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SigFox para M2M e IoT

SigFox para M2M e IoT

SigFox es una forma de comunicaciones inalámbricas de estilo celular, de largo alcance, baja potencia y baja velocidad de datos que se ha desarrollado para proporcionar conectividad inalámbrica para dispositivos como sensores remotos, actuadores y otros dispositivos M2M e IoT.

La interfaz inalámbrica SigFox se ha desarrollado para permitir que cualquier comunicación que tenga lugar consuma una cantidad mínima de energía. De esta manera, los dispositivos remotos pueden funcionar con la energía de la batería durante períodos muy prolongados sin la necesidad de ningún cambio de batería o mantenimiento.

Además de esto, las comunicaciones M2M e IoT se comunicarán en distancias extendidas y el sistema SigFox ha sido diseñado para permitir que las transmisiones cubran largas distancias, permitiendo el uso de un número limitado de estaciones base.

Utilizando un enfoque de estilo celular, los nodos SigFox remotos pueden comunicarse con estaciones base que tienen conectividad a Internet, lo que permite el control remoto y la recopilación de datos desde cualquier lugar con conectividad a Internet.

De esta manera, SigFox puede proporcionar una conexión de baja velocidad de datos a cualquier lugar que esté cubierto por una red a un costo muy bajo para muchas aplicaciones M2M e IoT.

Áreas de aplicación de SigFox M2M

La red y la tecnología SigFox están dirigidas a áreas de aplicación de máquina a máquina de bajo costo donde se requiere una cobertura de área amplia. Hay una serie de aplicaciones que necesitan esta forma de tecnología de comunicaciones inalámbricas de bajo costo. Las áreas donde se puede utilizar la red SigFox incluyen:

  • Hogar y bienes de consumo
  • Comunicaciones relacionadas con la energía, en particular medición inteligente
  • Cuidado de la salud, en particular las aplicaciones de mHealth que están comenzando a desarrollarse
  • Transporte: esto puede incluir la gestión automotriz
  • Monitoreo y control remoto
  • Venta minorista, incluido el punto de venta, actualización de estantes, etc.
  • Seguridad

Que es SigFox

SigFox proporciona un operador de red de estilo celular que proporciona una solución a medida para aplicaciones de Internet de las cosas y M2M de bajo rendimiento.

Para una gran cantidad de aplicaciones, desde medidores inteligentes hasta nodos de control que necesitan conectividad a grandes distancias, la única opción hasta hace poco era utilizar una conexión celular. Esta opción tiene varias desventajas porque los sistemas de telefonía celular se enfocan en voz y altas velocidades de datos. No son adecuados para conexiones de baja velocidad de datos, ya que la interfaz de radio es compleja y esto agrega costos y consumo de energía, demasiado para la mayoría de las aplicaciones M2M / IoT.

La red SigFox tiene como objetivo proporcionar conectividad para una variedad de aplicaciones y usuarios. No está dirigido a un área, sino al uso general de una variedad de diferentes tipos de usuarios. El rendimiento de la red SIGFOX se caracteriza por lo siguiente:

  • Hasta 140 mensajes por objeto por día
  • El tamaño de la carga útil para cada mensaje es de 12 bytes
  • Rendimiento inalámbrico de hasta 100 bits por segundo

Red de acceso por radio SigFox

En vista de las bajas velocidades de datos utilizadas para las conexiones de IoT, la red SIGFOX emplea tecnología UNB de banda ultra estrecha. Esto permite utilizar niveles de potencia de transmisor muy bajos y, al mismo tiempo, mantener una conexión de datos sólida.

El enlace de radio SigFox utiliza bandas de radio ISM sin licencia. Las frecuencias exactas pueden variar según las normativas nacionales, pero en Europa se utiliza la banda de 868MHz; en los EE. UU. es de 915 MHz; y 433MHz en Asia.

La densidad de las celdas en la red SigFox se basa en un rango promedio de aproximadamente 30-50 km en áreas rurales y en áreas urbanas donde generalmente hay más obstrucciones y el ruido es mayor, el rango puede reducirse a entre 3 y 10 km. Las distancias pueden ser mucho mayores para los nodos al aire libre donde SIGFOX indica que los mensajes de línea de visión podrían viajar más de 1000 km, aunque las cifras más habituales serán mucho menores que esto.

La topología general de la red SigFox ha sido diseñada para proporcionar una red escalable, de alta capacidad, con un consumo de energía muy bajo, mientras se mantiene una infraestructura celular basada en estrella simple y fácil de implementar.

El funcionamiento de SigFox se basa en el uso de anchos de banda muy estrechos. El enlace ascendente y el enlace descendente tienen características diferentes:

  • Enlace ascendente: El ancho de banda del enlace ascendente es de solo 100 Hz en el área europea, aunque se permiten 600 Hz en los EE. UU., Y el esquema de modulación es DBPSK, modulación por desplazamiento de fase binaria diferencial.

    En Europa, la disponibilidad de frecuencia de enlace ascendente está limitada a frecuencias entre 868,00 y 868,60 MHz y la potencia máxima está limitada a 25 mW. Además, la Unión Europea ha limitado el ciclo de trabajo máximo a un tiempo de transmisión medio máximo del 1% para compartir equitativamente el uso del espectro entre todos los usuarios de este y otros sistemas de comunicaciones similares.

  • Enlace descendente: Para el enlace descendente, el ancho de banda del canal es de 1,5 kHz y GFSK, la codificación por desplazamiento de frecuencia gaussiana se utiliza como formato de modulación. Esto proporciona una velocidad de datos de 600 bps.

    La banda de frecuencia del enlace descendente está limitada a frecuencias entre 869,40 y 869,65 MHz. En el caso del enlace descendente, la potencia de salida está limitada a un máximo de 500 mW con un ciclo de trabajo del 10%. Nuevamente, este ciclo de trabajo está limitado por las regulaciones de la UE.

Aunque las limitaciones del ciclo de trabajo afectan a todas las aplicaciones de tipo IoT / M2M que utilizan la banda de 868MHz, limita la transmisión de datos de Sigfox. Significa que la longitud máxima de un paquete SigFox es de 24 bytes, y de esto, los datos de carga útil pueden ocupar un máximo de 12 bytes. Por consiguiente, se puede ver que con la velocidad de datos de 100 bps, la transmisión de cada paquete tarda aproximadamente 2 segundos. Además, cada transmisión desde un dispositivo SigFox consta de tres paquetes transmitidos, cada uno transmitido en tres frecuencias diferentes elegidas de una secuencia pseudoaleatoria. La transmisión múltiple de los datos se demanda para asegurar la integridad de los datos recibidos.

Las primeras versiones de SigFox solo admitían transmisiones de enlace ascendente, pero luego el sistema evolucionó para admitir la comunicación bidireccional, aunque existe una asimetría de enlace significativa como se ve en los detalles del enlace ascendente y el enlace descendente.

En términos del protocolo del sistema, la comunicación de enlace descendente, es decir, los datos de las estaciones base a los dispositivos finales solo puede ocurrir después de una comunicación de enlace ascendente.

Además, la cantidad de mensajes enviados cada día es limitada, lo que hace que el sistema sea ideal para nodos de monitoreo remoto de baja velocidad de datos, etc. así como la duplicación de transmisiones.

Como SigFox es un estándar propietario, se permiten diferentes números de mensajes cada día de acuerdo con el plan que se ha seleccionado.

Resumen de los parámetros del sistema Sigfox

Las cifras clave de la interfaz de radio Sigfox se resumen en la siguiente tabla:

Parámetros para el sistema Sigfox
ParámetroFiguras Sigfox
Formato de señalBanda ultra estrecha, UNB
ModulaciónEnlace descendente: GFSK
DBPSK de enlace ascendente
Ancho de banda del canal de enlace descendente100/600 Hz (UE / EE. UU.)
Ancho de banda del canal de enlace ascendente1,5 kHz
Velocidad de datos de enlace ascendenteUE: 100 bps
Estados Unidos 600 bps
Velocidad de datos del enlace descendente600 puntos básicos
Eficiencia (b / s.Hz)0.05
Sensibilidad DopplerSin restricciones
Presupuesto de enlace156dB

SIGFOX es uno de varios sistemas que se están implementando para satisfacer la creciente demanda de aplicaciones M2M e IoT. Cada uno de los diferentes sistemas tiene sus propias características y el tamaño del mercado significará que hay espacio para varios sistemas competidores diferentes.

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