Uvod v tehnologijo sigfox - osnove, arhitektura in varnostne funkcije

Tekma za brezžično tehnologijo se je začela že v devetdesetih letih prejšnjega stoletja, ko je Marconi zgradil prvo radijsko postajo na svetu in uvedel brezžično telegrafijo, ki je popolnoma na novo opredelila način izmenjave informacij. Danes smo napredovali s številnimi novimi celičnimi tehnologijami za brezžično pošiljanje velike količine podatkov vsem, ki živijo tudi v najglobljem kotu Zemlje. V zadnjem času pa niso samo ljudje tisti, ki morajo komunicirati med seboj. Naprave in druge elektronske naprave so si med seboj začele izmenjevati informacije, da bi vzpostavile povezano omrežje. Te naprave večinoma delujejo na akumulatorju z oddaljene lokacije, zaradi česar mora komunicirati na velike razdalje z najmanjšo možno močjo. Ta zahteva je spodbudila potrebo po novih komunikacijskih tehnologijah, kot so ZigBee, LoRa, Sigfox itd. O tem, kaj je LoRa, smo že razpravljali v prejšnjem članku, zato bomo v tem članku spoznali podoben protokol brezžične komunikacije, imenovan Sigfox, in njegov pomen v povezana tehnologija.

Kaj je Sigfox tehnologija

Sigfox je celična brezžična komunikacija, ki ponuja rešitve po meri predvsem za nizko zmogljive aplikacije interneta stvari (IoT) in aplikacije M2M, tako da uporablja svoje celovite storitve povezovanja IoT z uporabo svojih patentiranih tehnologij. Omrežni protokol Sigfox ima patentirane osnovne postaje, ki so integrirane s programsko opredeljenimi radijskimi postajami. Končne naprave uporabljajo binarno modulacijo faznega zamika (BPSK) za povezavo z baznimi postajami.

Omrežje Sigfox je bilo zasnovano tako, da omogoča učinkovito komunikacijo ob nizki porabi energije. Nizka poraba energije zagotavlja dolgotrajno delovanje oddaljenih naprav z minimalnim polnjenjem ali vzdrževanjem baterije. Sigfox omogoča IoT komunikacijo na velike razdalje, kar omogoča prenos z minimalnimi baznimi postajami. Omrežje Sigfox uporablja pristop celičnega sloga, da oddaljenim vozliščem omogoča uporabo interneta za komunikacijo z baznimi postajami. To olajša daljinsko upravljanje in zbiranje podatkov iz vozlišč Sigfox na širokem geografskem območju, če obstaja internetna povezava.

Značilnosti Sigfoxa

Čeprav je bil Sigfox predstavljen že leta 2009, je šele pred kratkim pridobil popularnost. Danes, ko se IoT pojavlja, se Sigfox zelo pogosto uporablja kot komunikacijski standard za povezovanje naprav z nizko porabo energije, kot so pametni števci električne energije, pametne ure itd. Oglejmo si funkcije Sigfoxa, zaradi česar je omrežje prednostno.

Visoka zmogljivost omrežja

Sigfox ima visoko zmogljivost, ki mu omogoča merjenje do milijard predmetov, in to zaradi ultra ozke pasovne modulacije, ki sprejme odpornost in odpornost na motnje. Infrastruktura Sigfox uporablja naključni dostop, ki olajša frekvenčno in časovno raznolikost. Uporaba pasovne širine navzgornje in spodnje povezave omogoča doslednost ne glede na uporabljeno radijsko povezavo.

Visoka energetska učinkovitost

Omrežje Sigfox se ponaša z visoko energetsko učinkovitostjo, zahvaljujoč nizko porabljivim polprevodnikom, ki se uporabljajo pri izdelavi strojne opreme Sigfox. Ti polprevodniki modulom Sigfox omogočajo prenos podatkov s samo približno 10mA - 50mA toka. Omrežna arhitektura Sigfox pred prenosom podatkov ne izvede sinhronizacije sporočil med napravami in bazno postajo, kar pomeni, da ni potrebno paring. Pomanjkanje seznanjanja med napravami in bazno postajo omogoča dolgo življenjsko dobo baterije in daje Sigfoxu prednost pred drugimi tehnologijami. Sigfox v prostem teku porabi le nekaj nano amperov, ta stopnja porabe energije je zanemarljiva, kar še povečuje učinkovitost.

Dolge razdalje

Uvajanje Sigfoxa pokriva veliko geografsko območje z minimalnim številom baznih postaj. Območje radijske frekvence (RF) je ocenjeno glede na hitrost prenosa podatkov za vsak izhod, dolg razpon pa dosežemo z nizko hitrostjo prenosa podatkov. Izvedba baznih postaj velikega dosega omogoča izvedbo širokega omrežja Sigfox z minimalnimi stroški. Dolgo doseg Sigfoxa olajša tudi dejstvo, da imajo bazne postaje manj občutljivosti in predmeti z nizko izhodno močjo. Na podeželskih območjih omrežje Sigfox zaradi minimalnih motenj v povprečju pokriva 30–50 km. V mestnih središčih, kjer je veliko ovir, se obseg Sigfoxa zmanjša na 10 km.

Odpornost na motnje

Sigfox uporablja ultra-pasovni pas 192KHz (UNB), integriran s prostorsko raznolikostjo bazne postaje od +20 dB, kar olajša njegove edinstvene lastnosti proti zatikanju. Mreža Sigfox uporablja ultra ozki pas za delovanje v industrijskem, znanstvenem in medicinskem (ISM) pasusaj signali razširjenega spektra motijo ​​signale UNB. V Evropi ima Uplink pasovno širino 100 Hz, v ZDA pa pasovna širina več kot 600 Hz. Evropska unija je omejila največjo moč na 25 mW. Dowlink ima pasovno širino kanala 1,5KHz in obseg podatkov 600 bps. Dowlink nadalje omejuje največjo izhodno moč na 500mW. Optimalna odpornost na motnje olajša Sigfoxu učinkovito delovanje v pasu ISM. To mu omogoča prenos tudi pod motečimi signali. Vendar prekrivanje z nizkim šumom povzroči lastno robustnost ultra-ozkega pasu. Posledično mora imeti signal za prenos sporočila vsaj 8 dB.

Sigfoxova mrežna arhitektura

Sigfoxova mrežna arhitektura je vodoravna in tanka ter ima dve plasti. Prvi sloj obsega mrežno opremo, večinoma bazne postaje, in druge elemente. Namen te plasti je prejemati sporočila iz naprave IoT in jih prenašati na podporne sisteme Sigfox. To omrežje ima topologijo zvezde z enim skokom, ki omogoča napravam IoT povezavo s katero koli bazno postajo v bližini. Druga plast je Sigfox Support Systemkjer se sporočila z baznih postaj obdelujejo in pošiljajo prek povratnih klicev v sistem strank. Ta plast omogoča tudi vstopno točko različnih akterjev, kot so Sigfox, končni kupci, operaterji Sigfox in kanali do ekosistema z uporabo spletnih vmesnikov ali API-jev. Plast ima repozitorij in druga orodja za analizo podatkov, ki jih zbira omrežje. Sloj vsebuje tudi module in funkcije, ki podpirajo uvajanje, delovanje in nadzor omrežja. Funkcije vključujejo sistem za poslovno podporo (BSS) za zaračunavanje in naročanje ter radijsko načrtovanje za podporo uvajanju in spremljanju omrežja. Javni internet povezuje oba sloja prek varnih povezav VPN.

Podatki iz naprav IoT se po zraku pošljejo baznim postajam, nato pa po backhaulu, ki uporablja DSL povezljivost s 4G varnostno kopijo. Satelitska povezljivost se uporablja kot varnostna kopija tam, kjer DSL in 4G nista na voljo. Z obdelavo sporočil skrbi tudi backhaul, ta sporočila prispejo v jedrno omrežje toliko ponovitev, vendar je shranjena le ena kopija, do katere lahko stranke dostopajo prek spletnega vmesnika.

Sigfoxova varnost in zasebnost

Ker naj bi se Sigfox primarno osredotočil na IoT, je bilo omrežje zasnovano za povečanje varnosti z uporabo požarnih zidov za zaščito podatkov v gibanju in miru. Ta članek o varnostnih izzivih IoT si lahko preberete tudi, če si želite bolje predstavljati, kako zaščititi svoje naprave IoT. Zdaj pa si oglejmo različne varnostne funkcije v Sigfoxu.

Varnost požarnega zidu

Sigfox ima vgrajen požarni zid, ki omejuje predmete interneta stvari na povezovanje ali komuniciranje z uporabo internetnega protokola. Za komunikacijo prek interneta predmet pošlje radijsko sporočilo, ki ga poberejo dostopne postaje. Dostopna postaja nato sporočilo posreduje sistemu podpore Sigfox, ki ga nato pošlje na določeni cilj. Podporni sistem Sigfox preko baznih postaj posreduje tudi odziv pošiljatelju. Varnostni požarni zid tako predmete IoT varuje pred napadi, povezanimi z internetom.

Varnost podatkov

Arhitektura Sigfox zagotavlja varnostni mehanizem, ki zagotavlja varno preverjanje pristnosti podatkov in preprečevanje ponovnega predvajanja; zagotavlja tudi dodaten mehanizem za prisluškovanje. Iofova veriga Sigfoxa vključuje shranjene ključe za preverjanje pristnosti, ki jih shranijo naprave in stranka, ta ključ pa bo potreben za dostop do podatkov, ki jih shrani sistem Sigfox. Kot rezultat, Sigfoxovi podatkovni mehanizmi zagotavljajo varnost znotraj raznolikega ekosistema in različnih lokalnih predpisov. Ključ za preverjanje pristnosti za vsako napravo je edinstven, kar pomeni, da ogrožanje varnostnega ključa za preverjanje pristnosti naprave ne vpliva na varnost drugih naprav. Vendar je varnost katere koli naprave prepuščena proizvajalcu.

Uporaba Sigfoxa

Tehnologija Sigfox je primerna za poceni M2M aplikacije, ki delujejo na širokem območju. Ta področja vključujejo;

• Osebe, blago ali druga vrsta sledenja sredstev.
• Pametna merilna komunikacija v energetskem sektorju.
• Komunikacija aplikacij mHealth
• Upravljanje avtomobilskih komunikacij v prometnem sektorju
• Daljinsko upravljanje in nadzor.
• Varnost.

Proizvajalci modulov Sigfox

Murata je med vodilnimi proizvajalci mikrokrmilnikov Sigfox. Priljubljeni moduli Sigfox uporabljajo brezžični mikrokrmilnik STM32 podjetja ST Microcontroller in tudi SX127 Samtech RFIC. Ti mikrokrmilniki delujejo v frekvenčnem območju 860-930 MHz. To frekvenčno območje podpira izhodno moč +14 dBm, ki jo je mogoče povečati na +20 dBm v primeru slabih signalnih površin.

Modul	Proizvajalec
WSSFM10R1: RCZ1 (Evropa, Bližnji vzhod, Afrika)	WiSOL Co. LTD
TD1207	TD Naprej
SN10-11	InnoComm
ABZ Sigfox RC1	Murata Manufacturing Co. LTD
SiPy 14dB	Pycom
S-Wing: Podaljšana plošča Sigfox za Bosch XDK za coni 2 in 4	InnoComm
S-Wing: Podaljšana plošča Sigfox za Bosch XDK za cono 3	InnoComm
SN10-12	InnoComm
SN10-22	InnoComm