Bluetooth energiezuinige modules bieden veilige, vooraf gecertificeerde connectiviteit

Silicon Labs heeft zijn nieuwe BGM220x-module geformaliseerd met een afmeting van slechts 6×6 mm. BGM220 is een ingebouwde oplossing die wordt geleverd met een volledig opwaardeerbare softwarestack, die wereldwijd vooraf is gecertificeerd, en firmware-ondersteuning om de time-to-market te versnellen.

De module ondersteunt Bluetooth Low Energy (BLE) 5.1, 5.2 en Mesh, en is compact met een zeer laag stroomverbruik om de levensduur van de batterij te optimaliseren. Met de nieuwe module kunnen apparaatfabrikanten beveiliging met vooraf gecertificeerde Bluetooth-functionaliteit toevoegen aan hun microcontroller-eenheden (MCU's) met ingebouwde beveiligingsfuncties, waaronder root of trust.

In de loop der jaren heeft Silicon Labs een verscheidenheid aan modules aangeboden in een breed scala van draadloze IoT-gebieden, waaronder Mesh, Thread, Zigbee en Z-Wave, Bluetooth en andere. In een interview met EE Times zei Matt Saunders, VP marketing en applicaties bij Silicon Labs, dat de in januari gelanceerde BG22 momenteel een goede markt beleeft met een breed scala aan toepassingen. Volgens de Bluetooth SIG Bluetooth 2020-marktupdate blijft Bluetooth Low Energy de snelstgroeiende Bluetooth-radio met een CAGR van 26%.

BGM220 is verkrijgbaar in meerdere pakketten, PCB (BGM220P) of SiP (BGM220S), en is ontworpen voor een breed scala aan toepassingen, waaronder asset-tags, beacons, draagbare medische apparaten, fitness en Bluetooth-mesh-nodes met laag vermogen. BGM220P is een iets grotere PCB-variant die is geoptimaliseerd voor draadloze prestaties, samen met een beter linkbudget voor een groter bereik.

Bluetooth Low Energy voor IoT

Standaardprotocollen zoals Bluetooth, ZigBee en Wi-Fi zijn niet ontworpen met ultralaag stroomverbruik, en om deze reden hebben veel OEM's ervoor gekozen om een ​​eigen protocol te gebruiken dat is gericht op energie-efficiëntie. Het gebruik van een propriëtair protocol legt veel beperkingen op aan de flexibiliteit van draagbare producten, waardoor de interoperabiliteit van het propriëtaire protocol zelf wordt beperkt. Om deze beperkingen aan te pakken, heeft de Special Interest Group Bluetooth (SIG) Bluetooth Low Energy (BLE) geïntroduceerd, speciaal ontworpen om het laagst mogelijke vermogen te bereiken voor communicatie op korte afstand. BLE werkt in de 2,4 GHz ISM-band met een bandbreedte van 1 Mbps.

Het protocol is geoptimaliseerd om kleine blokken gegevens met regelmatige tussenpozen te verzenden, waardoor de hostprocessor het tijdsinterval kan maximaliseren in een energiezuinige modus wanneer er geen informatie wordt verzonden. Het protocol is geoptimaliseerd om een ​​verbinding van enkele seconden te bieden tijdens de gegevensuitwisseling. De controller voert verschillende belangrijke taken uit, zoals het tot stand brengen van de verbinding en het negeren van dubbele pakketten, zodat de hostprocessor in de energiebesparende modus kan blijven.

De combinatie van ultra-low-power draadloze communicatie, kleine afmetingen en toepassingen met een lage belastingcyclus maken de ontwikkeling en installatie van onderhoudsvrije IoT-sensornodes mogelijk. De wijzigingen in Bluetooth LE verminderen de stroomtoevoer aanzienlijk van klassieke Bluetooth-milliampère naar enkele microampères in BLE. Bluetooth Smart IoT-nodes kunnen maanden en zelfs jaren werken met een kleine knoopcel zonder deze te hoeven vervangen of opladen.

“De belangrijkste parameter verschilt per toepassing. Maar er zijn een paar gemeenschappelijke gebieden die volgens mij relevant zijn in de meeste toepassingen. Bijvoorbeeld stroomverbruik of levensduur van de batterij. Met de introductie van Bluetooth-mesh en het gebruik ervan in verlichting, zijn er veel meer lijnvoedingsapparaten, maar er is nog steeds een groot aantal batterij-aangedreven toepassingen in Bluetooth waar een langere levensduur echte waarde toevoegt aan de gebruiker. Dus de overweging voor stroomverbruik is niet alleen in termen van hoeveel energie het apparaat gebruikt om de reken- en communicatiestack te beheren, maar ook of het RF-ontwerp is ontwikkeld met een laag stroomverbruik in gedachten.

Een efficiëntere RF-technologie en -ontwerp zal de levensduur van de batterij verlengen. Een ander gebied dat volgens mij belangrijk is, is de fysieke omvang van de oplossingen; veel Bluetooth-toepassingen zijn erg compact. Het hebben van een kleine fysieke implementatie op de chip helpt natuurlijk bij een ontwerp met beperkte ruimte, maar nogmaals, gerelateerd aan de RF-parameters, het kunnen bouwen van een oplossing die compacter is, zoals je kunt met de BGM220S, die een aantal echte voordelen biedt aan ook de ontwikkelaar. En dan denk ik ook aan veiligheid. Dit is iets dat een zeer belangrijke parameter aan het worden is, niet alleen in Bluetooth, maar in veel andere IoT-technologieën”, zegt Saunders.

De Bluetooth-standaard, zelfs in zijn recente evolutie als Bluetooth Low Energy (BLE), blijft zijn plaats vinden op een groot aantal apparaten. Onder de vele communicatiestandaarden die worden gebruikt voor het verbinden van twee apparaten, heeft Bluetooth in feite aan belang gewonnen vanwege de eenvoud van gebruik en de mogelijkheden die het biedt om praktisch alles met alles te verbinden. Er is een toenemend aantal toepassingen die IoT-sensoren gebruiken die worden gekenmerkt door een kortere inschakelduur die intermitterende communicatie bieden:op deze manier is het mogelijk om het bedrijfsproces te waarborgen met behulp van de energie die is opgeslagen uit hernieuwbare bronnen.

Figuur 1:BGM220P blokschema. Het combineert een energievriendelijke MCU met een sterk geïntegreerde radiotransceiver in een PCB-module.

De voortdurende groei van het aantal IoT-apparaten en -toepassingen in verschillende verticale sectoren van handel en industrie heeft de behoefte aan nieuwe en sterkere cyberbeveiligingsmaatregelen ter verdediging van beveiliging en privacy vergroot. De groeiende vraag naar cyberbeveiligingsmaatregelen en -regelgeving in het Internet of Things (IoT)-ecosysteem, dat gevolgen heeft voor bedrijven en consumenten, heeft tot doel betere beschermingsniveaus te bereiken tegen malware en externe bedreigingen.

Het classificatiemodel "Stride", oorspronkelijk ontwikkeld door Microsoft, somt de potentiële beveiligingsrisico's op waarmee een IoT-apparaat of de gebruikers van dat apparaat te maken kunnen krijgen:spoofing, manipulatie, afwijzing, openbaarmaking van informatie, Denial of Service (DoS)-aanvallen en EoP van mogelijke malware binnen een geïnfecteerd systeem.

Bluetooth-module

SoC's (Systems on Chip) zijn ideaal voor fabrikanten van IoT-apparaten die maximale flexibiliteit nodig hebben bij het ontwikkelen van hun IoT-apparaten, met zeer aanpasbare software en RF-ontwerpopties. SiP-modules zijn daarentegen ideaal voor apparaatfabrikanten die de kleinste vooraf gecertificeerde Bluetooth Low Energy-vormfactor nodig hebben met weinig of geen RF-ontwerp of ontwerp, terwijl PCB-modules veel van de voordelen van SiP-modules bieden, maar tegen een lagere prijs. kosten.

Uitdagingen vereisen dat productontwikkelaars gelijke tred houden met strenge beveiligingsnormen in een product van het internet der dingen. De beveiliging van deze IoT-producten wordt snel verplicht in verschillende landen over de hele wereld.

Internet of Things-beveiliging is een cruciaal aspect om te overwegen om bedrijfsmerken, de privacy van eindgebruikers en de commerciële levensvatbaarheid van producten te beschermen. Kwetsbaarheden kunnen zowel door externe aanvallen op internet als door praktische fysieke aanvallen worden misbruikt.

"Ontwikkelaars die de draadloze productportfolio van Silicon Labs gebruiken, inclusief die in de BGM220-portfolio van modules, hebben toegang tot een aantal technologieën die zijn ontworpen om hun product te beschermen, waaronder Secure Debug, Secure Boot met Root of Trust en Secure Boot Loader", zegt Saunders. .

Hij voegde eraan toe:"We werken samen met beveiligingsgemeenschappen van klanten, externe beveiligingsexperts om geavanceerde beveiligingsoplossingen voor onze producten te bieden die helpen bij het beschermen van IoT-apparaten die tegenwoordig verbonden zijn, maar ook met een bepaald niveau van upgradebaarheid om hen te helpen blijven beschermen morgen, om de productevolutie in stand te houden. We voorzien onze hoogwaardige Bluetooth-producten van een reeks geavanceerde beveiligingsfuncties die we Secure Vault hebben genoemd", aldus Saunders.

De beveiligingsfunctionaliteit die Silicon Labs biedt, is de Secure Vault:een reeks hardware- en softwarebeveiligingen voor IoT-apparaten om hun merk, productontwerp en consumentengegevens te beschermen.

Gebaseerd op de EFR32BG22 SoC, maakt de BGM220P/S Bluetooth Low Energy-connectiviteit mogelijk voor toekomstbestendige mogelijkheden voor functie- en OTA-firmware-updates, verbeterde beveiligingsfuncties en een laag energieverbruik. EFR32BG22 SoC beschikt over een 32-bits ARM Cortex M33-kern, een 2,4 GHz high-performance radio, 512 kB flash-geheugen, een uitgebreide set MCU-randapparatuur en verschillende klokbeheer- en seriële interface-opties.

BGM220P-modules zijn een volledige oplossing die wordt geleverd met wereldwijde regelgevende certificeringen, geavanceerde ontwikkelings- en foutopsporingstools en ondersteuning die het engineering- en ontwikkelingsproces van uw eindproducten minimaliseert en vereenvoudigt, waardoor hun time-to-market wordt versneld.

BGM220 heeft hardware cryptografische versnelling voor AES128/256, SHA-1, SHA-2 (tot 256-bit), ECC (tot 256-bit), ECDSA en ECDH. True Random Number Generator (TRNG) compatibel met NIST SP800-90 en AIS-31 en Secure Debug met vergrendeling/ontgrendeling.

Dankzij de aanwezigheid aan boord van softwarestacks, vereisen de apparaten de inzet van bescheiden middelen van de processor, waardoor de mogelijkheid wordt geboden om draadloze connectiviteit toe te voegen aan elke microcontroller (MCU).

De BGM220S en BGM220P ondersteunen Bluetooth Direction Finding, terwijl een enkele knoopcel een batterijlevensduur van tien jaar biedt. Het vermogen om de richting te vinden is nog relatief nieuw. "Silicon Labs werkt rechtstreeks samen met een aantal bedrijven om een ​​zeer nauwkeurige richtingbepaling te bieden voor het volgen en verplaatsen van bedrijfsmiddelen binnenshuis", aldus Saunders.

De combinatie van Bluetooth en Wireless zorgt ook voor problemen op het gebied van RF-prestaties van IoT-apparaten in een omgeving die wordt gedomineerd door de radio-emissies van een systeem of Wi-Fi-configuratie. Een beheerde coëxistentie-oplossing is erg handig.

Figuur 2:BGM220S blokschema. Het combineert een energievriendelijke MCU met een sterk geïntegreerde radiotransceiver in een SiP-module met een robuuste, geïntegreerde antenne.

De problemen die u krijgt door samenleven, manifesteren zich anders, afhankelijk van waar u zich in het systeem bevindt. In een eindknooppunt kunnen slecht beheerde systemen ervoor zorgen dat pakketten verloren gaan, wat leidt tot een kortere levensduur van de batterij omdat de radio voortdurend probeert om opnieuw te verzenden. In de gateway manifesteert het zich zodat de radio, de krachtigste van alle radio's, radiotransmissiekanalen met een laag vermogen zal annuleren, waarvoor een beheerde oplossing nodig is. "Met deze beheerde co-existentie kun je het beste profiel en de beste prestaties krijgen van alle radio's in je systeem", zegt Saunders.

Connectiviteit is een fundamentele pijler van elk IoT-systeem. Eenvoudig te beheren oplossingen bieden de energiebesparende functies en beveiligingsbronnen die nodig zijn om een ​​IoT-apparaat te beschermen voor projectimplementatie. De Bluetooth Low Energy is geëvolueerd tot het belangrijkste element van connectiviteit dankzij zijn profielflexibiliteit en ondiepe vermogensfuncties. BLE vervangt propriëtaire protocollen om de de facto standaard te worden voor connectiviteit in IoT-apparaten met ultralaag vermogen.

>> Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op onze zustersite, EE Times.