Explicación de Sigfox

Sigfox es una tecnología de red de área extensa de bajo consumo (LPWAN) especialmente diseñada para el Internet de los objetos. Los dispositivos conectados mediante SigFox consumen poca energía y funcionan a grandes distancias en comparación con los protocolos de conexión WiFi y Bluetooth, que consumen más energía y funcionan mejor a corta distancia. La cronología de una aplicación SigFox sigue estos tres pasos básicos:

1. Numerosos objetos (dispositivos) conectados a Internet envían datos a través de la red SigFox a una estación base SigFox (gateway).
2. A continuación, la estación base detecta, demodula y notifica los mensajes a la nube SigFox a través de 3 canales, al menos cada 10 minutos.
3. A continuación, la nube SigFox envía estos mensajes a muchos servidores de clientes y plataformas IoT basadas en la aplicación del cliente.

Técnicamente, la red SigFox difiere de otras redes LPWAN en los métodos de envío de datos y en las directrices eléctricas que rigen la cantidad, velocidad y duración de los datos enviados. SigFox se utiliza sobre todo para aplicaciones de baja potencia que sólo requieren el envío de pequeñas cantidades de datos, con poca frecuencia, a través de grandes distancias. Es perfecto para entornos agrícolas y gestión de activos a través de grandes distancias.

¿Cómo funciona Sigfox?

La red SigFox consta de estos elementos:

• Objetos (dispositivos)
• Estaciones base (gateways)
• Nube (internet)

El siguiente diagrama ilustra los elementos clave de la transmisión de datos a través de SigFox:

DPSK es un método utilizado por las estaciones base (gateways) para convertir una señal, depurarla y enviarla a la nube para su procesamiento.

La transmisión de datos SigFox puede entenderse mejor de la siguiente manera: Los objetos (dispositivos) se conectan a Internet utilizando la red SigFox. El objeto puede ser un sensor de temperatura, humedad y/o saturación (etc.) situado a menos de 1.000 metros de una estación base (gateway). Sigfox utiliza la modulación por desplazamiento de fase (DPSK) para la comunicación de dispositivo a nube, o "enlace ascendente", y la modulación por desplazamiento de frecuencia (FSK) para la comunicación de nube a dispositivo, o "enlace descendente".

¿Qué es el DPSK?

DPSK es un método utilizado por las estaciones base (gateways) para convertir una señal, depurarla y volverla a convertir para enviarla a la nube. Cuando una señal viaja desde un dispositivo a una estación base, inevitablemente encuentra interferencias del entorno (pensemos en la lluvia o los bosques densos). Las interferencias son universales; cualquier señal procedente de cualquier red de Internet se verá afectada y tendrá un aspecto ligeramente diferente al llegar a su destino. SigFox alivia este problema utilizando DPSK. El papel de DPSK es asegurarse de que la señal que sale de la estación base es la misma señal exacta que salió del dispositivo. El hardware de la estación base lo consigue desplazando la fase de la señal para descubrir y eliminar las deficiencias. El hardware SigFox de las estaciones base lo consigue:

1. El objeto envía datos a la estación base en forma de bits digitales. Un pulso "alto" ocurre cuando hay un 1, y un pulso "bajo" ocurre cuando hay un 0. Aquí hay un flujo de bits digitales de entrada 1 1 0 0 0 1 1 0:

1. Este flujo de bits se convierte en una secuencia diferente de 1 y 0 al pasar por el circuito demodulador. La nueva secuencia no es arbitraria, sino que se calcula cuidadosamente mediante un sofisticado hardware. El objetivo de esta conversión es preparar la señal para el análisis eléctrico. Cada vez que el estado de la señal de entrada pasa de alto a bajo (de 1 a 0), el hardware desplaza la fase de la señal. Desfasar una señal significa simplemente imponer un intervalo de tiempo entre la trayectoria original y la nueva de la señal. Una vez desplazada la fase, la señal se retrasará o adelantará respecto a la trayectoria original:

1. Cuanto más se desplaza de fase una señal en la estación base, más expuestas quedan sus deficiencias. Análogamente, cuanto más frecuente es la visita al hospital de una persona lesionada, más radiografías realizan los médicos para comprender mejor y corregir la lesión. Cuando una señal es "dañada" por el entorno, la lesión no es perceptible hasta que la señal se desplaza de fase y pasa por los circuitos de "rayos X" que analizan estos desplazamientos de fase, descubren dónde existen las deficiencias y, posteriormente, "limpian" los datos para su transmisión. En resumen, el hardware de la estación base desplaza la fase con el fin de hacer una "radiografía" de los datos para diagnosticar qué interferencias/impedimentos existen y cómo deben corregirse.
2. Tras la fase, los circuitos de hardware vuelven a convertir la señal original en su secuencia base, pero sin las alteraciones.

Cuando la nube recibe una señal de subida de la estación base, responde con una señal de bajada al dispositivo. Las señales de enlace descendente utilizan Frequency Shift Keying.

¿Qué es la modulación por desplazamiento de frecuencia?

La modulación por desplazamiento de frecuencia (FSK) es similar a la modulación por desplazamiento de fase diferencial (DPSK) en el sentido de que ambos procesos convierten la señal de entrada, analizan/descubren las deficiencias, las eliminan y vuelven a convertir los datos en la señal original. Sin embargo, en lugar de desplazar y analizar la fase, FSK desplaza y analiza la frecuencia. Al igual que los desplazamientos de fase en DPSK, los desplazamientos de frecuencia en FSK exponen las deficiencias de la señal donde los circuitos sofisticados pueden depurarlas. La pregunta pendiente ahora es, ¿por qué SigFox utiliza DPSK para la transmisión de enlace ascendente y FSK para el enlace descendente?

1. DPSK es más eficiente en ancho de banda que FSK, por lo que tiene menos frecuencias y canales disponibles para transmitir la señal.
2. Menos "espacio" para transmitir la señal = menor velocidad de datos y rendimiento
3. Menor velocidad de datos = receptor más sensible (como una estación base) a la señal
4. Mayor sensibilidad = mayor alcance. Es decir, los datos de los dispositivos sensores pueden detectarse desde más lejos.
5. Las señales ascendentes suelen sufrir más interferencias que las descendentes, por lo que al tener un ancho de banda estrecho en DPSK = la potencia está más concentrada = más robustez frente a las interferencias.
6. Como las interferencias no son tan importantes en el enlace descendente, las señales de enlace descendente se centran más en llegar al mayor número de aplicaciones de la forma más eficiente posible. En FSK, más ancho de banda = más espacio para enviar una señal = más aplicaciones alcanzables.

Conclusión

La tecnología utilizada por SIGFOX aporta una red de comunicaciones de largo alcance, bajo consumo y bajo rendimiento con una excelente protección frente a las interferencias ambientales, lo que permite que los datos lleguen a muchas aplicaciones de forma eficaz. SIGFOX se encuentra todavía en la "fase de adopción temprana" de soluciones de conectividad; sin embargo, ya hay muchos millones de dispositivos conectados en todo el mundo con la tecnología Sigfox, lo que demuestra que tiene el potencial de ofrecer una solución rentable en una gran variedad de mercados e industrias. Para saber más sobre las opciones de conectividad en el mundo del IoT, eche un vistazo a algunas reflexiones sobre LoRaWAN o consulte este magnífico artículo sobre los protocolos inalámbricos más populares en todo el mundo.