Qu'est-ce que sigfox ? Tout ce qu'il faut savoir

Avec les progrès des technologies de l'information, la nécessité de permettre la communication sans fil est devenue un facteur important dans la réalisation des applications modernes. Les réseaux connectés de machines et d'appareils communicating with each other in Internet of Things (IoT) and Machine à machine (M2M) requièrent des techniques de communication sans fil car ces dispositifs sont largement répartis sur une vaste zone géographique. En outre, ces appareils sont alimentés par des piles, ce qui signifie qu'ils nécessitent des technologies de communication à faible consommation d'énergie, qui sont également capables de communiquer sur de grandes distances. Compte tenu de ces exigences, nous voyons de plus en plus de technologies de communication en concurrence, telles que LoRaSigfox et NB-IoT etc. Cet article traite de Sigfox, de ses applications et de son importance.  

Qu'est-ce que Sigfox ?

Sigfox est un système à bande étroite LPWAN (Low Power Wide Area Network) développé en 2009 en France. Ce protocole est largement utilisé dans l'IdO lorsque le volume de données est faible et que le rayon d'action est important (plus de dizaines de km). Sigfox utilise bandes ISM sans licence et est un protocole propriétaire signifiant sa technologie brevetée. Toutefois, le matériel Sigfox est ouvert, tandis que le réseau doit être souscrit.

À l'origine, Sigfox était unidirectionnel, ce qui signifie que seule la facilitation de la communication via la liaison montante était prise en charge. Toutefois, une liaison descendante a été introduite par la suite, ce qui lui a permis d'être plus compétitif parmi les protocoles de communication LPWAN. Nous allons maintenant examiner plus en détail certains des principes technologiques clés qui sous-tendent Sigfox :

• Bande ultra-étroite (UNB)

Sigfox utilise la modulation D-BPSK (Differential Binary Phase-Shift Keying) pour la communication en liaison montante dans laquelle le message a une bande passante fixe de 600 Hz (pour les États-Unis) qui est envoyée avec des débits binaires inférieurs de 600bps (pour les États-Unis). Cette technique de modulation est connue sous le nom de modulation à bande ultra étroite (UNB), ce qui permet aux stations de base Sigfox de communiquer sur de longues distances sans être affectées par le bruit. La largeur de bande du canal est de 192 KHz (pour les États-Unis) et a une fréquence centrale qui est inférieure à 1 GHz en fonction de la région. Aux États-Unis, la fréquence centrale est de 915 MHz, tandis qu'en Europe, elle est de 868 MHz et en Asie de 433 MHz. Pour le signal descendant, Sigfox utilise la modulation GFSK (Gaussian Frequency Shift Keying). Un débit binaire plus faible permet d'utiliser des composants bon marché au niveau de l'émetteur-récepteur.

• Diversité temporelle, fréquentielle et spatiale

Une autre technologie sous-jacente intéressante de Sigfox est l'utilisation de l'accès aléatoire. Cela garantit une qualité de service (QoS) élevée. Le réseau et l'appareil ne peuvent pas transmettre les messages Sigfox de manière synchrone, ce qui signifie qu'il n'est pas nécessaire d'appairer l'appareil ou d'allouer des canaux pour la communication sur la liaison montante. Cela est possible grâce à la technique connue sous le nom de diversité de temps et de fréquence, où deux copies de la même trame sont envoyées sur un temps et une fréquence différents, ce qui permet à plus d'une station de base Sigfox d'écouter un seul message. Dans le cas de la communication en liaison descendante, le dispositif doit subir un délai de 20 secondes après l'envoi du premier message en liaison montante et la fenêtre de réception en liaison descendante n'est ouverte que pendant 25 secondes.

En outre, comme indiqué précédemment, contrairement aux protocoles cellulaires, un dispositif Sigfox n'est pas connecté à une station de base dédiée. Cela permet une diversité spatiale, où un message émis est reçu par au moins trois stations de base proches. Ce principe est connu sous le nom de réception coopérative. La diversité spatiale, associée à la diversité temporelle et fréquentielle, est un facteur clé pour garantir une qualité de service élevée au sein du réseau Sigfox.

• Messages courts

Sigfox a conçu un protocole de communication co1TP8 à petits messages pour résoudre les problèmes de coût et d'autonomie des objets distants. La taille des messages de communication sur la liaison montante est comprise entre 0 et 12 octets. Les données des capteurs, les données d'état, les données d'application et les coordonnées GPS peuvent toutes être transmises avec une charge utile de 12 octets. La taille du message en liaison descendante est statique et longue de 8 octets. Cela suffit pour déclencher une action, gérer un appareil ou régler les paramètres d'une application à distance.

Comment fonctionne Sigfox ?

Sigfox a une architecture fine et plate, à deux couches, composée d'une couche d'équipement de réseau et d'un système de support Sigfox. La couche d'équipement du réseau se compose d'appareils finaux et de stations de base. Cette couche est responsable du transfert des messages et des données de ces appareils vers le Sigfox Support System. Pour réduire le coût total d'exploitation (TCO), les stations de base Sigfox utilisent la radio logicielle (SDR) où un algorithme logiciel gère la démodulation au lieu d'un matériel dédié. La couche d'équipement réseau est connectée au système de support Sigfox par le biais d'une liaison terrestre qui utilise l'internet public via une ligne d'abonné numérique (DSL) avec une sauvegarde 4G/3G. La connectivité par satellite est utilisée comme solution de secours lorsqu'il n'y a pas de connectivité DSL ou de connectivité cellulaire (4G/3G). Cette connexion est sécurisée par une connexion VPN.

Le système de support Sigfox se compose d'un réseau central chargé de traiter les messages et de les transmettre aux systèmes des clients par le biais de rappels, ce qui est collectivement connu sous le nom de système de support opérationnel (OSS). Il permet également d'interagir avec le système par le biais d'interfaces web et d'API. En outre, cette couche comprend des fonctions telles que la surveillance du système ; par exemple, le système d'aide aux entreprises (BSS) pour la commande et la facturation, et la supervision des opérations. Elle est également responsable du traitement des messages, où une seule réplique du message est stockée, et gère également les stations de base au niveau mondial.

Caractéristiques de Sigfox

Examinons maintenant brièvement certaines caractéristiques de performance de Sigfox, qui le rendent compétitif parmi les autres protocoles de communication co1TP8 et en font un candidat idéal pour votre application IoT.

1. Capacité élevée du réseau et qualité de service élevée

Sigfox offre une capacité de réseau et une qualité de service élevées et est capable de connecter des milliards d'objets. Ceci est rendu possible par les principes technologiques discutés précédemment où l'UNB atténue les interférences dues au bruit, au temps et à la diversité des fréquences en fournissant un accès aléatoire et une réception coopérative qui augmentent la cohérence de la liaison radio et la qualité de service.

2. Longue portée

Le principal avantage concurrentiel de la technologie Sigfox par rapport aux autres technologies de communication est la couverture d'une grande distance avec un nombre minimum de stations de base. Cela permet de réduire considérablement les coûts d'exploitation et d'investissement liés à la mise en œuvre d'un réseau Sigfox. Cet avantage est rendu possible par les caractéristiques suivantes :

• La portée de la liaison radiofréquence (RF) est déterminée par le débit binaire pour une sortie donnée. Lorsque le débit de données est plus faible, la portée est plus élevée.
• Un autre facteur est le budget de liaison, où la somme de la sensibilité de la station de base et de la puissance de sortie de l'objet est la principale préoccupation. L'abaissement du budget de liaison permet d'obtenir une plus grande portée avec une faible puissance.
• Cependant, la portée dépend également de la topographie et la couverture intérieure serait bonne grâce à l'utilisation de la bande sub-GHz.

3. Efficacité énergétique élevée

L'efficacité énergétique élevée de la technologie Sigfox s'explique par l'efficacité des puces à semi-conducteurs utilisées par les partenaires de Sigfox dans le domaine des semi-conducteurs, tels que NXP, Texas Instruments, etc. Ces semi-conducteurs fonctionnent avec un courant de transmission compris entre 10 et 50 mA. Deux autres facteurs expliquent la longue durée de vie de la batterie Sigfox :

• Pour établir une connexion, il n'est pas nécessaire de procéder à un appairage, car aucune synchronisation n'est requise avant la transmission des données de l'appareil à la station de base.
• En outre, au repos, la consommation de courant est de l'ordre du nano-ampère, ce qui la rend presque négligeable.

4. Résistance aux interférences

Grâce à l'utilisation de l'UNB et à la diversité spatiale des stations de base de +20dB, Sigfox est capable d'offrir des capacités anti-jamming uniques. Cela fait de Sigfox un candidat idéal pour opérer dans la bande publique industrielle, scientifique et médicale (ISM), un spectre étalé qui est affecté par l'UNB. La modulation UNB présente une certaine robustesse intrinsèque, car le chevauchement avec le bruit est très faible. Pour recevoir un message, le signal doit être supérieur d'au moins 8 dB au bruit de fond. Par rapport à Sigfox, les technologies concurrentes basées sur la modulation à étalement de spectre sont fortement affectées par le bruit parce que la surface qu'elles ont en common est beaucoup plus grande.

5. Géolocalisation basée sur le réseau

Avec le service Sigfox Atlas, vous pouvez localiser vos biens (appareil Sigfox) indépendamment de leurs composants, avec une précision de l'ordre du kilomètre, et vous pouvez localiser l'appareil même s'il n'y a pas de service GPS. Ceci est très favorable pour le suivi de vos actifs mobiles.

6. Dispositifs de sécurité

Le Sigfox intègre par défaut les fonctions de sécurité suivantes :

• Assure l'authentification, l'intégrité et l'anti-répétition des messages transmis sur le réseau.
• Advanced Encryption Standard (AES) avec transmission OTA sans clé
• Proposer en option le cryptage des données utiles
• Des parties du réseau peuvent être isolées en cas d'urgence.
• Veille à ce que l'identifiant de l'appareil ne soit pas dupliqué. Dans le cas d'un appareil corrompu, il sera exclu de la communication co1TP8 par le biais d'un mécanisme de liste noire.
• Pare-feu intégré

7. Outils de couverture des services

Les partenaires de distribution disposent de différentes caractéristiques pour évaluer la couverture du service, qui sont brièvement mentionnées ci-dessous :

• Un lien vers la carte de couverture des services est disponible à l'adresse suivante http://www.sigfox.com/coverage
• Une nouvelle API de couverture globale est en cours de développement et vise à fournir la qualité de la couverture de tous les opérateurs publics Sigfox dans le monde.

Quand envisager Sigfox ?

Maintenant que nous sommes entrés dans les détails techniques de Sigfox et de ses caractéristiques concurrentielles, comment savoir quand envisager Sigfox pour votre application IoT ? Voici quelques conseils importants à prendre en compte :

• Lorsque le volume de données envoyées est faible (de quelques octets à quelques kilo-octets)
• Lorsque le rayon d'action est de l'ordre du kilomètre
• Lorsque la consommation de courant requise est faible (de l'ordre du milliampère ou de la dizaine de milliampères par transmission)

Applications de Sigfox :

Sigfox est un candidat idéal pour les applications longue portée à faible consommation d'énergie et à faible coût dans des domaines tels que :

• Gestion du parc automobile
• Applications de sécurité
• Suivi des biens et même des personnes
• Dans le secteur du transport et de la logistique
• les applications mHealth, qui requièrent une surveillance et un contrôle à distance

Sigfox par rapport aux autres LPWAN

Comme indiqué précédemment, il existe d'autres réseaux LPWAN qui sont des concurrents de la technologie Sigfox. Les réseaux LPWAN sont créés pour permettre les réseaux machine à machine (M2M) et l'Internet des objets (IoT) avec une faible consommation d'énergie sur une large zone de réseau. Nous avons introduit la technologie différence entre lora et sigfox Avant cela, comparons brièvement les différentes technologies LPWAN sur la base de leurs critères de performance avec une note sur 5.

Examinons également une comparaison plus détaillée des technologies sur la base de leurs caractéristiques techniques.

Conclusion

Sigfox est un candidat compétitif dans les applications LPWAN qui est actuellement déployé dans de nombreuses applications industrielles. Sigfox a déjà établi des partenariats avec des fabricants de modules tels que InnoComm, Murata, WiSOL, LITEON et TD Next pour réaliser des modules matériels permettant l'utilisation de Sigfox. En conclusion, nous pouvons dire que Sigfox est à surveiller lorsque vous avez besoin d'applications IoT à faible consommation et à grande portée.