Explicando Sigfox

Sigfox es una tecnología de red de área amplia de bajo consumo (LPWAN) especialmente diseñada para Internet de las cosas. 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 en rangos cortos. 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. Luego, la estación base detecta, demodula e informa los mensajes a la nube de SigFox a través de 3 canales, al menos cada 10 minutos.
3. Luego, la nube de SigFox envía estos mensajes a muchos servidores de clientes y plataformas IoT según la aplicación del cliente.

Técnicamente, la red SigFox se diferencia de otras redes LPWAN en los métodos con los que envía datos y las pautas eléctricas que rigen la cantidad, velocidad y duración de los datos que se envían. SigFox se utiliza sobre todo para de bajo consumo que sólo requieren enviar pequeñas cantidades de datos, con poca frecuencia, a grandes distancias . 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 (puertas de gateway )
• Nube (Internet)

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

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

La transmisión de datos de SigFox se puede entender mejor de la siguiente manera: los objetos (dispositivos) se conectan a Internet mediante la red SigFox. El objeto puede ser un sensor de temperatura, humedad y/o saturación (etc.) ubicado a menos de 1000 metros de una estación base ( gateway ). Sigfox utiliza la codificación por desplazamiento de fase (DPSK) para la comunicación entre el dispositivo y la nube, o "enlace ascendente" y codificación por desplazamiento de frecuencia (FSK) para comunicación de nube a dispositivo, o "enlace descendente".

¿Qué es DPSK?

DPSK es un método utilizado por las estaciones base ( gateway ) para convertir una señal, depurarla y volver a convertirla para enviarla a la nube. Cuando una señal viaja desde un dispositivo a una estación base, inevitablemente encuentra interferencias del medio ambiente (piense en la lluvia o los bosques densos). La interferencia es universal; cualquier señal de cualquier red de Internet se verá afectada y se verá ligeramente diferente al llegar a su destino. SigFox alivia este problema utilizando DPSK. La función de DPSK es garantizar que la señal que sale de la estación base sea exactamente la misma señal que salió del dispositivo. El hardware de la estación base logra esto cambiando la fase de la señal para descubrir y eliminar deficiencias. El hardware SigFox en las estaciones base logra esto de la siguiente manera:

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 luego en una diferente de unos y ceros a medida que pasa por el circuito demodulador. La nueva secuencia no es arbitraria, sino que se calcula cuidadosamente utilizando hardware sofisticado. El propósito de esta conversión es preparar la señal para el análisis eléctrico. Siempre que el estado de la señal de entrada pasa de alto a bajo (1 a 0), el hardware cambia la fase de la señal. Para cambiar de fase, una señal simplemente significa imponer un intervalo de tiempo entre las rutas original y nueva de la señal. Una vez que se cambia la fase, una señal se retrasará o avanzará hacia donde alguna vez estuvo la ruta original:

1. Cuanto más se desfasa una señal en la estación base, más expuestas quedan sus deficiencias. De manera análoga, cuanto más frecuente es la visita de una persona lesionada al hospital, más radiografías realizan los médicos para comprender y corregir mejor la lesión. Cuando una señal es "dañada" por el entorno, el daño no se nota hasta que la señal cambia de fase y pasa por el circuito de "rayos X" que analiza estos cambios de fase, descubre dónde existen las deficiencias y posteriormente "limpia". los datos para su transmisión. En resumen, el hardware de la estación base cambia de fase para tomar una “radiografía” de los datos para diagnosticar qué interferencias/deficiencias existen y cómo corregirlas.
2. Después de la fase, el circuito de hardware convierte la señal original en su secuencia de base, pero sin las impedimentos.

Cuando la nube recibe una señal de enlace ascendente desde la estación base, responderá con una señal de enlace descendente al dispositivo. Las señales de enlace descendente utilizan codificación por desplazamiento de frecuencia.

¿Qué es la manipulación por cambio de frecuencia?

La manipulación por desplazamiento de frecuencia (FSK) es similar a la manipulación por desplazamiento de fase diferencial (DPSK) en el sentido de que ambos procesos convierten la señal de entrada, analizan/descubren deficiencias, las eliminan y convierten los datos nuevamente a la señal original. Sin embargo, en lugar de cambiar y analizar la fase, FSK cambia y analiza la frecuencia. Al igual que los cambios de fase en DPSK, los cambios de frecuencia en FSK exponen los impedimentos de la señal donde los circuitos sofisticados pueden depurarlos. 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. Velocidad de datos más baja = receptor más sensible (como una estación base) de la señal
4. Mayor sensibilidad = mayor rango alcanzable. es decir. Los datos de los dispositivos sensores se pueden detectar desde más lejos.
5. Las señales de enlace ascendente normalmente encuentran más interferencia que las señales de enlace descendente, por lo que tener un ancho de banda estrecho en DPSK = la potencia está más concentrada = más robustez a la interferencia
6. Dado que la interferencia no es una preocupación tan grande para el enlace descendente, las señales del enlace descendente se centran más en llegar a tantas aplicaciones de la manera más eficiente posible. En FSK, más ancho de banda = más espacio para enviar una señal = aplicaciones más accesibles

Conclusión

La tecnología utilizada por SIGFOX aporta una red de comunicaciones de largo alcance, baja potencia y bajo rendimiento con una excelente protección contra interferencias ambientales, lo que permite que los datos lleguen a muchas aplicaciones de manera efectiva. SIGFOX todavía se encuentra en la “etapa 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 proporcionar una solución rentable en una variedad de mercados e industrias. Para conocer más opciones de conectividad en el IoT , consulte algunas ideas sobre LoRaWAN o consulte este excelente artículo sobre protocolos inalámbricos en todo el mundo.