Präzise und sichere Entfernungsmessung ist für industrielle IoT-Umgebungen (IIoT) unerlässlich. Die Anwendungsbereiche reichen von der sicheren Asset-Verfolgung über automatisierte Lagersysteme, Gebäudeautomation bis hin zu Zutrittskontrollsystemen. Herkömmliche Entfernungsmessmethoden können jedoch die hohen Anforderungen an Genauigkeit und Sicherheit moderner IIoT-Anwendungen oft nicht erfüllen.

Das NXP MCX W72 Wireless-Mikrocontroller (MCU) integriert die Bluetooth-Kanalerkennungstechnologie und wird durch die Entwicklungsboards FRDM-MCXW72 und MCXW72-LOC hardwaretechnisch unterstützt, um diese Herausforderungen zu meistern und ein schnelles Prototyping und die Bereitstellung zu ermöglichen.

Jahrelang basierte die Bluetooth-Entfernungsmessung hauptsächlich auf der Received Signal Strength Indicator (RSSI) und der Ankunfts-/Abgangswinkelmessung (AoA/AoD). Diese Methoden sind zwar einfach zu implementieren, weisen jedoch Einschränkungen in der Genauigkeit und Sicherheitslücken auf. Beispielsweise ist die RSSI-Messung sehr anfällig für Umwelteinflüsse und Mehrwegeffekte, und beide Methoden sind anfällig für Man-in-the-Middle-Angriffe (MITM), bei denen Angreifer die Entfernungsmessung durch Manipulation der Signalstärke verfälschen können.

Dies zeigt, wie die Bluetooth-Kanalerkennungstechnologie die Round-Trip-Time mit der phasenbasierten Entfernungsmessung kombiniert

Die Bluetooth-Kanalerkennungstechnologie ist Teil des Bluetooth 6.0-Standards und verwendet einen grundlegend anderen Ansatz zur Entfernungsmessung, der zwei komplementäre Techniken kombiniert: Round-Trip-Time (RTT) und phasenbasierte Entfernungsmessung (PBR). RTT bietet eine sichere, grobe Entfernungsschätzung durch verschlüsselte, mit Zeitstempeln versehene Datenpakete, die von Angreifern nicht repliziert werden können. Anschließend ermöglicht PBR durch die Messung der Phasenverschiebung in ausgetauschten Tönen eine feinkörnige Genauigkeit, typischerweise mit einer typischen Genauigkeit von ±0,5 Metern im Freien.

Die Kanalerkennungstechnologie baut eine robuste Abwehr gegen Relay- und Verstärkungsangriffe auf, indem sie verschlüsselte Datenpakete mit Zeitstempeln verwendet und die RTT- und PBR-Messergebnisse kreuzvalidiert. Diese Technologie eignet sich ideal für Anwendungen, die präzise und genaue Entfernungsmessungen erfordern, die sich direkt auf die Sicherheit auswirken, wie z. B. Smart Locks, Zugangskontrollsysteme, schlüsselloser Fahrzeugzugang, digitale Haustüren und Gebäudeautomationssysteme.

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NXP MCX W72: Kanalerkennungslösung für IIoT-Anwendungen

Das MCX W72 ist das für Bluetooth 6.0-Kanalerkennung zertifizierte Wireless-MCU von NXP, das speziell für IIoT-Anwendungen entwickelt wurde. Die Plattform unterstützt Multi-Protokoll-Konnektivität, einschließlich Bluetooth Low Energy, Thread-basiertes Matter und Zigbee.

Strukturdiagramm des MCX W72

Das Herzstück der Entfernungsmessfähigkeiten des MCX W72 ist ein dediziertes Lokalisierungs-Berechnungs-Modul (LCE). Diese spezielle Hardware kann die Verarbeitung von Lokalisierungsalgorithmen um bis zu das 10-fache des Haupt-Arm® Cortex®-M33-Kerns beschleunigen und so die Ausführungszeit von Algorithmen um fast 45 % reduzieren. Das Ergebnis sind geringere Latenz und weniger Stromverbrauch, was für batteriebetriebene IIoT-Geräte entscheidend ist.

Das NXP MCX W72 gewährleistet die Informationssicherheit durch das integrierte EdgeLock®-Sicherheitszonen-Kernprofil, das sensible kryptografische Vorgänge wie Schlüsselspeicherung und vertrauenswürdige Boot-Prozesse isolieren kann. Darüber hinaus unterstützt die fortschrittliche Bluetooth Low Energy-Funk einheit bis zu 24 gleichzeitige Verbindungen und bietet so eine leistungsstarke Konnektivität für komplexe IIoT-Bereitstellungen, die eine Kommunikation und Koordination von Entfernungsmessvorgängen zwischen mehreren Geräten erfordern.

Hardwareunterstützung: Entwicklungsboards für schnelles Prototyping

Um Entwicklern die Anwendung der Bluetooth-Kanalerkennungstechnologie in realen Szenarien zu ermöglichen, stellt NXP dedizierte Hardwareplattformen zur Beschleunigung des Prototypings bereit. Diese Entwicklungsboards vereinfachen den Evaluierungsprozess, beschleunigen die Markteinführung und bieten flexible Optionen für die Entwicklung sicherer, präziser Entfernungsmesslösungen.

FRDM-MCXW72 Entwicklungsplattform

Das FRDM-MCXW72 bringt die bewährte FRDM-Plattform von NXP in die drahtlose Entwicklung. Dieses kostengünstige Entwicklungsboard ist mit einer drahtlosen Demo vorinstalliert, die sofort mit der NXP IoT Toolbox Mobile App funktioniert und es Entwicklern ermöglicht, grundlegende Funktionen innerhalb weniger Minuten nach dem Auspacken zu bewerten. Das Board bietet mehrere Erweiterungsoptionen, darunter Arduino-Anschlüsse, mikroBUS und Pmod (Peripheral Module)-Steckverbinder, um das Hinzufügen von Sensoren und Peripheriegeräten für anwendungsspezifisches Prototyping zu erleichtern. Der integrierte MCULink-Debugger auf Basis des LPC55S69 macht externe Debugging-Tools überflüssig. Weitere Funktionen sind externer Flash-Speicher, I²C-Sensor, Lichtsensor, RGB- und blaue LEDs, CAN-Anschluss, PCB-Antenne und ein uFL-Anschluss für leitungsgebundene (Kabel-)Messungen.

MCXW72-LOC Lokalisierungsboard

Für Entwickler, die sich speziell auf Kanalerkennungsanwendungen konzentrieren, bietet das MCXW72-LOC eine dedizierte Evaluierungsplattform. Dieses industrielle IoT-Evaluierungs-Kit bietet umfassende Testmöglichkeiten für die Multi-Protokoll-Wireless-Unterstützung des MCX W72, einschließlich Bluetooth Low Energy, Zigbee, Thread, Matter und CAN-Verbindung.

Das MCXW72-LOC verfügt über ein Dual-Antennen-Diversitätssystem, das dynamisch zwischen zwei 2,4-GHz-Antennen über einen HF-Schalter wählt und so die Messgenauigkeit im Vergleich zum Einzel-Antennen-Board FRDM-MCXW72 verbessert. Durch Nachlöten von Kondensatoren können SMA-Steckverbinder anstelle der Antennen gewählt werden, was Experimente mit leitungsgebundenen (Kabel-)Messungen ermöglicht.

Das MCXW72-LOC-Board ist mit einer Kanalerkennungs-Demo vorinstalliert. Entwickler können zwei MCXW72-LOC-Boards paaren, um drahtlose Entfernungsmessungssitzungen nahtlos zu demonstrieren und die Leistung unter realen Bedingungen zu bewerten. Die Plattform bietet außerdem einen fortschrittlichen MCU-Link-Hardware-Debugger, mehrere Stromversorgungs- und Low-Power-Optionen, duale CAN-Transceiver, Taster, Schalter, LEDs und einen MikroE Click-Steckverbinder für die einfache Integration von Sensoren.

Unterstützung des Entwicklungsökosystems

Beide Boards sind vollständig kompatibel mit dem NXP-Entwicklungsökosystem. Das MCUXpresso Software Development Kit (SDK) bietet Treiber, Beispiele und umfassende Dokumentation. Darüber hinaus bietet der Application Code Hub (ACH) von Experten geschriebene Codebeispiele zur Beschleunigung der Entwicklung, während der Expansion Board Hub (EHB) eine Brücke zwischen Entwicklern und kompatiblen Add-On-Boards von NXP und seinen Ökosystempartnern schlägt. Die proprietären Algorithmen von NXP wandeln die rohen Kanalerkennungsmessdaten in präzise Entfernungsschätzungen um und abstrahieren so die komplexe Mathematik für Anwendungsentwickler.

NXP KW47: Einführung der Kanalerkennungstechnologie in Automobilsystemen

KW47-Architektur

Während das MCX W72 hauptsächlich auf das industrielle IoT ausgerichtet ist, bringt das NXP KW47 die gleichen Kanalerkennungsfähigkeiten in den Automobilbereich. Als erstes Automotive-qualifiziertes Bluetooth 6.0 Kanalerkennungs-MCU von NXP erfüllt das KW47 die Anforderungen der AEC-Q100 Level 2-Zertifizierung und unterstützt ASPICE, MISRA-Softwarestandards sowie AUTOSAR mit integrierter CAN-Kommunikation.

Das NXP KW47 ermöglicht sichere digitale Schlüsselsysteme und Fahrzeugzugangsanwendungen mit einer beeindruckenden Reichweite: Es kann Fahrer in einer Entfernung von bis zu 100 Metern erkennen und bietet im Nahbereich eine Genauigkeit von 20-50 cm. Das KW47 verwendet die gleiche Plattformarchitektur wie das MCX W72 (einschließlich des gleichen LCE und der EdgeLock-Sicherheitstechnologie) und gewährleistet so ein konsistentes Entwicklungserlebnis und Interoperabilität zwischen Automobil- und IIoT-Anwendungen. Das KW47-LOC Entwicklungsboard bietet Automobilentwicklern ähnliche Evaluierungswerkzeuge wie das MCXW72-LOC für IIoT-Anwendungen.

Lösungen in Serienproduktion

Die NXP MCX W72 und KW47 sind bereits in Serienproduktion. Die Entwicklungsboards sind jetzt erhältlich, und Entwickler können sofort mit dem Prototyping auf diesen Boards beginnen und sich auf die Serienproduktion vorbereiten. Eröffnen Sie unbegrenzte Möglichkeiten.