Ievads sigfox tehnoloģijā - pamati, arhitektūra un drošības funkcijas

Sacensības par bezvadu tehnoloģijām sākās jau sen 1890. gados, kad Markoni uzcēla pasaulē pirmo radiostaciju un ieviesa bezvadu telegrāfu, kas pilnībā no jauna noteica veidu, kā cilvēki toreiz apmainījās ar informāciju. Šodien mēs esam attīstījušies ar daudzām jaunām mobilajām tehnoloģijām, lai bezvadu režīmā pārsūtītu lielu datu apjomu ikvienam, kurš dzīvo pat visdziļākajā Zemes stūrī. Bet pēdējā laikā ne tikai cilvēkiem ir jāsazinās savā starpā. Mašīnas un citas elektroniskās ierīces ir arī sākušas savstarpēji apmainīties ar informāciju, lai izveidotu savienotu tīklu. Šīs ierīces galvenokārt darbojas ar akumulatoru no attālinātas vietas, liekot tai sazināties tālsatiksmes attālumā ar minimālu iespējamo jaudu. Šī prasība ir pamudinājusi nepieciešamību pēc jaunām komunikācijas tehnoloģijām, piemēram, ZigBee, LoRa, Sigfox uc savienota tehnoloģija.

Kas ir Sigfox tehnoloģija

Sigfox ir tālsatiksmes mobilais bezvadu sakars, kas piedāvā pielāgotus risinājumus galvenokārt lietošanai ar zemu caurlaidspēju lietisko internetu (IoT) un M2M, izmantojot savus IoT savienojamības pakalpojumus, izmantojot tā patentētās tehnoloģijas. Sigfox tīkla protokolā ir patentētas bāzes stacijas, kas ir integrētas programmatūras definētos radioaparātos. Lai izveidotu savienojumu ar bāzes stacijām, gala ierīces izmanto bināro fāzes nobīdes atslēgas (BPSK) modulāciju.

Sigfox tīkls ir izveidots, lai veicinātu efektīvu saziņu ar mazu enerģijas patēriņu. Zems enerģijas patēriņš nodrošina, ka attālās ierīces ilgstoši darbojas ar minimālu akumulatora uzlādi vai apkopi. Sigfox nodrošina IoT saziņu lielos attālumos, ļaujot to pārraidīt ar minimālu bāzes staciju palīdzību. Sigfox tīkls izmanto mobilā stila pieeju, lai attālie mezgli varētu izmantot internetu, lai sazinātos ar bāzes stacijām. Tas atvieglo tālvadību un datu vākšanu no Sigfox mezgliem plašā ģeogrāfiskā apgabalā, ja vien ir pieejams interneta savienojums.

Sigfox iezīmes

Lai arī Sigfox tika ieviests tālajā 2009. gadā, tikai nesen tas ieguva popularitāti. Šodien ar IoT parādīšanos Sigfox tiek ļoti izmantots kā sakaru standarts, lai savienotu mazjaudas ierīces, piemēram, viedos elektrības skaitītājus, viedos pulksteņus utt. Apskatīsim Sigfox funkcijas, kas to padara par vēlamo tīklu.

Augsta tīkla jauda

Sigfox ir liela ietilpība, kas ļauj to mērogot līdz miljardiem objektu, tas ir saistīts ar īpaši šauru joslu modulāciju, kas nodrošina izturību un izturību pret traucējumiem. Sigfox infrastruktūra izmanto nejaušu piekļuvi, kas atvieglo frekvences un laika dažādību. Augšupsaites un lejupsaites joslas platuma izmantošana nodrošina konsekvenci neatkarīgi no izmantotās radio saites.

Augsta energoefektivitāte

Sigfox tīkls lepojas ar augstu energoefektivitāti, pateicoties maz enerģijas patērējošiem pusvadītājiem, kas tiek izmantoti Sigfox aparatūras ražošanā. Šie pusvadītāji ļauj Sigfox moduļiem pārraidīt datus tikai ar aptuveni 10mA - 50mA strāvu. Sigfox tīkla arhitektūra neveic ziņojumu sinhronizāciju starp ierīcēm un bāzes staciju pirms datu pārraides veikšanas, tas nozīmē, ka nav nepieciešama atdalīšana. Pāru trūkums starp ierīcēm un bāzes staciju nodrošina ilgu akumulatora darbības laiku un dod Sigfox priekšrocības salīdzinājumā ar citām tehnoloģijām. Sigfox tukšgaitā patērē tikai dažus nano ampērus. Šis enerģijas patēriņš ir nenozīmīgs, kas vēl vairāk uzlabo efektivitāti.

Garš diapazons

Sigfox izvietošana aptver lielu ģeogrāfisko apgabalu ar minimālu bāzes staciju skaitu. Radiofrekvenču diapazons (RF) tiek aprēķināts pēc datu pārraides ātruma nozīmes katrai izejai, ar zemu datu pārraides ātrumu tiek sasniegts liels diapazons. Liela attāluma bāzes staciju ieviešana ļauj ieviest plaša spektra Sigfox tīklu par minimālām izmaksām. Sigfox lielo darbības rādiusu veicina arī fakts, ka bāzes stacijām ir mazāka jutība un objektiem ir maza izejas jauda. Laukos Sigfox tīkls minimālu traucējumu dēļ vidēji aptver 30–50 km diapazonu. Tomēr pilsētas centros, kur ir daudz šķēršļu, Sigfox darbības rādiuss samazinās līdz 10 km.

Noturība pret iejaukšanos

Sigfox izmanto 192KHz Ultra Barrow Band (UNB), kas integrēta bāzes stacijas telpiskajā daudzveidībā +20 dB, kas atvieglo tās unikālās pret traucēšanas funkcijas. Sigfox tīkls izmanto Ultra Narrow Band, lai darbotos rūpniecības, zinātnes un medicīnas (ISM) joslātā kā izkliedētā spektra signālus traucē UNB signāli. Eiropā Uplink joslas platums ir 100Hz, savukārt ASV joslas platums pārsniedz 600Hz. Eiropas Savienība ir ierobežojusi maksimālo jaudu līdz 25 mW. Lejupsaites kanāla joslas platums ir 1,5KHz, un datu diapazons ir 600 bps. Lejupsaite vēl vairāk ierobežo maksimālo izejas jaudu līdz 500mW. Optimālā iejaukšanās noturība atvieglo Sigfox efektīvu darbību ISM joslā. Tas ļauj pārraidīt pat traucējošos signālos. Tomēr zema trokšņa pārklāšanās rada Ultra-Narrow joslas raksturīgo izturību. Tā rezultātā, lai ziņojums tiktu pārsūtīts, signālam jābūt vismaz 8 dB.

Sigfox tīkla arhitektūra

Sigfox tīkla arhitektūra ir horizontāla un plāna, un tai ir 2 slāņi. Pirmais slānis sastāv no tīkla iekārtām, galvenokārt bāzes stacijām, un citiem elementiem. Šī slāņa mērķis ir saņemt ziņojumus no IoT ierīces un pārsūtīt tos uz Sigfox atbalsta sistēmām. Šim tīklam ir vienas apiņu zvaigznes topoloģija, kas ļauj IoT ierīcēm izveidot savienojumu ar jebkuru bāzes staciju tās tuvumā. Otrais slānis ir Sigfox atbalsta sistēmakur tiek apstrādāti ziņojumi no bāzes stacijām un nosūtīti, izmantojot atzvanīšanu, klientu sistēmai. Šis slānis nodrošina arī dažādu dalībnieku, piemēram, Sigfox, gala klientu, Sigfox operatoru un kanālu nokļūšanu ekosistēmā, izmantojot tīmekļa saskarnes vai API. Slānim ir krātuve un citi rīki, lai analizētu datus, kurus tīkls savāc. Slānis satur arī moduļus un funkcijas, kas atbalsta tīkla izvietošanu, darbību un uzraudzību. Funkcijas ietver uzņēmējdarbības atbalsta sistēmu (BSS) rēķinu sagatavošanai un pasūtīšanai, kā arī radio plānošanu tīkla izvietošanas un uzraudzības atbalstam. Publiskais internets savieno abus slāņus, izmantojot drošus VPN savienojumus.

Dati no IoT ierīcēm pa gaisu tiek nosūtīti uz bāzes stacijām, pēc tam iet cauri atpakaļceļam, kurā tiek izmantota DSL savienojamība ar 4G dublējumu. Satelīta savienojamību izmanto kā rezerves vietās, kur DSL un 4G nav pieejami. Ziņojumu apstrādi veic arī backhaul, šie ziņojumi nonāk pamattīklā, jo tiek atkārtoti daudz, bet tiek saglabāta tikai viena kopija, kurai klienti var piekļūt, izmantojot tīmekļa saskarni.

Sigfox drošība un privātums

Tā kā Sigfox galvenā uzmanība ir jālieto kopā ar IoT, tīkls ir veidots, lai uzlabotu drošību, ieviešot ugunsmūrus, lai nodrošinātu datus kustībā un miera stāvoklī. Jūs varat arī izlasīt šo rakstu par IoT drošības izaicinājumiem, lai iegūtu labāku priekšstatu par to, kā aizsargāt savas IoT ierīces. Tagad apskatīsim dažādos Sigfox drošības elementus.

Ugunsmūra drošība

Sigfox ir iebūvēts ugunsmūris, kas ierobežo IoT objektus savienojumam vai saziņai, izmantojot interneta protokolu. Lai sazinātos internetā, objekts nosūta radio ziņojumu, kuru paņem pieejamās piekļuves stacijas. Pēc tam piekļuves stacija nosūta ziņojumu Sigfox atbalsta sistēmai, kas savukārt to pārsūta uz norādīto galamērķi. Sigfox atbalsta sistēma arī nosūta atbildi sūtītāja objektam caur bāzes stacijām. Tādējādi drošības ugunsmūris aizsargā IoT objektus no uzbrukumiem, kas saistīti ar internetu.

Datu drošība

Sigfox arhitektūra nodrošina drošības mehānismu, kas garantē drošu datu autentifikāciju un izvairīšanos no atkārtotas atskaņošanas; tas nodrošina arī papildu noklausīšanās mehānismu. Sigfox IoT ķēde ietver autentifikācijas atslēgas, kuras glabā ierīces un klients, šī atslēga būs nepieciešama, lai piekļūtu Sigfox sistēmas saglabātajiem datiem. Rezultātā Sigfox datu mehānismi garantē drošību daudzveidīgajā ekosistēmā un dažādos vietējos noteikumos. Katras ierīces autentifikācijas atslēga ir unikāla, tas nozīmē, ka ierīces autentifikācijas drošības atslēgas kompromiss neietekmē citu ierīču drošību. Tomēr jebkuras ierīces drošību atstāj ražotājs.

Sigfox pielietošana

Sigfox tehnoloģija ir piemērota zemu izmaksu M2M lietojumprogrammām, kas darbojas plašā apgabalā. Šīs jomas ietver;

• Cilvēki, preces vai cita veida aktīvu izsekošana.
• Viedā uzskaites komunikācija enerģētikas nozarē.
• MHealth lietojumprogrammu saziņa
• Automašīnu komunikācijas vadība transporta nozarē
• Tālvadība un uzraudzība.
• Drošība.

Sigfox moduļu ražotāji

Murata ir viens no vadošajiem Sigfox mikrokontrolleru ražotājiem. Populārajos Sigfox moduļos tiek izmantots STM32 balstīts bezvadu mikrokontrolleris no ST mikrokontrolleriem, kā arī SX127 Samtech RFIC. Šie mikrokontrolleri darbojas ar frekvenču diapazonu 860–930 MHz. Šis frekvenču diapazons atbalsta izejas jaudu +14 dBm, ko sliktu signāla zonu gadījumā var palielināt līdz +20 dBm.

Modulis	Ražotājs
WSSFM10R1: RCZ1 (Eiropa, Tuvie Austrumi, Āfrika)	SIA WiSOL Co.
TD1207	TD Nākamais
SN10-11	InnoComm
ABZ Sigfox RC1	Murata Manufacturing Co. LTD
SiPy 14dB	Pycom
S-Wing: Sigfox pagarinātājs Bosch XDK 2. un 4. zonai	InnoComm
S-Wing: Sigfox pagarinātājs Bosch XDK 3. zonai	InnoComm
SN10-12	InnoComm
SN10-22	InnoComm