Other Parts Discussed in Post: AES-128

作者:德州儀器 Rogerio

當今最先進的物聯網電子設備與裝置皆可於全球各地監測、控制並啟動。這些裝置定期產生數據資料,累積下來的資料量相當可觀。為確保資訊存取迅速可靠,各行各業公司皆積極提升連線能力,追求速度更快、更可靠的網路,改善加密與安全性。

智慧城市能建立連網消費者與連網基礎設施之間的橋樑,改善民眾生活。試想,前往機場時,假使手機應用程式能告知用戶4樓有車位可停,能節省多少時間;或者,假使交通號誌能動態調節車流,減緩通勤壅塞;假使,家門前的連網智慧路燈故障時能自動通知電力公司。

連線能力即是將前述情境化為現實的關鍵。

公用事業與其他開發智慧城市相關產品的公司有數種不同技術可選擇,其中,Wi-SUN 戶外區域網路 (FAN,field area network) 便是絕佳選項。原因為何?首先,考量到 Wi-SUN 技術的可靠性。

最普遍的網路拓樸結構為星狀或網狀(如圖1所示);Wi-SUN為網狀網路。

1:網狀與星狀網路範例

 

星狀拓樸簡單、配置容易,為階層式結構,連接橋接器與交換器的終端節點數量通常較少。此結構可能發生單點故障,因此維修團隊須進行維護或替換運作異常的裝置時,整個網路可能面臨故障隱憂。

網狀拓樸則非階層式結構,因此可彈性增加路由器,延伸網路節點範圍,利用自我配置與其他路由器相連接。若單一路由器故障,網路可進入「自我修復」模式,路由器會尋找其他可用連接,繼續資料傳輸。這對終端使用者有何意義呢?表示將有更為穩健的網路,成千個連接節點服務中斷的時間亦可縮短。

Wi-SUN以跳頻(frequency-hopping)為基礎,使網路更為穩固可靠,其能減少因其他網路干擾所造成的封包遺失,尤其是市中心等高密度區域(如圖2所示)。跳頻技術亦使加拿大與美洲地區的高功率傳輸成為可能,最高可達 +30 dBm。

2:跳頻如何避免干擾之範例

 

Wi-SUN 可考量覆蓋範圍與處理能力之間的取捨,支援各種資料傳輸速率。這使 Wi-SUN FAN 可滿足各種網路部署應用的需求,如電動車充電站、智慧運輸、智慧停車場、環境感測器與交通管理(圖3)。以智慧城市而言,各應用功能的資料處理能力與覆蓋範圍需求變動幅度可能相當大。例如,智慧電錶與智慧停車場須傳輸的資料量便不同。Wi-SUN FAN可視不同需求調整規格,可支援的應用功能說明如下。

3Wi-SUN FAN可能應用範例

 

另一項 Wi-SUN 可滿足的需求為安全性。隨著駭客入侵技術日新月異,網路必須具備韌性,方能抵禦任何為竊取資料而設計的潛在威脅。Wi-SUN 安全性設定檔使用受信任根憑證機構簽發的裝置憑證驗證,以避免未授權網路存取。同時採用加密演算法,如橢圓曲線Diffie-Hellman金鑰交換 (ECDH,elliptic curve Diffie-Hellman)、橢圓曲線數位簽章演算法 (ECDSA,elliptic curve digital signature algorithm)及進階加密標準128位元 (AES-128,Advanced Encryption Standard-128)區塊鏈訊息驗證編碼,保護訊息保密性與完整性。將新裝置加入網路、允許識別與驗證時,加密演算法便相當重要。Wi-SUN 設備製造商甚至可取得符合 FAN 技術設定規格的網路安全憑證。

由於 Wi-SUN 可靠的可擴展性、安全性與高速,不免令人擔心其價格可能相當高昂。好消息是,Wi-SUN以電機電子工程師學會(IEEE) 802.15.4g無線標準為基礎,為開放式標準解決方案。開放式標準使不同製造商生產的設備可彼此互通,表示產品價格需具競爭力,消費者因而受惠。為確保相容性,製造商必須經過正式驗證流程,因此城市管理人員與公用事業公司大可安心。

截至目前,Wi-SUN聯盟共有逾230位成員,分別來自26個國家,全球部署裝置達9600萬台。

德州儀器提供支援 Wi-SUN FAN 1.0的收發器與網路處理器。舉例而言,低功耗高性能的CC1200無線收發器支援資料傳輸速率最高達1 Mbps,速率為1.2 kbps時接收敏感度可達 -122 dBm,兼顧高速與遠距傳輸。該裝置亦符合北美、歐洲與日本標準。

針對有網路處理器需求的開發商,CC1312RCC1352P無線微控制器搭載48-MHz Arm® Cortex® M4F、快閃記憶體(因此能無線更新韌體),以及滿足安全性需求的密碼加速器。原理圖如下圖4所示。

圖4CC13x2 原理

 

Wi-SUN為公用事業、設備製造商與終端使用者帶來以下益處:

  • 網狀配置使網路穩健、服務中斷時間短。
  • 以跳頻為基礎的可靠通訊技術,即使在干擾繁多的高密度區域,封包亦極少遺失。
  • 安全性設定定義明確,確保網路安全。

 

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關於德州儀器(TI

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