ما هي بوابة Sigfox وكيفية الاختيار؟

شبكات واسعة النطاق منخفضة الطاقة منخفضة الطاقة (شبكات LPWANs) أصبحت شائعة في السنوات القليلة الماضية بسبب تغطيتها الموسعة واستهلاكها المنخفض للطاقة. وقد أدى ذلك إلى تطوير تطبيقات مثيرة للاهتمام مثل المدن الذكية والزراعة الذكية وتتبع الأصول ومراقبتها. سيجفوكس هي تقنية LPWAN شائعة منتشرة على نطاق واسع في جميع أنحاء العالم. في بنية Sigfox, بوابات Sigfox أو المحطات الأساسية دوراً رئيسياً. تعمل هذه المحطات كوسيط في بنية الشبكة، لإعادة توجيه أي رسائل يتم الحصول عليها من الأجهزة الطرفية. في هذه المقالة، سيتم تقديم لمحة عامة عن Sigfox ومقدمة عن ماهية بوابة Sigfox. كما سيناقش أيضًا متى تستخدم بوابة Sigfox وتقديم إرشادات بشأن كيفية الاختيار بوابة Sigfox جيدة لتصميم أو تطبيق معين.

ما هو Sigfox؟

إن Sigfox هي تقنية LPWAN شائعة مصممة لمعالجة إنترنت الأشياء وآلة إلى آلة (M2M) المتطلبات. وهي ترث الميزات الرئيسية لتقنيات LPWAN بما في ذلك انخفاض استهلاك الطاقة والتغطية بعيدة المدى. طُرحت تقنية Sigfox لأول مرة في السوق في عام 2009، ولكنها اكتسبت شعبية في الآونة الأخيرة بسبب العديد من تطبيقات إنترنت الأشياء الضخمة في مختلف الصناعات. وعلاوة على ذلك، فإن بعض الميزات المثيرة للاهتمام لتقنية Sigfox تجعلها تقنية مثالية لتطبيقات مثل العدادات الذكية والساعات الذكية وغيرها. دعونا نتحقق من بعض هذه الميزات بإيجاز.

تتميز سعة الشبكة العالية لشبكة Sigfox بميزة عند مقارنتها بتقنيات LPWAN الأخرى. يتم تمكين هذه الميزة بسبب استخدام نطاق ضيق للغاية التضمين. يسهل مخطط التعديل هذا أيضًا مقاومة التداخل. وبفضل هذه الميزة، يمكن لـ Sigfox تحمل العديد من الأجهزة في وقت واحد، مع تمكين تنوع التردد والوقت. هناك ميزة أخرى مثيرة للاهتمام في Sigfox وهي استخدام استهلاك منخفض للطاقة تسمح أشباه الموصلات بمستويات تيار تتراوح بين 10 مللي أمبير - 50 مللي أمبير. علاوة على ذلك، نظرًا لإمكانية توصيل الأجهزة بالشبكة دون الحاجة إلى الاقتران الأولي، فإن ذلك يحسّن من عمر بطارية الأجهزة.

يهدف Sigfox إلى تغطية مدى طويل بأقل عدد ممكن من المحطات الأساسية. ومع ذلك، عند تحقيق التشغيل بعيد المدى، يتعرض معدل البيانات للخطر. من العوامل الأخرى التي تساهم في التشغيل بعيد المدى هو قلة حساسية محطات Sigfox الأساسية للأجهزة منخفضة الإخراج. يمكن لـ Sigfox تغطية مسافات يبلغ متوسط مداها 30 كم - 50 كم. واحدة من أكثر ميزات Sigfox إثارة للاهتمام هي قدراتها المضادة لـ Sigfox.

الآن وقد أصبح لدينا فهم أساسي حول Sigfox وميزاته، سنركز الآن على بوابات Sigfox أو المحطات القاعدية التي تلعب دورًا مهمًا في بنية شبكة Sigfox.

ما هي بوابة Sigfox Gateway؟

تكون بوابة Sigfox Gateway أو محطة Sigfox الأساسية مسؤولة عن الحصول على بيانات المستشعرات والأجهزة الطرفية وإعادة توجيهها إلى خادم التطبيق. سيكون لبوابات Sigfox Gateway اتصال Sigfox مع الأجهزة الطرفية وأجهزة الاستشعار، بينما ستحافظ بشكل مثالي على رابط IP مع خادم التطبيق. هنا سيكون خادم التطبيق هنا سحابياً بشكل مثالي، وبالتالي سيتم إنشاء رابط IP إما عن طريق الاتصال الخلوي المشترك أو من خلال شبكة Wi-Fi. ومع ذلك، يمكن أن يكون هناك اتصال إيثرنت، في الحالة التي يكون فيها خادم التطبيق خادمًا فعليًا أو جهاز كمبيوتر.

تتكون محطة Sigfox الأساسية من ثلاثة عناصر رئيسية.

• هوائي: وهي مسؤولة عن استقبال الرسائل عبر الأثير من الأجهزة الطرفية. وعادة ما يتم زرعها في نقاط عالية أو على الأبراج لزيادة الحساسية.
• مضخم صوت منخفض الضوضاء (LNA): يستخدم هذا لتضخيم الإشارة المستقبلة. التضخيم ضروري لأنه قد يكون هناك تشويش كبير في الإشارة المستقبلة.
• نقطة وصول: هذه النقطة مسؤولة عن استقبال رسائل Sigfox وإرسالها إلى الخادم السحابي. يجب أن تكون نقطة الوصول هذه قادرة على فهم رسائل Sigfox.

بصرف النظر عن هذا التصنيف العام لمكونات بوابة Sigfox، تتكون بوابة Sigfox من ثلاثة مكونات رئيسية للأجهزة بناءً على وظيفتها. وتشمل هذه المكونات وحدة الراديو والمعالج الرئيسي ووحدة الاتصال. وحدة الراديو هي وحدة Sigfox التي يمكنها فهم رسائل Sigfox في الطبقة المادية. من ناحية أخرى، المعالج مسؤول عن التعامل مع جميع عمليات المعالجة وتشغيل نظام التشغيل والبرامج الثابتة ذات الصلة اللازمة لتوجيه الرسائل. وأخيراً، تكون وحدة الاتصال مسؤولة عن توصيل البوابة بالشبكة من خلال رابط IP. هذا هو استدلال الأجهزة لنقطة الوصول.

تنقسم بوابات Sigfox على نطاق واسع إلى مجموعتين حسب مكان نشرها. هناك البوابات الداخلية والخارجية. عادة، تميل البوابات الخارجية إلى استخدام طاقة أكبر عند مقارنتها بالبوابات الداخلية. ومع ذلك، يمكن لكلا النوعين التعامل مع العديد من الأجهزة في وقت واحد.

صُممت بوابات Sigfox لتحقيق تغطية بعيدة المدى بأقل عدد من البوابات المنتشرة في النظام. أحد المبادئ الرئيسية وراء ذلك هو التنوع المكاني. يتم تحقيق التنوع المكاني من خلال الاستقبال التعاوني، حيث لا يتم توصيل جهاز طرفي ببوابة واحدة. في المتوسط يمكن توصيل جهاز ما بـ 3 بوابات في وقت معين.

يُعد الأمان عاملاً حاسماً في تطبيقات إنترنت الأشياء الحديثة. وتعتبر Sigfox واحدة من أكثر تقنيات LPWAN أماناً. تلعب بوابات Sigfox دوراً رئيسياً في ضمان أمن النظام بصرف النظر عن إعادة توجيه رسائل الجهاز إلى خادم التطبيق. بوابات Sigfox مسؤولة أيضاً عن إجراء التحقق من صحة CRC للرسائل قبل إعادة توجيهها للتحقق من سلامتها. علاوة على ذلك، قامت Sigfox بدمج وحدة النظام الأساسي الموثوقة (TPM) في البوابات لتأمين جميع المفاتيح إلى جانب اتصال VPN بين البوابة وخادم التطبيق.

متى تستخدم بوابة Sigfox؟

الآن وقد رأينا بعض الميزات الرئيسية لبوابات Sigfox، دعنا الآن نرى متى سنحتاج إلى بوابة Sigfox. قد نحتاج إلى بوابة Sigfox في تصميمنا عندما:

• تغطية موسعة: هذا هو أحد الأسباب الرئيسية لاستخدام بوابة Sigfox. من خلال وجود أكثر من بوابة Sigfox في شبكتك، يمكنك زيادة نطاق العمليات بسهولة.
• موثوقية الشبكة وسلامتها: رأينا في القسم السابق كيف تم تجهيز بوابة Sigfox بوحدة TPM. وهذا يحسن من سلامة الرسائل التي تمر عبر البوابة. أيضًا، نظرًا للتنوع المكاني الذي يتحقق من خلال الاستقبال التعاوني، إذا فشلت إحدى البوابات، فلن تواجه الشبكة أي مشاكل في الاتصال. وبالتالي، زيادة موثوقية الشبكة.
• الأمن: يمكن أن تعمل بوابات Sigfox Gateway كطبقة أمان إضافية في بنية الشبكة. يمكن لاتصال VPN المنشأ بين البوابة وخادم التطبيق أن يقلل من هجمات التنصت على الشبكة.
• إدارة الأجهزة: يمكن للبوابة أن تساعد المستخدمين في إدارة الأجهزة من خلال تكوين البرامج الثابتة للبوابة وفقًا لذلك. يمكن أن يشمل ذلك التوفير المتساوي للموارد وميزات الأمان المضافة ومراقبة الأجهزة الطرفية. تعتمد ميزات إدارة الجهاز على الشركة المصنعة للبوابة.

كيف تختار بوابة جيدة لتصميمك؟

يعتمد اختيار بوابة Sigfox Gateway الصحيحة على متطلبات حلول إنترنت الأشياء وحلول آلة إلى آلة. ومع ذلك، يمكننا دائمًا اتباع مجموعة عامة من القواعد والميزات التي يجب البحث عنها. إليك بعضها للرجوع إليها,

• تغطية الشبكة: هذا عامل حاسم إذا كان تصميمك منتشراً على مساحة شاسعة. عادة، يمكن للبوابات ذات معدلات الطاقة العالية تحقيق تغطية جيدة للشبكة.
• سعة الجهاز: على الرغم من أن هذا ليس قيداً رئيسياً في العديد من الحالات، إلا أن بعض البوابات الداخلية يمكن أن يكون لها قيود على الجهاز. أيضاً، يجب أن تقرر ما إذا كنت تريد استخدام كل من الوصلة الهابطة والوصلة الصاعدة للتطبيق.
• الأمن: يمكن للبائعين المختلفين توفير ميزات أمان إضافية بخلاف الميزات الموروثة من Sigfox. يُنصح بالبحث عن البوابات التي تحتوي على تشفير وميزات أمان التمهيد الآمن.
• الاتصال بخادم التطبيق: اعتماداً على موقع النشر وطبيعة التطبيق، يجب أن نحدد نوع الاتصال الذي يجب أن يكون موجوداً مع خادم التطبيق. يُفضّل الاتصال الخلوي المشترك 1TP14 والاتصال اللاسلكي اللاسلكي عندما يراد إنشاء الاتصال لاسلكياً.
• التكلفة: هذا مقياس مهم عند اختيار البوابة. قد يكون اختيار البوابة الصحيحة التي تناسب ميزانيتك أمرًا صعبًا.

الخاتمة

ناقشنا في هذه المقالة ما هي بوابة Sigfox. ثم ناقشنا بإيجاز بعض ميزات بوابة Sigfox ومكوناتها الأساسية. وأخيرًا، استعرضنا بعض العوامل التي يجب مراعاتها عند اختيار بوابة Sigfox لتصميمك. على الرغم من أن هذه العوامل هي بعض النصائح العامة للاختيار إلا أنها جديرة بالاهتمام.