مقدمة لتقنية sigfox - الأساسيات والهندسة المعمارية وميزات الأمان

بدأ السباق على التكنولوجيا اللاسلكية منذ فترة طويلة في تسعينيات القرن التاسع عشر عندما بنى ماركوني أول محطة إذاعية في العالم وأدخل التلغراف اللاسلكي ، والذي أعاد تعريف الطريقة التي تبادل البشر المعلومات بها في ذلك الوقت. اليوم ، قمنا بتطوير العديد من التقنيات الخلوية الجديدة لنقل كمية كبيرة من البيانات لاسلكيًا إلى أي شخص يعيش في أعمق ركن من أركان الأرض. لكن في الآونة الأخيرة ، ليس البشر فقط هم من يتعين عليهم التواصل فيما بينهم. بدأت الآلات والأجهزة الإلكترونية الأخرى أيضًا في تبادل المعلومات بين بعضها البعض لإنشاء شبكة متصلة. تعمل هذه الأجهزة في الغالب على بطارية من موقع بعيد مما يجبرها على الاتصال لمسافات طويلة بأقل قدر ممكن من الطاقة. لقد أدى هذا المطلب إلى الحاجة إلى تقنيات اتصال جديدة مثل ZigBee و LoRa و Sigfox وما إلى ذلك. لقد ناقشنا بالفعل ما هو LoRa في مقالتنا السابقة ، وبالتالي في هذه المقالة سوف نتعرف على بروتوكول اتصال لاسلكي مماثل يسمى Sigfox وأهميته في التكنولوجيا المتصلة.

ما هي تقنية Sigfox

Sigfox عبارة عن اتصال لاسلكي خلوي طويل المدى يوفر حلولًا مخصصة بشكل أساسي لتطبيقات إنترنت الأشياء (IoT) و M2M ذات الإنتاجية المنخفضة من خلال الاستفادة من خدمات اتصال إنترنت الأشياء من طرف إلى طرف باستخدام تقنياتها الحاصلة على براءة اختراع. يحتوي بروتوكول شبكة Sigfox على براءة اختراع محطات قاعدية مدمجة مع أجهزة راديو محددة بالبرمجيات. تستخدم الأجهزة الطرفية تشكيل مفتاح إزاحة الطور الثنائي (BPSK) للاتصال بالمحطات الأساسية.

تم تصميم شبكة Sigfox لتسهيل الاتصال الفعال عبر استهلاك منخفض للطاقة. يضمن الاستهلاك المنخفض للطاقة تشغيل الأجهزة البعيدة لفترة طويلة بأقل شحن للبطارية أو صيانتها. يتيح Sigfox اتصال إنترنت الأشياء عبر مسافات طويلة مما يجعل من الممكن الإرسال مع الحد الأدنى من المحطات الأساسية. تستخدم شبكة Sigfox أسلوب الأسلوب الخلوي لتمكين العقد البعيدة من استخدام الإنترنت للتواصل مع المحطات الأساسية. هذا يسهل التحكم عن بعد وجمع البيانات من عقد Sigfox عبر منطقة جغرافية واسعة طالما كان هناك اتصال بالإنترنت.

ميزات Sigfox

على الرغم من تقديم Sigfox مرة أخرى في عام 2009 ، إلا أنه لم يكتسب شعبية حتى وقت قريب. اليوم مع ظهور إنترنت الأشياء ، يتم استخدام Sigfox بشكل كبير كمعيار اتصال لتوصيل الأجهزة منخفضة الطاقة مثل عدادات الكهرباء الذكية والساعات الذكية وما إلى ذلك ، دعونا نلقي نظرة على ميزات Sigfox التي تجعلها شبكة مفضلة.

سعة شبكة عالية

تتمتع Sigfox بسعة عالية تسمح لها بالتوسع إلى مليارات الكائنات ، وذلك بسبب تعديل النطاق الضيق للغاية الذي يستوعب المقاومة والمرونة للتداخل. تستخدم البنية التحتية Sigfox الوصول العشوائي الذي يسهل تنوع التردد والوقت. يتيح استخدام عرض نطاق الوصلة الصاعدة والهابطة الاتساق بغض النظر عن الارتباط الراديوي المستخدم.

كفاءة عالية في استخدام الطاقة

تفتخر شبكة Sigfox بكفاءة عالية في استخدام الطاقة ، بفضل أشباه الموصلات التي تستهلك طاقة منخفضة والتي يتم استخدامها عند تصنيع أجهزة Sigfox. تسمح أشباه الموصلات لوحدات Sigfox بنقل البيانات بحوالي 10mA - 50mA فقط من التيار. لا تقوم بنية شبكة Sigfox بتنفيذ مزامنة الرسائل بين الأجهزة والمحطة الأساسية قبل إجراء نقل البيانات ، وهذا يعني أنه لا يوجد اقتران مطلوب. يستوعب عدم وجود الاقتران بين الأجهزة والمحطة الأساسية عمر بطارية طويل ويمنح Sigfox ميزة على التقنيات الأخرى. يستهلك Sigfox عددًا قليلاً من الأمبيرات النانوية عند الخمول ، وهذا المعدل من استهلاك الطاقة لا يكاد يُعزز الكفاءة.

بعيد المدى

يغطي نشر Sigfox منطقة جغرافية كبيرة مع الحد الأدنى من عدد المحطات الأساسية. يتم تقدير مدى التردد اللاسلكي (RF) من خلال معنى معدل البيانات لكل مخرج ، ويتم تحقيق المدى الطويل بمعدل بيانات منخفض. يتيح تنفيذ محطات قاعدية طويلة المدى تنفيذ شبكة Sigfox واسعة النطاق بأقل تكلفة ممكنة. يتم تسهيل المدى الطويل لـ Sigfox أيضًا من خلال حقيقة أن المحطات الأساسية لديها حساسية أقل وأن الكائنات لديها طاقة خرج منخفضة. في المناطق الريفية ، تغطي شبكة Sigfox مدى متوسط يتراوح بين 30 كم و 50 كم بسبب الحد الأدنى من التداخل. ومع ذلك ، في مراكز المدن حيث يوجد الكثير من العوائق ، ينخفض ​​نطاق Sigfox إلى 10 كم.

المرونة في التدخل

يستخدم Sigfox النطاق 192KHz Ultra Barrow Band (UNB) المدمج مع التنوع المكاني للمحطة الأساسية بمقدار +20 ديسيبل مما يسهل ميزاته الفريدة لمكافحة التشويش. تستخدم شبكة Sigfox النطاق الضيق للغاية للعمل في النطاق الصناعي والعلمي والطبي (ISM)حيث تتداخل إشارات الطيف المنتشر بواسطة إشارات UNB. في أوروبا ، يبلغ عرض النطاق الترددي لـ Uplink 100 هرتز بينما يتجاوز عرض النطاق الترددي في الولايات المتحدة 600 هرتز. حدد الاتحاد الأوروبي الطاقة القصوى بـ 25 ميجاوات. للوصلة الهابطة عرض نطاق قناة 1.5 كيلو هرتز ونطاق بيانات 600 بت في الثانية. يحد الوصلة الهابطة من الحد الأقصى لإخراج الطاقة إلى 500 ميجاوات. المرونة المثلى للتدخل تسهل Sigfox للعمل بفعالية في نطاق ISM. هذا يسمح لها بالإرسال حتى في ظل إشارات التشويش. ومع ذلك ، فإن التداخل المنخفض الضوضاء يؤدي إلى صلابة جوهرية في النطاق الضيق للغاية. ونتيجة لذلك ، لكي يتم إرسال الرسالة ، يجب أن تحتوي الإشارة على 8 ديسيبل على الأقل.

هندسة شبكة Sigfox

بنية شبكة Sigfox أفقية ورقيقة ، وتحتوي على طبقتين. تتكون الطبقة الأولى من معدات الشبكة في الغالب المحطات الأساسية وعناصر أخرى. الغرض من هذه الطبقة هو تلقي الرسائل من إعلان جهاز إنترنت الأشياء الذي ينقلها إلى أنظمة دعم Sigfox ، تحتوي هذه الشبكة على هيكل نجمي من قفزة واحدة يسمح لأجهزة إنترنت الأشياء بالاتصال بأي محطة أساسية قريبة منها. الطبقة الثانية هي نظام دعم Sigfoxحيث تتم معالجة الرسائل الواردة من المحطات الأساسية وإرسالها من خلال عمليات إعادة الاتصال إلى نظام العملاء. توفر هذه الطبقة أيضًا نقطة دخول مختلف الجهات الفاعلة مثل Sigfox والعملاء النهائيين ومشغلي Sigfox والقنوات إلى النظام البيئي باستخدام واجهات الويب أو واجهات برمجة التطبيقات. تحتوي الطبقة على مستودع وأدوات أخرى لتحليل البيانات التي يتم جمعها بواسطة الشبكة. تحتوي الطبقة أيضًا على وحدات نمطية وميزات تدعم نشر الشبكة وتشغيلها ومراقبتها. تتضمن الميزات نظام دعم الأعمال (BSS) للفوترة والطلب ، وتخطيط الراديو لدعم نشر الشبكة ومراقبتها. يربط الإنترنت العام الطبقتين عبر اتصالات VPN الآمنة.

يتم إرسال البيانات من أجهزة إنترنت الأشياء عبر الهواء إلى المحطات الأساسية ، ثم تمر عبر وصلة التوصيل التي تستخدم اتصال DSL مع دعم 4G. يتم استخدام اتصال القمر الصناعي كنسخة احتياطية في الأماكن التي لا يتوفر فيها DSL و 4G. تتم معالجة معالجة الرسائل أيضًا عن طريق التوصيل ، وتصل هذه الرسائل إلى الشبكة الأساسية مثل العديد من التكرارات ولكن يتم تخزين نسخة واحدة فقط يمكن الوصول إليها من قبل العملاء من خلال واجهة الويب.

الأمن والخصوصية Sigfox

نظرًا لأن التركيز الأساسي لـ Sigfox هو استخدامه مع إنترنت الأشياء ، فقد تم تصميم الشبكة لتعزيز الأمان من خلال تنفيذ جدران الحماية لتأمين البيانات أثناء الحركة والراحة. يمكنك أيضًا قراءة هذه المقالة حول تحديات أمان إنترنت الأشياء للحصول على فكرة أفضل حول كيفية تأمين أجهزة إنترنت الأشياء الخاصة بك. الآن دعنا نلقي نظرة على ميزات الأمان المختلفة في Sigfox.

أمان جدار الحماية

يحتوي Sigfox على جدار حماية يحمل في ثناياه عوامل يقيد كائنات إنترنت الأشياء من الاتصال أو الاتصال باستخدام بروتوكول الإنترنت. للاتصال عبر الإنترنت ، يرسل الكائن رسالة راديو تلتقطها محطات الوصول المتاحة. تقوم محطة الوصول بعد ذلك بترحيل الرسالة إلى نظام دعم Sigfox الذي يقوم بدوره بإرسالها إلى الوجهة المحددة. ينقل نظام دعم Sigfox أيضًا الاستجابة إلى كائن المرسل من خلال المحطات الأساسية. وبالتالي ، فإن جدار الحماية الأمني ​​يؤمن كائنات إنترنت الأشياء من الهجمات المرتبطة بالإنترنت.

أمن البيانات

ويوفر الهيكل Sigfox آلية أمنية تضمن توثيق البيانات آمنة و تجنب تكرار. كما أنه يوفر آلية إضافية لمكافحة التنصت. تتضمن سلسلة إنترنت الأشياء الخاصة بـ Sigfox مفاتيح مصادقة مخزنة بواسطة الأجهزة والعميل ، وسيكون هذا المفتاح مطلوبًا للوصول إلى البيانات المخزنة بواسطة نظام Sigfox. نتيجة لذلك ، تضمن آليات بيانات Sigfox الأمان داخل النظام البيئي المتنوع واللوائح المحلية المختلفة. يعد مفتاح المصادقة لكل جهاز فريدًا مما يعني أن اختراق مفتاح أمان مصادقة الجهاز لا يؤثر على أمان الأجهزة الأخرى. ومع ذلك ، فإن أمان أي جهاز متروك لتقدير الشركة المصنعة.

تطبيق Sigfox

تقنية Sigfox مناسبة لتطبيقات M2M منخفضة التكلفة والتي تعمل على تغطية منطقة واسعة. تشمل هذه المجالات ؛

• الأشخاص أو البضائع أو أي نوع آخر من تتبع الأصول.
• اتصالات العدادات الذكية في قطاع الطاقة.
• اتصالات تطبيقات الصحة المحمولة
• إدارة اتصالات السيارات في قطاع النقل
• التحكم عن بعد والمراقبة.
• الأمان.

مصنعي وحدة Sigfox

موراتا هي من بين الشركات المصنعة الرائدة لوحدات التحكم الدقيقة Sigfox. تستخدم وحدات Sigfox الشائعة المتحكم اللاسلكي القائم على STM32 من متحكمات ST الدقيقة وأيضًا SX127 Samtech RFIC. تعمل وحدات التحكم الدقيقة هذه في نطاق تردد يتراوح بين 860 و 930 ميجا هرتز. يدعم نطاق التردد هذا طاقة خرج تبلغ +14 ديسيبل ميلي واط يمكن تحسينها إلى +20 ديسيبل ميلي واط في حالة مناطق الإشارة الضعيفة

وحدة	الصانع
WSSFM10R1: RCZ1 (أوروبا ، الشرق الأوسط ، إفريقيا)	شركة ويسول المحدودة
TD1207	TD التالي
SN10-11	InnoComm
ABZ Sigfox RC1	شركة موراتا للتصنيع المحدودة
SiPy 14 ديسيبل	بيكوم
S-Wing: لوحة تمديد Sigfox لـ Bosch XDK للمنطقة 2 و 4	InnoComm
S-Wing: لوحة تمديد Sigfox لـ Bosch XDK للمنطقة 3	InnoComm
SN10-12	InnoComm
SN10-22	InnoComm