Zygmunt Kubiak Instytut Informatyki Politechnika Poznańska SigFox Zygmunt Kubiak Instytut Informatyki Politechnika Poznańska

Modulacja GFSK dla downlink (ang. Gaussian Frequency Shift Keying) SigFox Protokół SigFox™ - rozwiązanie komunikacyjne dla IoT, opracowane w 2009 r. Modulacja ultra wąskopasmowa UNB (ang. Ultra Narrow Band), oparta na modulacji DBPSK (ang. Differential Binary Phase-Shift Keying) dla uplink Modulacja GFSK dla downlink (ang. Gaussian Frequency Shift Keying) Pierwsze wersje - transmisja jednokierunkowa, tzn. od węzła końcowego do agregatora (brama) Nowsze wersje wspierają również komunikację dwukierunkową Według informacji SigFox™ każda brama może obsłużyć do miliona węzłów Zasięg wynosi 3..10 km w aglomeracjach miejskich oraz 30..50 km na obszarach mało zaludnionych 11-2014 Zygmunt Kubiak

Architektura sieci SigFox Pakiety przesyłane z węzłów końcowych mogą zawierać maksymalnie 12 bajtów, a w kanale zwrotnym - 8 bajtów W ciągu doby można wysłać maksymalnie 140 pakietów a zwrotnie tylko 4 Limity te sprzyjają wydłużeniu żywotności baterii > 20lat 11-2014 Zygmunt Kubiak

SigFox Transmisja radiowa w sieci SigFox realizowana jest zasadniczo jako jednokierunkowa – uplink Transmisja zwrotna – downlink, nie służy do potwierdzania pakietów – przeznaczona jest do: Zmian konfiguracji (4 miliardy możliwości) Zmiana zakresu sensora Zmiana częstotliwości pakietów Żądanie dodatkowych danych Żądanie aktualizacji oprogramowania (przez połączenie o wysokiej przepustowości) 11-2014 Zygmunt Kubiak

SigFox Modulacja UNB zastosowana dla transmisji radiowej w SigFox przekłada się na wysyłanie sygnałów w wąskim (100 Hz w Europie) paśmie ze zwiększoną do 25 mW mocą (+14 dBm) 11-2014 Zygmunt Kubiak

Modulacja DBPSK (ang. Differential Binary Phase-Shift Keying) SigFox Modulacja DBPSK (ang. Differential Binary Phase-Shift Keying) Zmiana fazy o 180° dla każdego sygnału „1” „0” – brak zmiany fazy 11-2014 Zygmunt Kubiak

SigFox Metoda modulacji zastosowana w SigFox jest na tyle prosta, że może być realizowana przez różne układy RF dostępne na rynku Firma, która chce wykorzystać SigFox, potrzebuje modułu komunikacyjnego pracującego na 868 MHz z modulacją DBPSK dla kanału uplink i GFSK dla kanału downlink Na rynku są już moduły RF oznaczone znakiem SigFox Ready lub można zbudować samodzielne w oparciu o dostępny stos programowy i odpowiednie chipy – jest to tzw. technika SDR 11-2014 Zygmunt Kubiak

SDR pozwala na zmianę i modyfikacje techniki nadawania SigFox Technika SDR (ang. Software Defined Radio) – oznacza sterowanie elementami elektronicznymi radiowego układu nadawczo-odbiorczego RF (jak mieszacze ,filtry, modulatory i demodulatory, detektory) za pomocą programu SDR umożliwia realizację specjalnych typów modulacji na jednym układzie RF SDR pozwala na zmianę i modyfikacje techniki nadawania 11-2014 Zygmunt Kubiak

Porównanie transmisji z modulacją GFSK i transmisji UNB SigFox Modulacja UNB Porównanie transmisji z modulacją GFSK i transmisji UNB Z lewej - 13 konwencjonalnych sygnałów GFSK odpowiada około 40% obciążeniu pasma Podczas tych transmisji wystąpiły 3 kolizje 11-2014 Zygmunt Kubiak

Porównanie transmisji z modulacją GFSK i transmisji UNB SigFox Modulacja UNB Porównanie transmisji z modulacją GFSK i transmisji UNB Z prawej – 210 sygnałów UNB odpowiada obciążeniu poniżej 4% Podczas tych transmisji nie wystąpiły kolizje 11-2014 Zygmunt Kubiak

SigFox Modulacja UNB Sygnały SigFox i konwencjonalne GFSK transmitowane w tym samym przedziale czasu Nie wystąpiła utrata sygnałów UNB przesyłanych z mocą +25dBm przez interferencje z klasycznymi sygnałami 11-2014 Zygmunt Kubiak

SigFox Dla zwiększenia pewności transmisji, w SigFox przyjęto nadawanie tego samego pakietu trzykrotnie ale w różnych kanałach wybieranych losowo 11-2014 Zygmunt Kubiak

Organizacja pakietów (nadawanych – Uplink oraz odbieranych – Downlink) SigFox Organizacja pakietów (nadawanych – Uplink oraz odbieranych – Downlink) Bezpieczeństwo: unikatowy numer urządzenia (ID), kod uwierzytelniania wiadomości, szyfrowanie Częstotliwość środkowa dla downlink jest ustawiana przez sieć odpowiednio do transmisji uplink Szyfrowanie danych - na poziomie warstwy aplikacyjnej 11-2014 Zygmunt Kubiak

Zasięg (pokrycie), liczba urządzeń SigFox Stan wdrożeń SigFox LPWAN jest w pełni wdrożona we Francji, Hiszpanii, Portugalii (pod nazwą NarrowNet), Holandii, Luksemburgu i Irlandii W trakcie wdrażania w Niemczech, Wielkiej Brytanii, Belgii, Danii, Czechach, Włoszech, na wyspie Mauritius, Australii, Nowej Zelandii, Omanu, Brazylii, Finlandii, na Malcie, Meksyku, Singapurze i USA W Polsce niewielkie obszary objęte są zasięgiem stacji bazowych z Czech i Niemiec Zasięg (pokrycie), liczba urządzeń 1,3 miliona kilometrów kwadratowych 340 milionów ludności Maksymalna wielkość komórki - 50 km Przewidywany żywotność baterii 10-15 lat 11-2014 Zygmunt Kubiak

Przykładowe zastosowania SigFox Przykładowe zastosowania Różne urządzenia, np.: śledzenie zasobów, inteligentne miasta, domy, bezpieczeństwo, narzędzia, monitorowanie środowiska i osobistego zdrowia https://partners.sigfox.com 11-2014 Zygmunt Kubiak

Układy SigFox - ATA8250 (Atmel) SoC (ang. System on Chip) Mikrokontroler AVR z wbudowanym radiowym układem nadawczo-odbiorczym, firmwarem, stosem protokołu SigFox oraz ID i PAC 11-2014 Zygmunt Kubiak

Układy SigFox - ATA8250 (Atmel) SoC (ang. System on Chip) Mikrokontroler AVR z wbudowanym radiowym układem nadawczo-odbiorczym, firmwarem, stosem protokołu SigFox oraz ID i PAC 11-2014 Zygmunt Kubiak

Układy SigFox - ATA8250 (Atmel) Interfejs SPI 11-2014 Zygmunt Kubiak

Układy SigFox - ATA8250 (Atmel) Interfejs SPI 11-2014 Zygmunt Kubiak

Układy SigFox - ATA8250 (Atmel) Interfejs SPI 11-2014 Zygmunt Kubiak

Układy SigFox - ATA8250 (Atmel) Przykład komend: Write TX Buffer Komenda do zapisu bufora nadawczego Zapis 0…12 bajtów 11-2014 Zygmunt Kubiak

Układy SigFox - ATA8250 (Atmel) Przykład komend: Start TX Test Mode Frame oznacza liczbę ramek do wysłania – numer z zakresu 0…32768, -1 dla nieskończoności; każda ramka wysyłana jest trzykrotnie Chan oznacza numer kanału dla transmisji – numer z zakresu 0…480, -1 deaktywacja przeskoków 11-2014 Zygmunt Kubiak

Dziękuję Zygmunt Kubiak 09-2006

Zygmunt Kubiak 2018-12-05

Zygmunt Kubiak 2018-12-05

Zygmunt Kubiak 2018-12-05

Zygmunt Kubiak 2018-12-05

Zygmunt Kubiak 2018-12-05

Zygmunt Kubiak 2018-12-05

Zygmunt Kubiak 2018-12-05

Zygmunt Kubiak 2018-12-05

Zygmunt Kubiak 2018-12-05

Clean-Slate Zygmunt Kubiak 2018-12-05

© Analysys Mason Limited 2014 Zygmunt Kubiak 2018-12-05