью EE Times Мэтт Сондерс, вице-президент по маркетингу и приложениям в Silicon Labs, сказал, что BG22, выпущенный в январе, в настоящее время находится на хорошем рынке с широким спектром приложений. Согласно обновлению рынка Bluetooth SIG Bluetooth 2020, Bluetooth Low Energy продолжает оставаться самым быстрорастущим радиомодулем Bluetooth с среднегодовым темпом роста 26%.

BGM220 доступен в нескольких корпусах, на печатной плате (BGM220P) или SiP (BGM220S), и он разработан для широкого спектра приложений, включая теги активов, маяки, портативные медицинские, фитнес-узлы и сетевые узлы Bluetooth с низким энергопотреблением. BGM220P - это вариант печатной платы немного большего размера, оптимизированный для работы в беспроводной сети, а также с лучшим бюджетом канала связи для большей дальности.

Bluetooth с низким энергопотреблением для Интернета вещей

Стандартные протоколы, такие как Bluetooth, ZigBee и Wi-Fi, не рассчитаны на сверхнизкое энергопотребление, и по этой причине многие OEM-производители решили использовать проприетарный протокол, ориентированный на энергоэффективность. Использование проприетарного протокола накладывает множество ограничений на гибкость носимых устройств, ограничивая возможность взаимодействия самого проприетарного протокола. Чтобы устранить эти ограничения, Специальная группа по интересам Bluetooth (SIG) представила Bluetooth с низким энергопотреблением (BLE), специально разработанный для достижения минимально возможной мощности для связи на малых расстояниях. BLE работает в диапазоне ISM 2,4 ГГц с пропускной способностью 1 Мбит / с.

Протокол оптимизирован для передачи небольших блоков данных через равные промежутки времени, что позволяет хост-процессору максимально увеличить временной интервал в режиме низкого энергопотребления, когда информация не передается. Протокол оптимизирован для обеспечения нескольких секунд соединения во время обмена данными. Контроллер выполняет несколько ключевых задач, таких как установление соединения и игнорирование повторяющихся пакетов, позволяя процессору хоста продолжать оставаться в режиме низкого энергопотребления.

Сочетание сверхмаломощной беспроводной связи, небольшого размера и приложений для измерения низкого рабочего цикла позволяет разрабатывать и устанавливать необслуживаемые сенсорные узлы IoT. Изменения, включенные в Bluetooth LE, значительно снижают ток источника питания с классических миллиампер Bluetooth до нескольких микроампер в BLE. Узлы Bluetooth Smart IoT могут работать месяцы и даже годы с небольшой кнопочной ячейкой без необходимости ее замены или подзарядки.

«Самый важный параметр зависит от приложения. Но есть несколько общих областей, которые, на мой взгляд, актуальны для большинства приложений. Например, энергопотребление или срок службы батареи. С появлением ячеистой сети Bluetooth и ее использования в освещении появилось намного больше устройств с питанием от сети, но все еще существует огромное количество приложений с батарейным питанием в Bluetooth, для которых более длительный срок службы добавляет реальную ценность для пользователя. Таким образом, потребление энергии учитывается не только с точки зрения того, сколько энергии устройство использует для управления вычислительным и коммуникационным стеком, но и с точки зрения того, была ли конструкция RF разработана с учетом работы с низким энергопотреблением.

Более эффективная радиочастотная технология и конструкция продлят срок службы батареи. Еще одна важная область, которую я считаю, - это физический размер решений; многие приложения Bluetooth очень компактны. Небольшая физическая реализация на микросхеме, очевидно, помогает в конструкции с ограниченным пространством, но, опять же, что касается радиочастотных параметров, возможность создания более компактного решения, такого как BGM220S, дает некоторые реальные преимущества. разработчик тоже. А еще я думаю о безопасности. Это то, что становится очень важным параметром не только в Bluetooth, но и во многих других технологиях Интернета вещей », - сказал Сондерс.

Стандарт Bluetooth, даже в своем недавнем развитии как Bluetooth Low Energy (BLE), продолжает находить свое место на большом количестве устройств. Фактически, среди множества стандартов связи, используемых для соединения двух устройств, Bluetooth приобрел свое значение из-за простоты использования и возможностей, которые он предоставляет для соединения практически всего со всем. Растет число приложений, в которых используются датчики Интернета вещей, характеризующиеся сокращенным рабочим циклом, которые обеспечивают прерывистую связь:таким образом можно обеспечить рабочий процесс с использованием энергии, накопленной из возобновляемых источников.

Рисунок 1:Блок-схема BGM220P. Он сочетает в себе энергосберегающий микроконтроллер с высокоинтегрированным радиоприемопередатчиком в модуле печатной платы.

Непрерывный рост количества устройств и приложений IoT в различных вертикальных секторах торговли и промышленности повысил потребность в новых и более строгих мерах кибербезопасности для защиты безопасности и конфиденциальности. Растущий спрос на меры и правила кибербезопасности в экосистеме Интернета вещей (IoT), который затрагивает предприятия и потребителей, направлен на достижение более высоких уровней защиты от вредоносных программ и внешних угроз.

Модель классификации Stride, первоначально разработанная Microsoft, перечисляет потенциальные угрозы безопасности, с которыми может столкнуться устройство IoT или пользователи этого устройства:спуфинг, вмешательство, отказ от авторства, раскрытие информации, атаки типа «отказ в обслуживании» (DoS) и EoP of возможное вредоносное ПО в зараженной системе.

Модуль Bluetooth

SoC (системы на кристалле) идеально подходят для производителей устройств IoT, которым требуется максимальная гибкость при разработке своих устройств IoT, с гибко настраиваемым программным обеспечением и вариантами проектирования RF. Модули SiP, с другой стороны, идеально подходят для производителей устройств, которым нужен наименьший предварительно сертифицированный форм-фактор Bluetooth с низким энергопотреблением с минимальным дизайном или дизайном RF или без него, в то время как модули PCB предлагают многие из преимуществ модулей SiP, но по более низкой цене. стоимость.

Проблемы требуют, чтобы разработчики продуктов не отставали от строгих стандартов безопасности в продуктах Интернета вещей. Безопасность этих продуктов Интернета вещей быстро становится обязательной в различных странах мира.

Безопасность Интернета вещей - важный аспект, который необходимо учитывать для защиты корпоративных брендов, конфиденциальности конечных пользователей и коммерческой жизнеспособности продуктов. Уязвимости можно использовать как с помощью удаленных атак в Интернете, так и с помощью практических физических атак.

«Разработчики, использующие портфель беспроводных продуктов Silicon Labs, в том числе входящие в портфель модулей BGM220, имеют доступ к ряду технологий, предназначенных для защиты их продуктов, включая безопасную отладку, безопасную загрузку с корневым сертификатом доверия и безопасный загрузчик», - сказал Сондерс. .

Он добавил:«Мы работаем с сообществами клиентов по безопасности, сторонними экспертами по безопасности, чтобы предоставить передовые решения безопасности для наших продуктов, которые помогают защитить устройства Интернета вещей, подключенные сегодня, но также с определенным уровнем возможности обновления, чтобы помочь им продолжать защищать. завтра, чтобы поддерживать эволюцию продукта. «Мы добавляем в наши высокопроизводительные продукты Bluetooth набор современных функций безопасности, которые мы назвали Secure Vault», - сказал Сондерс.

Функциональность безопасности, которую предлагает Silicon Labs, - это Secure Vault:набор аппаратных и программных средств защиты устройств IoT для защиты их бренда, дизайна продукта и данных потребителей.

BGM220P / S, основанный на SoC EFR32BG22, обеспечивает возможность подключения по Bluetooth с низким энергопотреблением для перспективных возможностей обновления функций и прошивки OTA, улучшенных функций безопасности и низкого энергопотребления. EFR32BG22 SoC оснащен 32-битным ядром ARM Cortex M33, высокопроизводительным радиомодулем 2,4 ГГц, 512 КБ флэш-памяти, богатым набором периферийных устройств MCU, а также различными вариантами управления тактовой частотой и последовательным интерфейсом.

Модули BGM220P - это полное решение, которое поставляется с мировыми нормативными сертификатами, передовыми инструментами разработки и отладки, а также поддержкой, которая сведет к минимуму и упростит процесс проектирования и разработки ваших конечных продуктов, помогая ускорить их вывод на рынок.

BGM220 имеет аппаратное криптографическое ускорение для AES128 / 256, SHA-1, SHA-2 (до 256 бит), ECC (до 256 бит), ECDSA и ECDH. Генератор истинных случайных чисел (TRNG), совместимый с NIST SP800-90 и AIS-31, и безопасная отладка с блокировкой / разблокировкой.

Благодаря наличию на плате программных стеков устройства требуют выделения умеренных ресурсов процессора, что дает возможность добавить беспроводное соединение к любому микроконтроллеру (MCU).

BGM220S и BGM220P поддерживают определение направления по Bluetooth, обеспечивая при этом до десяти лет автономной работы от одной круглой монеты. Умение находить направление еще относительно ново. «Silicon Labs работает напрямую с некоторыми компаниями, чтобы обеспечить очень точное определение направления для отслеживания и перемещения внутренних объектов», - сказал Сондерс.

Комбинация Bluetooth и беспроводной связи также создает проблемы с точки зрения радиочастотных характеристик устройств IoT в среде, в которой преобладают радиоизлучения системы или конфигурации Wi-Fi. Решение управляемого сосуществования очень полезно.

Рисунок 2:Блок-схема BGM220S. Он сочетает в себе энергосберегающий микроконтроллер с высокоинтегрированным радиоприемопередатчиком в модуле SiP с прочной интегрированной антенной.

Проблемы, возникающие при сосуществовании, проявляются по-разному в зависимости от того, где вы находитесь в системе. В конечном узле плохо управляемые системы могут вызывать потерю пакетов, что приводит к сокращению срока службы батареи, поскольку радиостанция постоянно пытается повторно отправить. В шлюзе это проявляется в том, что радио, самое мощное из радио, отменяет маломощные каналы радиопередачи, что требует управляемого решения. «Такое управляемое сосуществование позволяет вам получить наилучший профиль и производительность всех радиостанций в вашей системе», - сказал Сондерс.

Связь - это основа любой системы Интернета вещей. Простые в управлении решения предоставляют функции энергосбережения и ресурсы безопасности, необходимые для защиты устройства Интернета вещей при реализации проекта. Bluetooth Low Energy превратился в ключевой элемент связи благодаря гибкости профиля и малой мощности. BLE заменяет проприетарные протоколы, чтобы стать фактическим стандартом связи в устройствах Интернета вещей со сверхнизким энергопотреблением.

>> Эта статья была первоначально опубликована на наш дочерний сайт EE Times.