מבוא לטכנולוגיית sigfox - יסודות, ארכיטקטורה ותכונות אבטחה

המירוץ לטכנולוגיה אלחוטית התחיל עוד בשנות ה -90 של המאה הקודמת כאשר מרקוני בנה את תחנת הרדיו הראשונה בעולם והציג טלגרפיה אלחוטית, שהגדירה לחלוטין את האופן שבו בני אדם החליפו מידע אז. כיום התקדמנו עם הרבה טכנולוגיות סלולריות חדשות להעברת כמות גדולה של נתונים באופן אלחוטי לכל מי שחי אפילו בפינה העמוקה ביותר של כדור הארץ. אך לאחרונה לא רק בני האדם נאלצים לתקשר ביניהם. המכונות והמכשירים האלקטרוניים האחרים החלו להחליף מידע ביניהם כדי ליצור רשת מחוברת. מכשירים אלה פועלים בעיקר על סוללה ממיקום מרוחק ומכריחים אותה לתקשר למרחקים ארוכים במינימום כוח אפשרי. דרישה זו עוררה את הצורך בטכנולוגיות תקשורת חדשות כמו ZigBee, LoRa, Sigfox וכו '. כבר דנו במה מדובר ב- LoRa במאמר הקודם שלנו ולכן במאמר זה נלמד על פרוטוקול תקשורת אלחוטי דומה בשם Sigfox ומשמעותו ב טכנולוגיה מחוברת.

מהי טכנולוגיית Sigfox

Sigfox היא תקשורת אלחוטית לטווח ארוך המציעה פתרונות מותאמים אישית בעיקר ליישומי Internet of Things עם תפוקה נמוכה (IoT) ו- M2M על ידי שימוש בשירותי קישוריות IoT מקצה לקצה באמצעות טכנולוגיות הפטנט שלה. לפרוטוקול הרשת של Sigfox יש תחנות בסיס המוגנות בפטנט המשולבות ברדיו המוגדרים באמצעות תוכנה. מכשירי הקצה משתמשים באפנון בינארי (BPSK) מקשי להעברת פאזה (BPSK) כדי להתחבר לתחנות הבסיס.

רשת Sigfox תוכננה להקל על תקשורת יעילה על צריכת חשמל נמוכה. צריכת חשמל נמוכה מבטיחה כי מכשירים מרוחקים פועלים לאורך זמן עם טעינה מינימאלית של סוללה או תחזוקה. Sigfox מאפשרת תקשורת IoT למרחקים ארוכים ומאפשרת להעביר עם תחנות בסיס מינימליות. רשת Sigfox משתמשת בגישה בסגנון סלולרי כדי לאפשר לצמתים המרוחקים להשתמש באינטרנט כדי לתקשר עם תחנות בסיס. זה מאפשר שליטה מרחוק ואיסוף נתונים מצמתים של Sigfox באזור גיאוגרפי רחב כל עוד יש קישוריות לאינטרנט.

תכונות של Sigfox

למרות ש- Sigfox הוצגה עוד בשנת 2009, היא לא צברה עד לאחרונה פופולריות. היום עם כניסת ה- IoT, Sigfox משמשת מאוד כסטנדרט תקשורת לחיבור מכשירים בעלי הספק נמוך כמו מדי חשמל חכמים, שעונים חכמים וכו 'בואו נסתכל על התכונות של Sigfox שהופכות אותה לרשת עדיפה.

קיבולת רשת גבוהה

ל- Sigfox יכולת גבוהה המאפשרת לה להתאים את עצמה למיליארדי אובייקטים, זאת בגלל אפנון הלהקה הצר במיוחד המאפשר עמידות ועמידות בפני הפרעות. תשתית ה- Sigfox משתמשת בגישה אקראית המאפשרת מגוון תדרים וזמנים. השימוש ברוחב הפס של uplink ו- downlink מאפשר עקביות ללא קשר לקישור הרדיו בו משתמשים.

יעילות אנרגטית גבוהה

רשת Sigfox מתהדרת ביעילות אנרגטית גבוהה, הודות למוליכים למחצה הצריכים חשמליים הנמוכים המשמשים לייצור החומרה של Sigfox. מוליכים למחצה אלה מאפשרים מודולים Sigfox כדי לשדר נתונים עם רק סביב 10mA - 50mA זרם. ארכיטקטורת הרשת של Sigfox אינה מבצעת סנכרון הודעות בין המכשירים לתחנת הבסיס לפני ביצוע העברת נתונים, פירוש הדבר שאין צורך בזיווג. חוסר התאמה בין המכשירים לתחנת הבסיס מאפשר חיי סוללה ארוכים ומעניק יתרון ל- Sigfox על טכנולוגיות אחרות. Sigfox צורכת רק כמה אמפר ננו במצב סרק, קצב צריכת החשמל הזה זניח ומשפר עוד יותר את היעילות.

טווח ארוך

הפריסה של Sigfox מכסה שטח גיאוגרפי גדול עם מספר מינימלי של תחנות בסיס. טווח תדרי הרדיו (RF) נאמד לפי קצב הנתונים שמשמעותו עבור כל פלט, טווח ארוך מושג עם קצב נתונים נמוך. יישום תחנות בסיס ארוכות טווח מאפשר הטמעה של רשת Sigfox רחבה בטווח עלויות מינימליות. הטווח הארוך של Sigfox מקלה גם על ידי העובדה שבתחנות הבסיס יש פחות רגישות והאובייקטים בעלי הספק יציאה נמוך. באזורים כפריים רשת Sigfox מכסה טווח ממוצע של 30 ק"מ - 50 ק"מ בגלל הפרעה מינימלית. עם זאת, במרכזי העיירה בהם קיימת חסימה רבה טווח Sigfox מצטמצם ל -10 ק"מ.

חוסן להתערבות

Sigfox משתמשת ב- 192KHz Ultra Barrow Band (UNB) המשולב במגוון המרחבי של תחנת הבסיס של +20 dB המאפשרים את תכונות האנטי שיבוש הייחודיות לה. רשת Sigfox משתמשת בלהקה Ultra Narrow לפעולה בלהקה תעשייתית, מדעית ורפואית (ISM)מאחר שאותות ספקטרום מפוזר מופרעים על ידי אותות UNB. באירופה רוחב הפס של ה- Uplink הוא 100Hz ואילו בארצות הברית רוחב הפס עולה על 600Hz. האיחוד האירופי הגביל את ההספק המרבי ל 25mW. ל- downlink רוחב פס של ערוץ של 1.5KHz וטווח נתונים של 600 bps. קישור ההורדה מגביל עוד יותר את תפוקת ההספק המרבית ל -500 מילוואט. החוסן האופטימלי להפריע מאפשר ל- Sigfox לתפקד ביעילות ברצועת ה- ISM. זה מאפשר לו להעביר גם תחת אותות שיבוש. עם זאת, החפיפה עם רעש נמוך גורמת לחוסן מהותי ללהקה Ultra-Narrow. כתוצאה מכך, כדי שתישדר הודעה, האות צריך להיות לפחות 8 dB.

אדריכלות רשת Sigfox

ארכיטקטורת הרשת של Sigfox היא אופקית ודקה, ויש לה 2 שכבות. שכבה ראשונה כוללת את ציוד הרשת בעיקר תחנות הבסיס ואלמנטים אחרים. מטרת שכבה זו היא לקבל הודעות ממודעת מכשיר ה- IoT המעבירות אותן למערכות התמיכה של Sigfox. לרשת זו יש טופולוגיה של כוכב אחד, המאפשרת להתקני ה- IoT להתחבר לכל תחנת בסיס בקרבתה. השכבה השנייה היא מערכת התמיכה של Sigfoxשם מעובדים הודעות מתחנות הבסיס ונשלחות באמצעות קריאות חוזרות למערכת הלקוחות. שכבה זו מספקת גם את נקודת הכניסה של השחקנים השונים כגון Sigfox, לקוחות קצה, מפעילי Sigfox וערוצים למערכת האקולוגית באמצעות ממשקי אינטרנט או ממשקי API. לשכבה מאגר וכלים אחרים לניתוח הנתונים שנאספים על ידי הרשת. השכבה מכילה גם מודולים ותכונות התומכים בפריסה, בתפעול ובניטור של הרשת. התכונות כוללות את מערכת התמיכה העסקית (BSS) לחיוב והזמנה, ותכנון רדיו לתמיכה בפריסת רשת ובקרה. האינטרנט הציבורי מחבר את שתי השכבות באמצעות חיבורי VPN מאובטחים.

הנתונים ממכשירי ה- IoT נשלחים דרך האוויר לתחנות הבסיס, ואז עוברים דרך השיפוץ האחורי המשתמש בקישוריות DSL עם גיבוי 4G. קישוריות לווין משמשות כגיבוי במקומות בהם DSL ו- 4G אינם זמינים. עיבוד הודעות מטופל גם על ידי השיפוץ האחורי, הודעות אלה מגיעות לרשת הליבה מכיוון שרבים משכפל אך מאוחסן רק עותק אחד אליו הלקוחות יכולים לגשת דרך ממשק אינטרנט.

אבטחה ופרטיות של Sigfox

מאז השימוש במוקד העיקרי של Sigfox עם IoT, הרשת תוכננה לשפר את האבטחה על ידי הטמעת חומות אש לאבטחת נתונים בתנועה ובמנוחה. תוכלו גם לקרוא מאמר זה בנושא אתגרי IoT Security כדי לקבל מושג טוב יותר על אבטחת מכשירי ה- IoT שלכם. עכשיו בואו נסתכל על תכונות האבטחה השונות ב- Sigfox.

אבטחת חומת האש

ל- Sigfox חומת אש מובנית שמגבילה את חפצי ה- IoT להתחבר או לתקשר באמצעות פרוטוקול האינטרנט. כדי לתקשר דרך האינטרנט, אובייקט שולח הודעת רדיו שנאספת על ידי תחנות הגישה הזמינות. תחנת הגישה מעבירה את ההודעה למערכת התמיכה של Sigfox שמעבירה אותה בתור ליעד שצוין. מערכת התמיכה של Sigfox גם מעבירה את התגובה לאובייקט השולח דרך תחנות הבסיס. חומת האבטחה האבטחה ובכך מאבטחת את חפצי ה- IoT מהתקפות הקשורות לאינטרנט.

אבטחת מידע

ארכיטקטורת Sigfox מספקת מנגנון אבטחה שמבטיח אימות נתונים מאובטחות ו הימנעות חוזרת; הוא גם מספק מנגנון נוסף להאזנה. רשת ה- IoT של Sigfox כוללת מפתחות אימות המאוחסנים המאוחסנים על ידי המכשירים והלקוח, מפתח זה יידרש לגשת לנתונים המאוחסנים על ידי מערכת Sigfox. כתוצאה מכך, מנגנוני הנתונים של Sigfox מבטיחים אבטחה בתוך המערכת האקולוגית המגוונת ותקנות מקומיות שונות. מפתח האימות לכל מכשיר הוא ייחודי, כלומר פשרה של מפתח אבטחת האימות של המכשיר אינה משפיעה על האבטחה של מכשירים אחרים. עם זאת, האבטחה של כל מכשיר נתונה לשיקול דעתו של היצרן.

יישום של Sigfox

טכנולוגיית Sigfox מתאימה ליישומי M2M בעלות נמוכה הפועלים בכיסוי שטח רחב. אזורים אלה כוללים;

• אנשים, מוצרים או סוג אחר של מעקב אחר נכסים.
• תקשורת מדידה חכמה בתחום האנרגיה.
• תקשורת של יישומי mHealth
• ניהול תקשורת רכב בתחום התחבורה
• שליטה ובקרה מרחוק.
• בִּטָחוֹן.

יצרני מודולי Sigfox

מוראטה הוא בין יצרני המיקרו-בקרים המובילים של Sigfox. המודולים הפופולאריים של Sigfox משתמשים במיקרו-בקר אלחוטי מבוסס STM32 מבית ST Microcontrollers וגם ב- SX127 Samtech RFIC. מיקרו-בקרים אלה פועלים בטווח תדרים של 860-930 מגהרץ. טווח תדרים זה תומך בהספק יציאה של +14 dBm הניתן לשיפור ל -20 dBm במקרה של אזורי איתות ירודים.

מודול	יַצרָן
WSSFM10R1: RCZ1 (אירופה, המזרח התיכון, אפריקה)	WiSOL ושות 'בע"מ
TD1207	TD הבא
SN10-11	InnoComm
ABZ Sigfox RC1	מוראטה ייצור ושות 'בע"מ
SiPy 14dB	פיקום
S-Wing: לוח הארכה של Sigfox עבור Bosch XDK עבור אזור 2 ו -4	InnoComm
S-Wing: לוח הארכה של Sigfox ל- Bosch XDK לאזור 3	InnoComm
SN10-12	InnoComm
SN10-22	InnoComm