Pengenalan teknologi sigfox - asas, seni bina dan ciri keselamatan

Perlumbaan untuk teknologi tanpa wayar bermula sejak 1890-an ketika Marconi membina stesen radio pertama di dunia dan memperkenalkan telegraf tanpa wayar, yang sepenuhnya menentukan semula bagaimana manusia bertukar maklumat ketika itu. Hari ini, kami telah maju dengan banyak teknologi selular baru untuk mengirimkan sejumlah besar data secara tanpa wayar kepada sesiapa sahaja yang tinggal di sudut bumi yang paling dalam sekalipun. Tetapi, baru-baru ini bukan hanya manusia yang harus berkomunikasi sesama mereka. Mesin dan alat elektronik lain juga mula bertukar-tukar maklumat antara satu sama lain untuk mewujudkan rangkaian yang tersambung. Peranti ini kebanyakannya beroperasi pada bateri dari lokasi terpencil yang memaksanya berkomunikasi untuk jarak jauh dengan kekuatan minimum yang mungkin. Keperluan ini telah mendorong perlunya teknologi komunikasi baru seperti ZigBee, LoRa, Sigfox dan lain-lain. Kami telah membincangkan mengenai apa itu LoRa dalam artikel kami sebelumnya dan oleh itu dalam artikel ini kita akan belajar mengenai protokol komunikasi tanpa wayar yang serupa yang disebut Sigfox dan kepentingannya dalam teknologi bersambung.

Apa itu Teknologi Sigfox

Sigfox adalah komunikasi tanpa wayar selular jarak jauh yang menawarkan penyelesaian khusus terutamanya untuk aplikasi Internet of Things (IoT) dan M2M yang rendah dengan memanfaatkan perkhidmatan sambungan IoT hujung-ke-hujungnya menggunakan teknologi yang dipatenkan. Protokol rangkaian Sigfox mempunyai stesen pangkalan yang dipatenkan yang disatukan dengan radio yang ditentukan perisian. Peranti akhir menggunakan modulasi pemindahan fasa binari (BPSK) untuk menyambung ke stesen pangkalan.

Rangkaian Sigfox telah dirancang untuk memfasilitasi komunikasi yang berkesan terhadap penggunaan kuasa yang rendah. Penggunaan tenaga yang rendah memastikan bahawa peranti jarak jauh berjalan lama dengan pengisian atau penyelenggaraan bateri minimum. Sigfox membolehkan komunikasi IoT pada jarak jauh memungkinkan untuk menghantar dengan stesen pangkalan minimum. Rangkaian Sigfox menggunakan pendekatan gaya selular untuk membolehkan nod jauh menggunakan internet untuk berkomunikasi dengan stesen pangkalan. Ini memudahkan kawalan jauh dan pengumpulan data dari simpul Sigfox di kawasan geografi yang luas selagi ada sambungan internet.

Ciri-ciri Sigfox

Walaupun Sigfox diperkenalkan pada tahun 2009, tidak lama kemudian ia mendapat populariti. Hari ini dengan kedatangan IoT, Sigfox sangat digunakan sebagai standard komunikasi untuk menyambungkan peranti berkuasa rendah seperti meter elektrik pintar, jam tangan pintar dan lain-lain. Mari kita lihat ciri-ciri Sigfox yang menjadikannya sebagai rangkaian pilihan.

Kapasiti rangkaian yang tinggi

Sigfox mempunyai kapasiti tinggi yang memungkinkannya mencapai skala hingga miliaran objek, ini kerana modulasi jalur ultra-sempit yang mengakomodasi daya tahan dan daya tahan terhadap gangguan. Infrastruktur Sigfox menggunakan akses rawak yang memudahkan kepelbagaian frekuensi dan masa. Penggunaan jalur lebar uplink dan downlink membolehkan konsistensi tanpa mengira pautan radio yang digunakan.

Kecekapan tenaga yang tinggi

Rangkaian Sigfox menawarkan kecekapan tenaga yang tinggi, berkat semikonduktor yang menggunakan kuasa rendah yang digunakan semasa pembuatan perkakasan Sigfox. Semikonduktor ini membolehkan modul Sigfox menghantar data dengan arus hanya sekitar 10mA - 50mA. Senibina rangkaian Sigfox tidak melakukan penyegerakan mesej antara peranti dan stesen pangkalan sebelum melakukan penghantaran data, ini bermakna tidak diperlukan pengawetan. Kekurangan pasangan antara peranti dan stesen pangkalan menampung jangka hayat bateri yang lama dan memberi kelebihan kepada Sigfox berbanding teknologi lain. Sigfox hanya menggunakan beberapa nano amper ketika tidak aktif, kadar penggunaan kuasa ini boleh diabaikan seterusnya meningkatkan kecekapan.

Jarak jauh

Penggunaan Sigfox meliputi kawasan geografi yang besar dengan bilangan stesen pangkalan yang minimum. Julat frekuensi radio (RF) dianggarkan dengan makna kadar data untuk setiap output, jarak jauh dicapai dengan kadar data yang rendah. Pelaksanaan stesen pangkalan jarak jauh memungkinkan pelaksanaan rangkaian Sigfox yang luas dengan kos minimum. Jangkauan panjang Sigfox juga difasilitasi oleh fakta bahawa stesen pangkalan kurang sensitif dan objek mempunyai daya output yang rendah. Di kawasan luar bandar, rangkaian Sigfox merangkumi jarak purata 30km - 50km kerana gangguan minimum. Walau bagaimanapun, di pusat bandar di mana terdapat banyak halangan, jarak Sigfox berkurang menjadi 10km.

Ketahanan terhadap gangguan

Sigfox menggunakan Jalur Ultra Barrow 192KHz (UNB) yang disatukan dengan kepelbagaian spasial stesen pangkalan +20 dB yang memudahkan ciri anti-jammingnya yang unik. Rangkaian Sigfox menggunakan Ultra Narrow Band untuk beroperasi di band Industrial, Scientific and Medical (ISM)kerana isyarat spektrum penyebaran diganggu oleh isyarat UNB. Di Eropah, Uplink mempunyai lebar jalur 100Hz sementara di Amerika Syarikat lebar jalur melebihi 600Hz. Kesatuan Eropah telah menghadkan kuasa maksimum hingga 25mW. Pautan bawah mempunyai lebar jalur saluran 1.5KHz dan julat data 600 bps. Pautan bawah mengehadkan output kuasa maksimum hingga 500mW. Ketahanan optimum untuk mengganggu memudahkan Sigfox berfungsi dengan berkesan dalam jalur ISM. Ini membolehkannya menghantar walaupun di bawah isyarat macet. Walau bagaimanapun, pertindihan bunyi rendah menyebabkan kekasaran intrinsik ke jalur Ultra-Sempit. Akibatnya, agar mesej dihantar, isyarat harus mempunyai sekurang-kurangnya 8 dB.

Senibina Rangkaian Sigfox

Senibina rangkaian Sigfox mendatar dan nipis, dan mempunyai 2 lapisan. Lapisan satu terdiri daripada peralatan rangkaian yang kebanyakannya stesen pangkalan, dan unsur-unsur lain. Tujuan lapisan ini adalah untuk menerima mesej dari iklan peranti IoT yang menghantarnya ke sistem Sigfox Support rangkaian ini mempunyai topologi bintang satu hop yang membolehkan peranti IoT menyambung ke stesen pangkalan yang berdekatan dengannya. Lapisan kedua adalah Sistem Sokongan Sigfoxdi mana mesej dari stesen pangkalan diproses dan dihantar melalui panggilan balik ke sistem pelanggan. Lapisan ini juga menyediakan titik masuk pelbagai pelaku seperti Sigfox, pelanggan akhir, pengendali Sigfox dan saluran ke ekosistem menggunakan antara muka web atau API. Lapisan ini mempunyai repositori dan alat lain untuk menganalisis data yang dikumpulkan oleh rangkaian. Lapisan ini juga berisi modul dan fitur yang mendukung penyebaran, operasi, dan pemantauan jaringan. Ciri-ciri tersebut termasuk Sistem Sokongan Perniagaan (BSS) untuk penagihan dan pesanan, dan Perancangan Radio untuk menyokong penyebaran dan pemantauan rangkaian. Internet awam menghubungkan dua lapisan melalui sambungan VPN yang selamat.

Data dari peranti IoT dihantar melalui udara ke stesen pangkalan, kemudian melalui backhaul yang menggunakan sambungan DSL dengan sandaran 4G. Sambungan satelit digunakan sebagai sandaran di tempat di mana DSL dan 4G tidak tersedia. Pemprosesan mesej juga dikendalikan oleh backhaul, mesej ini tiba di rangkaian inti kerana banyak ulangan tetapi hanya satu salinan yang tersimpan yang dapat diakses oleh pelanggan melalui antara muka web.

Keselamatan dan privasi Sigfox

Oleh kerana fokus utama Sigfox digunakan dengan IoT, rangkaian telah dirancang untuk meningkatkan keselamatan dengan menerapkan firewall untuk mengamankan data dalam keadaan bergerak dan dalam keadaan rehat. Anda juga boleh membaca artikel ini mengenai cabaran Keselamatan IoT untuk mendapatkan idea yang lebih baik mengenai cara melindungi peranti IoT anda. Sekarang mari kita lihat pelbagai ciri keselamatan di Sigfox.

Keselamatan firewall

Sigfox mempunyai firewall terbina dalam yang menyekat objek IoT untuk menyambung atau berkomunikasi menggunakan protokol internet. Untuk berkomunikasi melalui internet, sebuah objek mengirim pesan radio yang diambil oleh stesen akses yang tersedia. Stesen akses kemudian menyampaikan mesej ke sistem sokongan Sigfox yang seterusnya menghantarnya ke destinasi yang ditentukan. Sistem sokongan Sigfox juga mengirimkan tindak balas terhadap objek pengirim melalui stesen pangkalan. Firewall keselamatan dengan demikian melindungi objek IoT dari serangan berkaitan internet.

Keselamatan data

Senibina Sigfox menyediakan mekanisme keselamatan yang menjamin pengesahan data yang selamat dan penghindaran main semula; ia juga menyediakan mekanisme anti penyadapan tambahan. Rangkaian IoT Sigfox melibatkan kunci pengesahan yang disimpan yang disimpan oleh peranti dan pelanggan, kunci ini diperlukan untuk mengakses data yang disimpan oleh Sistem Sigfox. Hasilnya, mekanisme data Sigfox menjamin keselamatan dalam ekosistem yang beragam dan peraturan tempatan yang berbeza. Kunci pengesahan untuk setiap peranti adalah unik yang bermaksud bahawa kompromi kunci keselamatan pengesahan peranti tidak mempengaruhi keselamatan peranti lain. Walau bagaimanapun, keselamatan mana-mana peranti ditinggalkan mengikut budi bicara pengeluar.

Aplikasi Sigfox

Teknologi Sigfox sangat sesuai untuk aplikasi M2M kos rendah yang beroperasi di kawasan yang luas. Kawasan-kawasan ini merangkumi;

• Orang, Barang atau jenis Penjejakan Aset lain.
• Komunikasi pemeteran pintar di sektor tenaga.
• Komunikasi aplikasi mHealth
• Pengurusan komunikasi automotif di sektor pengangkutan
• Alat kawalan jauh dan pemantauan.
• Keselamatan.

Pengilang modul Sigfox

Murata adalah antara pengeluar mikrokontroler Sigfox yang terkemuka. Modul Sigfox yang popular menggunakan mikrokontroler tanpa wayar berasaskan STM32 dari ST Microcontroller dan juga SX127 Samtech RFIC. Pengawal mikro ini beroperasi pada julat frekuensi 860-930 MHz. Julat frekuensi ini menyokong daya output +14 dBm yang dapat ditingkatkan menjadi +20 dBm sekiranya kawasan isyarat lemah.

Modul	Pengilang
WSSFM10R1: RCZ1 (Eropah, Timur Tengah, Afrika)	WiSOL Co. LTD
TD1207	TD Seterusnya
SN10-11	InnoComm
ABZ Sigfox RC1	Murata Manufacturing Co. LTD
SiPy 14dB	Pycom
S-Wing: Papan Sigfox Extension untuk Bosch XDK untuk Zon 2 & 4	InnoComm
S-Wing: Papan Sigfox Extension untuk Bosch XDK untuk Zon 3	InnoComm
SN10-12	InnoComm
SN10-22	InnoComm