O introducere în tehnologia sigfox - elemente de bază, arhitectură și caracteristici de securitate

Cursa pentru tehnologia wireless a început de mult în anii 1890, când Marconi a construit primul post de radio din lume și a introdus telegrafia fără fir, care a redefinit complet modul în care oamenii au schimbat informații pe atunci. Astăzi, am avansat cu multe noi tehnologii celulare pentru a transmite cantități mari de date fără fir către oricine locuiește chiar și în cel mai adânc colț al Pământului. Dar, recent, nu doar oamenii trebuie să comunice între ei. Mașinile și alte dispozitive electronice au început, de asemenea, să facă schimb de informații între ele pentru a stabili o rețea conectată. Aceste dispozitive funcționează mai ales pe o baterie dintr-o locație îndepărtată, forțând-o să comunice pe distanțe mari cu o putere minimă posibilă. Această cerință a determinat necesitatea unor noi tehnologii de comunicare precum ZigBee, LoRa, Sigfox etc. Am discutat deja despre ceea ce este LoRa în articolul nostru anterior și, prin urmare, în acest articol vom afla despre un protocol de comunicație wireless similar numit Sigfox și semnificația acestuia în tehnologie conectată.

Ce este Sigfox Technology

Sigfox este o comunicație fără fir celulară cu rază lungă de acțiune, care oferă soluții personalizate în primul rând pentru aplicații de Internet cu obiecte reduse (IoT) și M2M prin utilizarea serviciilor sale de conectivitate IoT de la un capăt la altul folosind tehnologiile brevetate. Protocolul de rețea Sigfox are stații de bază brevetate care sunt integrate cu radiouri definite de software. Dispozitivele finale utilizează modulația de transfer de fază binar (BPSK) pentru a se conecta la stațiile de bază.

Rețeaua Sigfox a fost concepută pentru a facilita comunicarea eficientă la un consum redus de energie. Consumul redus de energie asigură faptul că dispozitivele la distanță funcționează mult timp, cu încărcare sau întreținere minimă a bateriei. Sigfox permite comunicarea IoT pe distanțe mari, făcând posibilă transmiterea cu stații de bază minime. Rețeaua Sigfox utilizează abordarea stilului celular pentru a permite nodurilor la distanță să utilizeze internetul pentru a comunica cu stațiile de bază. Acest lucru facilitează controlul la distanță și colectarea datelor de la nodurile Sigfox într-o zonă geografică extinsă, atâta timp cât există conectivitate la internet.

Caracteristicile Sigfox

Deși Sigfox a fost introdus în 2009, abia de curând a câștigat popularitate. Astăzi, odată cu apariția IoT, Sigfox este extrem de utilizat ca standard de comunicație pentru a conecta dispozitive cu consum redus de energie, cum ar fi contoare inteligente de energie electrică, ceasuri inteligente etc.

Capacitate mare a rețelei

Sigfox are o capacitate ridicată care îi permite să se extindă până la miliarde de obiecte, acest lucru se datorează modulației cu bandă ultra-îngustă care găzduiește rezistență și rezistență la interferențe. Infrastructura Sigfox utilizează acces aleatoriu care facilitează frecvența și diversitatea orei. Utilizarea lățimii de bandă a legăturilor ascendente și descendente permite coerența indiferent de legătura radio utilizată.

Eficiență energetică ridicată

Rețeaua Sigfox se mândrește cu o eficiență energetică ridicată, datorită semiconductoarelor cu consum redus de energie, care sunt utilizate la fabricarea hardware-ului Sigfox. Acești semiconductori permit modulelor Sigfox să transmită date cu doar aproximativ 10mA - 50mA de curent. Arhitectura de rețea Sigfox nu execută sincronizarea mesajelor între dispozitive și stația de bază înainte de a efectua transmisia de date, ceea ce înseamnă că nu este necesară nicio parare. Lipsa de asociere între dispozitive și stația de bază asigură o durată lungă de viață a bateriei și oferă Sigfox avantaj față de alte tehnologii. Sigfox consumă doar câteva nano amperi când este inactiv, această rată de consum de energie este neglijabilă, sporind în continuare eficiența.

Raza lunga

Implementarea Sigfox acoperă o arie geografică extinsă cu un număr minim de stații de bază. Gama de frecvență radio (RF) este estimată prin semnificația ratei de date pentru fiecare ieșire, intervalul lung se realizează cu o rată de date scăzută. Implementarea stațiilor de bază cu rază lungă de acțiune permite implementarea unei rețele Sigfox cu gamă largă la costuri minime. Raza lungă de acțiune a lui Sigfox este facilitată și de faptul că stațiile de bază au o sensibilitate mai mică și obiectele au o putere de ieșire redusă. În zonele rurale, o rețea Sigfox acoperă o autonomie medie de 30 km - 50 km datorită interferențelor minime. Cu toate acestea, în centrele orașelor în care există multe obstrucții, gama Sigfox se reduce la 10 km.

Rezistența la interferențe

Sigfox folosește 192KHz Ultra Barrow Band (UNB) integrat cu diversitatea spațială a stației de bază de +20 dB, care facilitează caracteristicile sale unice anti-bruiaj. Rețeaua Sigfox utilizează banda ultra îngustă pentru a opera în bandă industrială, științifică și medicală (ISM)deoarece semnalele cu spectru răspândit sunt interferate de semnale UNB. În Europa, legătura ascendentă are o lățime de bandă de 100Hz, în timp ce în SUA lățimea de bandă depășește până la 600Hz. Uniunea Europeană a limitat puterea maximă la 25mW. Legătura descendentă are o lățime de bandă a canalului de 1,5 KHz și o gamă de date de 600 bps. Legătura descendentă limitează suplimentar puterea maximă de ieșire la 500mW. Rezistența optimă pentru a interfera facilitează Sigfox să funcționeze eficient în banda ISM. Acest lucru îi permite să transmită chiar și sub semnale de blocare. Cu toate acestea, suprapunerea cu zgomot redus induce o rezistență intrinsecă pentru banda ultra-îngustă. Ca urmare, pentru ca un mesaj să fie transmis, semnalul ar trebui să aibă cel puțin 8 dB.

Sigfox Network Architecture

Arhitectura de rețea Sigfox este orizontală și subțire și are 2 straturi. Stratul unu cuprinde echipamentele de rețea în principal stațiile de bază și alte elemente. Scopul acestui strat este de a primi mesaje de pe dispozitivul IoT și de a le transmite către sistemele de asistență Sigfox, această rețea are o topologie de tip stea one-hop care permite dispozitivelor IoT să se conecteze la orice stație de bază din apropiere. Al doilea strat este sistemul de asistență Sigfoxunde mesajele de la stațiile de bază sunt procesate și trimise prin apeluri către sistemul clientului. Acest strat oferă, de asemenea, punctul de intrare al diferiților actori, cum ar fi Sigfox, clienții finali, operatorii Sigfox și canale către ecosistem utilizând interfețe web sau API-uri. Stratul are depozit și alte instrumente pentru analiza datelor colectate de rețea. Stratul conține, de asemenea, module și caracteristici care acceptă implementarea, funcționarea și monitorizarea rețelei. Funcțiile includ Business Support System (BSS) pentru facturare și comandă și Radio Planning pentru sprijinirea implementării și monitorizării rețelei. Internetul public conectează cele două straturi prin conexiuni VPN sigure.

Datele de pe dispozitivele IoT sunt trimise prin aer către stațiile de bază, apoi trec prin backhaul care utilizează conectivitate DSL cu backup 4G. Conectivitatea prin satelit este utilizată ca rezervă în locurile în care DSL și 4G nu sunt disponibile. Prelucrarea mesajelor este, de asemenea, gestionată de backhaul, aceste mesaje ajung în rețeaua de bază cu cât mai multe replici, dar este stocată o singură copie care poate fi accesată de clienți printr-o interfață web.

Securitate și confidențialitate Sigfox

Deoarece obiectivul principal al Sigfox este de a fi utilizat cu IoT, rețeaua a fost concepută pentru a spori securitatea prin implementarea de firewall-uri pentru a securiza datele în mișcare și în repaus. De asemenea, puteți citi acest articol despre provocările de securitate IoT pentru a vă face o idee mai bună despre cum să vă securizați dispozitivele IoT. Acum să aruncăm o privire la diferitele caracteristici de securitate din Sigfox.

Securitate firewall

Sigfox are un firewall încorporat care restricționează obiectele IoT să se conecteze sau să comunice utilizând protocolul de internet. Pentru a comunica prin internet, un obiect trimite un mesaj radio care este preluat de stațiile de acces disponibile. Stația de acces transmite apoi mesajul către sistemul de asistență Sigfox care, la rândul său, îl transmite către destinația specificată. Sistemul de asistență Sigfox transmite, de asemenea, răspunsul către obiectul emițător prin stațiile de bază. Firewall-ul de securitate asigură astfel obiectele IoT de atacurile legate de internet.

Securitatea datelor

Arhitectura Sigfox oferă un mecanism de securitate care garantează autentificarea sigură a datelor și evitarea redării; oferă, de asemenea, un mecanism anti-ascultare suplimentar. Lanțul IoT al Sigfox implică chei de autentificare stocate care sunt stocate de dispozitive și de client, această cheie va fi necesară pentru a accesa datele stocate de sistemul Sigfox. Drept urmare, mecanismele de date ale Sigfox garantează securitatea în cadrul ecosistemului divers și a reglementărilor locale diferite. Cheia de autentificare pentru fiecare dispozitiv este unică, ceea ce înseamnă că un compromis al cheii de securitate de autentificare a unui dispozitiv nu afectează securitatea altor dispozitive. Cu toate acestea, securitatea oricărui dispozitiv este lăsată la latitudinea producătorului.

Aplicarea Sigfox

Tehnologia Sigfox este potrivită pentru aplicații M2M cu cost redus, care funcționează pe o suprafață acoperită. Aceste zone includ;

• Persoane, mărfuri sau alt tip de urmărire a activelor.
• Comunicare inteligentă de măsurare în sectorul energetic.
• Comunicarea aplicațiilor mHealth
• Managementul comunicării auto în sectorul transporturilor
• Control și monitorizare de la distanță.
• Securitate.

Producători de module Sigfox

Murata se numără printre principalii producători de microcontrolere Sigfox. Popularele module Sigfox utilizează microcontrolerul wireless STM32 de la ST Microcontrollers și, de asemenea, SX127 Samtech RFIC. Aceste microcontrolere funcționează la o frecvență de 860-930 MHz. Această gamă de frecvențe acceptă o putere de ieșire de +14 dBm care poate fi mărită la +20 dBm în cazul unor zone de semnal slabe.

Modul	Producător
WSSFM10R1: RCZ1 (Europa, Orientul Mijlociu, Africa)	WiSOL Co. LTD
TD1207	TD Next
SN10-11	InnoComm
ABZ Sigfox RC1	Murata Manufacturing Co. LTD
SiPy 14dB	Pycom
S-Wing: Placă de extensie Sigfox pentru Bosch XDK pentru Zona 2 și 4	InnoComm
S-Wing: Placă de extensie Sigfox pentru Bosch XDK pentru Zona 3	InnoComm
SN10-12	InnoComm
SN10-22	InnoComm