Une introduction à la technologie sigfox - principes de base, architecture et fonctionnalités de sécurité

La course à la technologie sans fil a commencé il y a longtemps dans les années 1890 lorsque Marconi a construit la première station de radio au monde et a introduit la télégraphie sans fil, qui a complètement redéfini la façon dont les humains échangeaient des informations à l'époque. Aujourd'hui, nous avons avancé avec de nombreuses nouvelles technologies cellulaires pour transmettre sans fil une grande quantité de données à toute personne vivant même dans les coins les plus profonds de la Terre. Mais, récemment, il n'y a pas que les humains qui doivent communiquer entre eux. Les machines et autres appareils électroniques ont également commencé à échanger des informations entre eux pour établir un réseau connecté. Ces appareils fonctionnent principalement sur une batterie à partir d'un emplacement distant, ce qui le force à communiquer sur de longues distances avec une puissance minimale possible. Cette exigence a suscité le besoin de nouvelles technologies de communication comme ZigBee, LoRa, Sigfox, etc. technologie connectée.

Qu'est-ce que la technologie Sigfox

Sigfox est une communication sans fil cellulaire longue portée qui offre des solutions personnalisées principalement pour les applications Internet des objets (IoT) et M2M à faible débit en utilisant ses services de connectivité IoT de bout en bout à l' aide de ses technologies brevetées. Le protocole réseau Sigfox a des stations de base brevetées qui sont intégrées aux radios définies par logiciel. Les dispositifs terminaux utilisent la modulation de modulation par déplacement de phase binaire (BPSK) pour se connecter aux stations de base.

Le réseau Sigfox a été conçu pour faciliter une communication efficace à faible consommation d'énergie. La faible consommation d'énergie garantit que les appareils distants fonctionnent longtemps avec un minimum de charge ou d'entretien de la batterie. Sigfox permet la communication IoT sur de longues distances, ce qui permet de transmettre avec un minimum de stations de base. Le réseau Sigfox utilise une approche de style cellulaire pour permettre aux nœuds distants d'utiliser Internet pour communiquer avec les stations de base. Cela facilite le contrôle à distance et la collecte de données à partir des nœuds Sigfox sur une large zone géographique tant qu'il y a une connectivité Internet.

Caractéristiques de Sigfox

Bien que Sigfox ait été introduit en 2009, ce n'est que récemment qu'il a gagné en popularité. Aujourd'hui, avec l'avènement de l'IoT, Sigfox est fortement utilisé comme standard de communication pour connecter des appareils à faible consommation comme les compteurs d'électricité intelligents, les montres intelligentes, etc. Jetons un coup d'œil aux fonctionnalités de Sigfox qui en font un réseau préférable.

Capacité réseau élevée

Sigfox a une capacité élevée qui lui permet d'évoluer jusqu'à des milliards d'objets, en raison de la modulation à bande ultra-étroite qui permet une résistance et une résilience aux interférences. L'infrastructure Sigfox utilise un accès aléatoire qui facilite la diversité de fréquence et de temps. L'utilisation de la bande passante montante et descendante permet une cohérence quelle que soit la liaison radio utilisée.

Haute efficacité énergétique

Le réseau Sigfox se vante d'une efficacité énergétique élevée, grâce aux semi - conducteurs à faible consommation d'énergie qui sont utilisés lors de la fabrication du matériel Sigfox. Ces semi-conducteurs permettent aux modules Sigfox de transmettre des données avec seulement environ 10 mA - 50 mA de courant. L'architecture du réseau Sigfox n'exécute pas la synchronisation des messages entre les appareils et la station de base avant d'effectuer la transmission de données, cela signifie qu'il n'y a pas de couplage requis. Le manque de couplage entre les appareils et la station de base permet une longue durée de vie de la batterie et donne à Sigfox un avantage sur les autres technologies. Sigfox ne consomme que quelques nano ampères au repos, ce taux de consommation d'énergie est négligeable, améliorant encore l'efficacité.

Longue portée

Le déploiement de Sigfox couvre une vaste zone géographique avec un nombre minimal de stations de base. La plage de fréquences radio (RF) est estimée par la signification du débit de données pour chaque sortie, une longue portée est obtenue avec un faible débit de données. La mise en œuvre de stations de base longue portée permet la mise en œuvre d'un réseau Sigfox à large portée à des coûts minimes. La longue portée de Sigfox est également facilitée par le fait que les stations de base ont moins de sensibilité et que les objets ont une faible puissance de sortie. Dans les zones rurales, un réseau Sigfox couvre une portée moyenne de 30 à 50 km en raison d'une interférence minimale. Cependant, dans les centres-villes où il y a beaucoup d'obstacles, la portée de Sigfox est réduite à 10 km.

Résilience aux interférences

Sigfox utilise la bande Ultra Barrow (UNB) 192KHz intégrée à la diversité spatiale de la station de base de +20 dB, ce qui facilite ses fonctionnalités anti-brouillage uniques. Le réseau Sigfox utilise la bande ultra étroite pour fonctionner dans la bande industrielle, scientifique et médicale (ISM)puisque les signaux à spectre étalé sont perturbés par les signaux UNB. En Europe, la liaison montante a une bande passante de 100 Hz tandis qu'aux États-Unis, la bande passante dépasse 600 Hz. L'Union européenne a limité la puissance maximale à 25 mW. La liaison descendante a une bande passante de canal de 1,5 KHz et une plage de données de 600 bps. La liaison descendante limite en outre la puissance de sortie maximale à 500 mW. La résilience optimale aux interférences permet à Sigfox de fonctionner efficacement dans la bande ISM. Cela lui permet de transmettre même sous des signaux de brouillage. Cependant, le chevauchement à faible bruit induit une robustesse intrinsèque à la bande ultra-étroite. En conséquence, pour qu'un message soit transmis, le signal doit avoir au moins 8 dB.

Architecture réseau Sigfox

L'architecture du réseau Sigfox est horizontale et fine et comporte 2 couches. La première couche comprend les équipements de réseau principalement les stations de base et d'autres éléments. Le but de cette couche est de recevoir des messages de l'appareil IoT et de les transmettre aux systèmes de support Sigfox.Ce réseau a une topologie en étoile à un saut permettant aux appareils IoT de se connecter à n'importe quelle station de base à proximité. La deuxième couche est le système de support Sigfoxoù les messages des stations de base sont traités et envoyés via des rappels au système client. Cette couche fournit également le point d'entrée des différents acteurs tels que Sigfox, les clients finaux, les opérateurs Sigfox et les canaux vers l'écosystème utilisant des interfaces web ou des API. La couche dispose d'un référentiel et d'autres outils pour analyser les données collectées par le réseau. La couche contient également des modules et des fonctionnalités qui prennent en charge le déploiement, l'exploitation et la surveillance du réseau. Les fonctionnalités incluent le système de support commercial (BSS) pour la facturation et la commande, et la planification radio pour la prise en charge du déploiement et de la surveillance du réseau. L'Internet public connecte les deux couches via des connexions VPN sécurisées.

Les données des appareils IoT sont envoyées par voie aérienne aux stations de base, puis passent par le backhaul qui utilise la connectivité DSL avec sauvegarde 4G. La connectivité par satellite est utilisée comme sauvegarde dans les endroits où DSL et 4G ne sont pas disponibles. Le traitement des messages est également géré par le backhaul, ces messages arrivent sur le réseau central autant de répliques mais une seule copie est stockée à laquelle les clients peuvent accéder via une interface Web.

Sécurité et confidentialité Sigfox

Étant donné que l'objectif principal de Sigfox est d'être utilisé avec l'IoT, le réseau a été conçu pour améliorer la sécurité en implémentant des pare-feu pour sécuriser les données en mouvement et au repos. Vous pouvez également lire cet article sur les défis de la sécurité IoT pour avoir une meilleure idée de la façon de sécuriser vos appareils IoT. Jetons maintenant un coup d'œil aux différentes fonctionnalités de sécurité de Sigfox.

Sécurité du pare-feu

Sigfox dispose d'un pare - feu intégré qui empêche les objets IoT de se connecter ou de communiquer à l'aide du protocole Internet. Pour communiquer sur Internet, un objet envoie un message radio qui est capté par les stations d'accès disponibles. La station d'accès relaie ensuite le message au système d'assistance Sigfox qui le transmet à son tour à la destination spécifiée. Le système d'assistance Sigfox transmet également la réponse à l'objet expéditeur via les stations de base. Le pare-feu de sécurité sécurise ainsi les objets IoT contre les attaques liées à Internet.

Sécurité des données

L'architecture Sigfox fournit un mécanisme de sécurité qui garantit l'authentification sécurisée des données et l' évitement de la relecture; il fournit également un mécanisme anti-écoute supplémentaire. La chaîne IoT de Sigfox implique des clés d'authentification stockées qui sont stockées par les appareils et le client, cette clé sera nécessaire pour accéder aux données stockées par le système Sigfox. En conséquence, les mécanismes de données de Sigfox garantissent la sécurité au sein de l'écosystème diversifié et des différentes réglementations locales. La clé d'authentification pour chaque appareil est unique, ce qui signifie qu'une compromission de la clé de sécurité d'authentification d'un appareil n'affecte pas la sécurité des autres appareils. Cependant, la sécurité de tout appareil est laissée à la discrétion du fabricant.

Application de Sigfox

La technologie Sigfox est adaptée aux applications M2M à faible coût qui fonctionnent sur une large zone de couverture. Ces domaines comprennent;

• Suivi des personnes, des biens ou d'autres types d' actifs.
• Communication de comptage intelligent dans le secteur de l'énergie.
• Communication des applications mHealth
• Gestion de la communication automobile dans le secteur des transports
• Contrôle et surveillance à distance.
• Sécurité.

Fabricants de modules Sigfox

Murata fait partie des principaux fabricants de microcontrôleurs Sigfox. Les modules Sigfox populaires utilisent le microcontrôleur sans fil STM32 de ST Microcontrollers ainsi que le SX127 Samtech RFIC. Ces microcontrôleurs fonctionnent sur une gamme de fréquences de 860-930 MHz. Cette plage de fréquences prend en charge une puissance de sortie de +14 dBm qui peut être améliorée à +20 dBm en cas de zones de signal médiocre.

Module	Fabricant
WSSFM10R1: RCZ1 (Europe, Moyen-Orient, Afrique)	WiSOL Co. LTD
TD1207	TD suivant
SN10-11	InnoComm
ABZ Sigfox RC1	Murata Manufacturing Co. LTD
SiPy 14dB	Pycom
S-Wing: Carte d'extension Sigfox pour Bosch XDK pour Zone 2 & 4	InnoComm
S-Wing: Carte d'extension Sigfox pour Bosch XDK pour Zone 3	InnoComm
SN10-12	InnoComm
SN10-22	InnoComm