Что такое шлюз Sigfox и как его выбрать?

Широкополосные сети с низким энергопотреблением (Глобальные сети) стали популярны в последние несколько лет благодаря расширенной зоне покрытия и низкому энергопотреблению. Это привело к разработке таких интересных приложений, как "умные города", "умное сельское хозяйство", отслеживание и мониторинг активов. Sigfox это популярная технология LPWAN, широко распространенная во всем мире. В архитектуре Sigfox, Шлюзы Sigfox Базовые станции играют ключевую роль. Они выступают в качестве посредника в сетевой архитектуре, пересылая любые сообщения, полученные от конечных устройств. В этой статье будет представлен обзор Sigfox и введение в то, что такое Sigfox-шлюз. В ней также будут рассмотрены когда использовать шлюз Sigfox и предоставить руководство по как выбрать хороший Sigfox-шлюз для определенного дизайна или приложения.

Что такое Sigfox?

Sigfox - это популярная технология LPWAN, предназначенная для решения задач IoT и Machine to Machine (M2M) требования. Она унаследовала ключевые особенности технологий LPWAN, включая низкое энергопотребление и дальнее покрытие. Впервые Sigfox была представлена на рынке в 2009 году, но популярность она приобрела в последнее время благодаря множеству массовых IoT-приложений в различных отраслях. Более того, некоторые интересные особенности Sigfox делают эту технологию идеальной для таких приложений, как "умные" счетчики, "умные" часы и т. д. Давайте вкратце рассмотрим некоторые из этих особенностей.

Высокая пропускная способность сети Sigfox имеет преимущество по сравнению с другими технологиями LPWAN. Эта особенность достигается за счет использования Сверхузкая полоса модуляция. Эта схема модуляции также обеспечивает устойчивость к помехам. Благодаря этой особенности Sigfox может поддерживать работу многих устройств одновременно, с включенным частотным и временным разнообразием. Еще одной интересной особенностью Sigfox является использование низкое энергопотребление полупроводников, что позволяет использовать ток в диапазоне от 10 мА до 50 мА. Кроме того, поскольку устройства можно подключать к сети без предварительного сопряжения, это еще больше увеличивает время автономной работы устройств.

Цель Sigfox - покрыть большой радиус действия при минимальном количестве базовых станций. Однако при достижении большого радиуса действия скорость передачи данных снижается. Еще одним фактором, способствующим работе на больших расстояниях, является меньшая чувствительность базовых станций Sigfox к устройствам с низкой мощностью. Sigfox может покрывать расстояния в среднем на 30 км - 50 км. Одной из самых интересных особенностей Sigfox является его анти-jamming возможности.

Теперь мы имеем базовое представление о Sigfox и его возможностях, и теперь мы сосредоточимся на Sigfox-шлюзах или базовых станциях, которые играют важную роль в архитектуре сети Sigfox.

Что такое шлюз Sigfox?

Sigfox-шлюз или базовая станция Sigfox отвечает за получение данных с датчиков и конечных устройств и их передачу на сервер приложений. Sigfox-шлюзы имеют Sigfox-соединение с конечными устройствами и датчиками, а в идеале они должны поддерживать IP-связь с сервером приложений. В идеале сервер приложений представляет собой облако, поэтому IP-связь устанавливается либо через сотовую связь, либо через Wi-Fi. Однако в случае, когда сервер приложений представляет собой физический сервер или компьютер, может быть использовано Ethernet-соединение.

Базовая станция Sigfox состоит из три основных элемента.

• Антенна: Отвечает за прием сообщений по воздуху от конечных устройств. Обычно их устанавливают на высоких точках или на башнях для повышения чувствительности.
• Малошумящий усилитель (МШУ): Используется для усиления принимаемого сигнала. Усиление необходимо, так как в принимаемом сигнале может присутствовать значительный шум.
• Точка доступа: Отвечает за прием сообщений Sigfox и отправку их на облачный сервер. Эта точка доступа должна уметь понимать сообщения Sigfox.

Помимо этой общей классификации компонентов шлюза Sigfox, шлюз Sigfox состоит из трех основных аппаратных компонентов в зависимости от их функций. К ним относятся радиомодуль, главный процессор и модуль подключения. Радиомодуль - это модуль Sigfox, который может понимать сообщения Sigfox на физическом уровне. Процессор, с другой стороны, отвечает за обработку всех данных и запуск операционной системы и соответствующего встроенного программного обеспечения, необходимого для маршрутизации сообщений. Наконец, модуль подключения отвечает за соединение шлюза с сетью через IP-канал. Это и есть аппаратная часть точки доступа.

Шлюзы Sigfox в целом делятся на две группы в зависимости от места их установки. Существуют как внутренние, так и внешние шлюзы. Обычно наружные шлюзы потребляют больше энергии по сравнению с внутренними. Однако оба типа могут одновременно обслуживать множество устройств.

Шлюзы Sigfox разработаны для обеспечения дальнего покрытия при минимальном количестве шлюзов, развернутых в системе. Одним из основных принципов, лежащих в основе этого, является пространственное разнообразие. Пространственное разнообразие достигается за счет кооперативного приема, когда конечное устройство не подключено к одному шлюзу. В среднем устройство может быть подключено к 3 шлюзам в определенный момент времени.

Безопасность - важнейший фактор в современных IoT-приложениях. Sigfox считается одной из самых безопасных технологий LPWAN. Шлюзы Sigfox играют ключевую роль в обеспечении безопасности системы, помимо пересылки сообщений устройств на сервер приложений. Шлюзы Sigfox также отвечают за проверку CRC-сообщений перед их отправкой, чтобы убедиться в их целостности. Более того, Sigfox интегрировал в шлюзы модуль Trusted Platform Module (TPM) для защиты всех ключей, а также VPN-соединение между шлюзом и сервером приложений.

Когда использовать шлюз Sigfox?

Теперь мы рассмотрели некоторые ключевые особенности Sigfox-шлюзов, давайте посмотрим, когда нам понадобится Sigfox-шлюз. Шлюз Sigfox может понадобиться в нашей разработке, когда:

• Расширенное покрытие: Это одна из главных причин использовать шлюз Sigfox. Наличие нескольких шлюзов Sigfox в вашей сети позволяет легко увеличить радиус действия.
• Надежность и целостность сети: В предыдущем разделе мы рассмотрели, как шлюз Sigfox оснащается TPM. Это повышает целостность сообщений, проходящих через шлюз. Кроме того, благодаря пространственному разнообразию, достигаемому за счет совместного приема, если один шлюз выйдет из строя, сеть не будет испытывать проблем с подключением. Таким образом, повышается надежность сети.
• Безопасность: Шлюзы Sigfox могут выступать в качестве дополнительного уровня безопасности в сетевой архитектуре. VPN-соединение, установленное между шлюзом и сервером приложений, позволяет минимизировать атаки на сеть с целью подслушивания.
• Управление устройствами: Шлюз может помочь пользователям в управлении устройствами, настроив соответствующим образом встроенное ПО шлюза. Это может включать в себя равное предоставление ресурсов, дополнительные функции безопасности и мониторинг конечных устройств. Функции управления устройствами зависят от производителя шлюза.

Как выбрать хороший шлюз для вашего дизайна?

Выбор правильного шлюза Sigfox зависит от требований к решениям IoT и M2M. Однако мы всегда можем следовать общему набору правил и характеристик, на которые следует обратить внимание. Вот некоторые из них для справки,

• Охват сети: Это очень важный фактор, если ваша сеть расположена на большой территории. Обычно шлюзы с высокой мощностью обеспечивают хорошее покрытие сети.
• Емкость устройства: Хотя во многих случаях это не является серьезным ограничением, некоторые внутренние шлюзы могут иметь ограничение по устройству. Кроме того, необходимо решить, нужно ли использовать для приложения как нисходящую, так и восходящую линию связи.
• Безопасность: Разные производители могут предоставлять дополнительные функции безопасности, помимо унаследованных от Sigfox. Рекомендуется искать шлюзы с функциями шифрования и безопасной загрузки.
• Подключение к серверу приложений: В зависимости от места развертывания и характера приложения мы должны определить, какой тип связи должен быть установлен с сервером приложений. Сотовая связь и Wi-Fi предпочтительнее, если соединение должно быть установлено беспроводным способом.
• Стоимость: Это важный параметр при выборе шлюза. Выбор правильного шлюза, соответствующего вашему бюджету, будет непростой ситуацией.

Заключение

В этой статье мы обсудили, что такое шлюз Sigfox. Затем мы кратко обсудили некоторые особенности шлюза Sigfox и его основные компоненты. Наконец, мы рассмотрели некоторые факторы, которые необходимо учитывать при выборе Sigfox-шлюза для вашего проекта. Хотя эти факторы являются общими советами по выбору, их стоит учитывать.