En introduktion til sigfox-teknologi - grundlæggende, arkitektur og sikkerhedsfunktioner

Løbet om trådløs teknologi startede længe tilbage i 1890'erne, da Marconi byggede verdens første radiostation og indførte trådløs telegrafi, som fuldstændigt omdefinerede den måde, hvordan mennesker udvekslede information dengang. I dag er vi avanceret med mange nye cellulære teknologier til at overføre store mængder data trådløst til alle, der bor i selv det dybeste hjørne af jorden. Men for nylig er det ikke kun mennesker, der skal kommunikere indbyrdes. Maskinerne og andre elektroniske enheder er også begyndt at udveksle information mellem hinanden for at etablere et tilsluttet netværk. Disse enheder fungerer for det meste på et batteri fra et fjerntliggende sted og tvinger det til at kommunikere over lang afstand med mindst mulig strøm. Dette krav har givet anledning til behovet for nye kommunikationsteknologier som ZigBee, LoRa, Sigfox osv. Vi har allerede diskuteret, hvad der er LoRa i vores forrige artikel, og derfor vil vi i denne artikel lære om en lignende trådløs kommunikationsprotokol kaldet Sigfox og dens betydning i tilsluttet teknologi.

Hvad er Sigfox Technology

Sigfox er en trådløs trådløs kommunikation med lang rækkevidde, der tilbyder tilpassede løsninger primært til IoT- applikationer (IoT) og M2M-applikationer ved lavt gennemløb ved at benytte dens ende-til-ende IoT-tilslutningstjenester ved hjælp af de patenterede teknologier. Sigfox-netværksprotokollen har patenterede basestationer, der er integreret med softwaredefinerede radioer. Slutanordningerne bruger binær faseskiftnøgling (BPSK) -modulation til at oprette forbindelse til basestationerne.

Sigfox-netværket er designet til at lette effektiv kommunikation over lavt strømforbrug. Lavt strømforbrug sikrer, at eksterne enheder kører længe med minimal batteriopladning eller vedligeholdelse. Sigfox muliggør IoT-kommunikation over lange afstande, hvilket gør det muligt at transmittere med minimale basisstationer. Sigfox-netværket bruger tilgang til cellulær stil for at gøre det muligt for fjernnoder at bruge internet til at kommunikere med basestationer. Dette letter fjernbetjening og dataindsamling fra Sigfox-noder over et bredt geografisk område, så længe der er internetforbindelse.

Funktioner i Sigfox

Selvom Sigfox blev introduceret tilbage i 2009, blev det først for nylig den vundet popularitet. I dag med fremkomsten af ​​IoT bruges Sigfox i høj grad som en kommunikationsstandard til at forbinde enheder med lavt strømforbrug som smarte elmålere, smarte ure osv. Lad os se på funktionerne i Sigfox, som gør det til et foretrukket netværk.

Høj netværkskapacitet

Sigfox har en høj kapacitet, der gør det muligt at skalere op til milliarder af objekter, dette er på grund af den ultra-smalle båndmodulation, der rummer modstandsdygtighed og modstandsdygtighed over for interferens. Sigfox-infrastrukturen bruger tilfældig adgang, der letter frekvens og tidsdiversitet. Brugen af ​​uplink- og downlinkbåndbredde tillader konsistens uanset hvilket radiolink, der bruges.

Høj energieffektivitet

Sigfox-netværket kan prale af høj energieffektivitet takket være de lavt strømforbrugende halvledere, der bruges til fremstilling af Sigfox-hardware. Disse halvledere tillader Sigfox-modulerne at transmittere data med kun omkring 10mA - 50mA strøm. Sigfox-netværksarkitekturen udfører ikke meddelelsessynkronisering mellem enhederne og basestationen, før der udføres datatransmission, hvilket betyder, at der ikke er nogen parring krævet. Manglende parring mellem enhederne og basestationen rummer lang batterilevetid og giver Sigfox fordel over andre teknologier. Sigfox bruger kun et par nano ampere, når det er inaktiv, denne hastighed af strømforbrug er ubetydelig, hvilket yderligere forbedrer effektiviteten.

Lang distance

Implementeringen af ​​Sigfox dækker et stort geografisk område med et minimalt antal basestationer. Radiofrekvensområdet (RF) estimeres ved hjælp af datahastigheden, der betyder for hvert output, lang rækkevidde opnås med lav datahastighed. Implementering af langdistance basestationer muliggør implementering af et bredt udvalg af Sigfox-netværk til minimale omkostninger. Sigfoxs lange rækkevidde letter også af det faktum, at basestationerne har mindre følsomhed, og objekterne har lav udgangseffekt. I landdistrikterne dækker et Sigfox-netværk en gennemsnitlig rækkevidde på 30 km - 50 km på grund af minimal interferens. Imidlertid reduceres Sigfox-rækkevidden i bycentre, hvor der er meget blokering, til 10 km.

Modstandsdygtighed over for interferens

Sigfox bruger 192KHz Ultra Barrow Band (UNB) integreret med basestationens rumlige mangfoldighed på +20 dB, hvilket letter dens unikke anti-jamming-funktioner. Sigfox-netværket bruger Ultra Narrow Band til at operere i ISM-bånd (Industrial, Scientific and Medical)da spredte spektrumsignaler forstyrres af UNB-signaler. I Europa har Uplink en båndbredde på 100Hz, mens båndbredden i USA overstiger 600Hz. Den Europæiske Union har begrænset den maksimale effekt til 25mW. Downlinket har en kanalbåndbredde på 1,5 KHz og et dataområde på 600 bps. Downlinket begrænser yderligere den maksimale effekt til 500mW. Den optimale modstandsdygtighed over for interferens letter Sigfox til at fungere effektivt i ISM-båndet. Dette gør det muligt at transmittere selv under jamming-signaler. Imidlertid inducerer overlapningen med lav støj iboende robusthed i Ultra-Narrow-båndet. Som et resultat, for at en meddelelse skal transmitteres, skal signalet have mindst 8 dB.

Sigfox netværksarkitektur

Sigfox netværksarkitektur er vandret og tynd og har 2 lag. Lag et består af netværksudstyret hovedsagelig basestationerne og andre elementer. Formålet med dette lag er at modtage meddelelser fra IoT-enhedens annonce, der transmitterer dem til Sigfox Support-systemerne. Dette netværk har en one-hop-stjernetopologi, der gør det muligt for IoT-enhederne at oprette forbindelse til enhver basestation i nærheden af ​​det. Det andet lag er Sigfox Support Systemhvor meddelelser fra basestationerne behandles og sendes via tilbagekald til kundesystemet. Dette lag giver også adgangspunktet for de forskellige aktører såsom Sigfox, slutkunder, Sigfox-operatører og kanaler til økosystemet ved hjælp af webgrænseflader eller API'er. Laget har lager og andre værktøjer til at analysere de data, der indsamles af netværket. Laget indeholder også moduler og funktioner, der understøtter implementering, drift og overvågning af netværket. Funktionerne inkluderer Business Support System (BSS) til fakturering og bestilling og radioplanlægning til understøttelse af netværksinstallation og -overvågning. Det offentlige internet forbinder de to lag via sikre VPN-forbindelser.

Dataene fra IoT-enhederne sendes gennem luft til basestationerne og går derefter gennem backhaul, der bruger DSL-forbindelse med 4G-backup. Satellitforbindelse bruges som backup på steder, hvor DSL og 4G ikke er tilgængelige. Beskedbehandling behandles også af backhaul, disse meddelelser ankommer til kernenetværket, så mange replikater, men kun en kopi er gemt, som kunderne kan få adgang til via en webgrænseflade.

Sigfox sikkerhed og privatliv

Da det primære fokus for Sigfox skal bruges med IoT, er netværket designet til at forbedre sikkerheden ved at implementere firewalls for at sikre data i bevægelse og i hvile. Du kan også læse denne artikel om IoT Security-udfordringer for at få en bedre idé om, hvordan du sikrer dine IoT-enheder. Lad os nu se på de forskellige sikkerhedsfunktioner i Sigfox.

Firewalls sikkerhed

Sigfox har en indbygget firewall, der begrænser IoT-objekter til at oprette forbindelse eller kommunikere ved hjælp af internetprotokollen. For at kommunikere over internettet sender et objekt en radiomeddelelse, der samles op af de tilgængelige adgangsstationer. Adgangsstationen videresender derefter meddelelsen til Sigfox support-systemet, der igen sender den til den angivne destination. Sigfox support-systemet transmitterer også svaret til afsenderobjektet gennem basestationerne. Sikkerhedsfirewallen sikrer således IoT-objekterne fra internetrelaterede angreb.

Datasikkerhed

Sigfox-arkitekturen giver en sikkerhedsmekanisme, der garanterer sikker datagodkendelse og undgåelse af gentagelse; det giver også en ekstra aflytningsmekanisme. Sigfoxs IoT-kæde involverer godkendte nøgler, der er gemt af enheder og kunden, og denne nøgle er forpligtet til at få adgang til de data, der er gemt af Sigfox-systemet. Som et resultat garanterer Sigfox datamekanismer sikkerhed inden for det forskellige økosystem og forskellige lokale regler. Godkendelsesnøglen for hver enhed er unik, hvilket betyder, at et kompromis med en enheds godkendelsessikkerhedsnøgle ikke påvirker sikkerheden på andre enheder. Imidlertid er producentens eget skøn sikkerhed for enhver enhed.

Anvendelse af Sigfox

Sigfox-teknologi er velegnet til billige M2M-applikationer, der fungerer over et bredt områdedækning. Disse områder inkluderer;

• Mennesker, varer eller anden form for aktivsporing.
• Smart målerkommunikation i energisektoren.
• Kommunikation af mHealth-applikationer
• Ledelse af bilkommunikation i transportsektoren
• Fjernbetjening og overvågning.
• Sikkerhed.

Producenter af Sigfox-moduler

Murata er blandt de førende producenter af Sigfox mikrocontroller. De populære Sigfox-moduler bruger den STM32-baserede trådløse mikrocontroller fra ST Microcontrollers og også SX127 Samtech RFIC. Disse mikrokontroller fungerer i et frekvensområde på 860-930 MHz. Dette frekvensområde understøtter en udgangseffekt på +14 dBm, der kan forbedres til +20 dBm i tilfælde af dårlige signalområder.

Modul	Fabrikant
WSSFM10R1: RCZ1 (Europa, Mellemøsten, Afrika)	WiSOL Co. LTD
TD1207	TD Næste
SN10-11	InnoComm
ABZ Sigfox RC1	Murata Manufacturing Co. LTD
SiPy 14 dB	Pycom
S-Wing: Sigfox forlængerkort til Bosch XDK til Zone 2 & 4	InnoComm
S-Wing: Sigfox forlængerkort til Bosch XDK til Zone 3	InnoComm
SN10-12	InnoComm
SN10-22	InnoComm