¿Qué es una puerta de enlace Sigfox y cómo seleccionarla?

Redes de área extensa de bajo consumo (LPWANs) se han popularizado en los últimos años debido a su amplia cobertura y bajo consumo de energía. Esto ha llevado al desarrollo de interesantes aplicaciones como las ciudades inteligentes, la agricultura inteligente y el seguimiento y la supervisión de activos. Sigfox es una popular tecnología LPWAN ampliamente desplegada en todo el mundo. En la arquitectura Sigfox, Pasarelas Sigfox o estaciones base desempeñan un papel fundamental. Éstas actúan como intermediarias en la arquitectura de red, para reenviar cualquier mensaje adquirido de los dispositivos finales. En este artículo, se ofrecerá una visión general de Sigfox y una introducción a lo que es una puerta de enlace Sigfox. También se hablará de cuándo utilizar una puerta de enlace Sigfox y proporcionar orientación sobre cómo elegir una buena pasarela Sigfox para un determinado diseño o aplicación.

¿Qué es Sigfox?

Sigfox es una popular tecnología LPWAN diseñada para abordar IoT y Machine to Machine (M2M). Hereda las características clave de las tecnologías LPWAN, incluido el bajo consumo de energía y la cobertura de largo alcance. Sigfox se introdujo por primera vez en el mercado en 2009, pero ganó popularidad recientemente debido a muchas aplicaciones masivas de IoT en diferentes industrias. Además, algunas características interesantes de Sigfox la convierten en la tecnología ideal para aplicaciones como contadores inteligentes, relojes inteligentes, etc. Analicemos brevemente algunas de estas características.

La alta capacidad de red de Sigfox supone una ventaja en comparación con otras tecnologías LPWAN. Esta característica es posible gracias a la utilización de Banda ultraestrecha modulación. Este esquema de modulación también facilita la resistencia a las interferencias. Gracias a esta característica, Sigfox puede soportar muchos dispositivos a la vez, con diversidad de frecuencia y tiempo habilitada. Otra característica interesante de Sigfox es el uso de bajo consumo de energía semiconductores que permiten niveles de corriente de entre 10 mA y 50 mA. Además, como los dispositivos pueden conectarse a la red sin emparejamiento inicial, mejora aún más la duración de la batería de los dispositivos.

Sigfox pretende cubrir un largo alcance con un número mínimo de estaciones base. Sin embargo, al lograr un funcionamiento de largo alcance, la velocidad de transmisión de datos se ve comprometida. Otro factor que contribuye al funcionamiento a larga distancia es la menor sensibilidad de las estaciones base Sigfox a los dispositivos de baja potencia. Sigfox puede cubrir distancias de un rango medio de 30 km - 50 km. Una de las características más interesantes de Sigfox es su capacidad anti-jamming.

Ahora que tenemos una comprensión básica sobre Sigfox y sus características, nos centraremos en las pasarelas Sigfox o estaciones base, que desempeñan un papel fundamental en la arquitectura de red Sigfox.

¿Qué es una puerta de enlace Sigfox?

La puerta de enlace Sigfox o la estación base Sigfox es responsable de adquirir los datos de los sensores y de los dispositivos finales y de reenviarlos al servidor de aplicaciones. Las puertas de enlace Sigfox tendrían una conexión Sigfox con los dispositivos finales y los sensores, mientras que idealmente mantendrían un enlace IP con el servidor de aplicaciones. En este caso, el servidor de aplicaciones sería idealmente una nube, por lo que el enlace IP se establecería mediante communicación celular o a través de Wi-Fi. Sin embargo, puede haber una conexión Ethernet, en el caso de que el servidor de aplicaciones sea un servidor físico o un ordenador.

Una estación base Sigfox consta de tres elementos principales.

• Una antena: Se encarga de recibir los mensajes por el aire procedentes de los dispositivos finales. Suelen colocarse en puntos elevados o en torres para aumentar la sensibilidad.
• Amplificador de bajo ruido (LNA): Sirve para amplificar la señal recibida. La amplificación es necesaria porque puede haber mucho ruido en la señal recibida.
• Un punto de acceso: Se encarga de recibir los mensajes Sigfox y enviarlos al servidor en la nube. Este punto de acceso debe ser capaz de comprender los mensajes Sigfox.

Aparte de esta clasificación genérica de los componentes de la pasarela Sigfox, ésta consta de tres componentes de hardware principales basados en su función. Estos incluyen un módulo de radio, el procesador principal y el módulo de conectividad. El módulo de radio es el módulo Sigfox que puede entender los mensajes Sigfox en la capa física. El procesador, por su parte, se encarga de todo el procesamiento y de ejecutar el sistema operativo y el firmware necesario para el enrutamiento de los mensajes. Por último, el módulo de conectividad es responsable de conectar la pasarela con la red a través de un enlace IP. Esta es la inferencia hardware del punto de acceso.

Las pasarelas Sigfox se dividen en dos grupos dependiendo de su lugar de despliegue. Las hay de interior y de exterior. Por lo general, las puertas de enlace exteriores tienden a utilizar más energía en comparación con las puertas de enlace interiores. Sin embargo, ambos tipos pueden manejar muchos dispositivos a la vez.

Las pasarelas Sigfox están diseñadas para lograr una cobertura de largo alcance con el mínimo número de pasarelas desplegadas en un sistema. Uno de los principios fundamentales es la diversidad espacial. La diversidad espacial se consigue mediante la recepción cooperativa, en la que un dispositivo final no está conectado a una única puerta de enlace. Por término medio, un dispositivo puede estar conectado a 3 pasarelas en un momento dado.

La seguridad es un factor crítico en las aplicaciones IoT modernas. Sigfox está considerada una de las tecnologías LPWAN más seguras. Las pasarelas Sigfox desempeñan un papel clave a la hora de garantizar la seguridad del sistema, aparte de reenviar los mensajes de los dispositivos al servidor de aplicaciones. Las pasarelas Sigfox también son responsables de llevar a cabo la validación CRC de los mensajes antes de reenviarlos para validar su integridad. Además, Sigfox ha integrado un módulo de plataforma de confianza (TPM) en las pasarelas para proteger todas las claves junto con una conexión VPN entre la pasarela y el servidor de aplicaciones.

¿Cuándo utilizar una puerta de enlace Sigfox?

Ahora que hemos visto algunas características clave de las pasarelas Sigfox, veamos cuándo necesitaremos una pasarela Sigfox. Podríamos necesitar una puerta de enlace Sigfox en nuestro diseño cuando:

• Cobertura ampliada: Esta es una de las principales razones para utilizar una puerta de enlace Sigfox. Al tener más de Sigfox Gateway en su red, puede aumentar el alcance de las operaciones fácilmente.
• Fiabilidad e integridad de la red: En la sección anterior vimos cómo una puerta de enlace Sigfox está equipada con un TPM. Esto mejora la integridad de los mensajes que pasan por la pasarela. Además, debido a la diversidad espacial conseguida a través de la recepción en cooperación, si una pasarela falla, la red no tendría problemas de conexión. De este modo, aumenta la fiabilidad de la red.
• Seguridad: Las pasarelas Sigfox pueden actuar como una capa de seguridad adicional en la arquitectura de red. La conexión VPN establecida entre la pasarela y el servidor de aplicaciones puede minimizar los ataques de escucha en la red.
• Gestión de dispositivos: Una pasarela puede ayudar a los usuarios con la gestión de dispositivos configurando el firmware de la pasarela en consecuencia. Esto puede incluir la provisión equitativa de recursos, funciones de seguridad añadidas y la supervisión de los dispositivos finales. Las funciones de gestión de dispositivos dependen del fabricante de la pasarela.

¿Cómo elegir una buena pasarela para su diseño?

La elección de la puerta de enlace Sigfox correcta depende de los requisitos de la solución IoT y M2M. Sin embargo, siempre podemos seguir un conjunto general de reglas y características que debemos buscar. He aquí algunas para su referencia,

• Cobertura de la red: Se trata de un factor crucial si tu diseño se extiende por una vasta zona. Normalmente, las pasarelas con potencias elevadas pueden lograr una buena cobertura de red.
• Capacidad del dispositivo: Aunque esto no es una limitación importante en muchos casos, algunas pasarelas de interior pueden tener una limitación de dispositivo. Además, debes decidir si utilizas tanto el enlace descendente como el ascendente para la aplicación.
• Seguridad: Diferentes proveedores pueden proporcionar características de seguridad adicionales aparte de las heredadas de Sigfox. Es aconsejable buscar pasarelas que dispongan de funciones de cifrado y arranque seguro.
• Conectividad con el servidor de aplicaciones: Dependiendo de la ubicación del despliegue y de la naturaleza de la aplicación, debemos determinar qué tipo de conectividad debe haber con el servidor de aplicaciones. La communicación celular y Wi-Fi son preferibles cuando la conexión debe establecerse de forma inalámbrica.
• Coste: Se trata de un parámetro importante a la hora de elegir una pasarela. Elegir la pasarela correcta que se adapte a su presupuesto será todo un reto.

Conclusión

En este artículo, hemos explicado qué es la puerta de enlace Sigfox. A continuación, hemos tratado brevemente algunas de las características de la pasarela Sigfox y sus componentes básicos. Por último, hemos repasado algunos de los factores que debemos tener en cuenta a la hora de elegir una pasarela Sigfox para su diseño. Aunque estos factores son algunos consejos generales para la elección, merece la pena tenerlos en cuenta.