ข้อมูลเบื้องต้นเกี่ยวกับเทคโนโลยี sigfox - พื้นฐานสถาปัตยกรรมและคุณสมบัติด้านความปลอดภัย

การแข่งขันสำหรับเทคโนโลยีไร้สายเริ่มต้นมานานในปี 1890 เมื่อ Marconi สร้างสถานีวิทยุแห่งแรกของโลกและเปิดตัวการโทรแบบไร้สายซึ่งกำหนดวิธีที่มนุษย์แลกเปลี่ยนข้อมูลย้อนกลับไปอย่างสมบูรณ์ วันนี้เราได้ก้าวล้ำด้วยเทคโนโลยีเซลลูลาร์ใหม่ ๆ เพื่อส่งข้อมูลจำนวนมากแบบไร้สายไปยังทุกคนที่อาศัยอยู่ในมุมที่ลึกที่สุด แต่เมื่อเร็ว ๆ นี้ไม่ใช่แค่มนุษย์เท่านั้นที่ต้องสื่อสารกันเอง เครื่องจักรและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อื่น ๆ ได้เริ่มแลกเปลี่ยนข้อมูลระหว่างกันเพื่อสร้างเครือข่ายที่เชื่อมต่อ. อุปกรณ์เหล่านี้ส่วนใหญ่ทำงานโดยใช้แบตเตอรี่จากสถานที่ห่างไกลบังคับให้สื่อสารเป็นระยะทางไกลโดยใช้พลังงานน้อยที่สุด ข้อกำหนดนี้กระตุ้นให้เกิดความต้องการเทคโนโลยีการสื่อสารใหม่ ๆ เช่น ZigBee, LoRa, Sigfox เป็นต้นเราได้พูดคุยกันแล้วว่า LoRa คืออะไรในบทความก่อนหน้าของเราและด้วยเหตุนี้ในบทความนี้เราจะเรียนรู้เกี่ยวกับโปรโตคอลการสื่อสารไร้สายที่คล้ายกันที่เรียกว่า Sigfox และความสำคัญใน เทคโนโลยีที่เชื่อมต่อ

เทคโนโลยี Sigfox คืออะไร

Sigfox เป็นช่วงยาวการสื่อสารไร้สายเคลื่อนที่ว่าการแก้ปัญหาข้อเสนอที่กำหนดเองเป็นหลักสำหรับต่ำผ่านอินเทอร์เน็ตของสิ่ง (IOT) และการใช้งาน M2Mโดย availing ของIOT บริการการเชื่อมต่อแบบ end-to-end ที่ใช้มันเป็นเทคโนโลยีที่จดสิทธิบัตร โปรโตคอลเครือข่าย Sigfox มีสถานีฐานที่ได้รับการจดสิทธิบัตรซึ่งรวมเข้ากับวิทยุที่กำหนดโดยซอฟต์แวร์ อุปกรณ์ปลายทางใช้การมอดูเลตbinary phase-shift keying (BPSK)เพื่อเชื่อมต่อกับสถานีฐาน

เครือข่าย Sigfox ได้รับการออกแบบมาเพื่อความสะดวกในการสื่อสารที่มีประสิทธิภาพมากกว่าการใช้พลังงานต่ำการใช้พลังงานต่ำช่วยให้มั่นใจได้ว่าอุปกรณ์ระยะไกลจะทำงานได้นานโดยมีการชาร์จหรือบำรุงรักษาแบตเตอรี่น้อยที่สุด Sigfox เปิดใช้งานการสื่อสาร IoT ในระยะทางไกลทำให้สามารถส่งโดยใช้สถานีฐานน้อยที่สุด เครือข่าย Sigfox ใช้วิธีการแบบเซลลูลาร์เพื่อให้โหนดระยะไกลใช้อินเทอร์เน็ตเพื่อสื่อสารกับสถานีฐาน สิ่งนี้ช่วยอำนวยความสะดวกในการควบคุมระยะไกลและการรวบรวมข้อมูลจากโหนด Sigfox ในพื้นที่ทางภูมิศาสตร์ที่กว้างตราบเท่าที่มีการเชื่อมต่ออินเทอร์เน็ต

คุณสมบัติของ Sigfox

แม้ว่า Sigfox จะเปิดตัวในปีพ. ศ. 2552 แต่ไม่นานมานี้ก็ได้รับความนิยม วันนี้ด้วยการถือกำเนิดของ IoT Sigfox จึงถูกใช้เป็นมาตรฐานการสื่อสารอย่างมากในการเชื่อมต่ออุปกรณ์ที่ใช้พลังงานต่ำเช่นมิเตอร์ไฟฟ้าอัจฉริยะนาฬิกาอัจฉริยะเป็นต้นมาดูคุณสมบัติของ Sigfox ซึ่งทำให้เป็นเครือข่ายที่ต้องการ

ความจุเครือข่ายสูง

Sigfox มีความจุสูงที่ช่วยให้สามารถปรับขนาดวัตถุได้ถึงหลายพันล้านชิ้นเนื่องจากการมอดูเลตแบนด์ที่แคบเป็นพิเศษซึ่งรองรับความต้านทานและความยืดหยุ่นต่อสัญญาณรบกวน โครงสร้างพื้นฐาน Sigfox ใช้การเข้าถึงแบบสุ่มที่อำนวยความสะดวกในด้านความถี่และเวลาที่หลากหลาย การใช้แบนด์วิดท์อัปลิงค์และดาวน์ลิงค์ช่วยให้มีความสม่ำเสมอโดยไม่คำนึงถึงลิงก์วิทยุที่ใช้

ประสิทธิภาพการใช้พลังงานสูง

เครือข่าย Sigfox มีประสิทธิภาพการใช้พลังงานสูงเนื่องจากเซมิคอนดักเตอร์ที่ใช้พลังงานต่ำซึ่งใช้ในการผลิตฮาร์ดแวร์ Sigfox เซมิคอนดักเตอร์เหล่านี้อนุญาตให้โมดูล Sigfox ส่งข้อมูลโดยมีกระแสประมาณ10mA - 50mA เท่านั้น สถาปัตยกรรมเครือข่าย Sigfox ไม่ดำเนินการซิงโครไนซ์ข้อความระหว่างอุปกรณ์และสถานีฐานก่อนดำเนินการส่งข้อมูลซึ่งหมายความว่าไม่จำเป็นต้องมีการแยกชิ้นส่วน การขาดการจับคู่ระหว่างอุปกรณ์และสถานีฐานทำให้อายุการใช้งานแบตเตอรี่ยาวนานขึ้นและทำให้ Sigfox ได้เปรียบเหนือเทคโนโลยีอื่น ๆ Sigfox ใช้นาโนแอมแปร์เพียงไม่กี่แอมป์เมื่อไม่ได้ใช้งานอัตราการใช้พลังงานนี้จะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพอีกเล็กน้อย

ระยะยาว

การใช้งานของ Sigfox ครอบคลุมพื้นที่ทางภูมิศาสตร์ขนาดใหญ่ที่มีจำนวนน้อยที่สุดของสถานีฐานช่วงความถี่วิทยุ (RF) ถูกประมาณโดยอัตราข้อมูลที่มีความหมายสำหรับทุกเอาต์พุตช่วงยาวทำได้โดยมีอัตราข้อมูลต่ำ การดำเนินงานของสถานีฐานยาวช่วงช่วยให้การดำเนินงานของเครือข่ายช่วง Sigfox กว้างที่ค่าใช้จ่ายน้อยที่สุด ระยะไกลของ Sigfox ยังอำนวยความสะดวกด้วยข้อเท็จจริงที่ว่าสถานีฐานมีความไวน้อยกว่าและวัตถุมีกำลังขับต่ำ ในพื้นที่ชนบทเครือข่าย Sigfox ครอบคลุมช่วงเฉลี่ย30 กม. - 50 กม.เนื่องจากมีสัญญาณรบกวนน้อยที่สุด อย่างไรก็ตามในใจกลางเมืองที่มีสิ่งกีดขวางจำนวนมากช่วง Sigfox จะลดลงเหลือ 10 กม.

ความยืดหยุ่นต่อสัญญาณรบกวน

Sigfox ใช้Ultra Barrow Band (UNB) 192KHz ที่รวมเข้ากับความหลากหลายเชิงพื้นที่ของสถานีฐานที่+20 dBซึ่งอำนวยความสะดวกในคุณสมบัติป้องกันการรบกวนที่เป็นเอกลักษณ์ เครือข่าย Sigfox ใช้ Ultra Narrow Band เพื่อใช้งานในแถบอุตสาหกรรมวิทยาศาสตร์และการแพทย์ (ISM)เนื่องจากสัญญาณสเปกตรัมการแพร่กระจายถูกรบกวนโดยสัญญาณ UNB ในยุโรป Uplink มีแบนด์วิดท์ 100Hz ในขณะที่ในสหรัฐอเมริกาแบนด์วิดท์เกิน 600Hz สหภาพยุโรป จำกัด กำลังไฟฟ้าสูงสุดไว้ที่ 25mW ดาวน์ลิงค์มีแบนด์วิดท์ของช่องสัญญาณ 1.5KHz และช่วงข้อมูล 600 bps ดาวน์ลิงค์จะ จำกัด กำลังขับสูงสุดไว้ที่ 500mW ความยืดหยุ่นที่ดีที่สุดในการแทรกแซงช่วยให้ Sigfox ทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพในวง ISM สิ่งนี้ช่วยให้สามารถส่งสัญญาณได้แม้อยู่ภายใต้สัญญาณรบกวน อย่างไรก็ตามการทับซ้อนของสัญญาณรบกวนต่ำจะทำให้เกิดความทนทานที่แท้จริงของแถบ Ultra-Narrow ดังนั้นสำหรับการส่งข้อความสัญญาณควรมีอย่างน้อย 8 dB

สถาปัตยกรรมเครือข่าย Sigfox

สถาปัตยกรรมเครือข่าย Sigfox เป็นแนวนอนและบางและมี 2 ชั้น เลเยอร์ที่หนึ่งประกอบด้วยอุปกรณ์เครือข่ายส่วนใหญ่เป็นสถานีฐานและองค์ประกอบอื่น ๆ จุดประสงค์ของเลเยอร์นี้คือรับข้อความจากโฆษณาอุปกรณ์ IoT ที่ส่งไปยังระบบสนับสนุน Sigfox เครือข่ายนี้มีโทโพโลยีแบบดาวเดียวทำให้อุปกรณ์ IoT เชื่อมต่อกับสถานีฐานใดก็ได้ที่อยู่ใกล้ ๆ ชั้นที่สองคือSigfox Support Systemซึ่งข้อความจากสถานีฐานจะถูกประมวลผลและส่งผ่านการโทรกลับไปยังระบบลูกค้า เลเยอร์นี้ยังมีจุดเริ่มต้นของตัวแสดงต่างๆเช่น Sigfox ลูกค้าปลายทางตัวดำเนินการ Sigfox และช่องทางไปยังระบบนิเวศโดยใช้เว็บอินเตอร์เฟสหรือ API เลเยอร์มีที่เก็บและเครื่องมืออื่น ๆ สำหรับการวิเคราะห์ข้อมูลที่รวบรวมโดยเครือข่าย เลเยอร์นี้ยังมีโมดูลและคุณสมบัติที่สนับสนุนการปรับใช้การทำงานและการตรวจสอบเครือข่าย คุณสมบัติดังกล่าวรวมถึงระบบสนับสนุนธุรกิจ (BSS)สำหรับการเรียกเก็บเงินและการสั่งซื้อและการวางแผนวิทยุเพื่อสนับสนุนการปรับใช้เครือข่ายและการตรวจสอบ อินเทอร์เน็ตสาธารณะเชื่อมต่อสองชั้นผ่านการเชื่อมต่อ VPN ที่ปลอดภัย

ข้อมูลจากอุปกรณ์ IoT จะถูกส่งทางอากาศไปยังสถานีฐานจากนั้นจะผ่าน backhaul ซึ่งใช้การเชื่อมต่อ DSL พร้อมการสำรองข้อมูล 4G การเชื่อมต่อดาวเทียมใช้เป็นข้อมูลสำรองในสถานที่ที่ไม่มี DSL และ 4G การประมวลผลข้อความยังได้รับการจัดการโดย backhaul ข้อความเหล่านี้มาถึงเครือข่ายหลักเนื่องจากมีการจำลองแบบจำนวนมาก แต่มีการจัดเก็บสำเนาเพียงชุดเดียวซึ่งลูกค้าสามารถเข้าถึงได้ผ่านทางเว็บอินเตอร์เฟส

ความปลอดภัยและความเป็นส่วนตัวของ Sigfox

เนื่องจากจุดสนใจหลักของ Sigfox คือการใช้กับ IoT เครือข่ายจึงได้รับการออกแบบมาเพื่อเพิ่มความปลอดภัยโดยการติดตั้งไฟร์วอลล์เพื่อรักษาความปลอดภัยของข้อมูลในขณะเคลื่อนไหวและขณะอยู่ คุณยังสามารถอ่านบทความนี้เกี่ยวกับความท้าทายด้านความปลอดภัยของ IoT เพื่อรับแนวคิดที่ดีขึ้นในการรักษาความปลอดภัยอุปกรณ์ IoT ของคุณ ตอนนี้เรามาดูคุณสมบัติความปลอดภัยต่างๆใน Sigfox

ความปลอดภัยของไฟร์วอลล์

Sigfox มีไฟร์วอลล์ในตัวที่ จำกัด วัตถุ IoT ในการเชื่อมต่อหรือสื่อสารโดยใช้อินเทอร์เน็ตโปรโตคอล ในการสื่อสารผ่านอินเทอร์เน็ตวัตถุจะส่งข้อความวิทยุที่รับโดยสถานีเข้าถึงที่มีอยู่ จากนั้นสถานีเข้าถึงจะถ่ายทอดข้อความไปยังระบบสนับสนุน Sigfox ซึ่งจะส่งไปยังปลายทางที่ระบุ ระบบสนับสนุน Sigfox ยังส่งการตอบสนองไปยังวัตถุผู้ส่งผ่านสถานีฐาน ไฟร์วอลล์ความปลอดภัยจึงช่วยรักษาความปลอดภัยของวัตถุ IoT จากการโจมตีที่เกี่ยวข้องกับอินเทอร์เน็ต

ความปลอดภัยของข้อมูล

สถาปัตยกรรม Sigfox ให้กลไกการรักษาความปลอดภัยที่รับประกันการตรวจสอบข้อมูลที่ปลอดภัยและหลีกเลี่ยงการรีเพลย์; นอกจากนี้ยังมีกลไกป้องกันการดักฟังเพิ่มเติม ห่วงโซ่ IoT ของ Sigfox เกี่ยวข้องกับคีย์การตรวจสอบสิทธิ์ที่จัดเก็บโดยอุปกรณ์และลูกค้าคีย์นี้จะต้องใช้เพื่อเข้าถึงข้อมูลที่จัดเก็บโดยระบบ Sigfox ด้วยเหตุนี้กลไกข้อมูลของ Sigfox จึงรับประกันความปลอดภัยภายในระบบนิเวศที่หลากหลายและกฎระเบียบท้องถิ่นที่แตกต่างกัน คีย์การตรวจสอบสิทธิ์สำหรับอุปกรณ์ทุกเครื่องมีความหมายเฉพาะที่การบุกรุกคีย์ความปลอดภัยการตรวจสอบสิทธิ์ของอุปกรณ์จะไม่ส่งผลกระทบต่อความปลอดภัยของอุปกรณ์อื่น ๆ อย่างไรก็ตามความปลอดภัยของอุปกรณ์ใด ๆ ขึ้นอยู่กับดุลยพินิจของผู้ผลิต

การใช้ Sigfox

เทคโนโลยี Sigfox เหมาะสำหรับแอปพลิเคชัน M2M ราคาประหยัดที่ทำงานได้ครอบคลุมพื้นที่กว้าง พื้นที่เหล่านี้ ได้แก่;

• คน, สินค้าหรือชนิดอื่น ๆ ของการติดตามสินทรัพย์
• การสื่อสารระบบวัดแสงอัจฉริยะในภาคพลังงาน
• การสื่อสารแอปพลิเคชัน mHealth
• การจัดการการสื่อสารยานยนต์ในภาคการขนส่ง
• การควบคุมระยะไกลและการตรวจสอบ
• ความปลอดภัย.

ผู้ผลิตโมดูล Sigfox

Murataเป็นหนึ่งในผู้ผลิตไมโครคอนโทรลเลอร์ Sigfox ชั้นนำ โมดูล Sigfox ยอดนิยมใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์ไร้สายที่ใช้ STM32 จากST Microcontrollersและ SX127 Samtech RFIC ไมโครคอนโทรลเลอร์เหล่านี้ทำงานที่ช่วงความถี่ 860-930 MHz ช่วงความถี่นี้รองรับกำลังขับ +14 dBm ที่สามารถเพิ่มได้ถึง +20 dBm ในกรณีที่สัญญาณไม่ดี

โมดูล	ผู้ผลิต
WSSFM10R1: RCZ1 (ยุโรปตะวันออกกลางแอฟริกา)	บจก. วิโซล
TD1207	TD ถัดไป
SN10-11	InnoComm
ABZ Sigfox RC1	Murata Manufacturing Co. LTD
SiPy 14dB	Pycom
S-Wing: บอร์ดเสริม Sigfox สำหรับ Bosch XDK สำหรับโซน 2 และ 4	InnoComm
S-Wing: บอร์ดส่วนขยาย Sigfox สำหรับ Bosch XDK สำหรับโซน 3	InnoComm
SN10-12	InnoComm
SN10-22	InnoComm