Explicar a Sigfox

A Sigfox é uma tecnologia LPWAN (Low Power Wide Area Network) especialmente concebida para a Internet das Coisas. Os dispositivos ligados através da SigFox consomem pouca energia e funcionam a grandes distâncias, em comparação com os protocolos de ligação WiFi e Bluetooth, que consomem mais energia e funcionam melhor a curta distância. A cronologia de uma aplicação SigFox segue estas três etapas básicas:

1. Numerosos objectos (dispositivos) ligados à Internet enviam dados através da rede SigFox para uma estação de base SigFox (gateway).
2. A estação de base detecta, desmodula e comunica as mensagens à nuvem SigFox através de 3 canais, pelo menos a cada 10 minutos.
3. A nuvem SigFox envia então estas mensagens para muitos servidores de clientes e plataformas IoT com base na aplicação do cliente.

Tecnicamente, a rede SigFox difere de outras redes LPWAN nos métodos de envio de dados e nas diretrizes eléctricas que regem a quantidade, velocidade e duração dos dados enviados. A SigFox é mais utilizada para aplicações de baixo consumo de energia que requerem apenas o envio de pequenas quantidades de dados, com pouca frequência, a grandes distâncias. Perfeito para ambientes agrícolas e gestão de activos em grandes distâncias.

Como funciona a Sigfox?

A rede SigFox é constituída por estes elementos:

• Objectos (dispositivos)
• Estações de base (gateways)
• Nuvem (Internet)

O diagrama abaixo ilustra os principais elementos da transmissão de dados através do SigFox:

O DPSK é um método utilizado pelas estações de base (gateways) para converter um sinal, depurá-lo e enviá-lo para a nuvem para processamento.

A transmissão de dados SigFox pode ser melhor entendida da seguinte forma: Os objectos (dispositivos) são ligados à Internet utilizando a rede SigFox. O objeto pode ser um sensor de temperatura, humidade e/ou saturação (etc.) localizado num raio de 1.000 metros de uma estação de base (gateway). A Sigfox utiliza Phase Shift Keying (DPSK) para a comunicação dispositivo-nuvem, ou "uplink", e Frequency Shift Keying (FSK) para a comunicação nuvem-dispositivo, ou "downlink".

O que é DPSK?

O DPSK é um método utilizado pelas estações de base (gateways) para converter um sinal, depurá-lo e convertê-lo de novo para ser enviado para a nuvem. Quando um sinal viaja de um dispositivo para uma estação de base, encontra inevitavelmente interferências do ambiente (pense na chuva ou em florestas densas). A interferência é universal; qualquer sinal de qualquer rede de Internet será prejudicado e terá uma aparência ligeiramente diferente ao chegar ao seu destino. O SigFox alivia esse problema utilizando DPSK. A função do DPSK é garantir que o sinal que sai da estação base seja exatamente o mesmo sinal que saiu do dispositivo. O hardware da estação rádio-base faz isso mudando a fase do sinal para descobrir e eliminar as deficiências. O hardware SigFox nas estações rádio-base faz isso

1. O objeto envia dados para a estação de base sob a forma de bits digitais. Um pulso "alto" ocorre quando há um 1, e um pulso "baixo" ocorre quando há um 0. Aqui está um fluxo de bits digitais de entrada 1 1 0 0 0 0 1 1 0:

1. Este fluxo de bits é então convertido numa sequência diferente de 1's e 0's à medida que passa pelo circuito desmodulador. A nova sequência não é arbitrária, mas sim cuidadosamente calculada utilizando hardware sofisticado. O objetivo desta conversão é preparar o sinal para análise eléctrica. Sempre que o estado do sinal de entrada passa de alto para baixo (1 para 0), o hardware muda a fase do sinal. Mudar a fase de um sinal significa simplesmente impor um intervalo de tempo entre o caminho original e o novo caminho do sinal. Uma vez que a fase é deslocada, um sinal irá atrasar-se/atrasar-se onde o caminho original se encontrava:

1. Quanto mais um sinal na estação de base sofre desvios de fase, mais expostas ficam as suas deficiências. Analogamente, quanto mais frequentemente uma pessoa ferida visita o hospital, mais raios X os médicos tiram para melhor compreender e corrigir a lesão. Quando um sinal é "ferido" pelo ambiente, a lesão não é percetível até que o sinal seja deslocado de fase e passe pelo circuito de "raio X", que analisa essas mudanças de fase, descobre onde existem as deficiências e, em seguida, "limpa" os dados para transmissão. Em suma, o hardware da estação de base muda a fase de modo a efetuar uma "radiografia" dos dados para diagnosticar as interferências/imparidades existentes e a forma de as corrigir.
2. Após a fase, o circuito de hardware converte o sinal original de volta à sua sequência de base, mas sem as deficiências.

Quando a nuvem recebe um sinal de ligação ascendente da estação de base, responde com um sinal de ligação descendente para o dispositivo. Os sinais de downlink utilizam Frequency Shift Keying.

O que é Frequency Shift Keying?

O Frequency Shift Keying (FSK) é semelhante ao Differential Phase Shift Keying (DPSK) no sentido em que ambos os processos convertem o sinal de entrada, analisam/descobrem deficiências, eliminam-nas e convertem os dados de volta ao sinal original. No entanto, em vez de deslocar e analisar a fase, o FSK desloca e analisa a frequência. Tal como as mudanças de fase no DPSK, as mudanças de frequência no FSK expõem as deficiências do sinal onde os circuitos sofisticados as podem depurar. A pergunta que fica agora é: por que a SigFox usa DPSK para transmissão de uplink e FSK para downlink?

1. O DPSK é mais eficiente em termos de largura de banda do que o FSK, pelo que tem menos frequências e canais disponíveis para transmitir o sinal.
2. Menos "espaço" para transmitir o sinal = menor débito e taxa de transferência de dados
3. Débito de dados mais baixo = recetor mais sensível (como uma estação de base) ao sinal
4. Maior sensibilidade = maior alcance alcançável, ou seja, os dados dos dispositivos sensores podem ser detectados a uma maior distância.
5. Os sinais de ligação ascendente encontram normalmente mais interferências do que os sinais de ligação descendente, pelo que uma largura de banda estreita em DPSK = a potência é mais concentrada = maior robustez às interferências
6. Uma vez que a interferência não é uma preocupação tão grande para a ligação descendente, os sinais de ligação descendente estão mais concentrados em alcançar o maior número possível de aplicações de forma tão eficiente quanto possível. No FSK, mais largura de banda = mais espaço para enviar um sinal = mais aplicações acessíveis

Conclusão

A tecnologia utilizada pela SIGFOX contribui para uma rede de comunicações de longo alcance, baixa potência e baixo rendimento, com excelente proteção contra interferências ambientais, permitindo que os dados cheguem a muitas aplicações de forma eficaz. A SIGFOX ainda está na "fase inicial de adoção" de soluções de conetividade; no entanto, já existem muitos milhões de dispositivos ligados em todo o mundo com a tecnologia Sigfox, provando que tem o potencial de fornecer uma solução rentável numa variedade de mercados e indústrias. Para saber mais sobre as opções de conetividade no mundo da IoT, veja algumas ideias sobre LoRaWAN ou consulte este excelente artigo sobre protocolos sem fios populares em todo o mundo.