用于物联网的安全蓝牙低功耗模块

Silicon Labs 已正式确定其尺寸仅为 6 × 6 mm 的新型 BGM220x 模块。BGM220 是一种嵌入式解决方案，配备完全可升级的软件堆栈，已在全球范围内获得预认证，并提供固件支持以加快上市时间。

该模块支持蓝牙低功耗 (BLE) 5.1、5.2 和 Mesh，结构紧凑，功耗极低，可优化电池寿命。新模块允许设备制造商通过预先认证的蓝牙功能轻松地为其现有的具有内置安全功能（包括信任根）的微控制器单元 (MCU) 添加安全性。

多年来，Silicon Labs 在广泛的物联网无线领域提供了各种模块，包括 Mesh、Thread、Zigbee、Z-Wave 等。Silicon Labs 营销和应用副总裁 Matt Saunders 在接受 EE Times 采访时表示，1 月份推出的 BG22 目前正在经历一个很好的市场，应用范围很广。根据 Bluetooth SIG 蓝牙 2020 市场更新，低功耗蓝牙仍然是增长最快的蓝牙无线电，复合年增长率为 26%。

BGM220 提供两种封装——PCB (BGM220P) 或 SiP (BGM220S)——非常适合各种应用，包括资产标签、信标、便携式医疗、健身和低功耗蓝牙 Mesh 节点。BGM220P 是一个稍大的 PCB 变体，针对无线性能进行了优化，同时为更大的范围提供了更好的链路预算。

用于物联网的 BLE

蓝牙、ZigBee 和 Wi-Fi 等标准协议并非采用超低功耗设计，因此，许多 OEM 选择使用专注于能源效率的专有协议。专有协议的使用对可穿戴产品的灵活性施加了许多限制，限制了专有协议本身的互操作性。为了解决这些限制，蓝牙特别兴趣小组 (SIG) 引入了 BLE，专为实现短距离通信的最低功耗而设计。BLE 在 2.4 GHz ISM 频带中运行，带宽为 1 Mbps。

该协议经过优化，可以定期传输小块数据，允许主机处理器在没有信息传输时最大限度地延长低功耗模式下的时间间隔。该协议经过优化，可在数据交换期间提供几秒钟的连接。控制器执行几个关键任务，例如建立连接和忽略重复数据包，允许主机处理器保持低功耗模式。

超低功耗无线通信、小尺寸和低占空比传感应用的组合允许开发和安装免维护的物联网传感器节点。BLE 中包含的更改将电源电流从经典蓝牙毫安显着降低到 BLE 中的几微安。蓝牙智能物联网节点可以使用小型纽扣电池运行数月甚至数年，无需更换或充电。

“最重要的参数因应用而异，但我认为有一些常见领域与大多数应用相关——例如，功耗或电池寿命，”桑德斯说。“随着蓝牙 Mesh 的推出及其在照明中的应用，有更多的线路电源设备，但在蓝牙中仍有大量电池供电的应用，更长的使用寿命为用户增加了真正的价值。因此，功耗的考虑不仅在于设备使用多少能量来管理计算和通信堆栈，还在于射频设计是否在考虑低功耗操作的情况下进行开发。更高效的射频技术和设计将延长电池寿命。我认为重要的另一个领域是解决方案的物理尺寸。很多蓝牙应用都非常紧凑；在芯片上进行小型物理实现显然有助于空间受限的设计，但同样，与射频参数相关，能够构建更紧凑的解决方案，例如使用 BGM220S 可以提供一些真正的优势开发商也是如此。然后我也想到了安全；这不仅在蓝牙中，而且在许多其他物联网技术中正成为一个非常重要的参数。”

在用于连接两个设备的众多通信标准中，蓝牙因其使用简单以及它提供了将几乎所有东西与所有东西连接起来的可能性而获得了它的重要性。越来越多的应用程序使用物联网传感器，其特点是提供间歇性通信的占空比降低：通过这种方式，可以确保使用可再生能源存储的能量进行操作过程。

商业和工业各个垂直部门的物联网设备和应用程序数量的持续增长增加了对新的和更强大的网络安全措施的需求，以保护安全和隐私。物联网生态系统中对网络安全措施和法规的需求不断增长，影响到企业和消费者，旨在实现更高水平的恶意软件和外部威胁防护。

最初由 Microsoft 开发的“Stride”分类模型列出了 IoT 设备或该设备的用户可能面临的潜在安全威胁：欺骗、篡改、否认、信息泄露、拒绝服务 (DoS) 攻击和 EOP受感染系统中可能存在的恶意软件。

蓝牙模块

片上系统 (SoC) 是物联网设备制造商的理想之选，他们需要在开发其物联网设备时具有最大的灵活性，并具有高度可定制的软件和射频设计选项。另一方面，SiP 模块非常适合需要最小的预认证蓝牙低功耗外形且几乎没有或没有 RF 设计的设备制造商，而 PCB 模块提供了 SiP 模块的许多优点，但成本更低。

挑战要求产品开发人员跟上物联网产品中强大的安全标准。这些物联网产品的安全性正在迅速成为世界各国的强制性要求。

为了保护企业品牌、最终用户隐私和产品的商业可行性，物联网安全是一个需要考虑的关键方面。可以通过互联网上的远程攻击和实际的物理攻击来利用漏洞。

“使用 Silicon Labs 无线产品组合（包括 BGM220 模块组合中的产品）的开发人员可以使用旨在保护其产品的多种技术，包括安全调试、具有信任根的安全启动和安全启动加载程序，”说桑德斯。

他补充说：“我们正在与客户安全社区和第三方安全专家合作，为我们的产品提供尖端的安全解决方案，帮助保护当今连接的物联网设备，同时还具有一定程度的可升级性，以帮助他们继续保护明天，保持产品进化。我们正在为我们的高性能蓝牙产品注入一套我们称之为 Secure Vault 的最先进的安全功能。”

Silicon Labs 提供的安全功能是其 Secure Vault：一套用于物联网设备的硬件和软件安全保护，以保护其品牌、产品设计和消费者数据。

基于 EFR32BG22 SoC，BGM220P/S 支持低功耗蓝牙连接，以实现面向未来的功能和 OTA 固件更新能力、增强的安全功能和低能耗。EFR32BG22 SoC 具有 32 位 Arm Cortex M33 内核、2.4 GHz 高性能无线电、512 kB 闪存、丰富的 MCU 外设以及各种时钟管理和串行接口选项。

BGM220P 模块是完整的解决方案，具有全球监管认证、先进的开发和调试工具以及支持，可最大限度地减少和简化最终产品的工程和开发过程，帮助加快产品上市时间。

BGM220 具有适用于 AES128/256、SHA-1、SHA-2（最多 256 位）、ECC（最多 256 位）、ECDSA 和 ECDH 的硬件加密加速。它是真正的随机数生成器 (TRNG)，符合 NIST SP800-90 和 AIS-31 以及带锁定/解锁功能的安全调试。

BGM220P 框图。它在 PCB 模块中结合了节能 MCU 和高度集成的无线电收发器。

BGM220S 框图。它将节能 MCU 与高度集成的无线电收发器结合在 SiP 模块中，并带有坚固的集成天线。

由于存在板载软件堆栈，这些设备需要来自处理器的适度资源承诺，因此可以将无线连接添加到任何 MCU。

BGM220S 和 BGM220P 支持蓝牙测向，同时通过单个纽扣电池提供长达 10 年的电池寿命。找到方向的能力还是比较新的。“Silicon Labs 直接与一些公司合作，为跟踪和移动室内资产提供非常准确的测向，”Saunders 说。

在以系统无线电发射或 Wi-Fi 配置为主的环境中，蓝牙和无线的结合也会在物联网设备的射频性能方面产生问题。托管共存解决方案非常有用。

根据您在系统中的位置，您从共存中获得的问题会有所不同。在终端节点中，管理不善的系统可能会导致数据包丢失，从而导致电池寿命缩短，因为无线电不断尝试重新发送它们。在网关中，它表现出来，因此最强大的无线电无线电将取消低功率无线电传输通道，需要一个托管的解决方案。“拥有这种托管共存可以让您从系统中的所有无线电中获得最佳配置文件和性能，”Saunders 说。

连接性是任何物联网系统的基本支柱。易于管理的解决方案提供了保护物联网设备以进行项目实施所需的节能功能和安全资源。BLE 已发展成为连接的关键元素，这要归功于其配置灵活性和低功耗特性。BLE 正在取代专有协议，成为超低功耗物联网设备连接的事实标准。

审核编辑 黄昊宇