Was ist sigfox? Alles was Sie wissen müssen

Mit dem Fortschritt der Informationstechnologie ist die Notwendigkeit der drahtlosen Ko1TP14Kommunikation zu einem wichtigen Faktor für die Realisierung moderner Anwendungen geworden. Verbundene Netzwerke von Maschinen und Geräten, die im Internet der Dinge (IoT) miteinander kommunizieren und Maschine-zu-Maschine (M2M)-Anwendungen erfordern drahtlose Ko1TP14Kommunikationstechniken, da diese Geräte über ein großes geografisches Gebiet verteilt sind. Darüber hinaus sind diese Geräte batteriebetrieben, d. h. sie benötigen Kommunikationstechnologien mit geringem Stromverbrauch, die auch über große Entfernungen hinweg kommunizieren können. Aufgrund dieser Anforderungen sehen wir zunehmend konkurrierende communication-Technologien wie LoRaSigfox und NB-IoT usw. In diesem Artikel wird erörtert, was Sigfox ist und welche Anwendungen und Bedeutung es hat.  

Was ist Sigfox?

Sigfox ist ein Schmalband LPWAN (Low Power Wide Area Network)-Protokoll, das 2009 in Frankreich entwickelt wurde. Dieses Protokoll wird häufig im IoT eingesetzt, wenn das Datenvolumen gering und die Reichweite groß ist (mehr als zehn Kilometer). Sigfox verwendet unlizenzierte ISM-Bänder und ist ein proprietäres Protokoll, d.h. seine patentierte Technologie. Die Sigfox-Hardware ist jedoch offen, während das Netzwerk abonniert werden sollte.

Ursprünglich war Sigfox unidirektional, d. h. es wurde nur die communication über den Uplink unterstützt. Später wurde jedoch ein Downlink eingeführt, wodurch es unter den LPWAN-Communikationsprotokollen wettbewerbsfähiger wurde. Im Folgenden werden wir einige der wichtigsten technologischen Prinzipien von Sigfox näher beleuchten:

• Ultra-Schmalband (UNB)

Sigfox verwendet D-BPSK (Differential Binary Phase-Shift Keying) Modulation für die Uplink-Kommunikation, bei der die Nachricht eine feste Bandbreite von 600 Hz (für die USA) hat, die mit niedrigeren Bitraten von 600bps (für die USA) gesendet wird. Diese Modulationstechnik ist als Ultra-Narrow Band (UNB)-Modulation bekannt. Dadurch können Sigfox-Basisstationen über große Entfernungen kommunieren, ohne von Rauschen beeinträchtigt zu werden. Die Kanalbandbreite beträgt 192 KHz (für die USA) und hat eine zentrale Frequenz, die je nach Region unter 1 GHz liegt. In den USA liegt die Zentralfrequenz bei 915 MHz, in Europa bei 868 MHz und in Asien bei 433 MHz. Für das Downlink-Signal verwendet Sigfox die GFSK-Modulation (Gaussian Frequency Shift Keying). Eine niedrigere Bitrate ermöglicht die Verwendung von kostengünstigen Komponenten auf der Seite des Transceivers.

• Zeitliche, frequenzielle und räumliche Diversität

Eine weitere interessante Technologie, die Sigfox zugrunde liegt, ist die Verwendung von Random Access. Dies gewährleistet eine hohe Dienstgüte (QoS). Das Netzwerk und das Gerät können die Sigfox-Nachrichten nicht synchron übertragen, d. h. es besteht keine Notwendigkeit, das Gerät zu koppeln oder eine Kanalzuweisung für die Uplink-Ko1TP14Kommunikation vorzunehmen. Dies wird durch die als Zeit- und Frequenzdiversität bekannte Technik erreicht, bei der zwei Kopien desselben Rahmens über eine unterschiedliche Zeit und Frequenz gesendet werden, was es mehr als einer Sigfox-Basisstation ermöglicht, eine einzige Nachricht abzuhören. Im Falle der Downlink-Communication muss das Gerät nach dem Senden der ersten Uplink-Nachricht eine Verzögerung von 20 Sekunden in Kauf nehmen, und das Downlink-Empfangsfenster ist nur 25 Sekunden lang geöffnet.

Außerdem ist ein Sigfox-Gerät, wie bereits erwähnt, im Gegensatz zu Mobilfunkprotokollen nicht mit einer speziellen Basisstation verbunden. Dies ermöglicht eine räumliche Vielfalt, bei der eine gesendete Nachricht von mindestens drei nahe gelegenen Basisstationen empfangen wird. Dieses Prinzip wird als kooperativer Empfang bezeichnet. Räumliche Diversität in Verbindung mit Zeit- und Frequenzdiversität sind die Schlüsselfaktoren für die Gewährleistung einer hohen Dienstgüte des Sigfox-Netzwerks.

• Kurzmeldungen

Sigfox hat ein kleines communication-Protokoll entwickelt, um die Kosten- und Autonomiebeschränkungen von entfernten Objekten zu lösen. Der Bereich der Uplink communication Nachrichtengröße beträgt 0 bis 12 Bytes. Sensordaten, Statusdaten, Anwendungsdaten und GPS-Koordinaten können alle mit einer Nutzlast von 12 Byte übertragen werden. Die Größe der Downlink-Nachricht ist statisch und 8 Byte lang. Dies ist ausreichend, um eine Aktion auszulösen, ein Gerät zu verwalten oder Anwendungsparameter aus der Ferne einzustellen.

Wie funktioniert Sigfox?

Sigfox verfügt über eine schlanke und flache Zwei-Schichten-Architektur, die aus einer Netzwerkausrüstungsschicht und einem Sigfox-Unterstützungssystem besteht. Die Netzwerkausrüstungsschicht besteht aus Endgeräten und Basisstationen. Diese Schicht ist für die Übertragung von Nachrichten und Daten von diesen Geräten an das Sigfox-Support-System verantwortlich. Um die Gesamtbetriebskosten (TCO) zu senken, verwenden Sigfox-Basisstationen Software Defined Radio (SDR), bei dem ein Software-Algorithmus die Demodulation anstelle von dedizierter Hardware übernimmt. Die Netzwerkausrüstungsebene ist mit dem Sigfox-Unterstützungssystem über Backhaul verbunden, das das öffentliche Internet über eine DSL-Verbindung (Digital Subscriber Line) mit 4G/3G-Backup nutzt. Die Satellitenverbindung wird als Backup verwendet, wenn keine DSL-Verbindung oder Mobilfunkverbindung (4G/3G) vorhanden ist. Diese Verbindung ist durch eine VPN-Verbindung gesichert.

Das Sigfox Support System besteht aus einem Kernnetz, das für die Verarbeitung der Nachrichten und deren Weiterleitung an die Kundensysteme durch Rückrufe zuständig ist und als Operation Support System (OSS) bezeichnet wird. Es bietet auch die Möglichkeit, über Webschnittstellen und APIs mit dem System zu interagieren. Darüber hinaus umfasst diese Schicht Funktionen wie die Überwachung des Systems, z. B. das Business Support System (BSS) für die Bestellung und Abrechnung sowie die Überwachung des Betriebs. Sie ist auch für die Verarbeitung von Nachrichten zuständig, wobei nur eine Kopie der Nachricht gespeichert wird, und verwaltet außerdem die Basisstationen weltweit.

Merkmale von Sigfox

Lassen Sie uns nun einen kurzen Blick auf einige Leistungsmerkmale von Sigfox werfen, die es unter anderen communication-Protokollen wettbewerbsfähig und zu einem idealen Kandidaten für Ihre IoT-Anwendung machen.

1. Hohe Netzkapazität und hohe QoS

Sigfox bietet eine hohe Netzwerkkapazität und eine hohe QoS und ist in der Lage, Milliarden von Objekten zu verbinden. Dies wird durch die zuvor erörterten technologischen Prinzipien ermöglicht, bei denen UNB die durch Rauschen, Zeit- und Frequenzdiversität verursachten Interferenzen abschwächt und einen zufälligen Zugriff und kooperativen Empfang bietet, was die Konsistenz der Funkverbindung und die QoS erhöht.

2. Große Reichweite

Der wichtigste Wettbewerbsvorteil der Sigfox-Technologie gegenüber anderen Kommelekommunikationstechnologien ist die Abdeckung einer großen Entfernung mit einer minimalen Anzahl von Basisstationen. Dies reduziert die OPEX und CAPEX der Implementierung eines Sigfox-Netzwerks erheblich. Dies wird durch die folgenden Merkmale ermöglicht:

• Die Reichweite der Hochfrequenz (HF)-Verbindung wird durch die Bitrate für einen bestimmten Ausgang bestimmt. Je niedriger die Datenrate, desto höher die Reichweite.
• Ein weiterer Faktor ist das Link-Budget, bei dem die Summe aus der Empfindlichkeit der Basisstation und der Ausgangsleistung des Objekts die Hauptrolle spielt. Eine Senkung des Link-Budgets ermöglicht eine größere Reichweite bei geringerer Leistung.
• Die Reichweite hängt jedoch auch von der Topografie ab und würde aufgrund der Verwendung des Sub-GHz-Bandes eine gute Innenraumabdeckung bieten.

3. Hohe Energieeffizienz

Der Grund für die hohe Energieeffizienz der Sigfox-Technologie liegt in der Effizienz der Halbleiterchips, die von Sigfox-Halbleiterpartnern wie NXP, Texas Instruments usw. bereitgestellt werden. Diese Halbleiter arbeiten bei der Übertragung mit einem Strom von 10 bis 50 mA. Es gibt zwei weitere Faktoren, die die lange Batterielebensdauer mit Sigfox erklären:

• Um eine Verbindung herzustellen, ist kein Pairing erforderlich, da vor der Datenübertragung vom Gerät zur Basisstation keine Synchronisation notwendig ist.
• Außerdem liegt der Stromverbrauch im Ruhezustand im Bereich von Nanoampere und ist damit fast vernachlässigbar.

4. Widerstandsfähigkeit gegenüber Störfaktoren

Durch die Verwendung von UNB in Verbindung mit einer räumlichen Diversität der Basisstationen von +20 dB ist Sigfox in der Lage, einzigartige Anti-Jamming-Fähigkeiten zu bieten. Dies macht Sigfox zu einem idealen Kandidaten für den Betrieb im öffentlichen ISM-Band (Industrial, Scientific, and Medical), einem gespreizten Spektrum, das von UNB betroffen ist. Die UNB-Modulation hat eine gewisse Eigenrobustheit, da die Überlappung mit dem Rauschen sehr gering ist. Um eine Nachricht zu empfangen, muss das Signal mindestens 8 dB über dem Grundrauschen liegen. Im Vergleich zu Sigfox sind konkurrierende Technologien, die auf der Spreizspektrummodulation basieren, stark vom Rauschen betroffen, da die Fläche, die sie in der Kommon haben, viel größer ist.

5. Netzwerkbasierte Geolokalisierung

Mit dem Sigfox-Atlas-Dienst können Sie Ihre Güter (Sigfox-Geräte) unabhängig von ihren Komponenten bis auf einen Kilometer genau orten und können die Geräte auch dann orten, wenn sie keinen GPS-Dienst haben. Dies ist sehr vorteilhaft für die Verfolgung Ihrer mobilen Geräte.

6. Sicherheitsmerkmale

Sigfox verfügt standardmäßig über folgende Sicherheitsmerkmale:

• Bietet Authentifizierung, Integrität und Schutz vor Wiederholungen von Nachrichten, die über das Netz übertragen werden
• Advanced Encryption Standard (AES) mit OTA-Übertragung ohne Schlüssel
• Nutzdatenverschlüsselung als Option anbieten
• Teile des Netzes können im Notfall in Abschnitte unterteilt werden
• Stellt sicher, dass die Geräte-ID nicht dupliziert wird. Im Falle eines beschädigten Geräts wird es über einen Blacklist-Mechanismus an der communication gehindert
• Hat eine eingebaute Firewall

7. Tools zur Serviceabdeckung

Es gibt verschiedene Funktionen, die den Vertriebspartnern zur Verfügung gestellt werden, um die Serviceabdeckung zu bewerten, die im Folgenden kurz erwähnt werden:

• Ein Link zur Karte der Dienstabdeckung kann über folgende Adresse aufgerufen werden http://www.sigfox.com/coverage
• Eine neue globale Abdeckungs-API wird entwickelt, die darauf abzielt, die Abdeckungsqualität aller öffentlichen Sigfox-Betreiber weltweit bereitzustellen.

Wann sollte man Sigfox in Betracht ziehen?

Nachdem wir uns nun mit den technischen Details von Sigfox und seinen wettbewerbsfähigen Eigenschaften beschäftigt haben, stellt sich die Frage, wie Sie wissen, wann Sie Sigfox für Ihre IoT-Anwendung in Betracht ziehen sollten. Hier sind einige wichtige Tipps, auf die Sie achten sollten:

• Wenn das gesendete Datenvolumen gering ist (von wenigen Bytes bis Kilobytes)
• Wenn der Aktionsradius in der Größenordnung von Kilometern liegt
• Wenn der erforderliche Stromverbrauch gering ist (in der Größenordnung von einigen Milliampere oder einigen zehn Milliampere pro Übertragung)

Anwendungen von Sigfox:

Sigfox ist ein idealer Kandidat für stromsparende und kostengünstige Anwendungen mit großer Reichweite in Bereichen wie:

• Flottenmanagement
• Sicherheitsanwendungen
• Asset Tracking für Güter und sogar Personen
• Im Bereich Verkehr und Logistik
• mHealth-Anwendungen, bei denen eine Fernüberwachung und -steuerung erforderlich ist

Sigfox im Vergleich zu anderen LPWANs

Wie bereits erwähnt, gibt es andere LPWANs, die mit der Sigfox-Technologie konkurrieren. LPWAN wurden entwickelt, um Machine-to-Machine- (M2M) und Internet of Things- (IoT) Netzwerke mit geringem Stromverbrauch über einen großen Bereich des Netzwerks zu ermöglichen. Wir haben die Unterschied zwischen lora und sigfox Wir wollen nun einen kurzen Vergleich verschiedener LPWAN-Technologien auf der Grundlage ihrer Leistungskriterien mit einer Punktzahl von 5 anstellen.

Lassen Sie uns auch einen detaillierteren Vergleich der Technologien auf der Grundlage ihrer technischen Merkmale vornehmen.

Schlussfolgerung

Sigfox ist ein wettbewerbsfähiger Kandidat für LPWAN-Anwendungen, der derzeit in vielen industriellen Anwendungen eingesetzt wird. Sigfox hat bereits Partnerschaften mit Modulherstellern wie InnoComm, Murata, WiSOL, LITEON und TD Next geschlossen, um Hardwaremodule für Sigfox zu realisieren. Abschließend können wir sagen, dass Sie Sigfox im Auge behalten sollten, wenn Sie IoT-Anwendungen mit geringem Stromverbrauch und hoher Reichweite benötigen.