O que é um Gateway Sigfox e como seleccioná-lo?

Redes de área alargada de baixa potência (LPWANs) tornaram-se populares nos últimos anos devido à sua cobertura alargada e ao seu baixo consumo de energia. Isto levou ao desenvolvimento de aplicações interessantes, como as cidades inteligentes, a agricultura inteligente e o seguimento e monitorização de activos. Sigfox é uma tecnologia LPWAN popular amplamente implantada em todo o mundo. Na arquitetura Sigfox, Gateways Sigfox ou estações de base desempenham um papel fundamental. Estas actuam como um intermediário na arquitetura da rede, para encaminhar quaisquer mensagens adquiridas dos dispositivos finais. Neste artigo, será fornecida uma visão geral da Sigfox e uma introdução ao que é um gateway Sigfox. Também será discutido quando utilizar um gateway Sigfox e fornecer orientações sobre como escolher um bom gateway Sigfox para um determinado projeto ou aplicação.

O que é a Sigfox?

A Sigfox é uma tecnologia LPWAN popular, concebida para lidar com a IoT e a tecnologia máquina a máquina (M2M). Herda as principais caraterísticas das tecnologias LPWAN, incluindo o baixo consumo de energia e a cobertura de longo alcance. A Sigfox foi introduzida pela primeira vez no mercado em 2009, mas ganhou popularidade recentemente devido a muitas aplicações IoT maciças em diferentes sectores. Além disso, algumas caraterísticas interessantes da Sigfox fazem dela a tecnologia ideal para aplicações como contadores inteligentes, relógios inteligentes, etc. Vamos investigar brevemente algumas destas caraterísticas.

A elevada capacidade de rede da Sigfox tem uma vantagem quando comparada com outras tecnologias LPWAN. Esta caraterística é possível devido à utilização de Banda ultra-estreita modulação. Este esquema de modulação também facilita a resistência à interferência. Devido a esta caraterística, a Sigfox pode suportar muitos dispositivos ao mesmo tempo, com diversidade de frequência e tempo activada. Outra caraterística interessante da Sigfox é a utilização de baixo consumo de energia semicondutores que permitem níveis de corrente entre 10 mA e 50 mA. Além disso, uma vez que os dispositivos podem ser ligados à rede sem emparelhamento inicial, melhora ainda mais a duração da bateria dos dispositivos.

O objetivo da Sigfox é cobrir um longo alcance com um número mínimo de estações de base. No entanto, ao conseguir um funcionamento de longo alcance, a taxa de dados fica comprometida. Outro fator que contribui para o funcionamento de longo alcance é a menor sensibilidade das estações de base Sigfox a dispositivos de baixo débito. A Sigfox pode cobrir distâncias de um alcance médio de 30 km - 50 km. Uma das caraterísticas mais interessantes da Sigfox é a sua capacidade anti-jamming.

Agora que temos uma compreensão básica sobre a Sigfox e as suas caraterísticas, vamos concentrar-nos nos gateways Sigfox ou estações de base, que desempenham um papel crítico na arquitetura da rede Sigfox.

O que é um Gateway Sigfox?

O Sigfox Gateway ou a Sigfox Base Station é responsável pela aquisição de dados do sensor e do dispositivo final e pelo seu encaminhamento para o servidor de aplicações. Os Gateways Sigfox teriam uma ligação Sigfox com os dispositivos finais e os sensores, enquanto que idealmente manteriam uma ligação IP com o servidor de aplicações. Neste caso, o servidor de aplicações seria idealmente uma nuvem, pelo que a ligação IP será estabelecida por meio de comunicação celular ou através de Wi-Fi. No entanto, pode haver uma ligação Ethernet, no caso de o servidor de aplicações ser um servidor físico ou um computador.

Uma estação de base Sigfox é composta por três elementos principais.

• Uma antena: É responsável pela receção de mensagens através do ar a partir dos dispositivos finais. São normalmente colocados em pontos altos ou em torres para aumentar a sensibilidade.
• Um amplificador de baixo ruído (LNA): Esta função é utilizada para amplificar o sinal recebido. A amplificação é necessária porque pode haver um ruído considerável no sinal recebido.
• Um ponto de acesso: Este ponto de acesso é responsável pela receção das mensagens Sigfox e pelo seu envio para o servidor em nuvem. Este ponto de acesso deve ser capaz de compreender as mensagens Sigfox.

Para além desta classificação genérica dos componentes da gateway Sigfox, a gateway Sigfox é constituída por três componentes de hardware principais com base na sua função. Estes incluem um módulo de rádio, o processador principal e o módulo de conetividade. O módulo de rádio é o módulo Sigfox que pode compreender as mensagens Sigfox na camada física. O processador, por outro lado, é responsável por todo o processamento e pela execução do sistema operativo e do firmware relevante necessário para o encaminhamento das mensagens. Por último, o módulo de conetividade é responsável por ligar o gateway à rede através de uma ligação IP. Esta é a inferência de hardware do ponto de acesso.

As Gateways Sigfox dividem-se em dois grupos, dependendo do seu local de implantação. Existem Gateways interiores e exteriores. Normalmente, as gateways exteriores tendem a utilizar mais energia quando comparadas com as gateways interiores. No entanto, ambos os tipos podem lidar com muitos dispositivos de cada vez.

Os Gateways Sigfox são projetados para realizar uma cobertura de longo alcance com o número mínimo de gateways implantados em um sistema. Um dos principais princípios por trás disso é a diversidade espacial. A diversidade espacial é alcançada pela receção cooperativa, onde um dispositivo final não está ligado a um único gateway. Em média, um dispositivo pode estar ligado a 3 gateways num determinado momento.

A segurança é um fator crítico nas aplicações IoT modernas. A Sigfox é considerada uma das tecnologias LPWAN mais seguras. Os Gateways Sigfox desempenham um papel fundamental na garantia da segurança do sistema, para além de reencaminharem as mensagens do dispositivo para o servidor de aplicações. As gateways Sigfox são também responsáveis por efetuar a validação CRC das mensagens antes de as reencaminhar para validar a sua integridade. Além disso, a Sigfox integrou o Trusted Platform Module (TPM) nas gateways para proteger todas as chaves juntamente com uma ligação VPN entre a gateway e o servidor de aplicações.

Quando utilizar um Gateway Sigfox?

Agora que já vimos algumas caraterísticas chave das Gateways Sigfox, vamos ver quando é que vamos precisar de uma Gateway Sigfox. Podemos precisar de um gateway Sigfox no nosso projeto quando:

• Cobertura alargada: Esta é uma das principais razões para usar um Sigfox Gateway. Ao ter mais do que Sigfox Gateway na sua rede, pode aumentar facilmente o alcance das operações.
• Fiabilidade e integridade da rede: Na secção anterior, vimos como um Sigfox Gateway está equipado com um TPM. Isto melhora a integridade das mensagens passadas através da gateway. Além disso, devido à diversidade espacial conseguida através da receção de cooperação, se uma gateway falhar, a rede não terá problemas de ligação. Assim, aumenta a fiabilidade da rede.
• Segurança: Os Gateways Sigfox podem atuar como uma camada de segurança extra na arquitetura da rede. A conexão VPN estabelecida entre o gateway e o servidor de aplicação pode minimizar ataques de espionagem na rede.
• Gestão de dispositivos: Uma gateway pode ajudar os utilizadores na gestão dos dispositivos, configurando o firmware da gateway em conformidade. Isto pode incluir o fornecimento equitativo de recursos, caraterísticas de segurança adicionais e monitorização de dispositivos finais. As funcionalidades de gestão de dispositivos dependem do fabricante da porta de ligação.

Como escolher uma boa porta de entrada para o seu projeto?

A escolha do Gateway Sigfox correto depende dos requisitos da solução IoT e M2M. No entanto, podemos sempre seguir um conjunto geral de regras e caraterísticas a procurar. Aqui estão algumas para sua referência,

• Cobertura da rede: Este é um fator crucial se o seu projeto estiver espalhado por uma vasta área. Normalmente, as gateways com potências elevadas conseguem obter uma boa cobertura de rede.
• Capacidade do dispositivo: Embora esta não seja uma limitação importante em muitos casos, algumas gateways interiores podem ter uma limitação de dispositivo. Além disso, tem de decidir se quer utilizar a ligação descendente e a ligação ascendente para a aplicação.
• Segurança: Diferentes fornecedores podem fornecer caraterísticas de segurança adicionais para além das caraterísticas herdadas da Sigfox. É aconselhável procurar gateways que tenham encriptação e funcionalidades de segurança de arranque seguro.
• Conectividade com o servidor de aplicações: Dependendo da localização da implantação e da natureza da aplicação, temos de determinar que tipo de conetividade deve existir com o servidor de aplicações. As comunicações celulares e Wi-Fi são preferíveis quando a ligação deve ser estabelecida sem fios.
• Custo: Esta é uma métrica importante na escolha de uma porta de ligação. Escolher a porta de entrada correta e adequada ao seu orçamento é um desafio.

Conclusão

Neste artigo, discutimos o que é o gateway Sigfox. Em seguida, discutimos brevemente alguns dos recursos do gateway Sigfox e seus componentes básicos. Por fim, passámos em revista alguns dos factores a ter em conta na escolha de uma gateway Sigfox para o seu projeto. Embora estes factores sejam algumas dicas gerais para a escolha, vale a pena considerá-los.