盡管電動汽車（EV）持續(xù)增長，充電基礎設施仍然落后，使得可靠的家庭充電變得不可或缺。

雖然安裝充電器很簡單，但要兼顧成本和便利性，優(yōu)化其運行需要與智能家居生態(tài)系統(tǒng)集成。然而，在已經(jīng)擁擠的家庭網(wǎng)絡中增加像電動車充電器這樣的高功率設備，帶來了獨特的連接挑戰(zhàn)。工程師必須確保充電器、家庭能源管理系統(tǒng)（HEMS）及其他設備之間安全、可靠且可擴展的通信。

無線連接技術的進步，包括Wi-Fi、藍牙、Thread和Matter標準，以及蜂窩和非蜂窩物聯(lián)網(wǎng)技術等替代方案，正在幫助設計師克服這些障礙。

智能家用充電的必要性

隨著全球主要汽車制造商將研發(fā)重點轉向全電動化未來，智能聯(lián)網(wǎng)充電的需求正在上升，尤其是由于能源成本波動和電網(wǎng)需求不斷增加。智能家居集成讓用戶可以安排非高峰時段充電，遠程監(jiān)控充電狀態(tài)，甚至將多余的太陽能電力重新分配到電動車。這種控制層級需要安全且始終可靠的無線連接，能夠將使用數(shù)據(jù)、系統(tǒng)健康狀況和可用性傳遞到中央平臺。

對于本地用戶的交互及與其他智能家居設備的集成，Matter標準正逐漸成為關鍵統(tǒng)一器。通過基于Wi-Fi和Thread（配合藍牙LE調試）等成熟IP協(xié)議，Matter旨在為智能家居帶來無縫互作性。此外，電動汽車充電器可以與HEMS、智能插座、太陽能逆變器或儲能等設備無縫通信，實現(xiàn)靈活自動化。但Matter無法獨自完成所有這些。

智能家居與電動汽車日益緊密的聯(lián)系正在創(chuàng)造創(chuàng)新的新前沿。但解決方案不是單一的無線標準，而是多種連接技術的組合——每一種都根據(jù)特定的性能、距離和可靠性需求選擇。

結合蜂窩與非蜂窩物聯(lián)網(wǎng)，確保連接穩(wěn)定性

雖然Wi-Fi是許多智能家居設備連接到云端的默認方式，但它并不總是充電基礎設施的最佳解決方案。如今，電動汽車充電樁通常安裝在Wi-Fi信號極差的地方，如混凝土地下室、地下停車場或遠離家庭路由器的獨立車庫。在這種情況下，依賴本地Wi-Fi網(wǎng)絡可能不切實際且不可靠。這正是蜂窩物聯(lián)網(wǎng)技術發(fā)揮作用的地方。

通過在充電器中直接嵌入 LTE-M 或 NB-IoT 連接功能，制造商可以完全繞過本地網(wǎng)絡，建立獨立、安全且專業(yè)管理的云連接，無論 Wi-Fi 網(wǎng)絡質量如何，都能保證正常運行時間。這種直接連接云平臺的方式簡化了安裝流程，并為支付處理、空中下載（OTA）固件更新和遠程診斷等關鍵功能提供了穩(wěn)定的鏈路。

連接性挑戰(zhàn)在多充電器環(huán)境中不斷發(fā)展，如公寓樓、小型企業(yè)或新建住宅區(qū)。為每個充電器配備自己的蜂窩或Wi-Fi連接可能既昂貴又難以管理。

在這些情況下，使用網(wǎng)狀網(wǎng)絡將所有充電器相互連接，并通過一個網(wǎng)關進一步連接到云平臺，是更合理的選擇。DECT NR+（一種非蜂窩 5G 標準）就是一個潛在的解決方案。它工作在專用且免許可的 1.9GHz 頻段，能夠創(chuàng)建私有、自修復且高度穩(wěn)定的網(wǎng)狀網(wǎng)絡，連接數(shù)十甚至數(shù)百個充電器。這種低延遲網(wǎng)絡非常適合多輛車的負載均衡和協(xié)調充電。

在DECT NR+拓撲中，一個或多個充電器可以作為匯節(jié)點（或網(wǎng)關）。該匯聚節(jié)點是唯一需要回程互聯(lián)網(wǎng)連接的設備，互聯(lián)網(wǎng)可通過蜂窩物聯(lián)網(wǎng)、Wi-Fi或以太網(wǎng)連接。然后它將整個充電集群的所有數(shù)據(jù)中繼，大幅降低基礎設施成本并簡化網(wǎng)絡管理。

無線物聯(lián)網(wǎng)的關鍵：安全性與連接性

將所有這些無線協(xié)議整合到一個設備中，是工程師面臨的主要挑戰(zhàn)之一。

例如，現(xiàn)代聯(lián)網(wǎng)電動汽車充電器可能需要支持Wi-Fi作為主要連接，蜂窩物聯(lián)網(wǎng)作為備用，DECT NR+作為局域網(wǎng)絡，以及藍牙LE作為初始設置。要支持這些協(xié)議，需要具備多協(xié)議無線電的無線系統(tǒng)級芯片（SoC），以及足夠的處理能力和內存來運行多個協(xié)議棧 —— 或者采用無線模塊，將許多相同的組件集成在一個更即插即用的封裝中。

無線物聯(lián)網(wǎng)日益復雜化促使供應商如Nordic Semiconductor開發(fā)集成更多無線電、更多處理器和更多內存的SoC，以同時運行多種無線協(xié)議。

除了協(xié)議支持外，另一個問題是實現(xiàn)強健的硬件安全。電動汽車充電器不僅僅是另一種智能家居小工具;它是一臺高功率家電，同時連接電網(wǎng)和云端。攻擊面龐大，泄露后果嚴重。被入侵的充電樁可能被用來干擾電網(wǎng)、實施能源盜竊、泄露敏感用戶數(shù)據(jù)和賬單信息，甚至制造物理安全隱患。

保護這些設備需要基于硬件的縱深防御戰(zhàn)略。僅靠軟件的方法是不夠的，因為如果攻擊者獲得初始訪問權限，可以繞過?，F(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)安全的基礎是信任根源（RoT）。它是SoC內部不可變、可信的系統(tǒng)，作為所有安全作的錨點?；赗oT，安全系統(tǒng)必須提供若干關鍵服務：

• 安全啟動：每次設備開機時，RoT都會驗證引導加載器和應用固件的加密簽名。這確保設備只運行真實且未被篡改的軟件，防止持續(xù)惡意軟件感染。

• 安全固件更新：OTA更新對于修補漏洞和添加功能至關重要。安全更新機制確保設備在安裝前通過加密方式驗證新固件鏡像的真實性和完整性，防止攻擊者加載惡意代碼。

• 安全密鑰存儲：設備需要存儲加密密鑰以加密通信和自我認證。這些密鑰必須被隔離在安全的保險庫中，并被硬件隔離，以防止即使攻擊者擁有物理訪問權限，也無法被提取。

• 硬件隔離：關鍵過程必須與主要應用隔離。如Arm TrustZone等技術創(chuàng)造了一個安全的處理環(huán)境，使加密功能和其他敏感作可以與較不信任、面向互聯(lián)網(wǎng)的應用代碼分開執(zhí)行。

獲得PSA認證的物聯(lián)網(wǎng)解決方案，如Nordic Semiconductor提供的方案，提供最高級別的安全保障。該第三方認證不僅驗證了強大的軟件保護，還驗證了對復雜物理硬件攻擊的顯著抵抗力，使設計者和終端用戶對設備安全基礎的堅實有信心。

多協(xié)議無線連接全面覆蓋需求

通過利用蜂窩物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)保證連接，Matter實現(xiàn)智能家居互作性，以及DECT NR+實現(xiàn)可擴展多充電網(wǎng)絡，開發(fā)者能夠打造真正的智能充電解決方案。借助先進的多協(xié)議SoC和如nRF Connect SDK等統(tǒng)一軟件平臺，企業(yè)現(xiàn)已具備彌合差距的能力，推動住宅電動車充電的便利性、節(jié)能和創(chuàng)新。