Sigfox erklären

Thomas Michaslki –

Sigfox ist eine Low Power Wide Area Network (LPWAN)-Technologie, die speziell für das Internet der Dinge entwickelt wurde. Mit SigFox verbundene Geräte verbrauchen wenig Strom und funktionieren über große Entfernungen im Vergleich zu WLAN- und Bluetooth-Verbindungsprotokollen, die mehr Strom verbrauchen und im Nahbereich am besten funktionieren. Die Chronologie einer SigFox-Anwendung folgt diesen drei grundlegenden Schritten:

  1. Zahlreiche mit dem Internet verbundene Objekte (Geräte) senden Daten über das SigFox-Netzwerk an eine SigFox-Basisstation ( gateway ).
  2. Die Basisstation erkennt, demoduliert und meldet die Nachrichten dann mindestens alle 10 Minuten über drei Kanäle an die SigFox-Cloud.
  3. Die SigFox-Cloud leitet diese Nachrichten dann basierend auf der Anwendung des Kunden an viele Kundenserver und IoT Plattformen weiter.

Technisch gesehen unterscheidet sich das SigFox-Netzwerk von anderen LPWAN-Netzwerken durch die Methoden zum Senden von Daten und die elektrischen Richtlinien, die die Menge, Geschwindigkeit und Dauer der gesendeten Daten regeln. SigFox wird am häufigsten für Anwendungen mit geringem Stromverbrauch kleine Datenmengen selten und über große Entfernungen . Perfekt für landwirtschaftliche Umgebungen und die Vermögensverwaltung über große Entfernungen.

Wie funktioniert Sigfox?

Das SigFox-Netzwerk besteht aus folgenden Elementen :

  • Objekte (Geräte)
  • Basisstationen ( gateway )
  • Cloud (Internet)

Das folgende Diagramm veranschaulicht die wichtigsten Elemente der Datenübertragung über SigFox:

DPSK ist eine Methode, die von Basisstationen ( gateway ) verwendet wird, um ein Signal umzuwandeln, zu debuggen und zur Verarbeitung an die Cloud weiterzuleiten.

Die SigFox-Datenübertragung kann wie folgt besser verstanden werden: Objekte (Geräte) werden über das SigFox-Netzwerk mit dem Internet verbunden. Das Objekt kann ein Temperatur-, Feuchtigkeits- und/oder Sättigungssensor (usw.) sein, der sich im Umkreis von 1.000 Metern um eine Basisstation ( gateway ) befindet. Sigfox verwendet Phase Shift Keying (DPSK) für die Kommunikation zwischen Gerät und Cloud oder „Uplink“. und Frequency Shift Keying (FSK) für die Cloud-zu-Gerät-Kommunikation oder „Downlink“.

Was ist DPSK?

DPSK ist eine Methode, die von Basisstationen ( gateway ) verwendet wird, um ein Signal umzuwandeln zu debuggen und es zurück zu konvertieren, um es an die Cloud zu senden. Wenn ein Signal von einem Gerät zu einer Basisstation gelangt, stößt es unweigerlich auf Störungen aus der Umgebung (z. B. Regen oder dichte Wälder). Einmischung ist universell; Jedes Signal eines Internetnetzwerks wird beeinträchtigt und sieht beim Erreichen seines Ziels etwas anders aus. SigFox lindert dieses Problem durch die Verwendung von DPSK. Die Aufgabe von DPSK besteht darin, sicherzustellen, dass das Signal, das die Basisstation verlässt, genau dasselbe Signal ist, das das Gerät verlassen hat. Die Hardware der Basisstation erreicht dies, indem sie die Phase des Signals verschiebt, um Beeinträchtigungen zu erkennen und zu beseitigen. SigFox-Hardware an den Basisstationen erreicht dies durch:

  1. Das Objekt sendet Daten in Form digitaler Bits an die Basisstation. Ein „hoher“ Impuls tritt auf, wenn eine 1 vorliegt, und ein „niedriger“ Impuls tritt auf, wenn eine 0 vorliegt. Hier ist ein digitaler Eingabebitstrom 1 1 0 0 0 1 1 0:

  1. Dieser Bitstrom wird dann beim Durchlaufen der Demodulatorschaltung andere Die neue Reihenfolge ist nicht willkürlich, sondern wird mithilfe hochentwickelter Hardware sorgfältig berechnet. Der Zweck dieser Umwandlung besteht darin, das Signal für die elektrische Analyse aufzubereiten. Immer wenn der Zustand des Eingangssignals von High auf Low (1 auf 0) wechselt, verschiebt die Hardware die Phase des Signals. Bei der Phasenverschiebung eines Signals wird lediglich eine Zeitlücke zwischen dem ursprünglichen und dem neuen Signalpfad erzeugt. Sobald die Phase verschoben ist, wird ein Signal entweder nacheilen/voreilen, wo der ursprüngliche Pfad einmal war:

  1. Je stärker ein Signal an der Basisstation phasenverschoben wird, desto stärker werden seine Beeinträchtigungen sichtbar. Analog gilt: Je häufiger ein Verletzter das Krankenhaus aufsucht, desto mehr Röntgenaufnahmen machen die Ärzte, um die Verletzung besser zu verstehen und zu beheben. Wenn ein Signal aus der Umgebung „verletzt“ wird, fällt die Verletzung erst dann auf, wenn das Signal phasenverschoben wird und durch den „Röntgen“-Schaltkreis läuft, der diese Phasenverschiebungen analysiert, erkennt, wo die Beeinträchtigungen vorliegen, und anschließend „reinigt“. die Daten zur Übermittlung. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Hardware der Basisstation die Phase verschiebt, um eine „Röntgenaufnahme“ der Daten anzufertigen, um zu diagnostizieren, welche Störungen/Beeinträchtigungen vorliegen und wie diese behoben werden müssen.
  2. Nach der Phase wandelt die Hardware-Schaltung das ursprüngliche Signal wieder in seine Basissequenz um, jedoch ohne die Beeinträchtigungen.

Wenn die Cloud ein Uplink-Signal von der Basisstation empfängt, antwortet sie mit einem Downlink-Signal an das Gerät. Downlink-Signale verwenden Frequency Shift Keying.

Was ist Frequency Shift Keying?

Frequency Shift Keying (FSK) ähnelt Differential Phase Shift Keying (DPSK) in dem Sinne, dass beide Verfahren das Eingangssignal umwandeln, Beeinträchtigungen analysieren/entdecken, beseitigen und die Daten wieder in das Originalsignal umwandeln. Anstatt jedoch die Phase zu verschieben und zu analysieren, verschiebt und analysiert FSK die Frequenz. Genau wie Phasenverschiebungen bei DPSK legen die Frequenzverschiebungen bei FSK die Beeinträchtigungen des Signals offen, wo hochentwickelte Schaltkreise sie beheben können. Die offene Frage lautet nun: Warum verwendet SigFox DPSK für die Uplink-Übertragung und FSK für die Downlink-Übertragung?

  1. DPSK ist bandbreiteneffizienter als FSK, sodass für die Übertragung des Signals weniger Frequenzen und Kanäle zur Verfügung stehen.
  2. Weniger „Platz“ zum Übertragen des Signals = geringere Datenrate und geringerer Durchsatz
  3. Niedrigere Datenrate = empfindlicherer Empfänger (wie eine Basisstation) des Signals
  4. Höhere Empfindlichkeit = größere erreichbare Reichweite. dh. Daten von Sensorgeräten können aus größerer Entfernung erfasst werden.
  5. Uplink-Signale sind in der Regel stärker gestört als Downlink-Signale. Eine schmale Bandbreite im DPSK = konzentriertere Leistung = höhere Robustheit gegenüber Störungen
  6. Da Interferenzen kein so großes Problem darstellen wie beim Downlink, konzentrieren sich Downlink-Signale mehr darauf, möglichst viele Anwendungen so effizient wie möglich zu erreichen. Bei FSK bedeutet mehr Bandbreite = mehr Platz zum Senden eines Signals = mehr erreichbare Anwendungen

Abschluss

Die von SIGFOX verwendete Technologie trägt zu einem Kommunikationsnetzwerk mit großer Reichweite, geringem Stromverbrauch und geringem Durchsatz bei, das hervorragend vor Umwelteinflüssen geschützt ist und es den Daten ermöglicht, viele Anwendungen effektiv zu erreichen. SIGFOX befindet sich bei Konnektivitätslösungen noch im „Early Adopter-Stadium“. Allerdings gibt es weltweit bereits viele Millionen vernetzter Geräte mit der Sigfox-Technologie, was beweist, dass sie das Potenzial hat, eine kostengünstige Lösung für eine Vielzahl von Märkten und Branchen bereitzustellen. Weitere Konnektivitätsoptionen in der IoT -Welt finden Sie in einigen Gedanken zu LoRaWAN oder in diesem großartigen Artikel über beliebte drahtlose Protokolle auf der ganzen Welt.