En introduktion till sigfox-teknik - grunder, arkitektur och säkerhetsfunktioner

Loppet för trådlös teknik började långt tillbaka på 1890-talet när Marconi byggde världens första radiostation och introducerade trådlös telegrafi, som helt omdefinierade hur människor utbytte information då. Idag har vi avancerat med många nya mobilteknologier för att överföra stora mängder data trådlöst till alla som bor i jordens djupaste hörn. Men nyligen är det inte bara människor som måste kommunicera med varandra. Maskinerna och andra elektroniska enheter har också börjat utbyta information mellan varandra för att upprätta ett anslutet nätverk. Dessa enheter fungerar oftast på ett batteri från en avlägsen plats och tvingar det att kommunicera över långa sträckor med minsta möjliga effekt. Detta krav har lett till behovet av ny kommunikationsteknik som ZigBee, LoRa, Sigfox etc. Vi har redan diskuterat vad som är LoRa i vår tidigare artikel och därför kommer vi att lära oss om ett liknande trådlöst kommunikationsprotokoll som heter Sigfox och dess betydelse för ansluten teknik.

Vad är Sigfox Technology

Sigfox är en trådlös kommunikation med lång räckvidd som erbjuder skräddarsydda lösningar främst för IoT (IoT) och M2M-applikationer med låg genomströmning genom att utnyttja sina IoT-anslutningstjänster från hela till slut med hjälp av patenterade tekniker. Sigfox nätverksprotokoll har patenterade basstationer som är integrerade med programvarudefinierade radioapparater. Slutanordningarna använder binär fasförskjutning (BPSK) -modulering för att ansluta till basstationerna.

Sigfox-nätverket har utformats för att underlätta effektiv kommunikation över låg energiförbrukning. Låg strömförbrukning säkerställer att fjärrenheter körs länge med minimalt batteriladdning eller underhåll. Sigfox möjliggör IoT-kommunikation över långa avstånd vilket gör det möjligt att sända med minimala basstationer. Sigfox-nätverket använder sig av mobilstil för att möjliggöra för fjärrnoder att använda internet för att kommunicera med basstationer. Detta underlättar fjärrkontroll och datainsamling från Sigfox-noder över ett stort geografiskt område så länge det finns internetanslutning.

Funktioner i Sigfox

Även om Sigfox introducerades 2009, blev det inte förrän nyligen popularitet. Idag med tillkomsten av IoT används Sigfox mycket som en kommunikationsstandard för att ansluta enheter med låg effekt som smarta elmätare, smarta klockor etc. Låt oss ta en titt på funktionerna i Sigfox som gör det till ett föredraget nätverk.

Hög nätverkskapacitet

Sigfox har en hög kapacitet som gör att den kan skala upp till miljarder objekt, detta beror på den extremt smala bandmoduleringen som rymmer motståndskraft och motståndskraft mot störningar. Sigfox-infrastrukturen använder slumpmässig åtkomst som underlättar frekvens och tidsdiversitet. Användningen av upplänk- och nedlänksbandbredd möjliggör enhetlighet oavsett vilken radiolänk som används.

Hög energieffektivitet

Sigfox-nätverket har hög energieffektivitet tack vare de lågförbrukande halvledarna som används vid tillverkning av Sigfox-hårdvaran. Dessa halvledare tillåter Sigfox-modulerna att överföra data med endast cirka 10 mA - 50 mA ström. Sigfox-nätverksarkitekturen utför inte meddelandesynkronisering mellan enheterna och basstationen innan dataöverföring utförs, det betyder att det inte behövs någon parning. Brist på parning mellan enheter och basstation ger lång batteritid och ger Sigfox fördel jämfört med andra tekniker. Sigfox förbrukar bara några nano-ampere när det är i tomgång, den här energiförbrukningen är försumbar, vilket ytterligare förbättrar effektiviteten.

Lång räckvidd

Driftsättningen av Sigfox täcker ett stort geografiskt område med minimalt antal basstationer. Radiofrekvensområdet (RF) uppskattas med hjälp av datahastigheten för varje utgång, lång räckvidd uppnås med låg datahastighet. Implementering av långdistansbasstationer möjliggör implementering av ett brett sortiment av Sigfox-nätverk till minimala kostnader. Sigfox långa räckvidd underlättas också av att basstationerna har mindre känslighet och objekten har låg uteffekt. På landsbygden täcker ett Sigfox-nätverk ett genomsnittligt intervall på 30 km - 50 km på grund av minimal störning. Men i stadskärnor där det finns mycket hinder minskar Sigfox-intervallet till 10 km.

Motståndskraft mot störningar

Sigfox använder 192KHz Ultra Barrow Band (UNB) integrerat med basstationens rumsliga mångfald på +20 dB vilket underlättar dess unika anti-jamming-funktioner. Sigfox-nätverket använder Ultra Narrow Band för att fungera i ISM-band (Industrial, Scientific and Medical)eftersom spridningsspektrumsignaler störs av UNB-signaler. I Europa har Uplink en bandbredd på 100Hz medan bandbredden i USA överstiger 600Hz. Europeiska unionen har begränsat den maximala effekten till 25mW. Nedlänken har en kanalbandbredd på 1,5 KHz och ett dataområde på 600 bps. Nedlänken begränsar ytterligare den maximala effekten till 500mW. Den optimala motståndskraften att störa underlättar Sigfox för att fungera effektivt i ISM-bandet. Detta gör att den kan sändas även under störningssignaler. Överlappningen med låg ljudnivå inducerar emellertid inneboende robusthet i Ultra-Narrow-bandet. Som ett resultat borde signalen ha minst 8 dB för att ett meddelande ska sändas.

Sigfox nätverksarkitektur

Sigfox nätverksarkitektur är horisontell och tunn och har två lager. Lager ett består av nätverksutrustning, mestadels basstationer och andra element. Syftet med detta lager är att ta emot meddelanden från IoT-enhetsannonsen sända dem till Sigfox Support-system. Detta nätverk har en en-hoppstjärntopologi som gör att IoT-enheterna kan ansluta till vilken basstation som helst i närheten. Det andra lagret är Sigfox Support Systemdär meddelanden från basstationerna behandlas och skickas genom återuppringningar till kundsystemet. Detta lager ger också de olika aktörernas ingångspunkt som Sigfox, slutkunder, Sigfox-operatörer och kanaler till ekosystemet med webbgränssnitt eller API: er. Skiktet har förvar och andra verktyg för att analysera data som samlas in av nätverket. Skiktet innehåller också moduler och funktioner som stöder distribution, drift och övervakning av nätverket. Funktionerna inkluderar Business Support System (BSS) för fakturering och beställning och radioplanering för att stödja nätdistribution och övervakning. Det offentliga internet ansluter de två lagren över säkra VPN-anslutningar.

Data från IoT-enheterna skickas genom luft till basstationerna och går sedan genom backhaul som använder DSL-anslutning med 4G-säkerhetskopiering. Satellitanslutning används som säkerhetskopia på platser där DSL och 4G inte är tillgängliga. Meddelandehantering hanteras också av backhaul, dessa meddelanden anländer till kärnnätverket så många replikat men bara en kopia lagras som kan nås av kunder via ett webbgränssnitt.

Sigfox säkerhet och integritet

Eftersom Sigfox främsta fokus ska användas med IoT har nätverket utformats för att förbättra säkerheten genom att implementera brandväggar för att säkra data i rörelse och i vila. Du kan också läsa den här artikeln om IoT Security-utmaningar för att få en bättre uppfattning om hur du skyddar dina IoT-enheter. Låt oss nu titta på de olika säkerhetsfunktionerna i Sigfox.

Brandväggssäkerhet

Sigfox har en inbyggd brandvägg som begränsar IoT-objekt att ansluta eller kommunicera med internetprotokollet. För att kommunicera via internet skickar ett objekt ett radiomeddelande som plockas upp av de tillgängliga åtkomststationerna. Åtkomststationen vidarebefordrar sedan meddelandet till Sigfox support-system som i sin tur överför det till den angivna destinationen. Sigfox support-system överför också svaret till avsändarobjektet genom basstationerna. Säkerhetsbrandväggen skyddar således IoT-objekten från internetrelaterade attacker.

Datasäkerhet

Sigfox-arkitekturen ger en säkerhetsmekanism som garanterar säker datautentisering och undvikande av omspelning; det ger också en extra avlyssningsmekanism. Sigfoxs IoT-kedja involverar autentiseringsnycklar lagrade som lagras av enheter och kunden, den här nyckeln kommer att krävas för att komma åt de data som lagras av Sigfox-systemet. Som ett resultat garanterar Sigfox datamekanismer säkerhet inom olika ekosystem och olika lokala regler. Verifieringsnyckeln för varje enhet är unik, vilket innebär att en kompromiss mellan en enhets autentiseringssäkerhetsnyckel inte påverkar säkerheten för andra enheter. Säkerheten för alla enheter är dock tillverkarens eget gottfinnande.

Tillämpning av Sigfox

Sigfox-tekniken är lämplig för billiga M2M-applikationer som fungerar över ett stort täckningsområde. Dessa områden inkluderar;

• Människor, varor eller annan typ av tillgångsspårning.
• Smart mätkommunikation inom energisektorn.
• Kommunikation av mHealth-applikationer
• Hantering av bilkommunikation inom transportsektorn
• Fjärrkontroll och övervakning.
• Säkerhet.

Sigfox-modultillverkare

Murata är en av de ledande tillverkarna av Sigfox mikrokontroller. De populära Sigfox-modulerna använder den STM32-baserade trådlösa mikrokontrollern från ST Microcontrollers och även SX127 Samtech RFIC. Dessa mikrokontroller arbetar med ett frekvensområde på 860-930 MHz. Detta frekvensområde stöder en uteffekt på +14 dBm som kan förbättras till +20 dBm vid dåliga signalområden.

Modul	Tillverkare
WSSFM10R1: RCZ1 (Europa, Mellanöstern, Afrika)	WiSOL Co. LTD
TD1207	TD Nästa
SN10-11	InnoComm
ABZ Sigfox RC1	Murata Manufacturing Co. LTD
SiPy 14dB	Pycom
S-Wing: Sigfox förlängningskort för Bosch XDK för zon 2 och 4	InnoComm
S-Wing: Sigfox förlängningskort för Bosch XDK för zon 3	InnoComm
SN10-12	InnoComm
SN10-22	InnoComm