Johdanto sigfox-tekniikkaan - perusteet, arkkitehtuuri ja turvaominaisuudet

Kilpailu langattomasta teknologiasta alkoi kauan sitten 1890-luvulla, kun Marconi rakensi maailman ensimmäisen radioaseman ja esitteli langattoman sähkeen, joka määritteli täysin tavan, jolla ihmiset vaihtoivat tietoja tuolloin. Tänään olemme kehittäneet monia uusia solutekniikoita siirtämään suuren määrän dataa langattomasti kaikille, jotka asuvat jopa maan syvimmässä kulmassa. Mutta viime aikoina ei vain ihmisten tarvitse kommunikoida keskenään. Koneet ja muut elektroniset laitteet ovat myös alkaneet vaihtaa tietoja keskenään yhdistetyn verkon luomiseksi. Nämä laitteet toimivat enimmäkseen kaukana sijaitsevalla akulla ja pakottavat sen kommunikoimaan pitkiä matkoja mahdollisimman pienellä teholla. Tämä vaatimus on herättänyt tarvetta uusille viestintätekniikoille, kuten ZigBee, LoRa, Sigfox jne. Olemme jo keskustelleet siitä, mikä LoRa on edellisessä artikkelissamme, ja siksi tässä artikkelissa opit samankaltaisesta langattomasta viestintäkäytännöstä nimeltä Sigfox ja sen merkityksestä kytketty tekniikka.

Mikä on Sigfox Technology

Sigfox on pitkän kantaman langaton langaton viestintä, joka tarjoaa räätälöityjä ratkaisuja ensisijaisesti pienitehoisille esineiden internet- ja M2M-sovelluksille hyödyntämällä end-to-end IoT -yhteyspalveluja käyttämällä patentoitua tekniikkaa. Sigfox-verkkoprotokolla on patentoinut tukiasemat, jotka on integroitu ohjelmistojen määrittelemiin radioihin. Päätelaitteet käyttävät binääristä vaihesiirtoavainta (BPSK) modulointia muodostaakseen yhteyden tukiasemiin.

Sigfox-verkko on suunniteltu helpottamaan tehokasta viestintää pienellä virrankulutuksella. Pieni virrankulutus varmistaa, että etälaitteet toimivat pitkään, ja akun lataaminen tai huolto on vähäistä. Sigfox mahdollistaa IoT-viestinnän pitkillä etäisyyksillä, mikä mahdollistaa lähetyksen mahdollisimman pienellä tukiasemalla. Sigfox-verkko käyttää solutyyppistä lähestymistapaa antaakseen etäisolmuille mahdollisuuden käyttää Internetiä yhteydenpitoon tukiasemien kanssa. Tämä helpottaa kauko-ohjausta ja tiedonkeruuta Sigfox-solmuista laajalla maantieteellisellä alueella, kunhan Internet-yhteys on käytettävissä.

Sigfoxin ominaisuudet

Vaikka Sigfox otettiin käyttöön vuonna 2009, se sai vasta viime aikoina suosiota. Tänään IoT: n myötä Sigfoxia käytetään erittäin paljon tiedonsiirtostandardina pienitehoisten laitteiden, kuten älykkäiden sähkömittareiden, älykellojen jne., Yhdistämiseen.

Suuri verkkokapasiteetti

Sigfoxilla on suuri kapasiteetti, jonka avulla se voi skaalata jopa miljardeihin esineisiin, tämä johtuu ultrakapean kaistan modulaatiosta, joka kestää vastustuskykyä ja häiriönsietokykyä. Sigfox-infrastruktuuri käyttää satunnaista pääsyä, joka helpottaa taajuuden ja ajan monimuotoisuutta. Uplink- ja downlink-kaistanleveyden käyttö mahdollistaa yhdenmukaisuuden käytetystä radiolinkistä riippumatta.

Korkea energiatehokkuus

Sigfox-verkossa on korkea energiatehokkuus Sigfox-laitteiston valmistuksessa käytettyjen vähän virtaa kuluttavien puolijohteiden ansiosta. Näiden puolijohteiden avulla Sigfox-moduulit voivat lähettää dataa vain noin 10 - 50 mA virralla. Sigfox-verkkoarkkitehtuuri ei suorita viestien synkronointia laitteiden ja tukiaseman välillä ennen tiedonsiirron suorittamista, mikä tarkoittaa, että paritusta ei tarvita. Laitteiden ja tukiaseman pariliitoksen puuttuminen pidentää akun käyttöikää ja antaa Sigfoxille edun muihin tekniikoihin verrattuna. Sigfox kuluttaa vain muutamia nanovahvistimia tyhjäkäynnillä, tämä virrankulutus on vähäpätöinen tehokkuuden lisäämiseksi.

Pitkän kantaman

Sigfoxin käyttöönotto kattaa suuren maantieteellisen alueen, jossa on vähän tukiasemia. Radiotaajuusalue (RF) arvioidaan datanopeuden merkityksellä jokaiselle lähdölle, pitkä alue saavutetaan pienellä datanopeudella. Pitkän kantaman tukiasemien toteutus mahdollistaa laajan Sigfox-verkon toteuttamisen minimaalisilla kustannuksilla. Sigfoxin pitkää kantamaa helpottaa myös se, että tukiasemilla on vähemmän herkkyyttä ja kohteilla on pieni lähtöteho. Maaseudulla Sigfox-verkko kattaa keskimäärin 30–50 km: n etäisyyden vähäisten häiriöiden vuoksi. Sigfoxin toiminta-alue pienenee kuitenkin 10 km: iin kaupunkikeskuksissa, joissa on paljon esteitä.

Sietokyky häiriöille

Sigfox käyttää 192 KHz: n Ultra Barrow Bandia (UNB), joka on integroitu tukiaseman +20 dB: n alueelliseen monimuotoisuuteen, mikä helpottaa sen ainutlaatuisia juuttumisenesto-ominaisuuksia. Sigfox-verkko käyttää erittäin kapeaa kaistaa toimiakseen teollisuuden, tieteen ja lääketieteen (ISM) kaistallakoska hajaspektrisignaalit häiritsevät UNB-signaaleja. Euroopassa Uplinkin kaistanleveys on 100 Hz, kun taas Yhdysvalloissa kaistanleveys ylittää 600 Hz. Euroopan unioni on rajoittanut enimmäistehon olevan 25 mW. Laskevan siirtotien kanavan kaistanleveys on 1,5 KHz ja datan alue 600 bps. Alalinkki rajoittaa enimmäistehon edelleen 500 mW: iin. Optimaalinen häiriönsietokyky helpottaa Sigfoxin toimimista tehokkaasti ISM-kaistalla. Tämän avulla se voi lähettää jopa häiritseviä signaaleja. Matalan melun päällekkäisyys aiheuttaa kuitenkin luontaisen kestävyyden Ultra-Narrow-kaistalle. Tämän seurauksena viestin lähettämistä varten signaalin tulisi olla vähintään 8 dB.

Sigfox-verkkoarkkitehtuuri

Sigfox-verkkoarkkitehtuuri on vaakasuora ja ohut, ja siinä on 2 kerrosta. Kerros yksi käsittää verkkolaitteet, lähinnä tukiasemat, ja muut elementit. Tämän kerroksen tarkoituksena on vastaanottaa viestejä IoT-laitteesta ja lähettää ne Sigfox-tukijärjestelmille. Tässä verkossa on yhden hypyn tähden topologia, jonka avulla IoT-laitteet voivat muodostaa yhteyden mihin tahansa sen lähellä olevaan tukiasemaan. Toinen kerros on Sigfox-tukijärjestelmämissä tukiasemien viestit käsitellään ja lähetetään takaisinsoittojen kautta asiakasjärjestelmään. Tämä kerros tarjoaa myös pääsyn eri toimijoille, kuten Sigfoxille, loppuasiakkaille, Sigfox-operaattoreille ja kanaville ekosysteemiin web-käyttöliittymien tai sovellusliittymien avulla. Tasolla on arkisto ja muita työkaluja verkon keräämien tietojen analysointiin. Taso sisältää myös moduuleja ja ominaisuuksia, jotka tukevat verkon käyttöönottoa, käyttöä ja valvontaa. Ominaisuuksiin kuuluvat laskutusta ja tilaamista koskeva yritystukijärjestelmä (BSS) ja verkon käyttöönoton ja valvonnan tukeminen radiosuunnittelulla. Julkinen Internet yhdistää kaksi tasoa suojattujen VPN-yhteyksien kautta.

IoT-laitteiden tiedot lähetetään ilman kautta tukiasemille, ja sitten ne kulkevat takana, joka käyttää DSL-yhteyttä 4G-varmuuskopioinnin kanssa. Satelliittiyhteyttä käytetään varmuuskopiona paikoissa, joissa DSL ja 4G eivät ole käytettävissä. Viestien käsittelyä hoitaa myös takaisinkorjaus, nämä viestit saapuvat ydinverkkoon niin monta kopiota, mutta vain yksi kopio tallennetaan, johon asiakkaat pääsevät käsiksi verkkoliitännän kautta.

Sigfoxin turvallisuus ja yksityisyys

Koska Sigfoxin ensisijaista painopistettä on tarkoitus käyttää IoT: n kanssa, verkko on suunniteltu parantamaan tietoturvaa toteuttamalla palomuureja tietojen suojaamiseksi liikkeessä ja levossa. Voit myös lukea tämän artikkelin IoT Security -haasteista saadaksesi paremman käsityksen IoT-laitteiden suojaamisesta. Katsotaan nyt Sigfoxin eri turvaominaisuuksia.

Palomuurin turvallisuus

Sigfoxilla on sisäänrakennettu palomuuri, joka rajoittaa IoT-objekteja muodostamaan yhteyden tai kommunikoimaan Internet-protokollan avulla. Viestitäkseen Internetin kautta objekti lähettää radioviestin, jonka käytettävissä olevat yhteysasemat ottavat vastaan. Pääsyasema välittää sitten viestin Sigfox-tukijärjestelmälle, joka puolestaan ​​lähettää sen määritettyyn määränpäähän. Sigfox-tukijärjestelmä välittää vastauksen lähetysobjektille myös tukiasemien kautta. Turvallisuuden palomuuri suojaa siten IoT-objekteja Internetiin liittyviltä hyökkäyksiltä.

Tietoturva

Sigfox-arkkitehtuuri tarjoaa suojausmekanismin, joka takaa turvallisen tietojen todennuksen ja toistamisen välttämisen; se tarjoaa myös ylimääräisen salakuuntelun estämismekanismin. Sigfoxin IoT-ketjuun sisältyy tallennettuja todennusavaimia, jotka laitteet ja asiakas tallentavat. Tätä avainta tarvitaan pääsemään Sigfox-järjestelmän tallentamiin tietoihin. Tämän seurauksena Sigfoxin tietomekanismit takaavat turvallisuuden erilaisessa ekosysteemissä ja erilaisissa paikallisissa säännöksissä. Jokaisen laitteen todennusavain on ainutlaatuinen, mikä tarkoittaa, että laitteen todennuksen suojausavaimen vaarantuminen ei vaikuta muiden laitteiden turvallisuuteen. Kaikkien laitteiden turvallisuus jätetään kuitenkin valmistajan harkinnan mukaan.

Sigfoxin käyttö

Sigfox-tekniikka soveltuu edullisiin M2M-sovelluksiin, jotka toimivat laajalla alueella. Näitä alueita ovat;

• Ihmiset, tavarat tai muu omaisuuden seuranta.
• Älykäs mittausviestintä energia-alalla.
• MHealth-sovellusten viestintä
• Autoteollisuuden viestinnän hallinta liikennealalla
• Kauko-ohjaus ja valvonta.
• Turvallisuus.

Sigfox-moduulivalmistajat

Murata on yksi johtavista Sigfox-mikrokontrollerien valmistajista. Suosittu Sigfox moduulit käyttävät STM32-pohjaisen langattoman mikrosirun ST mikro ja myös SX127 Samtech RFIC. Nämä mikro-ohjaimet toimivat taajuusalueella 860-930 MHz. Tämä taajuusalue tukee +14 dBm: n lähtötehoa, joka voidaan parantaa +20 dBm: iin huonoissa signaalialueissa.

Moduuli	Valmistaja
WSSFM10R1: RCZ1 (Eurooppa, Lähi-itä, Afrikka)	WiSOL Co.Ltd
TD1207	TD Seuraava
SN10-11	InnoComm
ABZ Sigfox RC1	Murata Manufacturing Co.Ltd
SiPy 14dB	Pycom
S-siipi: Sigfox-jatkolevy Bosch XDK: lle vyöhykkeille 2 ja 4	InnoComm
S-siipi: Sigfox-jatkolevy Bosch XDK: lle vyöhykkeelle 3	InnoComm
SN10-12	InnoComm
SN10-22	InnoComm