Въведение в технологията sigfox - основи, архитектура и функции за сигурност

Състезанието за безжични технологии стартира отдавна през 1890-те, когато Маркони построява първата в света радиостанция и въвежда безжична телеграфия, която напълно предефинира начина, по който хората обменят информация тогава. Днес ние сме напреднали с много нови клетъчни технологии за предаване на голямо количество данни безжично на всеки, който живее дори в най-дълбокия ъгъл на Земята. Но напоследък не само хората трябва да общуват помежду си. Машините и другите електронни устройства също започнаха да обменят информация помежду си, за да установят свързана мрежа. Тези устройства работят предимно на батерия от отдалечено място, принуждавайки я да комуникира на дълги разстояния с минимална възможна мощност. Това изискване породи необходимостта от нови комуникационни технологии като ZigBee, LoRa, Sigfox и др. Вече обсъдихме какво е LoRa в предишната ни статия и следователно в тази статия ще научим за подобен безжичен комуникационен протокол, наречен Sigfox, и неговото значение в свързана технология.

Какво представлява Sigfox Technology

Sigfox е клетъчна безжична комуникация с дълъг обхват, която предлага персонализирани решения предимно за приложения с интернет на нещата с ниска производителност (IoT) и M2M, като се възползва от своите услуги за свързване на IoT от край до край, използвайки патентованите си технологии. Мрежовият протокол Sigfox има патентовани базови станции, които са интегрирани със софтуерно дефинирани радиостанции. Крайните устройства използват двоична модулация на фазово изместване (BPSK) за свързване към базовите станции.

Мрежата Sigfox е проектирана да улесни ефективната комуникация при ниска консумация на енергия. Ниската консумация на енергия гарантира, че отдалечените устройства работят дълго време с минимално зареждане или поддръжка на батерията. Sigfox дава възможност за IoT комуникация на големи разстояния, което прави възможно предаването с минимални базови станции. Мрежата Sigfox използва подход в клетъчен стил, за да позволи на отдалечените възли да използват интернет за комуникация с базови станции. Това улеснява дистанционното управление и събирането на данни от възлите на Sigfox в широк географски район, стига да има интернет връзка.

Характеристики на Sigfox

Въпреки че Sigfox беше представен през 2009 г., едва наскоро придоби популярност. Днес с появата на IoT Sigfox се използва широко като комуникационен стандарт за свързване на устройства с ниска мощност като интелигентни електромери, интелигентни часовници и др. Нека да разгледаме характеристиките на Sigfox, което го прави като предпочитана мрежа.

Голям мрежов капацитет

Sigfox има висок капацитет, който му позволява да мащабира до милиарди обекти, това се дължи на ултра-тясната лентова модулация, която побира устойчивост и устойчивост на смущения. Инфраструктурата Sigfox използва произволен достъп, който улеснява честотното и времевото разнообразие. Използването на честотна лента на връзката нагоре и надолу позволява последователност, независимо от използваната радиовръзка.

Висока енергийна ефективност

Мрежата Sigfox може да се похвали с висока енергийна ефективност, благодарение на полупроводниците с ниска консумация на енергия, които се използват при производството на хардуера на Sigfox. Тези полупроводници позволяват на модулите Sigfox да предават данни само с около 10mA - 50mA ток. Мрежовата архитектура на Sigfox не изпълнява синхронизация на съобщенията между устройствата и базовата станция преди извършване на предаване на данни, това означава, че не е необходимо раздяла. Липсата на сдвояване между устройствата и базовата станция позволява дълъг живот на батерията и дава предимство на Sigfox пред други технологии. Sigfox консумира само няколко нано ампера в неактивен режим, този процент на консумация на енергия е незначителен и допълнително повишава ефективността.

Дълъг обхват

Разполагането на Sigfox обхваща голяма географска област с минимален брой базови станции. Радиочестотният обхват (RF) се изчислява по смисъла на скоростта на предаване на данни за всеки изход, дълъг обхват се постига с ниска скорост на предаване на данни. Внедряването на базови станции с голям обхват дава възможност за изпълнение на широка гама Sigfox мрежа при минимални разходи. Големият обхват на Sigfox се улеснява и от факта, че базовите станции имат по-малка чувствителност и обектите са с ниска изходна мощност. В селските райони мрежата на Sigfox обхваща среден обхват от 30 км - 50 км поради минимални смущения. Въпреки това, в градските центрове, където има много препятствия, обхватът на Sigfox намалява до 10 км.

Устойчивост на смущения

Sigfox използва 192KHz Ultra Barrow Band (UNB), интегриран с пространственото разнообразие на базовата станция от +20 dB, което улеснява неговите уникални характеристики срещу заглушаване. Мрежата Sigfox използва ултра тесен обхват, за да работи в индустриална, научна и медицинска (ISM) лентатъй като сигналите с разширен спектър се влияят от сигналите на UNB. В Европа Uplink има честотна лента от 100Hz, докато в САЩ честотната лента надвишава до 600Hz. Европейският съюз ограничи максималната мощност до 25mW. Пропускателната способност на канала надолу е с честотна лента от 1,5KHz и обхват на данни от 600 bps. Освен това връзката надолу ограничава максималната изходна мощност до 500mW. Оптималната устойчивост за намеса улеснява Sigfox да функционира ефективно в обхвата на ISM. Това му позволява да предава дори при заглушаващи сигнали. Въпреки това, припокриването с нисък шум предизвиква присъща здравина на ултра-тясната лента. В резултат на това, за да се предаде съобщение, сигналът трябва да има поне 8 dB.

Мрежова архитектура на Sigfox

Мрежовата архитектура на Sigfox е хоризонтална и тънка и има 2 слоя. Първият слой се състои от мрежовото оборудване най-вече базовите станции и други елементи. Целта на този слой е да получава съобщения от устройството на IoT и да ги предава на системите за поддръжка на Sigfox, тази мрежа има еднопосочна звездна топология, която позволява на IoT устройствата да се свързват с всяка базова станция в близост до нея. Вторият слой е Sigfox Support Systemкъдето съобщенията от базовите станции се обработват и изпращат чрез обаждания до клиентската система. Този слой осигурява и входната точка на различните участници като Sigfox, крайни клиенти, оператори на Sigfox и канали към екосистемата, използвайки уеб интерфейси или API. Слоят има хранилище и други инструменти за анализ на данните, които се събират от мрежата. Слоят също така съдържа модули и функции, които поддържат внедряването, работата и наблюдението на мрежата. Функциите включват Система за бизнес поддръжка (BSS) за фактуриране и поръчки и Радио планиране за подкрепа на разгръщане и наблюдение на мрежата. Общественият интернет свързва двата слоя чрез сигурни VPN връзки.

Данните от IoT устройствата се изпращат по въздух към базовите станции, след което преминават през backhaul, който използва DSL свързаност с 4G архивиране. Сателитната свързаност се използва като резервно копие на места, където DSL и 4G не са налични. Обработката на съобщения също се обработва от backhaul, тези съобщения пристигат в основната мрежа толкова реплики, но се съхранява само едно копие, до което клиентите могат да получат достъп чрез уеб интерфейс.

Сигурност и поверителност на Sigfox

Тъй като основният фокус на Sigfox е да се използва с IoT, мрежата е проектирана да подобри сигурността чрез внедряване на защитни стени за защита на данните в движение и в покой. Можете също да прочетете тази статия за предизвикателствата на IoT Security, за да получите по-добра представа за това как да защитите своите IoT устройства. Сега нека да разгледаме различните функции за сигурност в Sigfox.

Сигурност на защитната стена

Sigfox има вградена защитна стена, която ограничава IoT обектите да се свързват или комуникират чрез интернет протокола. За да комуникира през интернет, обектът изпраща радиосъобщение, което се приема от наличните станции за достъп. След това станцията за достъп предава съобщението на системата за поддръжка на Sigfox, която от своя страна го предава до посочената дестинация. Системата за поддръжка Sigfox също предава отговора на обекта на подателя чрез базовите станции. По този начин защитната стена за защита на IoT обектите от интернет атаки.

Сигурност на данните

Архитектурата Sigfox осигурява механизъм за сигурност, който гарантира защитено удостоверяване на данните и избягване на повторно възпроизвеждане; осигурява и допълнителен механизъм за подслушване. IoT веригата на Sigfox включва съхранени ключове за удостоверяване, които се съхраняват от устройствата и клиента, този ключ ще е необходим за достъп до данните, съхранявани от системата Sigfox. В резултат на това механизмите за данни на Sigfox гарантират сигурност в разнообразната екосистема и различни местни разпоредби. Ключът за удостоверяване за всяко устройство е уникален, което означава, че компрометирането на ключа за защита на удостоверяването на устройството не засяга сигурността на други устройства. Сигурността на всяко устройство обаче е оставена по преценка на производителя.

Приложение на Sigfox

Технологията Sigfox е подходяща за евтини M2M приложения, които работят в широк обхват. Тези области включват;

• Хора, стоки или друг тип проследяване на активи.
• Интелигентна измервателна комуникация в енергийния сектор.
• Комуникация на mHealth приложения
• Управление на автомобилната комуникация в транспортния сектор
• Дистанционно управление и наблюдение.
• Сигурност.

Производители на модули Sigfox

Murata е сред водещите производители на микроконтролери Sigfox. Популярните модули Sigfox използват базиран на STM32 безжичен микроконтролер от ST Microcontrollers, а също и SX127 Samtech RFIC. Тези микроконтролери работят в честотен диапазон от 860-930 MHz. Този честотен диапазон поддържа изходна мощност от +14 dBm, която може да бъде увеличена до +20 dBm в случай на лоши области на сигнала.

Модул	Производител
WSSFM10R1: RCZ1 (Европа, Близкия изток, Африка)	WiSOL Co. LTD
TD1207	TD Напред
SN10-11	InnoComm
ABZ Sigfox RC1	Мурата Производство Ко ООД
SiPy 14dB	Pycom
S-Wing: Удължителна платка Sigfox за Bosch XDK за зони 2 и 4	InnoComm
S-Wing: Удължителна платка Sigfox за Bosch XDK за зона 3	InnoComm
SN10-12	InnoComm
SN10-22	InnoComm