蓝牙低功耗模块提供安全、预先认证的连接

Silicon Labs 已将其尺寸仅为 6×6 毫米的新型 BGM220x 模块正式化。 BGM220 是一种嵌入式解决方案，具有完全可升级的软件堆栈（已在全球范围内进行预认证）和固件支持，可加快产品上市时间。

该模块支持蓝牙低功耗 (BLE) 5.1、5.2 和 Mesh，并且结构紧凑，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为其微控制器单元 (MCU) 添加安全性，这些功能具有内置安全功能，包括信任根。

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 和 Z-Wave、蓝牙等。在接受 EE Times 采访时，Silicon Labs 营销和应用副总裁 Matt Saunders 表示，1 月份推出的 BG22 目前正在经历一个良好的市场，应用范围很广。根据蓝牙 SIG 蓝牙 2020 市场更新，低功耗蓝牙继续成为增长最快的蓝牙无线电，复合年增长率为 26%。

BGM220 提供多种封装、PCB (BGM220P) 或 SiP (BGM220S)，它专为广泛的应用而设计，包括资产标签、信标、便携式医疗、健身和低功耗蓝牙网状网络节点。 BGM220P 是一种稍大的 PCB 变体，针对无线性能进行了优化，同时具有更好的链路预算以实现更大范围。

物联网低功耗蓝牙

蓝牙、ZigBee 和 Wi-Fi 等标准协议并非设计为超低功耗，因此许多 OEM 选择使用专注于能效的专有协议。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) 推出了低功耗蓝牙 (BLE)，专门设计用于实现短距离通信的尽可能低的功率。 BLE 工作在 2.4 GHz ISM 频段，带宽为 1 Mbps。

该协议经过优化，可以定期传输小块数据，从而允许主机处理器在不传输任何信息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，允许主机处理器继续保持在低功耗模式。

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。蓝牙 LE 中包含的更改将电源电流从经典的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一个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程序相关。例如功耗或电池寿命。随着蓝牙网状网络的引入及其在照明中的使用，有更多的线路电源设备，但蓝牙中仍有大量电池供电的应用，其中更长的使用寿命为用户增加了真正的价值。因此，对功耗的考虑不仅仅是设备用于管理计算和通信堆栈的能量，还包括 RF 设计是否在开发时考虑了低功耗操作。

更高效的射频技术和设计将提供更长的电池寿命。我认为另一个重要的方面是解决方案的物理大小；很多蓝牙应用都非常小巧。芯片上的小型物理实现显然有助于空间受限的设计，但同样与 RF 参数相关，能够构建更紧凑的解决方案，例如您可以使用 BGM220S，从而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。这正在成为一个非常重要的参数，不仅在蓝牙中，而且在许多其他物联网技术中，”桑德斯说。

蓝牙标准，即使在其最近演变为低功耗蓝牙 (BLE) 的过程中，仍继续在大量设备上占有一席之地。在用于连接两个设备的众多通信标准中，实际上，蓝牙因其使用简单以及它提供的将几乎所有东西与所有东西连接起来的可能性而获得了其重要性。越来越多的应用使用物联网传感器，其特点是占空比降低，提供间歇性通信：通过这种方式，可以使用可再生能源存储的能量来确保运行过程。

图 1：BGM220P 框图。它在 PCB 模块中结合了节能型 ​​MCU 和高度集成的无线电收发器。

商业和工业各个垂直部门中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。影响企业和消费者的物联网 (IoT) 生态系统对网络安全措施和法规的需求不断增长，旨在针对恶意软件和外部威胁实现更高水平的保护。

最初由 Microsoft 开发的“Stride”分类模型列出了物联网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恶意软件。

蓝牙模块

SoC（片上系统）是物联网设备制造商的理想选择，他们需要在开发物联网设备时具有最大的灵活性，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尺寸且很少或没有 RF 设计或设计的设备制造商，而 PCB 模块提供了 SiP 模块的许多优点，但成本更低成本。

挑战要求产品开发人员在物联网产品中跟上强大的安全标准。这些物联网产品的安全性正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。漏洞可以通过对互联网的远程攻击和实际的物理攻击来利用。

“使用 Silicon Labs 的无线产品组合（包括 BGM220 模块组合中的产品组合）的开发人员可以使用许多旨在保护其产品的技术，包括安全调试、具有信任根和安全引导加载程序的安全引导，”Saunders 说.

他补充说：“我们正在与客户安全社区、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最先进的安全功能，我们称之为 Secure Vault，”Saunders 说。

Silicon Labs 提供的安全功能是 Secure Vault：一套适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。

BGM220P/S 基于 EFR32BG22 SoC，支持蓝牙低功耗连接，以实现面向未来的功能和 OTA 固件更新、增强的安全功能和低能耗。 EFR32BG22 SoC 采用 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 模块是一个完整的解决方案，带有全球监管认证、先进的开发和调试工具以及支持，可以最大限度地减少和简化最终产品的工程和开发过程，帮助加快产品的上市时间。

BGM220 具有针对 AES128/256、SHA-1、SHA-2（最高 256 位）、ECC（最高 256 位）、ECDSA 和 ECDH 的硬件加密加速。真随机数生成器 (TRNG) 符合 NIST SP800-90 和 AIS-31 以及带锁定/解锁功能的安全调试。

由于存在板载软件堆栈，这些设备需要处理器提供适度资源，从而可以为任​​何微控制器 (MCU) 添加无线连接。

BGM220S 和 BGM220P 支持蓝牙测向，同时单个纽扣电池可提供长达十年的电池寿命。找到方向的能力还是比较新的。 “Silicon Labs 正在与一些公司直接合作，为跟踪和移动室内资产提供非常准确的测向，”桑德斯说。

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。

图 2：BGM220S 框图。它在 SiP 模块中将节能 MCU 与高度集成的无线电收发器与坚固的集成天线相结合。

您从共存中得到的问题会因您在系统中的位置而有所不同。在终端节点，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。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信道，需要一个托管解决方案。 “通过这种管理共存，您可以从系统中的所有无线电中获得最佳配置文件和性能，”桑德斯说。

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。由于其配置文件灵活性和低功耗特性，低功耗蓝牙已发展成为连接的关键元素。 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。

>> 本文最初发表于我们的姊妹网站 EE Times。