Introducción a la tecnología sigfox: conceptos básicos, arquitectura y características de seguridad

La carrera por la tecnología inalámbrica comenzó hace mucho tiempo en 1890, cuando Marconi construyó la primera estación de radio del mundo e introdujo la telegrafía inalámbrica, que redefinió por completo la forma en que los humanos intercambiaban información en ese entonces. Hoy, hemos avanzado con muchas nuevas tecnologías celulares para transmitir una gran cantidad de datos de forma inalámbrica a cualquier persona que viva incluso en los rincones más profundos de la Tierra. Pero, recientemente, no son solo los humanos los que tienen que comunicarse entre ellos. Las máquinas y otros dispositivos electrónicos también han comenzado a intercambiar información entre sí para establecer una red conectada.. Estos dispositivos operan principalmente con una batería desde una ubicación remota, lo que los obliga a comunicarse a larga distancia con la mínima energía posible. Este requisito ha provocado la necesidad de nuevas tecnologías de comunicación como ZigBee, LoRa, Sigfox, etc. Ya hemos discutido qué es LoRa en nuestro artículo anterior y, por lo tanto, en este artículo aprenderemos sobre un protocolo de comunicación inalámbrica similar llamado Sigfox y su importancia en tecnología conectada.

¿Qué es la tecnología Sigfox?

Sigfox es una comunicación inalámbrica celular de largo alcance que ofrece soluciones personalizadas principalmente para aplicaciones de Internet de las cosas (IoT) y M2M de bajo rendimiento al aprovechar sus servicios de conectividad IoT de extremo a extremo utilizando sus tecnologías patentadas. El protocolo de red Sigfox tiene estaciones base patentadas que están integradas con radios definidas por software. Los dispositivos finales utilizan modulación de codificación por desplazamiento de fase binaria (BPSK) para conectarse a las estaciones base.

La red Sigfox ha sido diseñada para facilitar una comunicación eficaz con un bajo consumo de energía. El bajo consumo de energía garantiza que los dispositivos remotos funcionen durante mucho tiempo con una carga o mantenimiento mínimos de la batería. Sigfox permite la comunicación de IoT a largas distancias, lo que permite transmitir con un mínimo de estaciones base. La red Sigfox utiliza un enfoque de estilo celular para permitir que los nodos remotos usen Internet para comunicarse con las estaciones base. Esto facilita el control remoto y la recopilación de datos de los nodos Sigfox en una amplia zona geográfica siempre que haya conectividad a Internet.

Características de Sigfox

Aunque Sigfox se introdujo en 2009, no fue hasta hace poco que ganó popularidad. Hoy en día, con la llegada de IoT, Sigfox se está utilizando mucho como estándar de comunicación para conectar dispositivos de bajo consumo como medidores de electricidad inteligentes, relojes inteligentes, etc. Echemos un vistazo a las características de Sigfox que lo convierten en una red preferible.

Gran capacidad de red

Sigfox tiene una alta capacidad que le permite escalar hasta miles de millones de objetos, esto se debe a la modulación de banda ultra estrecha que se adapta a la resistencia y resistencia a las interferencias. La infraestructura de Sigfox utiliza acceso aleatorio que facilita la diversidad de frecuencia y tiempo. El uso de ancho de banda de enlace ascendente y descendente permite la coherencia independientemente del enlace de radio utilizado.

Alta eficiencia energética

La red Sigfox se jacta de una alta eficiencia energética, gracias a los semiconductores de bajo consumo de energía que se utilizan al fabricar el hardware Sigfox. Estos semiconductores permiten que los módulos Sigfox transmitan datos con solo alrededor de 10 mA - 50 mA de corriente. La arquitectura de red Sigfox no ejecuta la sincronización de mensajes entre los dispositivos y la estación base antes de realizar la transmisión de datos, esto significa que no se requiere emparejamiento. La falta de emparejamiento entre los dispositivos y la estación base se adapta a una batería de larga duración y le da a Sigfox una ventaja sobre otras tecnologías. Sigfox consume solo unos pocos nanoamperios cuando está inactivo, esta tasa de consumo de energía es insignificante y mejora aún más la eficiencia.

De largo alcance

El despliegue de Sigfox cubre una gran área geográfica con un número mínimo de estaciones base. El rango de radiofrecuencia (RF) se estima por el significado de la tasa de datos para cada salida, se logra un rango largo con una tasa de datos baja. La implementación de estaciones base de largo alcance permite la implementación de una red Sigfox de amplio rango a costos mínimos. El largo alcance de Sigfox también se ve facilitado por el hecho de que las estaciones base tienen menos sensibilidad y los objetos tienen poca potencia de salida. En áreas rurales, una red Sigfox cubre un rango promedio de 30 km a 50 km debido a una mínima interferencia. Sin embargo, en los centros de las ciudades donde hay muchos obstáculos, el rango de Sigfox se reduce a 10 km.

Resistencia a la interferencia

Sigfox utiliza 192KHz Ultra Barrow Band (UNB) integrado con la diversidad espacial de la estación base de +20 dB que facilitan sus características únicas anti-jamming. La red Sigfox utiliza Ultra Narrow Band para operar en banda Industrial, Científica y Médica (ISM)dado que las señales de espectro ensanchado son interferidas por señales UNB. En Europa, el Uplink tiene un ancho de banda de 100Hz mientras que en los Estados Unidos el ancho de banda supera los 600Hz. La Unión Europea ha limitado la potencia máxima a 25 mW. El enlace descendente tiene un ancho de banda de canal de 1,5 KHz y un rango de datos de 600 bps. El enlace descendente limita aún más la potencia máxima de salida a 500 mW. La resistencia óptima para interferir facilita que Sigfox funcione de manera efectiva en la banda ISM. Esto le permite transmitir incluso bajo señales de interferencia. Sin embargo, la superposición de bajo ruido induce una robustez intrínseca a la banda Ultra-Narrow. Como resultado, para que se transmita un mensaje, la señal debe tener al menos 8 dB.

Arquitectura de red Sigfox

La arquitectura de red de Sigfox es horizontal y delgada, y tiene 2 capas. La capa uno comprende el equipo de red principalmente las estaciones base y otros elementos. El propósito de esta capa es recibir mensajes del dispositivo IoT y transmitirlos a los sistemas de soporte Sigfox. Esta red tiene una topología en estrella de un salto que permite que los dispositivos IoT se conecten a cualquier estación base cercana. La segunda capa es el sistema de soporte Sigfoxdonde los mensajes de las estaciones base se procesan y se envían a través de devoluciones de llamada al sistema del cliente. Esta capa también proporciona el punto de entrada de los diversos actores como Sigfox, clientes finales, operadores de Sigfox y canales al ecosistema mediante interfaces web o API. La capa tiene repositorio y otras herramientas para analizar los datos que recopila la red. La capa también contiene módulos y características que apoyan la implementación, operación y monitoreo de la red. Las características incluyen el Business Support System (BSS) para facturación y pedidos, y Radio Planning para respaldar la implementación y el monitoreo de la red. La Internet pública conecta las dos capas a través de conexiones VPN seguras.

Los datos de los dispositivos IoT se envían por aire a las estaciones base, luego pasan por el backhaul que usa conectividad DSL con respaldo 4G. La conectividad satelital se utiliza como respaldo en lugares donde DSL y 4G no están disponibles. El backhaul también maneja el procesamiento de mensajes, estos mensajes llegan a la red central como muchas réplicas, pero solo se almacena una copia a la que los clientes pueden acceder a través de una interfaz web.

Seguridad y privacidad de Sigfox

Dado que el enfoque principal de Sigfox es ser utilizado con IoT, la red ha sido diseñada para mejorar la seguridad mediante la implementación de cortafuegos para proteger los datos en movimiento y en reposo. También puede leer este artículo sobre los desafíos de seguridad de IoT para tener una mejor idea de cómo proteger sus dispositivos de IoT. Ahora echemos un vistazo a las diferentes funciones de seguridad de Sigfox.

Seguridad del cortafuegos

Sigfox tiene un firewall incorporado que restringe los objetos de IoT para conectarse o comunicarse usando el protocolo de Internet. Para comunicarse a través de Internet, un objeto envía un mensaje de radio que es recogido por las estaciones de acceso disponibles. La estación de acceso luego transmite el mensaje al sistema de soporte Sigfox que a su vez lo transmite al destino especificado. El sistema de soporte Sigfox también transmite la respuesta al objeto remitente a través de las estaciones base. El cortafuegos de seguridad protege así los objetos de IoT de los ataques relacionados con Internet.

Seguridad de datos

La arquitectura Sigfox proporciona un mecanismo de seguridad que garantiza la autenticación segura de los datos y la evitación de la reproducción; también proporciona un mecanismo anti-escuchas adicional. La cadena de IoT de Sigfox implica claves de autenticación almacenadas que son almacenadas por los dispositivos y el cliente, esta clave será necesaria para acceder a los datos almacenados por el Sistema Sigfox. Como resultado, los mecanismos de datos de Sigfox garantizan la seguridad dentro del ecosistema diverso y las diferentes regulaciones locales. La clave de autenticación para cada dispositivo es única, lo que significa que un compromiso de la clave de seguridad de autenticación de un dispositivo no afecta la seguridad de otros dispositivos. Sin embargo, la seguridad de cualquier dispositivo queda a discreción del fabricante.

Aplicación de Sigfox

La tecnología Sigfox es adecuada para aplicaciones M2M de bajo costo que operan en una amplia cobertura de área. Estas áreas incluyen;

• Seguimiento de personas, bienes u otro tipo de activos.
• Comunicación de medición inteligente en el sector energético.
• Comunicación de aplicaciones de mHealth
• Gestión de la comunicación automotriz en el sector del transporte
• Control y seguimiento a distancia.
• Seguridad.

Fabricantes de módulos Sigfox

Murata se encuentra entre los principales fabricantes de microcontroladores Sigfox. Los populares módulos Sigfox utilizan el microcontrolador inalámbrico basado en STM32 de ST Microcontrollers y también el SX127 Samtech RFIC. Estos microcontroladores operan en un rango de frecuencia de 860-930 MHz. Este rango de frecuencia admite una potencia de salida de +14 dBm que se puede mejorar a +20 dBm en caso de áreas con poca señal.

Módulo	Fabricante
WSSFM10R1: RCZ1 (Europa, Oriente Medio, África)	WiSOL Co. LTD
TD1207	TD Siguiente
SN10-11	InnoComm
ABZ Sigfox RC1	Murata Manufacturing Co. LTD
SiPy 14dB	Pycom
S-Wing: placa de extensión Sigfox para Bosch XDK para Zone 2 y 4	InnoComm
S-Wing: placa de extensión Sigfox para Bosch XDK para Zone 3	InnoComm
SN10-12	InnoComm
SN10-22	InnoComm