Zygmunt Kubiak Instytut Informatyki Politechnika Poznańska

Prezentacja na temat: "Zygmunt Kubiak Instytut Informatyki Politechnika Poznańska"— Zapis prezentacji:

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

2 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 km w aglomeracjach miejskich oraz km na obszarach mało zaludnionych Zygmunt Kubiak

3 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 Zygmunt Kubiak

4 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) Zygmunt Kubiak

5 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) Zygmunt Kubiak

6 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 Zygmunt Kubiak

7 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 Zygmunt Kubiak

8 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 Zygmunt Kubiak

9 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 Zygmunt Kubiak

10 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 Zygmunt Kubiak

11 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 Zygmunt Kubiak

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

13 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 Zygmunt Kubiak

14 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 lat Zygmunt Kubiak

15 Przykładowe zastosowania
SigFox Przykładowe zastosowania Różne urządzenia, np.: śledzenie zasobów, inteligentne miasta, domy, bezpieczeństwo, narzędzia, monitorowanie środowiska i osobistego zdrowia Zygmunt Kubiak

16 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 Zygmunt Kubiak

17 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 Zygmunt Kubiak

18 Układy SigFox - ATA8250 (Atmel)
Interfejs SPI Zygmunt Kubiak

19 Układy SigFox - ATA8250 (Atmel)
Interfejs SPI Zygmunt Kubiak

20 Układy SigFox - ATA8250 (Atmel)
Interfejs SPI Zygmunt Kubiak

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

22 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 Zygmunt Kubiak

23 Dziękuję Zygmunt Kubiak

24 Zygmunt Kubiak

25 Zygmunt Kubiak

26 Zygmunt Kubiak

27 Zygmunt Kubiak

28 Zygmunt Kubiak

29 Zygmunt Kubiak

30 Zygmunt Kubiak

31 Zygmunt Kubiak

32 Zygmunt Kubiak

33 Clean-Slate Zygmunt Kubiak

34 © Analysys Mason Limited 2014
Zygmunt Kubiak