Czym jest Sigfox Gateway i jak go wybrać?

Sieci rozległe o niskim poborze mocy (Sieci LPWAN) stały się popularne w ciągu ostatnich kilku lat ze względu na ich rozszerzony zasięg i niskie zużycie energii. Doprowadziło to do rozwoju interesujących aplikacji, takich jak inteligentne miasta, inteligentne rolnictwo oraz śledzenie i monitorowanie zasobów. Sigfox to popularna technologia LPWAN szeroko stosowana na całym świecie. W architekturze Sigfox, Bramy Sigfox lub stacje bazowe odgrywają kluczową rolę. Działają one jako pośrednik w architekturze sieci, przekazując wszelkie wiadomości uzyskane z urządzeń końcowych. W tym artykule zostanie przedstawiony przegląd Sigfox i wprowadzenie do tego, czym jest brama Sigfox. Omówione zostaną również kiedy używać bramy Sigfox i zapewnić wskazówki dotyczące jak wybrać dobra bramka Sigfox dla określonego projektu lub aplikacji.

Czym jest Sigfox?

Sigfox to popularna technologia LPWAN zaprojektowana z myślą o IoT i Machine to Machine (M2M). Dziedziczy ona kluczowe cechy technologii LPWAN, w tym niskie zużycie energii i daleki zasięg. Sigfox został po raz pierwszy wprowadzony na rynek w 2009 roku, ale ostatnio zyskał popularność dzięki wielu masowym aplikacjom IoT w różnych branżach. Co więcej, niektóre interesujące cechy Sigfox sprawiają, że jest to idealna technologia do zastosowań takich jak inteligentne liczniki, inteligentne zegarki itp. Przyjrzyjmy się pokrótce niektórym z tych cech.

Wysoka przepustowość sieci Sigfox ma przewagę w porównaniu z innymi technologiami LPWAN. Ta funkcja jest możliwa dzięki wykorzystaniu Bardzo wąskie pasmo modulacja. Ten schemat modulacji ułatwia również odporność na zakłócenia. Dzięki tej funkcji Sigfox może obsługiwać wiele urządzeń jednocześnie, z włączoną różnorodnością częstotliwości i czasu. Kolejną interesującą cechą Sigfox jest wykorzystanie Niskie zużycie energii półprzewodniki pozwalające na natężenie prądu w zakresie 10 mA - 50 mA. Co więcej, ponieważ urządzenia mogą być podłączone do sieci bez wstępnego parowania, dodatkowo poprawia to żywotność baterii urządzeń.

Sigfox ma na celu pokrycie dużego zasięgu przy minimalnej liczbie stacji bazowych. Jednak przy osiąganiu dużego zasięgu, szybkość transmisji danych jest zagrożona. Innym czynnikiem, który przyczynia się do działania na dużych odległościach, jest mniejsza wrażliwość stacji bazowych Sigfox na urządzenia o niskiej mocy wyjściowej. Sigfox może pokonywać odległości o średnim zasięgu wynoszącym 30 km - 50 km. Jedną z najbardziej interesujących funkcji Sigfox są jego możliwości anty-jamming.

Teraz, gdy mamy już podstawową wiedzę na temat Sigfox i jego funkcji, skupimy się teraz na bramkach Sigfox lub stacjach bazowych, które odgrywają kluczową rolę w architekturze sieci Sigfox.

Czym jest Sigfox Gateway?

Sigfox Gateway lub Sigfox Base Station są odpowiedzialne za pozyskiwanie danych z czujników i urządzeń końcowych oraz przekazywanie ich do serwera aplikacji. Bramy Sigfox miałyby połączenie Sigfox z urządzeniami końcowymi i czujnikami, podczas gdy idealnie utrzymywałyby połączenie IP z serwerem aplikacji. W tym przypadku serwer aplikacji byłby idealnie chmurą, dlatego łącze IP zostanie ustanowione za pomocą komunikacji komórkowej communication lub Wi-Fi. Może jednak istnieć połączenie Ethernet w przypadku, gdy serwer aplikacji jest serwerem fizycznym lub komputerem.

Stacja bazowa Sigfox składa się z trzy główne elementy.

• Antena: Odpowiada za odbieranie wiadomości z urządzeń końcowych. Są one zwykle umieszczane w wysokich punktach lub na wieżach w celu zwiększenia czułości.
• Wzmacniacz niskoszumowy (LNA): Służy do wzmacniania odbieranego sygnału. Wzmocnienie jest konieczne, ponieważ w odbieranym sygnale mogą występować znaczne zakłócenia.
• Punkt dostępu: Jest on odpowiedzialny za odbieranie wiadomości Sigfox i wysyłanie ich do serwera w chmurze. Ten punkt dostępu powinien być w stanie zrozumieć komunikaty Sigfox.

Oprócz tej ogólnej klasyfikacji komponentów bramy Sigfox, brama Sigfox składa się z trzech głównych komponentów sprzętowych opartych na ich funkcji. Obejmują one moduł radiowy, główny procesor i moduł łączności. Moduł radiowy to moduł Sigfox, który może rozumieć komunikaty Sigfox w warstwie fizycznej. Z drugiej strony procesor jest odpowiedzialny za obsługę całego przetwarzania i uruchamianie systemu operacyjnego oraz odpowiedniego oprogramowania układowego potrzebnego do routingu wiadomości. Wreszcie, moduł łączności jest odpowiedzialny za połączenie bramy z siecią za pośrednictwem łącza IP. Jest to sprzętowy odpowiednik punktu dostępowego.

Bramy Sigfox są zasadniczo podzielone na dwie grupy w zależności od miejsca ich wdrożenia. Istnieją bramy wewnętrzne i zewnętrzne. Zazwyczaj bramy zewnętrzne zużywają więcej energii w porównaniu do bram wewnętrznych. Jednak oba typy mogą obsługiwać wiele urządzeń jednocześnie.

Bramy Sigfox zostały zaprojektowane tak, aby zapewnić zasięg dalekiego zasięgu przy minimalnej liczbie bram wdrożonych w systemie. Jedną z głównych zasad jest różnorodność przestrzenna. Różnorodność przestrzenna jest osiągana poprzez kooperatywny odbiór, w którym urządzenie końcowe nie jest podłączone do jednej bramki. Średnio urządzenie może być podłączone do 3 bramek w danym czasie.

Bezpieczeństwo jest krytycznym czynnikiem w nowoczesnych aplikacjach IoT. Sigfox jest uważany za jedną z najbezpieczniejszych technologii LPWAN. Bramy Sigfox odgrywają kluczową rolę w zapewnieniu bezpieczeństwa systemu, poza przekazywaniem komunikatów urządzeń do serwera aplikacji. Bramy Sigfox są również odpowiedzialne za przeprowadzanie walidacji CRC wiadomości przed ich przekazaniem w celu sprawdzenia ich integralności. Co więcej, Sigfox zintegrował Trusted Platform Module (TPM) w bramach, aby zabezpieczyć wszystkie klucze wraz z połączeniem VPN między bramą a serwerem aplikacji.

Kiedy używać bramy Sigfox?

Po zapoznaniu się z kilkoma kluczowymi cechami bramek Sigfox, zobaczmy teraz, kiedy będziemy potrzebować bramki Sigfox. Możemy potrzebować bramy Sigfox w naszym projekcie, gdy:

• Rozszerzony zakres ochrony: Jest to jeden z głównych powodów korzystania z Sigfox Gateway. Posiadając więcej niż Sigfox Gateway w swojej sieci, można łatwo zwiększyć zasięg działania.
• Niezawodność i integralność sieci: W poprzedniej sekcji widzieliśmy, jak Sigfox Gateway jest wyposażony w TPM. Poprawia to integralność wiadomości przekazywanych przez bramę. Ponadto, ze względu na różnorodność przestrzenną osiągniętą dzięki współpracy odbioru, jeśli jedna brama ulegnie awarii, sieć nie będzie miała problemów z połączeniem. Zwiększa to niezawodność sieci.
• Bezpieczeństwo: Bramy Sigfox mogą działać jako dodatkowa warstwa bezpieczeństwa w architekturze sieci. Połączenie VPN ustanowione między bramą a serwerem aplikacji może zminimalizować ataki podsłuchowe w sieci.
• Zarządzanie urządzeniami: Brama może pomóc użytkownikom w zarządzaniu urządzeniami poprzez odpowiednią konfigurację oprogramowania sprzętowego bramy. Może to obejmować równe udostępnianie zasobów, dodatkowe funkcje bezpieczeństwa i monitorowanie urządzeń końcowych. Funkcje zarządzania urządzeniami zależą od producenta bramy.

Jak wybrać dobrą bramkę dla swojego projektu?

Wybór odpowiedniego Sigfox Gateway zależy od wymagań rozwiązań IoT i M2M. Zawsze jednak możemy kierować się ogólnym zestawem zasad i cech, których należy szukać. Oto kilka z nich,

• Zasięg sieci: Jest to kluczowy czynnik, jeśli projekt jest rozproszony na dużym obszarze. Zazwyczaj bramki o wysokiej mocy znamionowej mogą osiągnąć dobry zasięg sieci.
• Pojemność urządzenia: Chociaż w wielu przypadkach nie jest to poważne ograniczenie, niektóre bramy wewnętrzne mogą mieć ograniczenia dotyczące urządzeń. Ponadto należy zdecydować, czy do danej aplikacji ma być wykorzystywany zarówno downlink, jak i uplink.
• Bezpieczeństwo: Różni dostawcy mogą zapewniać dodatkowe funkcje bezpieczeństwa inne niż funkcje odziedziczone po Sigfox. Zaleca się szukanie bramek, które mają funkcje szyfrowania i bezpiecznego rozruchu.
• Łączność z serwerem aplikacji: W zależności od lokalizacji wdrożenia i charakteru aplikacji, musimy określić, jaki rodzaj łączności powinien istnieć z serwerem aplikacji. Komunikacja komórkowa i Wi-Fi są preferowane, gdy połączenie ma być nawiązywane bezprzewodowo.
• Koszt: Jest to ważny parametr przy wyborze bramki. Wybór odpowiedniej bramki, która pasuje do budżetu, może być trudną sytuacją.

Wnioski

W tym artykule omówiliśmy, czym jest bramka Sigfox. Następnie pokrótce omówiliśmy niektóre funkcje bramy Sigfox i jej podstawowe komponenty. Na koniec omówiliśmy niektóre czynniki, które należy wziąć pod uwagę przy wyborze bramy Sigfox do swojego projektu. Chociaż czynniki te są ogólnymi wskazówkami dotyczącymi wyboru, warto je rozważyć.