sigfox jako přenosová síť

síť pro internet věcí

Bc. Ivo Kostecký kos0148@vsb.cz

SIGFOX

Proč?Zařízení pro Internet věcí (IoT) pokrývají široké množství případů užití, které mají výrazně odlišné nároky na bezdrátové připojení, než konvenčně používaná řešení:

množství nezávislých pohyblivých snímačů

dohled a “okamžitá” analýza hodnot snímačů

závislost na baterii

Specifika oblasti

nejde o přenos velkých objemů dat – stavy a instrukce než video

krátká doba činnosti, jednoúčelovost

kritické na spotřebu energie

nízká cena zařízení, kvantita

ZamyšleníÚloha IoT konektivity je jiná než u klasické buňkové sítě.

Kategorizace

LPWAN (Low-Power Wide-Area)

Daleký dosah

Obousměrná komunikace (!)

Energetická efektivnost

Intuitivně by se mohlo zdát, že SIGFOX je PAN síť, ale je WAN.

Ultra Narrow Band a fyzická vrstvaVelmi úzké frekvenční pásmo ve kterém lze vysílat silně s maximálně povoleným výkonem a tedy s dalekým

dosahem.

Pracuje v bezlicenčním ISM pásmu 868 MHz => konkurence k domácím meteostanicím, ovládání garáží apod.

Ostatní signály jsou širokopásmovější a ve spektru na BTS působí jako šum, protože nedosahují takové špičky.

Proti silnému úzkopásmovému rušení je obrana ve vysílání 3 stejných zpráv na 3 různých frekvencích.

Zarušit pásmo je velmi obtížné, protože je třeba překrýt všechny BTS na všech kanálech velkým výkonem, čehož si všimne a zareaguje ČTÚ.

Signál obtížně proniká zeminou, suterény je třeba dokrýt. Taktéž se snadno odráží od hladkých budov.

SIGFOX

Je pouze přenosová síť (bez služeb)

Globální síť, bez roamingu

Poplatek za každé aktivní zařízení

Cena konektivity je v “desítkách” CZK měsíčně (max 21 CZK), záleží na množství zpráv a počtu zařízení

Vlastnosti z návrhu

minimální spotřeba

levný modem

omezení přenosu

Rychlost přenosu 100 bits/sec

Velikost zprávy 0-12 bytes

Doba přenosu a zpracování

4-6 sec

Počet zpráv za den 144 odchozí a 4 příchozí

Maximální počet zpráv na BTS denně

9 000 000

Frekvence 868MHz (ETSI EU), 915 MHz (FCC USA)

Vysílací výkon EIRP 25mW / 14 dBm

Spotřeba při vysílání 5mA – 45mA při vysílání, 0mA v klidu

Dosah v terénu až 50km v terénu, 3 km ve městě pro indoor

Technologie a modulace Ultra Narrow Band a DBPSK

SIGFOX specifikace

144 zpráv je dáno legislativním omezením na vysílací čas v bezlicenčním pásmu

Protokol

Velmi malé zprávy s 96 bitvou informací: Návěští a hodnota. Parsováno v síti poskytovatele

Nedochází k registraci přístroje k BTS – zařízení jen vyšle pulz

Přenos dat není nijak zaručen – dal by se přirovnat k protokolu UDP

Zpráva se posílá třikrát na různých frekvencích

Zabezpečení*

Bezpečnost v modelu security-through-obscurity: Pouze výrobce zařízení zná význam přenášených dat

mezi zařízením a BTS.

Všechny zprávy jsou podepsány privátním klíčem a hashovány. (tvrdí operátor)

Šifrování je možné řešit end-to-end na aplikační úrovni.

Odolnost proti útokům

anti-replay,

message scrambling,

sequencing

Koncové zařízení je identifikováno pevným 8-bitovým ID a modifikovatelným 32-bitový PAC kódem.

*o zabezpečení se mnoho neví

Výhody

nezávislost na všech ostatních sítích (elektrické, komunikační) pro krizové scénáře

Nevýhody

prodáváno pouze ve velkých sériích (není určeno jednotlivcům)

omezení užitečných dat na 0 až 12 bajtů (SMS má 140 bajtů)

jen 144 zpráv za den v odchozím směru

jen 4 zprávy příchozí +

+ zpětný kanál je aktivován pouze na vyžádání odesílajícím zařízením

zpoždění - doba přenosu od 2 do 5 sekund

vendor lock-in (monopol na backend)

při pohybu nevhodným směrem k BTS může nastat Dopplerův jev (řešeno akcelometrem)

Vývojářům

Kity pro Raspberry PI, Andruino… Modem se ovládá AT příkazy.

Zprávy se ukládají v cloudu SIGFOXu, případně v Azure IoT HUBu, apod.

Způsoby práce s daty:

zobrazení na webové stránce

email

Pull - HTTP API

Push - HTTP Callback

Konkurence

M2M (machine to machine) na bázi standardního GSM

LoRA

LTE-MTC

Poskytovatelé a pokrytítechnologie je francouzská

exkluzivně vždy jeden provozovatel v zemi

většinou ve spolupráci s GSM operátorem

Implementace

Monitoring polohy železničních jednotek řady 471 CityElefant

Z#Link, prezenční systém sociálních pracovníků ve Francii

Ultrazvukový dálkoměr, měřič naplněnosti jímek, plánuje vybírání

Zabezpečení objektů

Monitoring parkovacích míst