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SigFox per M2M e IoT

SigFox per M2M e IoT

SigFox è una forma di comunicazione wireless in stile cellulare, a lungo raggio, a basso consumo ea bassa velocità di trasmissione dati che è stata sviluppata per fornire connettività wireless per dispositivi come sensori remoti, attuatori e altri dispositivi M2M e IoT.

L'interfaccia wireless SigFox è stata sviluppata per consentire a tutte le comunicazioni che avvengono di consumare una quantità minima di energia. In questo modo i dispositivi remoti possono funzionare a batteria per periodi molto prolungati senza la necessità di alcuna sostituzione o manutenzione della batteria.

Oltre a questo, le comunicazioni M2M e IoT saranno comunicazioni su distanze estese e il sistema SigFox è stato progettato per consentire alle trasmissioni di coprire lunghe distanze, consentendo l'utilizzo di un numero limitato di stazioni base.

Utilizzando un approccio in stile cellulare, i nodi SigFox remoti sono in grado di comunicare con stazioni base che dispongono di connettività Internet, consentendo in tal modo il controllo remoto e la raccolta dati da qualsiasi luogo con connettività Internet.

In questo modo, SigFox è in grado di fornire una connessione a bassa velocità di trasmissione dati ovunque sia coperta da una rete a un costo molto basso per molte applicazioni M2M e IoT.

Aree di applicazione di SigFox M2M

La rete e la tecnologia SigFox sono rivolte alle aree di applicazione da macchina a macchina a basso costo in cui è richiesta un'ampia copertura di area. Esistono numerose applicazioni che richiedono questa forma di tecnologia di comunicazione wireless a basso costo. Le aree in cui è possibile utilizzare la rete SigFox includono:

  • Casa e beni di consumo
  • Comunicazioni relative all'energia, in particolare contatori intelligenti
  • Healthcare - in particolare le applicazioni mHealth che stanno iniziando a essere sviluppate
  • Trasporti: può includere la gestione automobilistica
  • Monitoraggio e controllo remoto
  • Vendita al dettaglio incluso punto vendita, aggiornamento scaffale, ecc
  • Sicurezza

Cos'è SigFox

SigFox fornisce un operatore di rete in stile cellulare che fornisce una soluzione su misura per applicazioni Internet of Things e M2M a basso throughput.

Per una serie di applicazioni, dai contatori intelligenti ai nodi di controllo che necessitano di connettività su lunghe distanze, fino a poco tempo fa l'unica opzione era quella di utilizzare una connessione cellulare. Questa opzione presenta diversi svantaggi perché i sistemi di telefonia cellulare sono focalizzati sulla voce e su velocità di trasmissione dati elevate. Non sono adatti per connessioni a bassa velocità di trasmissione dati poiché l'interfaccia radio è complessa e questo aggiunge costi e consumi energetici, troppo per la maggior parte delle applicazioni M2M / IoT.

La rete SigFox ha lo scopo di fornire connettività per una varietà di applicazioni e utenti. Non è rivolto a un'area, ma a un uso generale da parte di una varietà di diversi tipi di utenti. Le prestazioni della rete SIGFOX sono caratterizzate da quanto segue:

  • Fino a 140 messaggi per oggetto al giorno
  • La dimensione del payload per ogni messaggio è di 12 byte
  • Velocità di trasmissione wireless fino a 100 bit al secondo

Rete di accesso radio SigFox

In considerazione delle basse velocità di trasmissione dati utilizzate per le connessioni IoT, la rete SIGFOX utilizza la tecnologia Ultra-Narrow Band, UNB. Ciò consente di utilizzare livelli di potenza del trasmettitore molto bassi pur essendo in grado di mantenere una connessione dati robusta.

Il collegamento radio SigFox utilizza bande radio ISM senza licenza. Le frequenze esatte possono variare in base alle normative nazionali, ma in Europa viene utilizzata la banda 868MHz; negli Stati Uniti è 915MHz; e 433 MHz in Asia.

La densità delle celle nella rete SigFox si basa su una portata media di circa 30-50 km nelle aree rurali e nelle aree urbane dove di solito ci sono più ostacoli e il rumore è maggiore, la portata può essere ridotta tra 3 e 10 km. Le distanze possono essere molto più alte per i nodi esterni in cui SIGFOX afferma che i messaggi in linea di vista potrebbero viaggiare per oltre 1000 km, sebbene le cifre più comuni saranno molto inferiori.

La topologia di rete SigFox complessiva è stata progettata per fornire una rete scalabile e ad alta capacità, con un consumo energetico molto basso, pur mantenendo un'infrastruttura cellulare a stella semplice e facile da implementare.

Il funzionamento di SigFox si basa sull'uso di larghezze di banda molto strette. L'uplink e il downlink hanno caratteristiche diverse:

  • Uplink: La larghezza di banda di uplink è di appena 100 Hz nell'area europea, sebbene negli Stati Uniti siano consentiti 600 Hz e lo schema di modulazione è DBPSK, key shift binario differenziale.

    In Europa la disponibilità della frequenza di uplink è limitata alle frequenze comprese tra 868,00 e 868,60 MHz e la potenza massima è limitata a 25 mW. Anche l'Unione Europea ha limitato il duty cycle massimo a un tempo di trasmissione medio massimo dell'1% per condividere equamente l'utilizzo dello spettro tra tutti gli utenti di questo e di altri sistemi di comunicazione simili.

  • Downlink: Per il downlink, la larghezza di banda del canale è di 1,5 kHz e GFSK, la codifica con spostamento di frequenza gaussiana viene utilizzata come formato di modulazione. Ciò fornisce una velocità dati di 600 bps.

    La banda di frequenza di downlink è limitata alle frequenze comprese tra 869,40 e 869,65 MHz. Nel caso del downlink, la potenza in uscita è limitata a un massimo di 500 mW con duty cycle del 10%. Anche in questo caso questo ciclo di lavoro è limitato dalle normative dell'UE.

Sebbene le limitazioni del ciclo di lavoro interessino tutte le applicazioni di tipo IoT / M2M che utilizzano la banda 868 MHz, limita la trasmissione dei dati Sigfox. Significa che la lunghezza massima di un pacchetto SigFox è di 24 byte, e di questo i dati del payload possono occupare un massimo di 12 byte. Di conseguenza si può vedere che con una velocità di trasmissione dati di 100 bps ogni trasmissione di pacchetto dura circa 2 secondi. Inoltre ogni trasmissione da un dispositivo SigFox consiste di tre pacchetti trasmessi ciascuno trasmesso su tre frequenze diverse scelte da una sequenza pseudocasuale. La trasmissione multipla dei dati è citata per garantire l'integrità dei dati ricevuti.

Le prime versioni di SigFox supportavano solo le trasmissioni in uplink, ma in seguito il sistema si è evoluto per supportare la comunicazione bidirezionale, anche se esiste un'asimmetria di collegamento significativa come si vede dai dettagli di uplink e downlink.

In termini di protocollo di sistema, la comunicazione verso valle, cioè i dati dalle stazioni base ai dispositivi finali, possono avvenire solo a seguito di una comunicazione verso monte.

Anche il numero di messaggi inviati ogni giorno è limitato, rendendo il sistema ideale per i nodi di monitoraggio remoto a bassa velocità di trasmissione dati, ecc. In considerazione di ciò, i riconoscimenti non sono impostati, ma l'affidabilità della comunicazione verso monte è fornita dall'uso di diversità di tempo e frequenza come così come la duplicazione delle trasmissioni.

Poiché SigFox è uno standard proprietario, ogni giorno è consentito un numero diverso di messaggi in base al piano selezionato.

Riepilogo dei parametri del sistema Sigfox

Le cifre chiave per l'interfaccia radio Sigfox sono riassunte nella tabella seguente:

Parametri per Sigfox System
ParametroFigure di Sigfox
Formato del segnaleBanda ultra stretta, UNB
ModulazioneDownlink: GFSK
Uplink DBPSK
Larghezza di banda del canale di downlink100/600 Hz (UE / USA)
Larghezza di banda del canale di uplink1,5 kHz
Velocità dati in uplinkUE: 100 punti base
USA 600 bps
Velocità dati in downlink600 bps
Efficienza (b / s.Hz)0.05
Sensibilità DopplerUnconstrained
Link budget156dB

SIGFOX è uno dei numerosi sistemi implementati per soddisfare la crescente domanda di applicazioni M2M e IoT. Ciascuno dei diversi sistemi ha le proprie caratteristiche e la dimensione del mercato significa che c'è spazio per diversi sistemi concorrenti.

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Guarda il video: Introduction to SIGFOX basics (Gennaio 2022).