尽管电动汽车（EV）持续增长，充电基础设施仍然落后，使得可靠的家庭充电变得不可或缺。
虽然安装充电器很简单，但要兼顾成本和便利性，优化其运行需要与智能家居生态系统集成。然而，在已经拥挤的家庭网络中增加像电动车充电器这样的高功率设备，带来了独特的连接挑战。工程师必须确保充电器、家庭能源管理系统（HEMS）及其他设备之间安全、可靠且可扩展的通信。
无线连接技术的进步，包括Wi-Fi、蓝牙、Thread和Matter标准，以及蜂窝和非蜂窝物联网技术等替代方案，正在帮助设计师克服这些障碍。
智能家用充电的必要性
随着全球主要汽车制造商将研发重点转向全电动化未来，智能联网充电的需求正在上升，尤其是由于能源成本波动和电网需求不断增加。智能家居集成让用户可以安排非高峰时段充电，远程监控充电状态，甚至将多余的太阳能电力重新分配到电动车。这种控制层级需要安全且始终可靠的无线连接，能够将使用数据、系统健康状况和可用性传递到中央平台。
对于本地用户的交互及与其他智能家居设备的集成，Matter标准正逐渐成为关键统一器。通过基于Wi-Fi和Thread（配合蓝牙LE调试）等成熟IP协议，Matter旨在为智能家居带来无缝互作性。此外，电动汽车充电器可以与HEMS、智能插座、太阳能逆变器或储能等设备无缝通信，实现灵活自动化。但Matter无法独自完成所有这些。
智能家居与电动汽车日益紧密的联系正在创造创新的新前沿。但解决方案不是单一的无线标准，而是多种连接技术的组合——每一种都根据特定的性能、距离和可靠性需求选择。
结合蜂窝与非蜂窝物联网，确保连接稳定性
虽然Wi-Fi是许多智能家居设备连接到云端的默认方式，但它并不总是充电基础设施的最佳解决方案。如今，电动汽车充电桩通常安装在Wi-Fi信号极差的地方，如混凝土地下室、地下停车场或远离家庭路由器的独立车库。在这种情况下，依赖本地Wi-Fi网络可能不切实际且不可靠。这正是蜂窝物联网技术发挥作用的地方。
通过在充电器中直接嵌入 LTE-M 或 NB-IoT 连接功能，制造商可以完全绕过本地网络，建立独立、安全且专业管理的云连接，无论 Wi-Fi 网络质量如何，都能保证正常运行时间。这种直接连接云平台的方式简化了安装流程，并为支付处理、空中下载（OTA）固件更新和远程诊断等关键功能提供了稳定的链路。
连接性挑战在多充电器环境中不断发展，如公寓楼、小型企业或新建住宅区。为每个充电器配备自己的蜂窝或Wi-Fi连接可能既昂贵又难以管理。
在这些情况下，使用网状网络将所有充电器相互连接，并通过一个网关进一步连接到云平台，是更合理的选择。DECT NR+（一种非蜂窝 5G 标准）就是一个潜在的解决方案。它工作在专用且免许可的 1.9GHz 频段，能够创建私有、自修复且高度稳定的网状网络，连接数十甚至数百个充电器。这种低延迟网络非常适合多辆车的负载均衡和协调充电。
在DECT NR+拓扑中，一个或多个充电器可以作为汇节点（或网关）。该汇聚节点是唯一需要回程互联网连接的设备，互联网可通过蜂窝物联网、Wi-Fi或以太网连接。然后它将整个充电集群的所有数据中继，大幅降低基础设施成本并简化网络管理。
无线物联网的关键：安全性与连接性
将所有这些无线协议整合到一个设备中，是工程师面临的主要挑战之一。
例如，现代联网电动汽车充电器可能需要支持Wi-Fi作为主要连接，蜂窝物联网作为备用，DECT NR+作为局域网络，以及蓝牙LE作为初始设置。要支持这些协议，需要具备多协议无线电的无线系统级芯片（SoC），以及足够的处理能力和内存来运行多个协议栈 —— 或者采用无线模块，将许多相同的组件集成在一个更即插即用的封装中。
无线物联网日益复杂化促使供应商如Nordic Semiconductor开发集成更多无线电、更多处理器和更多内存的SoC，以同时运行多种无线协议。
除了协议支持外，另一个问题是实现强健的硬件安全。电动汽车充电器不仅仅是另一种智能家居小工具;它是一台高功率家电，同时连接电网和云端。攻击面庞大，泄露后果严重。被入侵的充电桩可能被用来干扰电网、实施能源盗窃、泄露敏感用户数据和账单信息，甚至制造物理安全隐患。
保护这些设备需要基于硬件的纵深防御战略。仅靠软件的方法是不够的，因为如果攻击者获得初始访问权限，可以绕过。现代物联网安全的基础是信任根源（RoT）。它是SoC内部不可变、可信的系统，作为所有安全作的锚点。基于RoT，安全系统必须提供若干关键服务：
安全启动：每次设备开机时，RoT都会验证引导加载器和应用固件的加密签名。这确保设备只运行真实且未被篡改的软件，防止持续恶意软件感染。
安全固件更新：OTA更新对于修补漏洞和添加功能至关重要。安全更新机制确保设备在安装前通过加密方式验证新固件镜像的真实性和完整性，防止攻击者加载恶意代码。
安全密钥存储：设备需要存储加密密钥以加密通信和自我认证。这些密钥必须被隔离在安全的保险库中，并被硬件隔离，以防止即使攻击者拥有物理访问权限，也无法被提取。
硬件隔离：关键过程必须与主要应用隔离。如Arm TrustZone等技术创造了一个安全的处理环境，使加密功能和其他敏感作可以与较不信任、面向互联网的应用代码分开执行。
获得PSA认证的物联网解决方案，如Nordic Semiconductor提供的方案，提供最高级别的安全保障。该第三方认证不仅验证了强大的软件保护，还验证了对复杂物理硬件攻击的显著抵抗力，使设计者和终端用户对设备安全基础的坚实有信心。
多协议无线连接全面覆盖需求
通过利用蜂窝物联网实现保证连接，Matter实现智能家居互作性，以及DECT NR+实现可扩展多充电网络，开发者能够打造真正的智能充电解决方案。借助先进的多协议SoC和如nRF Connect SDK等统一软件平台，企业现已具备弥合差距的能力，推动住宅电动车充电的便利性、节能和创新。
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