Uvod u sigfox tehnologiju - osnove, arhitekturu i sigurnosne značajke

Utrka za bežičnom tehnologijom započela je davne 1890-ih kada je Marconi izgradio prvu svjetsku radio stanicu i uveo bežičnu telegrafiju, koja je u potpunosti redifinirala način na koji su ljudi tada razmjenjivali informacije. Danas smo napredovali s mnogim novim staničnim tehnologijama kako bismo bežično prenijeli veliku količinu podataka svima koji žive čak i u najdubljem kutu Zemlje. Ali u posljednje vrijeme nisu samo ljudi ti koji moraju međusobno komunicirati. Strojevi i drugi elektronički uređaji također su počeli međusobno razmjenjivati ​​informacije kako bi uspostavili povezanu mrežu. Ovi uređaji uglavnom rade na bateriji s udaljenog mjesta prisiljavajući je da komunicira na velike udaljenosti uz minimalnu moguću snagu. Ovaj je zahtjev potaknuo potrebu za novim komunikacijskim tehnologijama poput ZigBee, LoRa, Sigfox itd. Već smo razgovarali o tome što je LoRa u našem prethodnom članku, pa ćemo u ovom članku saznati o sličnom protokolu bežične komunikacije nazvanom Sigfox i njegovom značaju u povezana tehnologija.

Što je Sigfox tehnologija

Sigfox je stanična bežična komunikacija velikog dometa koja nudi prilagođena rješenja prvenstveno za malopropusne Internet of Things (IoT) i M2M aplikacije koristeći svoje patentirane tehnologije s IoT uslugama povezivanja od kraja do kraja. Mrežni protokol Sigfox ima patentirane bazne stanice koje su integrirane sa softverski definiranim radio prijemnicima. Krajnji uređaji koriste se binarnom modulacijom faznog pomicanja (BPSK) za spajanje na bazne stanice.

Mreža Sigfox osmišljena je kako bi se omogućila učinkovita komunikacija uz malu potrošnju energije. Niska potrošnja energije osigurava da daljinski uređaji rade dugo uz minimalno punjenje ili održavanje baterije. Sigfox omogućuje IoT komunikaciju na velike udaljenosti što omogućuje prijenos s minimalno baznih stanica. Mreža Sigfox koristi pristup staničnom stilu kako bi udaljenim čvorovima omogućila upotrebu interneta za komunikaciju s baznim stanicama. To olakšava daljinsko upravljanje i prikupljanje podataka sa čvorova Sigfox na širokom zemljopisnom području sve dok postoji internetska povezanost.

Značajke Sigfoxa

Iako je Sigfox predstavljen još 2009. godine, tek je nedavno stekao popularnost. Danas se s pojavom IoT-a Sigfox vrlo često koristi kao komunikacijski standard za povezivanje uređaja male snage, poput pametnih brojila električne energije, pametnih satova itd. Pogledajmo značajke Sigfoxa koji ga čini poželjnom mrežom.

Veliki mrežni kapacitet

Sigfox ima velik kapacitet koji mu omogućuje skaliranje do milijardi objekata, to je zbog ultra uske opsežne modulacije koja pruža otpornost i otpornost na smetnje. Sigfox infrastruktura koristi nasumični pristup koji olakšava frekvencijsku i vremensku raznolikost. Korištenje propusne širine uplink i downlink omogućuje dosljednost bez obzira na korištenu radio vezu.

Visoka energetska učinkovitost

Mreža Sigfox može se pohvaliti visokom energetskom učinkovitošću, zahvaljujući poluvodičima koji troše malo energije koji se koriste u proizvodnji Sigfoxovog hardvera. Ovi poluvodiči omogućuju Sigfoxovim modulima da prenose podatke sa samo oko 10mA - 50mA struje. Mrežna arhitektura Sigfox ne izvršava sinkronizaciju poruka između uređaja i bazne stanice prije provođenja prijenosa podataka, što znači da nije potrebno paring. Nedostatak uparivanja između uređaja i bazne stanice omogućuje dugo trajanje baterije i daje Sigfoxu prednost u odnosu na ostale tehnologije. Sigfox troši samo nekoliko nano ampera u praznom hodu, ova stopa potrošnje energije je zanemariva što dodatno povećava učinkovitost.

Dalekometni

Uvođenje Sigfoxa pokriva veliko zemljopisno područje s minimalnim brojem baznih stanica. Raspon radio frekvencija (RF) procjenjuje se prema značenju brzine prijenosa podataka za svaki izlaz, a veliki doseg postiže se s niskom brzinom prijenosa podataka. Implementacija baznih stanica velikog dometa omogućuje implementaciju širokog raspona Sigfox mreže uz minimalne troškove. Sigfoxovom velikom dometu olakšava i činjenica da bazne stanice imaju manje osjetljivosti, a objekti imaju malu izlaznu snagu. U ruralnim područjima mreža Sigfox pokriva prosječni raspon od 30 do 50 km zbog minimalnih smetnji. Međutim, u gradskim središtima gdje postoje velike prepreke, domet Sigfoxa smanjuje se na 10 km.

Otpornost na smetnje

Sigfox koristi Ultra Barrow Band (192BHz) integriran s prostornom raznolikošću bazne stanice od +20 dB što olakšava njegove jedinstvene značajke protiv ometanja. Mreža Sigfox koristi ultra uski opseg za rad u industrijskom, znanstvenom i medicinskom opsegu (ISM)budući da signali širenog spektra ometaju UNB signale. U Europi širina pojasa Uplink iznosi 100Hz, dok u SAD-u širina pojasa prelazi 600Hz. Europska unija ograničila je maksimalnu snagu na 25mW. Downlink ima propusnost kanala od 1,5 KHz i raspon podataka od 600 bps. Downlink dalje ograničava maksimalnu izlaznu snagu na 500mW. Optimalna elastičnost za ometanje olakšava Sigfoxu učinkovito funkcioniranje u ISM opsegu. To mu omogućuje prijenos čak i pod signalima ometanja. Međutim, preklapanje niske razine buke uzrokuje unutarnju robusnost ultra-uskog pojasa. Kao rezultat, za prijenos poruke signal bi trebao imati najmanje 8 dB.

Sigfox mrežna arhitektura

Sigfox mrežna arhitektura je vodoravna i tanka te ima dva sloja. Sloj jedan sastoji se od mrežne opreme uglavnom baznih stanica i ostalih elemenata. Svrha ovog sloja je primati poruke s IoT uređaja i prenositi ih na sustave podrške Sigfox. Ova mreža ima jednokratnu topologiju zvijezde koja omogućuje IoT uređajima povezivanje s bilo kojom baznom stanicom u njenoj blizini. Drugi sloj je Sigfoxov sustav podrškegdje se poruke s baznih stanica obrađuju i šalju putem povratnih poziva u korisnički sustav. Ovaj sloj također pruža ulaznu točku različitim akterima kao što su Sigfox, krajnji kupci, Sigfox operateri i kanali do ekosustava pomoću web sučelja ili API-ja. Sloj ima spremište i druge alate za analizu podataka koje mreža prikuplja. Sloj također sadrži module i značajke koji podržavaju postavljanje, rad i nadzor mreže. Značajke uključuju sustav poslovne podrške (BSS) za naplatu i naručivanje i radio planiranje za podršku postavljanju i praćenju mreže. Javni Internet povezuje dva sloja preko sigurnih VPN veza.

Podaci s IoT uređaja šalju se zrakom do baznih stanica, a zatim prolaze kroz backhaul koji koristi DSL vezu s 4G sigurnosnom kopijom. Satelitska povezanost koristi se kao sigurnosna kopija na mjestima gdje DSL i 4G nisu dostupni. Obradom poruka obrađuje se i backhaul, te poruke na osnovnu mrežu stižu s toliko replikata, ali pohranjuje se samo jedna kopija kojoj korisnici mogu pristupiti putem web sučelja.

Sigfox sigurnost i privatnost

Budući da će se Sigfox primarno fokusirati na IoT, mreža je dizajnirana za poboljšanje sigurnosti primjenom vatrozida za zaštitu podataka u pokretu i miru. Također možete pročitati ovaj članak o IoT sigurnosnim izazovima da biste dobili bolju ideju o tome kako zaštititi svoje IoT uređaje. Sada ćemo pogledati različite sigurnosne značajke u Sigfoxu.

Sigurnost vatrozida

Sigfox ima ugrađeni vatrozid koji ograničava IoT objekte na povezivanje ili komunikaciju putem internetskog protokola. Da bi komunicirao putem Interneta, objekt šalje radio poruku koju preuzimaju dostupne pristupne stanice. Pristupna stanica zatim prenosi poruku Sigfoxovom sustavu podrške koji je pak prenosi na određeno odredište. Sustav podrške Sigfox također prenosi odgovor na objekt pošiljatelja putem baznih stanica. Sigurnosni vatrozid tako štiti IoT objekte od napada povezanih s internetom.

Sigurnost podataka

Arhitektura Sigfox pruža sigurnosni mehanizam koji jamči sigurnu provjeru autentičnosti podataka i izbjegavanje ponovne reprodukcije; ona također pruža dodatni mehanizam za prisluškivanje. IoT-ov lanac Sigfoxa uključuje pohranjene ključeve za provjeru autentičnosti koje pohranjuju uređaji i kupac, ovaj ključ će biti potreban za pristup podacima pohranjenim u Sigfox sustavu. Kao rezultat toga, Sigfoxovi mehanizmi podataka jamče sigurnost unutar raznolikog ekosustava i različitih lokalnih propisa. Ključ za provjeru autentičnosti za svaki uređaj jedinstven je, što znači da ugrožavanje sigurnosnog ključa za provjeru autentičnosti ne utječe na sigurnost drugih uređaja. Međutim, sigurnost bilo kojeg uređaja prepuštena je proizvođaču.

Primjena Sigfoxa

Sigfox tehnologija pogodna je za jeftine M2M aplikacije koje rade na širokom području pokrivanja. Ova područja uključuju;

• Praćenje imovine, ljudi ili robe.
• Pametna mjerna komunikacija u energetskom sektoru.
• Komunikacija mHealth aplikacija
• Upravljanje automobilskom komunikacijom u prometnom sektoru
• Daljinsko upravljanje i nadzor.
• Sigurnost.

Proizvođači Sigfox modula

Murata je jedan od vodećih proizvođača Sigfoxovih mikrokontrolera. Popularni Sigfox moduli koriste bežični mikrokontroler zasnovan na STM32 tvrtke ST Microcontrollers, a također i SX127 Samtech RFIC. Ovi mikrokontroleri rade u frekvencijskom rasponu od 860-930 MHz. Ovaj frekvencijski raspon podržava izlaznu snagu od +14 dBm koja se može povećati na +20 dBm u slučaju slabih područja signala.

Modul	Proizvođač
WSSFM10R1: RCZ1 (Europa, Bliski Istok, Afrika)	WiSOL Co. LTD
TD1207	TD Sljedeće
SN10-11	InnoComm
ABZ Sigfox RC1	Murata Manufacturing Co. LTD
SiPy 14dB	Pycom
S-krilo: Sigfox produžna ploča za Bosch XDK za zone 2 i 4	InnoComm
S-krilo: Sigfox produžna ploča za Bosch XDK za zonu 3	InnoComm
SN10-12	InnoComm
SN10-22	InnoComm