En introduksjon til sigfox-teknologi - grunnleggende, arkitektur og sikkerhetsfunksjoner

Løpet etter trådløs teknologi startet lenge tilbake i 1890-årene da Marconi bygde verdens første radiostasjon og introduserte trådløs telegrafi, som fullstendig omdefinerte måten menneskene utvekslet informasjon på den tiden. I dag har vi avansert med mange nye mobilteknologier for å overføre store mengder data trådløst til alle som bor i det dypeste hjørnet av jorden. Men nylig er det ikke bare mennesker som må kommunisere seg imellom. Maskinene og andre elektroniske enheter har også begynt å utveksle informasjon mellom hverandre for å etablere et tilkoblet nettverk. Disse enhetene opererer for det meste på et batteri fra et eksternt sted og tvinger det til å kommunisere over lang avstand med minimal mulig strøm. Dette kravet har bedt om behovet for nye kommunikasjonsteknologier som ZigBee, LoRa, Sigfox etc. Vi har allerede diskutert hva som er LoRa i vår forrige artikkel, og derfor vil vi i denne artikkelen lære om en lignende trådløs kommunikasjonsprotokoll kalt Sigfox og dens betydning i tilkoblet teknologi.

Hva er Sigfox Technology

Sigfox er en trådløs trådløs kommunikasjon med lang rekkevidde som tilbyr tilpassede løsninger primært for IoT (IoT) og M2M-applikasjoner med lav gjennomstrømning ved å benytte de endelige IoT-tilkoblingstjenestene ved hjelp av patenterte teknologier. Sigfox nettverksprotokoll har patenterte basestasjoner som er integrert med programvaredefinerte radioer. Sluttenhetene bruker binær faseskiftnøkkel (BPSK) -modulering for å koble til basestasjonene.

Sigfox-nettverket er designet for å muliggjøre effektiv kommunikasjon over lavt strømforbruk. Lavt strømforbruk sørger for at eksterne enheter går lenge med minimalt med batterilading eller vedlikehold. Sigfox muliggjør IoT-kommunikasjon over lange avstander, noe som gjør det mulig å overføre med minimale basestasjoner. Sigfox-nettverket bruker mobilstiltilnærming for å gjøre det mulig for eksterne noder å bruke internett til å kommunisere med basestasjoner. Dette muliggjør fjernkontroll og datainnsamling fra Sigfox-noder over et bredt geografisk område så lenge det er internettforbindelse.

Funksjoner av Sigfox

Selv om Sigfox ble introdusert tilbake i 2009, ble det ikke før det nylig ble populært. I dag med fremveksten av IoT blir Sigfox i høyeste grad brukt som kommunikasjonsstandard for å koble til enheter med lite strøm som smarte strømmålere, smarte klokker osv. La oss ta en titt på funksjonene til Sigfox som gjør det til et foretrukket nettverk.

Høy nettverkskapasitet

Sigfox har en høy kapasitet som gjør det mulig å skalere opp til milliarder av gjenstander, dette er på grunn av den ultra-smale båndmodulasjonen som gir motstandsdyktighet og motstandsdyktighet mot forstyrrelser. Sigfox-infrastrukturen bruker tilfeldig tilgang som muliggjør frekvens og tidsdiversitet. Bruken av uplink og downlink båndbredde tillater konsistens uavhengig av radiolenken som brukes.

Høy energieffektivitet

Sigfox-nettverket kan skryte av høy energieffektivitet, takket være de lavt strømforbrukende halvledere som brukes når du produserer Sigfox-maskinvaren. Disse halvlederne tillater Sigfox-modulene å overføre data med bare rundt 10mA - 50mA strøm. Sigfox-nettverksarkitekturen utfører ikke meldingssynkronisering mellom enhetene og basestasjonen før dataoverføring utføres, dette betyr at det ikke er behov for paring. Manglende sammenkobling mellom enhetene og basestasjonen har lang batterilevetid og gir Sigfox fordel over andre teknologier. Sigfox bruker bare noen få nano ampere når det er inaktiv, denne hastigheten på strømforbruket er ubetydelig og ytterligere forbedrer effektiviteten.

Lang rekkevidde

Distribusjonen av Sigfox dekker et stort geografisk område med minimalt antall basestasjoner. Radiofrekvensområdet (RF) estimeres av datahastigheten som betyr for hver utgang, lang rekkevidde oppnås med lav datahastighet. Implementering av langdistanse basestasjoner muliggjør implementering av et bredt spekter av Sigfox-nettverk til minimale kostnader. Sigfoxs lange rekkevidde tilrettelegges også av at basestasjonene har mindre følsomhet og gjenstandene har lav utgangseffekt. I landlige områder dekker et Sigfox-nettverk en gjennomsnittlig rekkevidde på 30 km - 50 km på grunn av minimal forstyrrelse. Imidlertid reduseres Sigfox-rekkevidden til 10 km i bysentre der det er mye hindring.

Motstandsdyktighet mot forstyrrelser

Sigfox benytter 192KHz Ultra Barrow Band (UNB) integrert med basestasjonens romlige mangfold på +20 dB, noe som letter dens unike anti-jamming-funksjoner. Sigfox-nettverket bruker Ultra Narrow Band til å operere i Industrial, Scientific and Medical (ISM) -båndsiden spread spectrum-signaler blir forstyrret av UNB-signaler. I Europa har Uplink en båndbredde på 100Hz mens i USA overstiger båndbredden til 600Hz. EU har begrenset maksimal effekt til 25mW. Nedlinket har en kanalbåndbredde på 1,5 KHz og et dataområde på 600 bps. Nedkoblingen begrenser ytterligere maksimal effekt til 500mW. Den optimale motstandskraften for å forstyrre gjør det mulig for Sigfox å fungere effektivt i ISM-båndet. Dette gjør det mulig å overføre selv under fastkjøringssignaler. Imidlertid induserer den lave støyoverlappingen iboende robusthet i Ultra-Narrow-båndet. Som et resultat, for at en melding skal overføres, bør signalet ha minst 8 dB.

Sigfox nettverksarkitektur

Sigfox nettverksarkitektur er horisontal og tynn, og har to lag. Lag ett består av nettverksutstyret, hovedsakelig basestasjonene og andre elementer. Formålet med dette laget er å motta meldinger fra IoT-enhetsannonsen og overføre dem til Sigfox Support-systemene. Dette nettverket har en one-hop-stjernetopologi som gjør at IoT-enhetene kan koble til en hvilken som helst basestasjon i nærheten. Det andre laget er Sigfox Support Systemder meldinger fra basestasjonene behandles og sendes gjennom tilbakeringinger til kundesystemet. Dette laget gir også inngangspunktet til de ulike aktørene som Sigfox, sluttkunder, Sigfox-operatører og kanaler til økosystemet ved hjelp av webgrensesnitt eller API-er. Laget har depot og andre verktøy for å analysere dataene som samles inn av nettverket. Laget inneholder også moduler og funksjoner som støtter distribusjon, drift og overvåking av nettverket. Funksjonene inkluderer Business Support System (BSS) for fakturering og bestilling, og Radioplanlegging for støtte for distribusjon og overvåking av nettverk. Det offentlige internett kobler de to lagene over sikre VPN-tilkoblinger.

Dataene fra IoT-enhetene sendes gjennom luft til basestasjonene, og går deretter gjennom backhaul som bruker DSL-tilkobling med 4G backup. Satellittforbindelse brukes som sikkerhetskopi på steder der DSL og 4G ikke er tilgjengelig. Meldingsbehandling håndteres også av tilbakeslag, disse meldingene kommer til kjernenettverket så mange replikater, men bare en kopi er lagret som kunder har tilgang til via et webgrensesnitt.

Sigfox sikkerhet og personvern

Siden hovedfokuset til Sigfox skal brukes med IoT, er nettverket designet for å forbedre sikkerheten ved å implementere brannmurer for å sikre data i bevegelse og i ro. Du kan også lese denne artikkelen om IoT Security-utfordringer for å få en bedre ide om hvordan du sikrer IoT-enhetene dine. La oss nå se på de forskjellige sikkerhetsfunksjonene i Sigfox.

Brannmur sikkerhet

Sigfox har en innebygd brannmur som begrenser IoT-objekter til å koble til eller kommunisere ved hjelp av internettprotokollen. For å kommunisere over internett sender et objekt en radiomelding som blir plukket opp av de tilgjengelige tilgangsstasjonene. Tilgangsstasjonen videreformidler meldingen til Sigfox-støttesystemet som igjen overfører den til den angitte destinasjonen. Sigfox-støttesystemet overfører også responsen til avsenderobjektet gjennom basestasjonene. Sikkerhetsbrannmuren sikrer dermed IoT-objektene fra internettrelaterte angrep.

Datasikkerhet

Sigfox-arkitekturen gir en sikkerhetsmekanisme som garanterer sikker datautentisering og unngåelse av repriser; det gir også en ekstra anti-avlyttingsmekanisme. Sigfoxs IoT-kjede involverer autentiseringsnøkler lagret som lagres av enheter og kunden, denne nøkkelen vil være nødvendig for å få tilgang til dataene som er lagret av Sigfox System. Som et resultat garanterer Sigfox datamekanismer sikkerhet i det mangfoldige økosystemet og forskjellige lokale forskrifter. Autentiseringsnøkkelen for hver enhet er unik, noe som betyr at et kompromiss med enhetens autentiseringssikkerhetsnøkkel ikke påvirker sikkerheten til andre enheter. Imidlertid er sikkerheten til en hvilken som helst enhet overlatt til produsentens skjønn.

Påføring av Sigfox

Sigfox-teknologi er egnet for billig M2M-applikasjon som opererer over et bredt områdedekning. Disse områdene inkluderer;

• Mennesker, varer eller andre typer Asset tracking.
• Smart målerkommunikasjon i energisektoren.
• Kommunikasjon av mHealth-applikasjoner
• Ledelse av bilkommunikasjon i transportsektoren
• Fjernkontroll og overvåking.
• Sikkerhet.

Produsenter av Sigfox-moduler

Murata er blant de ledende produsentene av Sigfox mikrokontroller. De populære Sigfox-modulene bruker den STM32-baserte trådløse mikrokontrolleren fra ST Microcontrollers og også SX127 Samtech RFIC. Disse mikrokontrollerne opererer i et frekvensområde på 860-930 MHz. Dette frekvensområdet støtter en utgangseffekt på +14 dBm som kan forbedres til +20 dBm i tilfelle dårlige signalområder.

Modul	Produsent
WSSFM10R1: RCZ1 (Europa, Midtøsten, Afrika)	WiSOL Co. LTD
TD1207	TD Neste
SN10-11	InnoComm
ABZ Sigfox RC1	Murata Manufacturing Co. LTD
SiPy 14dB	Pycom
S-Wing: Sigfox forlengelseskort for Bosch XDK for sone 2 og 4	InnoComm
S-Wing: Sigfox skjøteledning for Bosch XDK for sone 3	InnoComm
SN10-12	InnoComm
SN10-22	InnoComm