Explicando Sigfox

Thomas Michaslki -

Sigfox é uma tecnologia Low Power Wide Area Network (LPWAN) especialmente projetada para a Internet das Coisas. Os dispositivos conectados usando SigFox consomem pouca energia e operam em grandes distâncias em comparação com os protocolos de conexão WiFi e Bluetooth, que consomem mais energia e funcionam melhor em curto alcance. A cronologia de um aplicativo SigFox segue estas três etapas básicas:

  1. Numerosos objetos (dispositivos) conectados à Internet enviam dados através da rede SigFox para uma estação base SigFox ( gateway ).
  2. A estação base então detecta, demodula e reporta as mensagens para a nuvem SigFox através de 3 canais, pelo menos a cada 10 minutos.
  3. A nuvem SigFox então envia essas 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 elétricas que regem a quantidade, velocidade e duração dos dados enviados. O SigFox é mais usado para de baixo consumo de energia que requerem apenas o envio de pequenas quantidades de dados, raramente, por grandes distâncias . Perfeito para ambientes agro e gerenciamento de ativos em grandes distâncias.

Como funciona o Sigfox?

A rede SigFox consiste nestes elementos :

  • Objetos (dispositivos)
  • Estações base ( gateway )
  • Nuvem (Internet)

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

DPSK é um método usado por estações base ( gateway ) para converter um sinal, depurá-lo e encaminhá-lo para a nuvem para processamento.

A transmissão de dados SigFox pode ser melhor entendida da seguinte forma: Objetos (dispositivos) são conectados à internet por meio da rede SigFox. O objeto pode ser um sensor de temperatura, umidade e/ou saturação (etc.) localizado a 1.000 metros de uma estação base ( gateway ). Sigfox usa Phase Shift Keying (DPSK) para comunicação dispositivo-nuvem, ou “uplink” , e Frequency Shift Keying (FSK) para comunicação nuvem-dispositivo, ou “downlink”.

O que é DPSK?

DPSK é um método usado por estações base ( gateway ) para converter um sinal, depurá -lo e convertê-lo novamente para ser enviado à nuvem. Quando um sinal viaja de um dispositivo para uma estação base, inevitavelmente encontra interferência do ambiente (pense na chuva ou em florestas densas). A interferência é universal; qualquer sinal de qualquer rede de Internet ficará prejudicado e parecerá um pouco diferente ao chegar ao seu destino. 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 base faz isso mudando a fase do sinal para descobrir e eliminar deficiências. O hardware SigFox nas estações base faz isso:

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

  1. Este fluxo de bits é então convertido em uma diferente de 1 e 0 à medida que passa pelo circuito demodulador. A nova sequência não é arbitrária, mas sim cuidadosamente calculada usando hardware sofisticado. O objetivo desta conversão é preparar o sinal para análise elétrica. Sempre que o estado do sinal de entrada vai de alto para baixo (1 a 0), o hardware muda a fase do sinal. Para a mudança de fase, um sinal significa simplesmente impor um intervalo de tempo entre o caminho original e o novo do sinal. Uma vez que a fase é mudada, um sinal irá atrasar/avançar onde o caminho original estava:

  1. Quanto mais um sinal na estação base muda de fase, mais expostas ficam suas deficiências. Da mesma forma, quanto mais frequentemente uma pessoa ferida visita o hospital, mais radiografias os médicos fazem para melhor compreender e corrigir a lesão. Quando um sinal é “lesado” pelo ambiente, a lesão não é perceptível até que o sinal seja desfasado e passe pelo circuito de “raios X” que analisa essas mudanças de fase, descobre onde existem as deficiências e subsequentemente “limpa”. os dados para transmissão. Em resumo, o hardware da estação base muda a fase para fazer um “raio X” dos dados para diagnosticar quais interferências/prejuízos existem e como devem ser corrigidos.
  2. Seguindo a fase, o circuito de hardware converte o sinal original de volta à sua sequência básica, mas sem deficiências.

Quando a nuvem recebe um sinal de uplink da estação base, ela responderá com um sinal de downlink para o dispositivo. Os sinais de downlink usam Frequency Shift Keying.

O que é codificação por mudança de frequência?

O Frequency Shift Keying (FSK) é semelhante ao Differential Phase Shift Keying (DPSK) no sentido de que ambos os processos convertem o sinal de entrada, analisam/descobrem deficiências, eliminam-nas e convertem os dados de volta ao sinal original. Porém, em vez de mudar e analisar a fase, o FSK muda e analisa a frequência. Assim como as mudanças de fase no DPSK, as mudanças de frequência no FSK expõem as deficiências do sinal onde circuitos sofisticados podem depurá-las. A questão pendente 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, por isso tem menos frequências e canais disponíveis para transmitir o sinal.
  2. Menos “espaço” para transmitir o sinal = menor taxa de dados e taxa de transferência
  3. Taxa de dados mais baixa = receptor mais sensível (como uma estação base) do sinal
  4. Maior sensibilidade = faixa mais alcançável. ou seja. dados de dispositivos sensores podem ser detectados de mais longe.
  5. Os sinais de uplink normalmente encontram mais interferência do que os sinais de downlink, portanto, ter uma largura de banda estreita em DPSK = a energia é mais concentrada = mais robustez à interferência
  6. Como a interferência não é uma preocupação tão grande para o downlink, os sinais de downlink estão mais focados em alcançar o maior número de aplicações da maneira mais eficiente possível. No FSK, mais largura de banda = mais espaço para enviar um sinal = aplicações mais acessíveis

Conclusão

A tecnologia usada pela SIGFOX contribui com uma rede de comunicações de longo alcance, baixo consumo de energia e baixo rendimento, com excelente proteção contra interferências ambientais, permitindo que os dados cheguem a muitas aplicações de maneira eficaz. A SIGFOX ainda está no “estágio inicial de adoção” de soluções de conectividade; no entanto, já existem muitos milhões de dispositivos conectados em todo o mundo com a tecnologia Sigfox provando que tem o potencial de fornecer uma solução económica numa variedade de mercados e indústrias. Para obter mais opções de conectividade no IoT , confira algumas idéias sobre LoRaWAN ou consulte este excelente artigo sobre protocolos sem fio em todo o mundo.