Explicando Sigfox

Sigfox es una tecnología de red de área extensa de bajo consumo (LPWAN) diseñada específicamente para el Internet de las Cosas. Los dispositivos conectados mediante SigFox consumen poca energía y operan 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 y envía los mensajes a la nube SigFox a través de tres canales, al menos cada 10 minutos.
3. Luego, la nube SigFox envía estos mensajes a muchos servidores de clientes y plataformas IoT en función de la aplicación del cliente.

Técnicamente, la red SigFox se diferencia de otras redes LPWAN en los métodos de envío de datos y las directrices eléctricas que rigen la cantidad, velocidad y duración de los datos enviados. SigFox se utiliza principalmente para aplicaciones de bajo consumo pequeñas cantidades de datos, con poca frecuencia, a grandes distancias . Es ideal para entornos agrícolas y la gestión de activos a grandes distancias.

¿Cómo funciona Sigfox?

La red SigFox consta de estos elementos :

• Objetos (dispositivos)
• Estaciones base (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 enviarla a la nube para su procesamiento.

La transmisión de datos de SigFox se puede comprender 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 o saturación, etc., ubicado a menos de 1000 metros de una estación base ( gateway ). SigFox utiliza modulación por desplazamiento de fase (DPSK) para la comunicación entre el dispositivo y la nube (enlace ascendente) y modulación por desplazamiento de frecuencia (FSK) para la comunicación entre la nube y el dispositivo (enlace descendente).

¿Qué es DPSK?

DPSK es un método utilizado por las estaciones base ( gateway ) para convertir una señal, depurarla y retransmitirla a la nube. Cuando una señal viaja desde un dispositivo a una estación base, inevitablemente encuentra interferencias del entorno (como la lluvia o los bosques densos). Las interferencias son universales; cualquier señal de cualquier red de internet se verá afectada y su aspecto será ligeramente diferente al llegar a su destino. SigFox soluciona este problema utilizando DPSK. La función de DPSK es garantizar que la señal que sale de la estación base sea exactamente la misma que la que salió del dispositivo. El hardware de la estación base logra esto modificando la fase de la señal para detectar y eliminar interferencias. El hardware de SigFox en las estaciones base logra esto mediante:

1. El objeto envía datos a la estación base en forma de bits digitales. Un pulso "alto" se produce cuando hay un 1, y un pulso "bajo" 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 diferente de unos y ceros a medida que pasa por el circuito demodulador. La nueva secuencia no es arbitraria, sino que se calcula cuidadosamente mediante hardware sofisticado. El propósito de esta conversión es preparar la señal para el análisis eléctrico. Siempre que el estado de la señal de entrada cambia de alto a bajo (de 1 a 0), el hardware desplaza la fase de la señal. Desfasar una señal simplemente significa imponer un intervalo de tiempo entre su trayectoria original y la nueva. Una vez que se desplaza la fase, la señal se retrasará o adelantará en el punto donde se encontraba la trayectoria original:

1. Cuanto más se desfase una señal en la estación base, más se exponen sus deficiencias. Análogamente, cuanto más frecuente es la visita de una persona lesionada al hospital, más radiografías toman los médicos para comprender mejor y corregir la lesión. Cuando una señal se "lesiona" del entorno, la lesión no se aprecia hasta que se desfasa y se procesa a través del circuito de "rayos X", que analiza estos desfases, descubre dónde existen las deficiencias y, posteriormente, "limpia" los datos para su transmisión. En resumen, el hardware de la estación base desfasa para tomar una "radiografía" de los datos y diagnosticar las interferencias o deficiencias existentes y cómo corregirlas.
2. Después de la fase, el circuito de hardware convierte la señal original nuevamente a su secuencia base, pero sin las alteraciones.

Cuando la nube recibe una señal de enlace ascendente de la estación base, responde con una señal de enlace descendente al dispositivo. Las señales de enlace descendente utilizan modulación por desplazamiento de frecuencia (FCM).

¿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 y detectan deficiencias, las eliminan y convierten los datos de nuevo a la señal original. Sin embargo, en lugar de desplazar y analizar la fase, la FSK desplaza y analiza la frecuencia. Al igual que los desplazamientos de fase en la DPSK, los desplazamientos de frecuencia en la FSK exponen las deficiencias de la señal, donde circuitos sofisticados pueden depurarlas. La pregunta 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 términos de 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 y rendimiento de datos
3. Menor velocidad de datos = receptor más sensible (como una estación base) de la señal
4. Mayor sensibilidad = mayor alcance alcanzable, es decir, los datos de los dispositivos sensores pueden detectarse desde mayor distancia.
5. Las señales de enlace ascendente suelen encontrar más interferencias 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 las interferencias
6. Dado que la interferencia no es un problema tan grave en el enlace descendente, las señales de enlace descendente se centran en alcanzar el mayor número de aplicaciones con la mayor eficiencia posible. En FSK, mayor ancho de banda = mayor espacio para enviar una señal = más aplicaciones accesibles

Conclusión

La tecnología de SIGFOX proporciona una red de comunicaciones de largo alcance, bajo consumo y bajo rendimiento, con excelente protección contra interferencias ambientales, lo que permite que los datos lleguen eficazmente a numerosas aplicaciones. SIGFOX aún se encuentra en la fase de adopción temprana de soluciones de conectividad; sin embargo, ya hay millones de dispositivos conectados en todo el mundo con la tecnología de Sigfox, lo que demuestra su potencial para ofrecer una solución rentable en diversos mercados e industrias. Para conocer más opciones de conectividad en el IoT , consulte algunas reflexiones sobre LoRaWAN o este excelente artículo sobre los protocolos inalámbricos a nivel mundial.