Módulos Bluetooth de baixa energia oferecem conectividade segura e pré-certificada

A Silicon Labs formalizou seu novo módulo BGM220x com um tamanho de apenas 6 × 6 mm. O BGM220 é uma solução incorporada que vem com uma pilha de software totalmente atualizável, que foi pré-certificada em todo o mundo, e suporte de firmware para acelerar o tempo de colocação no mercado.

O módulo suporta Bluetooth Low Energy (BLE) 5.1, 5.2 e Mesh, e é compacto com baixíssimo consumo de energia para otimizar a vida útil da bateria. O novo módulo permite que os fabricantes de dispositivos adicionem segurança com funcionalidade Bluetooth pré-certificada às suas unidades de microcontrolador (MCUs) com recursos de segurança integrados, incluindo raiz de confiança.

Ao longo dos anos, a Silicon Labs ofereceu uma variedade de módulos em uma ampla gama de áreas sem fio IoT, incluindo Mesh, Thread, Zigbee e Z-Wave, Bluetooth e outros. Em entrevista ao EE Times, Matt Saunders, vice-presidente de marketing e aplicativos da Silicon Labs, disse que o BG22 lançado em janeiro está experimentando um bom mercado com uma ampla gama de aplicativos. De acordo com a atualização de mercado do Bluetooth SIG Bluetooth 2020, o Bluetooth Low Energy continua a ser o rádio Bluetooth de crescimento mais rápido, com um CAGR de 26%.

O BGM220 está disponível em vários pacotes, PCB (BGM220P) ou SiP (BGM220S) e é projetado para uma ampla gama de aplicações, incluindo etiquetas de ativos, beacons, dispositivos médicos portáteis, fitness e nós de malha Bluetooth de baixa potência. O BGM220P é uma variante de PCB ligeiramente maior otimizada para desempenho sem fio junto com um melhor orçamento de link para maior alcance.

Bluetooth de baixa energia para IoT

Protocolos padrão como Bluetooth, ZigBee e Wi-Fi não são projetados com energia ultrabaixa e, por esse motivo, muitos OEMs optaram por usar um protocolo proprietário com foco na eficiência energética. O uso de um protocolo proprietário impõe muitas restrições à flexibilidade dos produtos vestíveis, limitando a interoperabilidade do próprio protocolo proprietário. Para lidar com essas limitações, o Special Interest Group Bluetooth (SIG) introduziu o Bluetooth Low Energy (BLE) projetado especificamente para atingir a menor potência possível para comunicação de curto alcance. O BLE opera na banda ISM de 2,4 GHz com uma largura de banda de 1 Mbps.

O protocolo é otimizado para transmitir pequenos blocos de dados em intervalos regulares, permitindo que o processador do host maximize o intervalo de tempo em um modo de baixa energia quando nenhuma informação é transmitida. O protocolo é otimizado para fornecer alguns segundos de conexão durante a troca de dados. O controlador implementa várias tarefas principais, como estabelecer a conexão e ignorar pacotes duplicados, permitindo que o processador host continue no modo de baixo consumo de energia.

A combinação de comunicações sem fio de ultra-baixa potência, tamanho pequeno e aplicativos de detecção de ciclo de trabalho baixo permitem o desenvolvimento e instalação de nós de sensores IoT sem manutenção. As mudanças incluídas no Bluetooth LE reduzem significativamente a corrente da fonte de alimentação dos clássicos miliamperes do Bluetooth para alguns microamperes no BLE. Os nós Bluetooth Smart IoT podem operar por meses e até anos com uma pequena célula de botão, sem a necessidade de trocá-la ou recarregá-la.

“O parâmetro mais importante varia de acordo com a aplicação. Mas existem algumas áreas comuns que considero relevantes na maioria das aplicações. Por exemplo, consumo de energia ou vida útil da bateria. Com a introdução da malha Bluetooth e seu uso na iluminação, existem muito mais dispositivos de energia de linha, mas ainda há um grande número de aplicativos alimentados por bateria no Bluetooth em que uma vida útil mais longa agrega valor real ao usuário. Portanto, a consideração para o consumo de energia não é apenas em termos de quanta energia o dispositivo usa para gerenciar a pilha de computação e comunicação, mas também se o projeto de RF foi desenvolvido com a operação de baixa energia em mente.

Uma tecnologia e design de RF mais eficientes proporcionarão mais vida útil da bateria. Outra área que acredito ser importante é o tamanho físico das soluções; muitos aplicativos Bluetooth são muito compactos. Ter uma pequena implementação física no chip obviamente ajuda em um design com restrição de espaço, mas novamente, em relação aos parâmetros de RF, ser capaz de construir uma solução que é mais compacta como você pode com o BGM220S, que oferece algumas vantagens reais para o desenvolvedor também. E também penso em segurança. Isso é algo que está se tornando um parâmetro muito importante, não apenas no Bluetooth, mas em muitas outras tecnologias de IoT ”, disse Saunders.

O padrão Bluetooth, mesmo em sua evolução recente como Bluetooth Low Energy (BLE), continua a encontrar seu lugar em um grande número de dispositivos. Dentre os diversos padrões de comunicação utilizados para conectar dois dispositivos, de fato, o Bluetooth ganhou importância pela simplicidade de uso e pelas possibilidades que oferece de conectar praticamente tudo com tudo. É cada vez maior o número de aplicações que utilizam sensores IoT caracterizados por um ciclo de trabalho reduzido que proporcionam comunicações intermitentes:desta forma, é possível garantir o processo de funcionamento utilizando a energia armazenada de fontes renováveis.

Figura 1:Diagrama de blocos do BGM220P. Ele combina um MCU de baixo consumo de energia com um transceptor de rádio altamente integrado em um módulo de PCB.

O crescimento contínuo no número de dispositivos e aplicativos IoT em vários setores verticais do comércio e da indústria aumentou a necessidade de novas e mais fortes medidas de segurança cibernética para defender a segurança e a privacidade. A crescente demanda por medidas e regulamentações de segurança cibernética no ecossistema da Internet das Coisas (IoT), que afeta empresas e consumidores, visa atingir melhores níveis de proteção contra malware e ameaças externas.

O modelo de classificação "Stride", originalmente desenvolvido pela Microsoft, lista as ameaças de segurança potenciais que um dispositivo IoT ou os usuários desse dispositivo podem enfrentar:falsificação, adulteração, repúdio, divulgação de informações, ataques de negação de serviço (DoS) e EoP de possível malware dentro de um sistema infectado.

Módulo Bluetooth

SoCs (Systems on Chip) são ideais para fabricantes de dispositivos IoT que precisam de flexibilidade máxima no desenvolvimento de seus dispositivos IoT, com software altamente personalizável e opções de design de RF. Os módulos SiP, por outro lado, são ideais para fabricantes de dispositivos que precisam do menor fator de forma pré-certificado Bluetooth de baixa energia com pouco ou nenhum projeto ou projeto de RF, enquanto os módulos PCB oferecem muitas das vantagens dos módulos SiP, mas em um valor inferior custo.

Os desafios exigem que os desenvolvedores de produtos acompanhem os rígidos padrões de segurança de um produto da Internet das Coisas. A segurança desses produtos IoT está se tornando rapidamente obrigatória em vários países ao redor do mundo.

A segurança da Internet das Coisas é um aspecto crítico a ser considerado para proteger as marcas corporativas, a privacidade do usuário final e a viabilidade comercial dos produtos. As vulnerabilidades podem ser exploradas tanto por meio de ataques remotos na Internet quanto por meio de ataques físicos práticos.

“Os desenvolvedores que usam o portfólio de produtos sem fio da Silicon Labs, incluindo aqueles no portfólio de módulos BGM220, têm acesso a uma série de tecnologias projetadas para proteger seus produtos, incluindo Secure Debug, Secure Boot com Root of Trust e Secure Boot Loader,” disse Saunders .

Ele acrescentou:“Estamos trabalhando com comunidades de segurança de clientes, especialistas em segurança terceirizados para fornecer soluções de segurança de ponta em nossos produtos que ajudam a proteger os dispositivos IoT conectados hoje, mas também com um certo nível de capacidade de atualização para ajudá-los a continuar a proteger amanhã, para manter a evolução do produto. Estamos infundindo nossos produtos Bluetooth de alto desempenho com um conjunto de recursos de segurança de última geração que chamamos de Secure Vault ”, disse Saunders.

A funcionalidade de segurança que o Silicon Labs oferece é o Secure Vault:um conjunto de proteções de segurança de hardware e software para dispositivos IoT para proteger sua marca, design de produto e dados do consumidor.

Com base no EFR32BG22 SoC, o BGM220P / S permite conectividade Bluetooth Low Energy para capacidade futura de atualizações de recursos e firmware OTA, recursos de segurança aprimorados e baixo consumo de energia. EFR32BG22 SoC apresenta um núcleo ARM Cortex M33 de 32 bits, um rádio de alto desempenho de 2,4 GHz, 512 kB de memória flash, um rico conjunto de periféricos MCU e várias opções de gerenciamento de relógio e interface serial.

Os módulos BGM220P são uma solução completa que vem com certificações regulatórias em todo o mundo, ferramentas avançadas de desenvolvimento e depuração e suporte que minimizará e simplificará o processo de engenharia e desenvolvimento de seus produtos finais, ajudando a acelerar seu tempo de colocação no mercado.

O BGM220 tem aceleração criptográfica de hardware para AES128 / 256, SHA-1, SHA-2 (até 256 bits), ECC (até 256 bits), ECDSA e ECDH. True Random Number Generator (TRNG) compatível com NIST SP800-90 e AIS-31 e Secure Debug com bloqueio / desbloqueio.

Graças à presença a bordo de pilhas de software, os dispositivos exigem o comprometimento de recursos modestos do processador, dando assim a possibilidade de adicionar conectividade sem fio a qualquer microcontrolador (MCU).

O BGM220S e o BGM220P são compatíveis com Bluetooth Direction Finding, ao mesmo tempo que fornecem bateria de até dez anos com uma única célula tipo moeda. A capacidade de encontrar a direção ainda é relativamente nova. “A Silicon Labs está trabalhando diretamente com algumas empresas para fornecer uma direção muito precisa para rastrear e mover ativos internos”, disse Saunders.

A combinação de Bluetooth e Wireless também cria problemas em termos de desempenho de RF de dispositivos IoT em um ambiente dominado pelas emissões de rádio de um sistema ou configuração de Wi-Fi. Uma solução de coexistência gerenciada é muito útil.

Figura 2:Diagrama de blocos do BGM220S. Ele combina um MCU de baixo consumo de energia com um transceptor de rádio altamente integrado em um módulo SiP com uma antena integrada robusta.

Os problemas que você obtém com a coexistência se manifestam de maneiras diferentes, dependendo de onde você está no sistema. Em um nó final, sistemas mal gerenciados podem causar perda de pacotes, o que leva à redução da vida útil da bateria porque o rádio está continuamente tentando reenviar. No gateway, ele se manifesta para que o rádio, o mais potente dos rádios, cancele canais de transmissão de rádio de baixa potência, necessitando de uma solução gerenciada. “Ter essa coexistência gerenciada permite que você obtenha o melhor perfil e desempenho de todos os rádios em seu sistema”, disse Saunders.

A conectividade é um pilar fundamental de qualquer sistema IoT. Soluções fáceis de gerenciar fornecem os recursos de economia de energia e recursos de segurança necessários para proteger um dispositivo IoT para implementação do projeto. O Bluetooth Low Energy evoluiu para se tornar o elemento-chave da conectividade, graças à flexibilidade de seu perfil e recursos de baixa potência. BLE está substituindo protocolos proprietários para se tornar o padrão de fato de conectividade em dispositivos IoT de ultra-baixa potência.

>> Este artigo foi publicado originalmente em nosso site irmão, EE Times.