無線技術の競争は、マルコーニが世界初のラジオ局を建設し、当時の人間が情報を交換する方法を完全に再定義した無線電信を導入した1890年代に始まりました。今日、私たちは多くの新しいセルラー技術を進歩させ、地球の最深部に住むすべての人に大量のデータをワイヤレスで送信しています。しかし、最近、彼らの間でコミュニケーションをとらなければならないのは人間だけではありません。機械やその他の電子機器も、接続されたネットワークを確立するために相互に情報を交換し始めています。これらのデバイスは、ほとんどの場合、離れた場所からのバッテリーで動作し、可能な限り最小限の電力で長距離通信を強制します。この要件により、ZigBee、LoRa、Sigfoxなどの新しい通信テクノロジーの必要性が高まっています。前回の記事でLoRaとは何かについてすでに説明したため、この記事では、Sigfoxと呼ばれる同様のワイヤレス通信プロトコルとその重要性について説明します。コネクテッドテクノロジー。
Sigfoxテクノロジーとは
Sigfoxは、特許取得済みのテクノロジーを使用してエンドツーエンドのIoT接続サービスを利用することにより、主に低スループットのモノのインターネット（IoT）およびM2Mアプリケーション向けのカスタムソリューションを提供する長距離セルラーワイヤレス通信です。 Sigfoxネットワークプロトコルには、ソフトウェア無線と統合された特許取得済みの基地局があります。エンドデバイスは、バイナリ位相偏移変調（BPSK）変調を使用して基地局に接続します。
Sigfoxネットワークは、低消費電力で効果的な通信を促進するように設計されています。低消費電力により、最小限のバッテリー充電またはメンテナンスでリモートデバイスを長時間実行できます。Sigfoxは、長距離でのIoT通信を可能にし、最小限の基地局での送信を可能にします。Sigfoxネットワークは、セルラースタイルのアプローチを使用して、リモートノードがインターネットを使用して基地局と通信できるようにします。これにより、インターネットに接続されている限り、地理的に広い範囲でSigfoxノードからのリモート制御とデータ収集が容易になります。
Sigfoxの機能
Sigfoxは2009年に導入されましたが、最近まで人気を博していませんでした。今日、IoTの出現により、Sigfoxは、スマート電力量計、スマートウォッチなどの低電力デバイスを接続するための通信標準として非常に使用されています。Sigfoxの機能を見てみましょう。
高いネットワーク容量
Sigfoxは、数十億のオブジェクトにスケールアップできる大容量を備えています。これは、干渉に対する耐性と回復力に対応する超狭帯域変調によるものです。Sigfoxインフラストラクチャは、頻度と時間の多様性を促進するランダムアクセスを使用します。アップリンクとダウンリンクの帯域幅を使用すると、使用する無線リンクに関係なく一貫性が保たれます。
高いエネルギー効率
Sigfoxネットワークは、Sigfoxハードウェアの製造時に使用される低消費電力の半導体のおかげで、高いエネルギー効率を誇っています。これらの半導体はわずか約で送信データにSigfoxモジュールを許可する10ミリアンペア- 50ミリアンペア の電流を。Sigfoxネットワークアーキテクチャは、データ送信を実行する前にデバイスと基地局間のメッセージ同期を実行しません。これは、ペアリングが不要であることを意味します。デバイスとベースステーション間のペアリングの欠如は、長いバッテリー寿命に対応し、他のテクノロジーよりもSigfoxに利点をもたらします。Sigfoxは、アイドル時に数ナノアンペアしか消費しません。この消費電力率はごくわずかであり、効率がさらに向上します。
長距離
Sigfoxの展開は、最小限の数の基地局で広い地理的領域をカバーします。無線周波数範囲（RF）は、すべての出力のデータレートの意味によって推定され、長距離は低いデータレートで実現されます。長距離基地局の実装により、最小限のコストで広範囲のSigfoxネットワークを実装できます。Sigfoxの長距離は、基地局の感度が低く、オブジェクトの出力電力が低いという事実によっても促進されます。農村地域では、干渉が最小限であるため、Sigfoxネットワークは平均30km〜50kmの範囲をカバーします。ただし、障害物が多い町の中心部では、Sigfoxの範囲は10kmに減少します。
干渉に対する回復力
Sigfoxは、基地局の+20 dBの空間ダイバーシティと統合された192KHzウルトラバローバンド（UNB）を利用して、独自の妨害防止機能を促進します。 Sigfoxネットワークは、超狭帯域を利用して、産業、科学、医療（ISM）帯域で動作しますスペクトラム拡散信号はUNB信号によって干渉されるためです。ヨーロッパでは、アップリンクの帯域幅は100Hzですが、米国では帯域幅が600Hzを超えています。欧州連合は、最大電力を25mWに制限しています。ダウンリンクのチャネル帯域幅は1.5KHzで、データ範囲は600bpsです。ダウンリンクはさらに最大出力を500mWに制限します。干渉する最適な復元力により、SigfoxはISM帯域で効果的に機能します。これにより、妨害信号の下でも送信できます。ただし、低ノイズのオーバーラップは、超狭帯域に固有の凹凸を引き起こします。その結果、メッセージを送信するには、信号に少なくとも8dBが必要です。
Sigfoxネットワークアーキテクチャ
Sigfoxネットワークアーキテクチャは水平で薄く、2つの層があります。レイヤー1は、主に基地局などのネットワーク機器で構成されます。このレイヤーの目的は、IoTデバイスからメッセージを受信し、それらをSigfoxサポートシステムに送信することです。このネットワークにはワンホップスタートポロジがあり、IoTデバイスは近くの基地局に接続できます。 2番目のレイヤーはSigfoxサポートシステムです基地局からのメッセージが処理され、コールバックを通じて顧客システムに送信されます。このレイヤーは、Sigfox、エンドカスタマー、Sigfoxオペレーター、WebインターフェイスまたはAPIを使用したエコシステムへのチャネルなどのさまざまなアクターのエントリポイントも提供します。このレイヤーには、ネットワークによって収集されたデータを分析するためのリポジトリやその他のツールがあります。このレイヤーには、ネットワークの展開、運用、および監視をサポートするモジュールと機能も含まれています。この機能には、請求と注文のためのビジネスサポートシステム（BSS）、およびネットワークの展開と監視をサポートするための無線計画が含まれます。パブリックインターネットは、安全なVPN接続を介して2つのレイヤーを接続します。
IoTデバイスからのデータは、空中を介して基地局に送信され、4Gバックアップを備えたDSL接続を使用するバックホールを通過します。DSLと4Gが利用できない場所では、衛星接続がバックアップとして使用されます。メッセージ処理もバックホールによって処理されます。これらのメッセージは、複製の数だけコアネットワークに到着しますが、Webインターフェイスを介して顧客がアクセスできるコピーは1つだけ保存されます。
Sigfoxのセキュリティとプライバシー
Sigfoxの主な焦点はIoTで使用することであるため、ネットワークは、移動中および静止中のデータを保護するファイアウォールを実装することでセキュリティを強化するように設計されています。IoTセキュリティの課題に関するこの記事を読んで、IoTデバイスを保護する方法についてより良いアイデアを得ることができます。それでは、Sigfoxのさまざまなセキュリティ機能を見てみましょう。
ファイアウォールのセキュリティ
Sigfoxには、インターネットプロトコルを使用して接続または通信するIoTオブジェクトを制限するファイアウォールが組み込まれています。インターネットを介して通信するために、オブジェクトは、利用可能なアクセスステーションによって受信される無線メッセージを送信します。次に、アクセスステーションはメッセージをSigfoxサポートシステムに中継し、Sigfoxサポートシステムはメッセージを指定された宛先に送信します。Sigfoxサポートシステムは、基地局を介して送信者オブジェクトに応答を送信します。したがって、セキュリティファイアウォールは、インターネット関連の攻撃からIoTオブジェクトを保護します。
データセキュリティ
Sigfoxアーキテクチャは、安全なデータ認証と再生回避を保証するセキュリティメカニズムを提供します。また、追加の盗聴防止メカニズムも提供します。SigfoxのIoTチェーンには、デバイスと顧客によって保存される認証キーが含まれます。このキーは、Sigfoxシステムによって保存されたデータにアクセスするために必要になります。その結果、Sigfoxのデータメカニズムは、多様なエコシステムとさまざまな地域の規制内のセキュリティを保証します。すべてのデバイスの認証キーは一意です。つまり、デバイスの認証セキュリティキーが侵害されても、他のデバイスのセキュリティには影響しません。ただし、デバイスのセキュリティはメーカーの裁量に委ねられています。
Sigfoxのアプリケーション
Sigfoxテクノロジーは、広範囲をカバーする低コストのM2Mアプリケーションに適しています。これらの領域には以下が含まれます。
- 人、商品、またはその他の種類の資産追跡。
- エネルギー部門におけるスマートメータリング通信。
- mHealthアプリケーションの通信
- 運輸部門における自動車通信の管理
- リモートコントロールとモニタリング。
- セキュリティ。
Sigfoxモジュールメーカー
村田製作所は、Sigfoxマイクロコントローラーの大手メーカーの1つです。人気SigfoxモジュールからSTM32ベースのワイヤレスマイクロコントローラ利用STマイクロコントローラともSX127 SAMTECH RFICを。これらのマイクロコントローラは、860〜930MHzの周波数範囲で動作します。この周波数範囲は、+ 14 dBmの出力電力をサポートし、信号領域が不十分な場合は+ 20dBmに拡張できます。
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モジュール |
メーカー |
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WSSFM10R1：RCZ1（ヨーロッパ、中東、アフリカ） |
WiSOL Co. LTD |
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TD1207 |
TDネクスト |
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SN10-11 |
InnoComm |
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ABZ Sigfox RC1 |
村田製作所 |
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SiPy 14dB |
パイコム |
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S-Wing：ゾーン2および4用のBoschXDK用のSigfox拡張ボード |
InnoComm |
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S-Wing：ゾーン3用のBoschXDK用のSigfox拡張ボード |
InnoComm |
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SN10-12 |
InnoComm |
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SN10-22 |
InnoComm |