„Sigfox“ technologijos įvadas - pagrindai, architektūra ir saugos funkcijos

Belaidžių technologijų varžybos prasidėjo dar 1890-aisiais, kai Marconi pastatė pirmąją pasaulyje radijo stotį ir pristatė belaidę telegrafiją, kuri visiškai iš naujo apibrėžė būdą, kaip žmonės tuo metu keitėsi informacija. Šiandien mes patobulinome daugybę naujų korinio ryšio technologijų, kad belaidžiu būdu perduotume didelį duomenų kiekį visiems, gyvenantiems net giliausiame Žemės kampelyje. Tačiau pastaruoju metu ne tik žmonės turi bendrauti tarpusavyje. Mašinos ir kiti elektroniniai prietaisai taip pat pradėjo keistis informacija tarpusavyje, kad sukurtų prijungtą tinklą. Šie prietaisai dažniausiai veikia iš atokioje vietoje esančios baterijos ir verčia ją bendrauti ilgą atstumą naudojant kuo mažesnę galią. Šis reikalavimas paskatino naujų ryšių technologijų, tokių kaip „ZigBee“, „LoRa“, „Sigfox“ ir kt., Poreikį. Mes jau aptarėme, kas yra „LoRa“, mūsų ankstesniame straipsnyje, todėl šiame straipsnyje sužinosime apie panašų belaidžio ryšio protokolą, vadinamą „Sigfox“, ir jo reikšmę prijungta technologija.

Kas yra „Sigfox“ technologija

„Sigfox“ yra didelio nuotolio korinis belaidis ryšys, kuris siūlo mažų pralaidumų daiktų interneto (IoT) ir M2M programoms pritaikytus sprendimus naudodamasis savo „ IoT“ ryšio paslaugomis naudodamasis savo patentuotomis technologijomis. „Sigfox“ tinklo protokolas turi patentuotas bazines stotis, kurios yra integruotos su programinės įrangos radijo imtuvais. Galiniai prietaisai naudojasi dvejetainiu fazių poslinkio klavišų (BPSK) moduliavimu, kad prisijungtų prie bazinių stočių.

„Sigfox“ tinklas sukurtas taip, kad palengvintų efektyvų ryšį per mažai energijos. Mažas energijos suvartojimas užtikrina, kad nuotoliniai prietaisai veiktų ilgai, minimaliai įkraunant ar prižiūrint baterijas. „Sigfox“ įgalina daiktų interneto ryšį dideliais atstumais, leidžiantį perduoti su minimaliomis bazinėmis stotimis. „Sigfox“ tinklas naudoja korinio stiliaus metodą, kad nuotoliniai mazgai galėtų naudotis internetu bendraujant su bazinėmis stotimis. Tai palengvina nuotolinį valdymą ir duomenų rinkimą iš „Sigfox“ mazgų plačioje geografinėje vietovėje tol, kol yra interneto ryšys.

„Sigfox“ ypatybės

Nors „Sigfox“ buvo pristatytas dar 2009 m., Jis dar visai neseniai sulaukė populiarumo. Šiandien, atsiradus daiktų internetui, „Sigfox“ yra labai naudojamas kaip ryšio standartas, kad būtų galima sujungti mažos galios įrenginius, tokius kaip išmanieji elektros skaitikliai, išmanieji laikrodžiai ir pan. Pažvelkime į „Sigfox“ ypatybes, todėl jis yra tinkamiausias tinklas.

Didelis tinklo pajėgumas

„Sigfox“ turi didelę talpą, leidžiančią išplėsti iki milijardų objektų, taip yra dėl itin siauros juostos moduliacijos, kuri užtikrina atsparumą ir atsparumą trukdžiams. „Sigfox“ infrastruktūra naudoja atsitiktinę prieigą, kuri palengvina dažnio ir laiko įvairovę. Uplink ir downlink pralaidumo naudojimas leidžia užtikrinti nuoseklumą, nepaisant naudojamo radijo ryšio.

Didelis energijos vartojimo efektyvumas

„Sigfox“ tinklas pasižymi dideliu energijos vartojimo efektyvumu dėl mažai energijos sunaudojančių puslaidininkių, kurie naudojami gaminant „Sigfox“ aparatinę įrangą. Šie puslaidininkiai leidžia „Sigfox“ moduliams perduoti duomenis tik esant maždaug 10–50 mA srovei. „Sigfox“ tinklo architektūra nevykdo pranešimų sinchronizavimo tarp įrenginių ir bazinės stoties prieš duomenų perdavimą, tai reiškia, kad nereikia lyginti. Trūkus porų tarp prietaisų ir bazinės stoties, ilgas baterijos tarnavimo laikas ir „Sigfox“ suteikia pranašumų prieš kitas technologijas. „Sigfox“ tuščiąja eiga sunaudoja tik keletą nano amperų. Šis energijos suvartojimo lygis yra nereikšmingas, dar labiau padidinant efektyvumą.

Ilgo nuotolio

„Sigfox“ diegimas apima didelę geografinę teritoriją su minimaliu bazinių stočių skaičiumi. Radijo dažnių diapazonas (RF) įvertinamas pagal duomenų perdavimo spartą kiekvienam išėjimui, ilgas diapazonas pasiekiamas esant mažam duomenų perdavimo greičiui. Didelio nuotolio bazinių stočių įgyvendinimas leidžia įgyvendinti plataus diapazono „Sigfox“ tinklą su minimaliomis sąnaudomis. „Sigfox“ ilgą nuotolį palengvina ir tai, kad bazinės stoties jautrumas yra mažesnis, o objektų išėjimo galia maža. Kaimo vietovėse „Sigfox“ tinklas vidutiniškai užima 30–50 km nuotolį dėl minimalių trukdžių. Tačiau miestų centruose, kur yra daug kliūčių, „Sigfox“ nuotolis sumažėja iki 10 km.

Atsparumas trukdžiams

„Sigfox“ naudoja 192 kHz „ Ultra Barrow Band“ (UNB), integruotą su bazinės stoties erdvine įvairove (+20 dB), o tai palengvina unikalias jos trukdžius. „Sigfox“ tinklas naudoja „Ultra Narrow Band“, kad veiktų pramonės, mokslo ir medicinos (ISM) juostojekadangi išplito spektro signalams trukdo UNB signalai. Europoje „Uplink“ pralaidumas yra 100 Hz, o JAV pralaidumas viršija 600 Hz. Europos Sąjunga apribojo maksimalią galią iki 25 mW. „Downlink“ kanalo pralaidumas yra 1,5 KHz, o duomenų diapazonas - 600 bps. „Downlink“ dar labiau apriboja maksimalią galingumą iki 500mW. Optimalus atsparumas trukdyti palengvina „Sigfox“ efektyvų funkcionavimą ISM juostoje. Tai leidžia perduoti net esant trukdžių signalams. Tačiau mažas triukšmo sutapimas sukelia „Ultra-Narrow“ juostos vidinį tvirtumą. Dėl to, norint perduoti pranešimą, signalo tūris turėtų būti ne mažesnis kaip 8 dB.

„Sigfox“ tinklo architektūra

„Sigfox“ tinklo architektūra yra horizontali, plona ir turi 2 sluoksnius. Pirmąjį sluoksnį sudaro tinklo įranga, daugiausia bazinės stotys, ir kiti elementai. Šio sluoksnio tikslas yra gauti pranešimus iš IoT įrenginio ir persiųsti juos „Sigfox“ palaikymo sistemoms. Šis tinklas turi vieno šuolio žvaigždės topologiją, leidžiančią IoT įrenginiams prisijungti prie bet kurios šalia jo esančios bazinės stoties. Antrasis sluoksnis yra „ Sigfox“ palaikymo sistemakur pranešimai iš bazinių stočių yra apdorojami ir per skambučius siunčiami į klientų sistemą. Šis sluoksnis taip pat suteikia įvairių veikėjų, tokių kaip „Sigfox“, galutinių klientų, „Sigfox“ operatorių, kanalus ir kanalus į ekosistemą, naudojant žiniatinklio sąsajas ar API. Sluoksnyje yra saugykla ir kiti įrankiai, skirti analizuoti duomenis, kuriuos renka tinklas. Sluoksnyje taip pat yra modulių ir funkcijų, kurios palaiko tinklo diegimą, veikimą ir stebėjimą. Šios funkcijos apima verslo palaikymo sistemą (BSS), skirtą atsiskaityti ir užsisakyti, ir radijo planavimą, skirtą palaikyti tinklo diegimą ir stebėjimą. Viešasis internetas sujungia du sluoksnius per saugius VPN ryšius.

Duomenys iš daiktų interneto įrenginių oru siunčiami į bazines stotis, tada eina per grįžtamąjį ryšį, kuris naudoja DSL ryšį su 4G atsargine kopija. Palydovinis ryšys naudojamas kaip atsarginė kopija tose vietose, kur nėra DSL ir 4G. Pranešimų apdorojimą taip pat vykdo grįžtamasis ryšys, šie pranešimai patenka į pagrindinį tinklą, nes daugybė pakartojimų, tačiau saugoma tik viena kopija, prie kurios klientai gali naudotis per interneto sąsają.

„Sigfox“ saugumas ir privatumas

Kadangi pagrindinis „Sigfox“ dėmesys turi būti naudojamas kartu su daiktų internetu, tinklas sukurtas taip, kad padidintų saugumą įdiegdamas užkardas, kad apsaugotų duomenis judant ir ramybės būsenoje. Taip pat galite perskaityti šį straipsnį apie „IoT Security“ iššūkius, kad gautumėte geresnę idėją, kaip apsaugoti savo interneto įrenginius. Dabar pažvelkime į skirtingas „Sigfox“ saugos funkcijas.

Ugniasienės apsauga

„Sigfox“ turi įmontuotą užkardą, ribojančią IoT objektus prisijungti arba bendrauti naudojant interneto protokolą. Norėdami bendrauti internetu, objektas siunčia radijo pranešimą, kurį pasiima esamos prieigos stotys. Tada prieigos stotis perduoda pranešimą „Sigfox“ palaikymo sistemai, kuri savo ruožtu perduoda jį į nurodytą paskirties vietą. „Sigfox“ palaikymo sistema atsakymą siuntėjui perduoda ir per bazines stotis. Taigi saugos užkarda apsaugo DI objektus nuo su internetu susijusių atakų.

Duomenų saugumas

„Sigfox“ architektūra suteikia saugumo mechanizmą, kuris garantuoja saugų duomenų autentifikavimą ir pakartojimą; jis taip pat suteikia papildomą apsaugos nuo pasiklausymo mechanizmą. „Sigfox“ IoT grandinėje yra autentifikavimo raktai, kuriuos saugo įrenginiai ir klientas. Šis raktas bus reikalingas norint pasiekti „Sigfox“ sistemos saugomus duomenis. Todėl „Sigfox“ duomenų mechanizmai garantuoja saugumą įvairioje ekosistemoje ir skirtingose ​​vietinėse taisyklėse. Kiekvieno įrenginio autentifikavimo raktas yra unikali, o tai reiškia, kad įrenginio autentifikavimo saugos rakto pažeidimas neturi įtakos kitų įrenginių saugumui. Tačiau bet kurio prietaiso saugumas paliekamas gamintojo nuožiūra.

„Sigfox“ taikymas

„Sigfox“ technologija yra tinkama nebrangiems M2M taikymams, kurie veikia plačiame plote. Šios sritys apima:

• Žmonės, prekės ar kitas turto stebėjimo tipas.
• Pažangiosios apskaitos komunikacija energetikos sektoriuje.
• „ MHealth“ programų perdavimas
• Valdymas automobilių komunikacijos transporto sektoriuje
• Nuotolinis valdymas ir stebėjimas.
• Saugumas.

„Sigfox“ modulių gamintojai

„Murata“ yra viena iš pirmaujančių „Sigfox“ mikrovaldiklių gamintojų. Populiarūs „Sigfox“ moduliai naudoja STM32 pagrindu veikiantį ST mikrovaldiklių belaidį mikrovaldiklį ir „SX127 Samtech RFIC“. Šie mikrovaldikliai veikia 860–930 MHz dažnių diapazone. Šis dažnių diapazonas palaiko +14 dBm išėjimo galią, kuri gali būti padidinta iki +20 dBm esant prastoms signalo sritims.

Modulis	Gamintojas
WSSFM10R1: RCZ1 (Europa, Viduriniai Rytai, Afrika)	„WiSOL Co. LTD.“
TD1207	TD Kitas
SN10-11	„InnoComm“
„ABZ Sigfox RC1“	„Murata Manufacturing Co. LTD.“
SiPy 14dB	Pycom
„S-Wing“: „Sigfox“ prailginimo plokštė, skirta „Bosch XDK“, skirta 2 ir 4 zonoms	„InnoComm“
„S-Wing“: „Sigfox“ pratęsimo plokštė, skirta „Bosch XDK“, skirta 3 zonai	„InnoComm“
SN10-12	„InnoComm“
SN10-22	„InnoComm“