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SigFox für M2M & IoT

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SigFox ist eine zellulare Form der drahtlosen Kommunikation mit großer Reichweite, geringem Stromverbrauch und niedriger Datenrate, die entwickelt wurde, um drahtlose Konnektivität für Geräte wie Fernsensoren, Aktoren und andere M2M- und IoT-Geräte bereitzustellen.

Die drahtlose SigFox-Schnittstelle wurde entwickelt, damit bei jeder Kommunikation ein Minimum an Strom verbraucht werden kann. Auf diese Weise können die Remote-Geräte sehr lange mit Batteriestrom betrieben werden, ohne dass Batteriewechsel oder Wartung erforderlich sind.

Darüber hinaus wird die M2M- und IoT-Kommunikation über größere Entfernungen kommunizieren. Das SigFox-System wurde so konzipiert, dass die Übertragungen große Entfernungen zurücklegen können und eine begrenzte Anzahl von Basisstationen verwendet werden kann.

Mithilfe eines zellularen Ansatzes können die Remote-SigFox-Knoten mit Basisstationen mit Internetverbindung kommunizieren und so die Fernsteuerung und Datenerfassung von überall mit Internetverbindung ermöglichen.

Auf diese Weise kann SigFox für viele M2M- und IoT-Anwendungen eine Verbindung mit niedriger Datenrate zu jedem Ort bereitstellen, der von einem Netzwerk abgedeckt wird, und dies zu sehr geringen Kosten.

Anwendungsbereiche von SigFox M2M

Das SigFox-Netzwerk und die SigFox-Technologie richten sich an kostengünstige Maschinen-zu-Maschinen-Anwendungsbereiche, in denen eine große Flächenabdeckung erforderlich ist. Es gibt eine Reihe von Anwendungen, die diese Form der kostengünstigen drahtlosen Kommunikationstechnologie benötigen. Zu den Bereichen, in denen das SigFox-Netzwerk verwendet werden kann, gehören:

  • Haushalts- und Konsumgüter
  • Energiebezogene Kommunikation - insbesondere Smart Metering
  • Gesundheitswesen - insbesondere die mHealth-Anwendungen, deren Entwicklung gerade beginnt
  • Transport - dies kann das Automobilmanagement umfassen
  • Fernüberwachung und -steuerung
  • Einzelhandel einschließlich Verkaufsstelle, Regalaktualisierung usw.
  • Sicherheit

Was ist SigFox?

SigFox bietet einen Mobilfunknetzbetreiber, der eine maßgeschneiderte Lösung für Internet of Things- und M2M-Anwendungen mit geringem Durchsatz bietet.

Für eine Vielzahl von Anwendungen, von intelligenten Zählern bis hin zu Steuerknoten, die Konnektivität über große Entfernungen benötigen, bestand die einzige Option bis vor kurzem darin, eine Mobilfunkverbindung zu verwenden. Diese Option hat mehrere Nachteile, da Mobiltelefonsysteme auf Sprache und hohe Datenraten ausgerichtet sind. Sie sind nicht für Verbindungen mit niedriger Datenrate geeignet, da die Funkschnittstelle komplex ist und dies Kosten und Stromverbrauch erhöht - zu viel für die meisten M2M / IoT-Anwendungen.

Das SigFox-Netzwerk soll Konnektivität für eine Vielzahl von Anwendungen und Benutzern bereitstellen. Es ist nicht auf einen Bereich ausgerichtet, sondern für die allgemeine Verwendung durch eine Vielzahl unterschiedlicher Benutzertypen. Die SIGFOX-Netzwerkleistung ist durch Folgendes gekennzeichnet:

  • Bis zu 140 Nachrichten pro Objekt und Tag
  • Die Nutzlastgröße für jede Nachricht beträgt 12 Byte
  • Drahtloser Durchsatz bis zu 100 Bit pro Sekunde

SigFox-Funkzugangsnetz

Angesichts der geringen Datenraten für IoT-Verbindungen verwendet das SIGFOX-Netzwerk die UNB-Technologie Ultra-Narrow Band. Dies ermöglicht die Verwendung sehr niedriger Sendeleistungspegel bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung einer robusten Datenverbindung.

Die SigFox-Funkverbindung verwendet nicht lizenzierte ISM-Funkbänder. Die genauen Frequenzen können gemäß den nationalen Vorschriften variieren, in Europa wird jedoch das 868-MHz-Band verwendet. in den USA sind es 915 MHz; und 433 MHz in Asien.

Die Dichte der Zellen im SigFox-Netzwerk basiert auf einer durchschnittlichen Reichweite von etwa 30 bis 50 km in ländlichen Gebieten und in städtischen Gebieten, in denen normalerweise mehr Hindernisse vorhanden sind und der Lärm größer ist. Die Reichweite kann auf 3 bis 10 km reduziert werden. Die Entfernungen können für Außenknoten viel höher sein, bei denen SIGFOX angibt, dass Sichtliniennachrichten über 1000 km zurückgelegt werden könnten, obwohl die üblichen Zahlen viel geringer sind.

Die gesamte SigFox-Netzwerktopologie wurde entwickelt, um ein skalierbares Netzwerk mit hoher Kapazität und sehr geringem Energieverbrauch bereitzustellen und gleichzeitig eine einfache und leicht zu implementierende sternbasierte Zellinfrastruktur aufrechtzuerhalten.

Der SigFox-Betrieb basiert auf der Verwendung sehr enger Bandbreiten. Der Uplink und der Downlink haben unterschiedliche Eigenschaften:

  • Uplink: Die Uplink-Bandbreite beträgt im europäischen Raum nur 100 Hz, obwohl in den USA 600 Hz zulässig sind, und das Modulationsschema ist DBPSK (Differential Binary Phase Shift Keying).

    In Europa ist die Verfügbarkeit der Uplink-Frequenz auf Frequenzen zwischen 868,00 und 868,60 MHz begrenzt, und die maximale Leistung ist auf 25 mW begrenzt. Außerdem hat die Europäische Union den maximalen Arbeitszyklus auf eine maximale mittlere Übertragungszeit von 1% begrenzt, um die Frequenznutzung zwischen allen Nutzern dieses und anderer ähnlicher Kommunikationssysteme gerecht zu teilen.

  • Downlink: Für den Downlink beträgt die Kanalbandbreite 1,5 kHz und GFSK, Gaußsche Frequenzumtastung als Modulationsformat. Dies ergibt eine Datenrate von 600 Bit / s.

    Das Downlink-Frequenzband ist auf Frequenzen zwischen 869,40 und 869,65 MHz begrenzt. Im Fall der Abwärtsstrecke ist die Ausgangsleistung auf maximal 500 mW bei einem Tastverhältnis von 10% begrenzt. Auch dieser Arbeitszyklus ist durch die EU-Vorschriften begrenzt.

Obwohl die Einschränkungen des Arbeitszyklus alle Anwendungen vom Typ IoT / M2M betreffen, die das 868-MHz-Band verwenden, wird die Sigfox-Datenübertragung eingeschränkt. Dies bedeutet, dass die maximale Länge eines SigFox-Pakets 24 Byte beträgt und die Nutzdaten maximal 12 Byte belegen können. Dementsprechend ist ersichtlich, dass bei einer Datenrate von 100 bps jede Paketübertragung etwa 2 Sekunden dauert. Außerdem besteht jede Übertragung von einem SigFox-Gerät aus drei Paketen, die jeweils auf drei verschiedenen Frequenzen übertragen werden, die aus einer Pseudozufallssequenz ausgewählt wurden. Die Mehrfachübertragung der Daten wird verklagt, um die Integrität der empfangenen Daten sicherzustellen.

Frühere Versionen von SigFox unterstützten nur Uplink-Übertragungen, aber später entwickelte sich das System, um bidirektionale Kommunikation zu unterstützen, obwohl es eine signifikante Verbindungsasymmetrie gibt, wie aus den Details des Uplink und Downlink hervorgeht.

In Bezug auf das Systemprotokoll kann die Downlink-Kommunikation, d. H. Daten von den Basisstationen zu den Endgeräten, nur nach einer Uplink-Kommunikation erfolgen.

Außerdem ist die Anzahl der täglich gesendeten Nachrichten begrenzt, was das System ideal für Fernüberwachungsknoten mit niedriger Datenrate usw. macht. In Anbetracht dessen werden keine Bestätigungen festgelegt, aber die Zuverlässigkeit der Uplink-Kommunikation wird durch die Verwendung von Zeit- und Frequenzdiversität als bereitgestellt sowie die Vervielfältigung von Übertragungen.

Da es sich bei SigFox um einen proprietären Standard handelt, ist je nach ausgewähltem Plan täglich eine unterschiedliche Anzahl von Nachrichten zulässig.

Zusammenfassung der Sigfox-Systemparameter

Die Kennzahlen für die Sigfox-Funkschnittstelle sind in der folgenden Tabelle zusammengefasst:

Parameter für das Sigfox-System
ParameterSigfox Figuren
SignalformatUltra-Schmalband, UNB
ModulationDownlink: GFSK
Uplink DBPSK
Downlink-Kanalbandbreite100/600 Hz (Eu / USA)
Uplink-Kanalbandbreite1,5 kHz
Uplink-DatenrateEu: 100 bps
USA 600 bps
Downlink-Datenrate600 bps
Effizienz (b ​​/ s.Hz)0.05
DopplerempfindlichkeitUnbeschränkt
Budget verknüpfen156dB

SIGFOX ist eines von mehreren Systemen, die eingesetzt werden, um die wachsende Nachfrage nach M2M- und IoT-Anwendungen zu befriedigen. Jedes der verschiedenen Systeme hat seine eigenen Eigenschaften und die Größe des Marktes bedeutet, dass Platz für mehrere verschiedene konkurrierende Systeme vorhanden ist.

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Bemerkungen:

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