- Cos'è la tecnologia Sigfox
- Caratteristiche di Sigfox
- Architettura di rete Sigfox
- Sicurezza e privacy di Sigfox
- Applicazione di Sigfox
- Produttori di moduli Sigfox
La corsa alla tecnologia wireless iniziò nel lontano 1890, quando Marconi costruì la prima stazione radio al mondo e introdusse la telegrafia senza fili, che ridefinì completamente il modo in cui gli esseri umani si scambiavano le informazioni allora. Oggi abbiamo fatto progressi con molte nuove tecnologie cellulari per trasmettere grandi quantità di dati in modalità wireless a chiunque viva anche negli angoli più profondi della Terra. Ma recentemente non sono solo gli umani a dover comunicare tra loro. Anche le macchine e altri dispositivi elettronici hanno iniziato a scambiarsi informazioni per stabilire una rete connessa. Questi dispositivi funzionano principalmente su una batteria da una posizione remota costringendola a comunicare per lunghe distanze con la minima potenza possibile. Questo requisito ha richiesto la necessità di nuove tecnologie di comunicazione come ZigBee, LoRa, Sigfox ecc. Abbiamo già discusso su cosa sia LoRa nel nostro articolo precedente e quindi in questo articolo impareremo a conoscere un protocollo di comunicazione wireless simile chiamato Sigfox e il suo significato in tecnologia connessa.
Cos'è la tecnologia Sigfox
Sigfox è una comunicazione wireless cellulare a lungo raggio che offre soluzioni personalizzate principalmente per applicazioni Internet of Things (IoT) e M2M a basso throughput avvalendosi dei suoi servizi di connettività IoT end-to-end utilizzando le sue tecnologie brevettate. Il protocollo di rete Sigfox dispone di stazioni base brevettate integrate con radio definite dal software. I dispositivi finali utilizzano la modulazione BPSK (Binary Phase Shift Keying) per connettersi alle stazioni base.
La rete Sigfox è stata progettata per facilitare una comunicazione efficace con un basso consumo energetico. Il basso consumo energetico garantisce che i dispositivi remoti funzionino a lungo con una ricarica o una manutenzione minima della batteria. Sigfox consente la comunicazione IoT su lunghe distanze, rendendo possibile la trasmissione con stazioni base minime. La rete Sigfox utilizza un approccio in stile cellulare per consentire ai nodi remoti di utilizzare Internet per comunicare con le stazioni base. Ciò facilita il controllo remoto e la raccolta dei dati dai nodi Sigfox su un'ampia area geografica purché sia disponibile la connettività Internet.
Caratteristiche di Sigfox
Sebbene Sigfox sia stato introdotto nel 2009, solo di recente ha guadagnato popolarità. Oggi con l'avvento dell'IoT, Sigfox è ampiamente utilizzato come standard di comunicazione per connettere dispositivi a bassa potenza come contatori elettrici intelligenti, orologi intelligenti ecc. Diamo un'occhiata alle caratteristiche di Sigfox che lo rende una rete preferibile.
Elevata capacità di rete
Sigfox ha un'elevata capacità che gli consente di scalare fino a miliardi di oggetti, questo a causa della modulazione a banda ultra-stretta che ospita resistenza e resilienza alle interferenze. L'infrastruttura Sigfox utilizza l'accesso casuale che facilita la diversità di frequenza e tempo. L'uso della larghezza di banda di uplink e downlink consente la coerenza indipendentemente dal collegamento radio utilizzato.
Alta efficienza energetica
La rete Sigfox vanta un'elevata efficienza energetica, grazie ai semiconduttori a basso consumo energetico utilizzati durante la produzione dell'hardware Sigfox. Questi semiconduttori consentono ai moduli Sigfox di trasmettere dati con solo circa 10mA - 50mA di corrente. L'architettura di rete Sigfox non esegue la sincronizzazione dei messaggi tra i dispositivi e la stazione base prima di condurre la trasmissione dei dati, questo significa che non è richiesto alcun abbinamento. La mancanza di associazione tra i dispositivi e la stazione base consente una lunga durata della batteria e offre a Sigfox un vantaggio rispetto ad altre tecnologie. Sigfox consuma solo pochi nano ampere quando è inattivo, questo tasso di consumo energetico è trascurabile, migliorando ulteriormente l'efficienza.
Lungo raggio
L'implementazione di Sigfox copre una vasta area geografica con un numero minimo di stazioni base. La gamma di radiofrequenze (RF) è stimata dal significato della velocità dei dati per ogni uscita, la portata lunga si ottiene con una velocità dati bassa. L'implementazione di stazioni base a lungo raggio consente l'implementazione di una rete Sigfox ad ampio raggio a costi minimi. Il lungo raggio di Sigfox è anche facilitato dal fatto che le stazioni base hanno meno sensibilità e gli oggetti hanno una bassa potenza di uscita. Nelle zone rurali, una rete Sigfox copre un raggio medio di 30 km - 50 km a causa di interferenze minime. Tuttavia, nei centri urbani dove ci sono molti ostacoli, il raggio di Sigfox si riduce a 10 km.
Resilienza alle interferenze
Sigfox utilizza Ultra Barrow Band (UNB) da 192 KHz integrato con la diversità spaziale della stazione base di +20 dB che facilita le sue esclusive caratteristiche anti-jamming. La rete Sigfox utilizza la banda ultra stretta per operare nella banda industriale, scientifica e medica (ISM)poiché i segnali a spettro esteso sono interferiti dai segnali UNB. In Europa l'Uplink ha una larghezza di banda di 100Hz mentre negli USA la larghezza di banda supera i 600Hz. L'Unione Europea ha limitato la potenza massima a 25 mW. Il downlink ha una larghezza di banda del canale di 1,5 KHz e un intervallo di dati di 600 bps. Il downlink limita ulteriormente la potenza massima in uscita a 500 mW. La resilienza ottimale per interferire facilita il funzionamento efficace di Sigfox nella banda ISM. Ciò gli consente di trasmettere anche in presenza di segnali di disturbo. Tuttavia, la sovrapposizione a basso rumore induce una robustezza intrinseca alla banda Ultra-Narrow. Di conseguenza, affinché un messaggio venga trasmesso, il segnale dovrebbe avere almeno 8 dB.
Architettura di rete Sigfox
L'architettura di rete Sigfox è orizzontale e sottile e ha 2 strati. Il livello uno comprende le apparecchiature di rete principalmente le stazioni base e altri elementi. Lo scopo di questo livello è ricevere messaggi dal dispositivo IoT e trasmetterli ai sistemi di supporto Sigfox, questa rete ha una topologia a stella a un salto che consente ai dispositivi IoT di connettersi a qualsiasi stazione base vicina. Il secondo livello è il sistema di supporto Sigfoxdove i messaggi dalle stazioni base vengono elaborati e inviati tramite call-back al sistema del cliente. Questo livello fornisce anche il punto di ingresso dei vari attori come Sigfox, clienti finali, operatori Sigfox e canali per l'ecosistema utilizzando interfacce web o API. Il livello dispone di repository e altri strumenti per analizzare i dati raccolti dalla rete. Il livello contiene anche moduli e funzionalità che supportano la distribuzione, il funzionamento e il monitoraggio della rete. Le funzionalità includono il Business Support System (BSS) per la fatturazione e gli ordini e la pianificazione radio per supportare la distribuzione e il monitoraggio della rete. L'Internet pubblica collega i due livelli tramite connessioni VPN sicure.
I dati dai dispositivi IoT vengono inviati via aerea alle stazioni base, quindi passano attraverso il backhaul che utilizza la connettività DSL con backup 4G. La connettività satellitare viene utilizzata come backup nei luoghi in cui DSL e 4G non sono disponibili. L'elaborazione dei messaggi è gestita anche dal backhaul, questi messaggi arrivano sulla rete centrale come molti replicati ma viene memorizzata solo una copia alla quale i clienti possono accedere tramite un'interfaccia web.
Sicurezza e privacy di Sigfox
Poiché l'obiettivo principale di Sigfox deve essere utilizzato con IoT, la rete è stata progettata per migliorare la sicurezza implementando firewall per proteggere i dati in movimento ea riposo. Puoi anche leggere questo articolo sulle sfide della sicurezza IoT per avere un'idea migliore su come proteggere i tuoi dispositivi IoT. Ora diamo un'occhiata alle diverse funzionalità di sicurezza in Sigfox.
Protezione firewall
Sigfox ha un firewall integrato che limita la connessione o la comunicazione degli oggetti IoT utilizzando il protocollo Internet. Per comunicare su Internet, un oggetto invia un messaggio radio che viene raccolto dalle stazioni di accesso disponibili. La stazione di accesso trasmette quindi il messaggio al sistema di supporto Sigfox che a sua volta lo trasmette alla destinazione specificata. Il sistema di supporto Sigfox trasmette anche la risposta all'oggetto mittente attraverso le stazioni base. Il firewall di sicurezza protegge quindi gli oggetti IoT dagli attacchi relativi a Internet.
La sicurezza dei dati
L'architettura Sigfox fornisce un meccanismo di sicurezza che garantisce l'autenticazione sicura dei dati e l' eliminazione della riproduzione; fornisce anche un meccanismo anti-ascolto in più. La catena IoT di Sigfox prevede chiavi di autenticazione memorizzate che vengono memorizzate dai dispositivi e dal cliente, questa chiave sarà richiesta per accedere ai dati archiviati dal Sistema Sigfox. Di conseguenza, i meccanismi di dati di Sigfox garantiscono la sicurezza all'interno dell'ecosistema diversificato e delle diverse normative locali. La chiave di autenticazione per ogni dispositivo è univoca, il che significa che una compromissione della chiave di sicurezza di autenticazione di un dispositivo non influisce sulla sicurezza di altri dispositivi. Tuttavia, la sicurezza di qualsiasi dispositivo è lasciata alla discrezione del produttore.
Applicazione di Sigfox
La tecnologia Sigfox è adatta per applicazioni M2M a basso costo che operano su un'ampia area di copertura. Queste aree includono;
- Persone, merci o altro tipo di monitoraggio delle risorse.
- Comunicazione smart metering nel settore energetico.
- Comunicazione di applicazioni mHealth
- Gestione della comunicazione automobilistica nel settore dei trasporti
- Controllo e monitoraggio remoti.
- Sicurezza.
Produttori di moduli Sigfox
Murata è tra i principali produttori di microcontrollori Sigfox. I popolari moduli Sigfox utilizzano il microcontrollore wireless basato su STM32 di ST Microcontrollers e anche l'SX127 Samtech RFIC. Questi microcontrollori funzionano in una gamma di frequenze di 860-930 MHz. Questa gamma di frequenza supporta una potenza di uscita di +14 dBm che può essere aumentata a +20 dBm in caso di aree con segnale debole.
Modulo |
Produttore |
WSSFM10R1: RCZ1 (Europa, Medio Oriente, Africa) |
WiSOL Co. LTD |
TD1207 |
TD Next |
SN10-11 |
InnoComm |
ABZ Sigfox RC1 |
Murata Manufacturing Co. LTD |
SiPy 14dB |
Pycom |
S-Wing: scheda di espansione Sigfox per Bosch XDK per Zona 2 e 4 |
InnoComm |
S-Wing: scheda di espansione Sigfox per Bosch XDK per la zona 3 |
InnoComm |
SN10-12 |
InnoComm |
SN10-22 |
InnoComm |