무선 기술에 대한 경쟁은 1890 년대에 Marconi가 세계 최초의 라디오 방송국을 구축하고 무선 전신을 도입했을 때 시작되었으며, 이는 당시 인간이 정보를 교환하는 방식을 완전히 재정의했습니다. 오늘날 우리는 많은 양의 데이터를 지구 가장 깊은 곳에 사는 모든 사람에게 무선으로 전송하기 위해 많은 새로운 셀룰러 기술을 발전 시켰습니다. 하지만 최근에는 서로 의사 소통을해야하는 사람 만이 아닙니다. 기계 및 기타 전자 장치도 서로 정보를 교환하여 연결된 네트워크 를 설정하기 시작했습니다.. 이러한 장치는 대부분 원격 위치에서 배터리로 작동하므로 가능한 최소한의 전력으로 장거리 통신이 가능합니다. 이 요구 사항은 ZigBee, LoRa, Sigfox 등과 같은 새로운 통신 기술에 대한 필요성을 촉발 시켰습니다. 이전 기사에서 LoRa가 무엇인지 이미 논의 했으므로이 기사에서는 Sigfox라는 유사한 무선 통신 프로토콜에 대해 알아보고 연결된 기술.
Sigfox 기술이란?
Sigfox는 특허 기술을 사용하여 종단 간 IoT 연결 서비스를 이용하여 주로 처리량이 낮은 사물 인터넷 (IoT) 및 M2M 애플리케이션 을 위한 맞춤형 솔루션을 제공 하는 장거리 셀룰러 무선 통신 입니다. Sigfox 네트워크 프로토콜에는 소프트웨어 정의 라디오와 통합 된 특허받은 기지국이 있습니다. 최종 장치는 BPSK (Binary Phase-Shift Keying) 변조를 사용하여 기지국에 연결합니다.
Sigfox 네트워크는 저전력 소비로 효과적인 통신 을 가능하게하도록 설계되었습니다. 낮은 전력 소비로 인해 최소한의 배터리 충전 또는 유지 관리로 원격 장치가 오랫동안 실행됩니다. Sigfox는 장거리 IoT 통신을 가능하게하여 최소한의 기지국으로 전송할 수 있습니다. Sigfox 네트워크는 셀룰러 스타일 접근 방식을 사용하여 원격 노드가 인터넷을 사용하여 기지국과 통신 할 수 있도록합니다. 이것은 인터넷 연결이있는 한 넓은 지리적 영역에 걸쳐 Sigfox 노드에서 원격 제어 및 데이터 수집을 용이하게합니다.
Sigfox의 특징
Sigfox는 2009 년에 다시 소개되었지만 최근까지 인기를 얻지 못했습니다. 오늘날 IoT의 도래와 함께 Sigfox는 스마트 전기 계량기, 스마트 시계 등과 같은 저전력 장치 를 연결하는 통신 표준으로 많이 사용되고 있습니다. Sigfox를 선호하는 네트워크로 만드는 Sigfox의 기능을 살펴 보겠습니다.
높은 네트워크 용량
Sigfox는 최대 수십억 개의 물체까지 확장 할 수있는 고용량을 가지고 있습니다. 이는 간섭에 대한 내성과 복원력을 수용하는 초협 대역 변조 때문입니다. Sigfox 인프라는 주파수 및 시간 다양성을 촉진하는 랜덤 액세스를 사용합니다. 업 링크 및 다운 링크 대역폭을 사용하면 사용되는 무선 링크에 관계없이 일관성을 유지할 수 있습니다.
높은 에너지 효율
Sigfox 네트워크는 Sigfox 하드웨어를 제조 할 때 사용되는 저전력 소비 반도체 덕분에 높은 에너지 효율성을 자랑 합니다. 이러한 반도체를 통해 Sigfox 모듈은 약 10mA – 50mA 의 전류 만으로 데이터를 전송할 수 있습니다. Sigfox 네트워크 아키텍처는 데이터 전송을 수행하기 전에 장치와 기지국간에 메시지 동기화를 실행하지 않습니다. 즉, 페어링이 필요하지 않습니다. 장치와 기지국 사이의 페어링 부족은 긴 배터리 수명을 수용 하고 다른 기술에 비해 Sigfox의 이점을 제공합니다. Sigfox는 유휴 상태 일 때 몇 나노 암페어 만 소비하므로이 전력 소비율은 무시해도 될 정도이며 효율성을 더욱 향상시킵니다.
장거리
Sigfox의 배포는 최소한의 기지국 으로 넓은 지역을 포괄합니다. 무선 주파수 범위 (RF)는 모든 출력에 대한 데이터 속도 의미로 추정되며 낮은 데이터 속도로 장거리를 달성합니다. 장거리 기지국을 구현하면 최소 비용으로 광범위한 Sigfox 네트워크를 구현할 수 있습니다. Sigfox의 장거리는 기지국의 감도가 낮고 물체의 출력 전력이 낮기 때문에 가능합니다. 시골 지역에서 Sigfox 네트워크는 최소한의 간섭으로 인해 평균 30km – 50km 범위를 커버합니다. 그러나 장애물이 많은 타운 센터에서는 Sigfox 범위가 10km로 줄어 듭니다.
간섭에 대한 복원력
Sigfox는 고유 한 방해 전파 방지 기능을 촉진하는 + 20dB 의 기지국 공간 다양성과 통합 된 192KHz Ultra Barrow Band (UNB)를 사용 합니다. Sigfox 네트워크는 Ultra Narrow Band를 사용하여 ISM (산업, 과학 및 의료) 대역에서 작동합니다.확산 스펙트럼 신호는 UNB 신호에 의해 간섭되기 때문입니다. 유럽에서는 Uplink의 대역폭이 100Hz이고 미국에서는 대역폭이 600Hz를 초과합니다. 유럽 연합은 최대 전력을 25mW로 제한했습니다. 다운 링크의 채널 대역폭은 1.5KHz이고 데이터 범위는 600bps입니다. 다운 링크는 최대 전력 출력을 500mW로 추가로 제한합니다. 간섭을위한 최적의 복원력은 Sigfox가 ISM 대역에서 효과적으로 작동하도록합니다. 이를 통해 재밍 신호에서도 전송할 수 있습니다. 그러나 낮은 노이즈 오버랩은 초협 대역에 본질적인 견고 함을 유도합니다. 결과적으로 메시지를 전송하려면 신호가 8dB 이상이어야합니다.
Sigfox 네트워크 아키텍처
Sigfox 네트워크 아키텍처는 수평적이고 얇으며 2 개의 계층이 있습니다. 계층 1은 주로 기지국과 기타 요소로 구성된 네트워크 장비로 구성됩니다. 이 계층의 목적은 IoT 장치에서 메시지를 수신하고이를 Sigfox 지원 시스템으로 전송하는 것입니다.이 네트워크에는 IoT 장치가 근처의 모든 기지국에 연결할 수 있는 1 홉 스타 토폴로지가 있습니다. 두 번째 계층은 Sigfox 지원 시스템입니다.기지국의 메시지가 처리되고 콜백을 통해 고객 시스템으로 전송됩니다. 이 계층은 또한 웹 인터페이스 또는 API를 사용하여 생태계에 Sigfox, 최종 고객, Sigfox 운영자 및 채널과 같은 다양한 행위자의 진입 점을 제공합니다. 계층에는 네트워크에서 수집 한 데이터를 분석하기위한 저장소 및 기타 도구가 있습니다. 이 계층에는 네트워크의 배포, 운영 및 모니터링을 지원하는 모듈과 기능도 포함되어 있습니다. 이 기능에는 청구 및 주문을위한 비즈니스 지원 시스템 (BSS) 과 네트워크 배포 및 모니터링을 지원하기위한 무선 계획이 포함됩니다. 공용 인터넷은 보안 VPN 연결을 통해 두 계층을 연결합니다.
IoT 장치의 데이터는 공중을 통해 기지국으로 전송 된 다음 4G 백업과 함께 DSL 연결을 사용하는 백홀을 거칩니다. 위성 연결은 DSL 및 4G를 사용할 수없는 장소에서 백업으로 사용됩니다. 메시지 처리도 백홀에 의해 처리됩니다. 이러한 메시지는 복제 횟수만큼 코어 네트워크에 도착하지만 웹 인터페이스를 통해 고객이 액세스 할 수있는 사본은 하나만 저장됩니다.
Sigfox 보안 및 개인 정보
Sigfox의 주요 초점이 IoT와 함께 사용되는 것이기 때문에 네트워크는 방화벽을 구현하여 이동 및 저장 데이터를 보호함으로써 보안을 강화하도록 설계되었습니다. IoT 보안 과제에 대한이 기사를 읽고 IoT 장치를 보호하는 방법에 대한 더 나은 아이디어를 얻을 수도 있습니다. 이제 Sigfox의 다양한 보안 기능을 살펴 보겠습니다.
방화벽 보안
Sigfox에는 인터넷 프로토콜을 사용하여 연결하거나 통신하도록 IoT 개체를 제한 하는 방화벽 이 내장 되어 있습니다. 인터넷을 통해 통신하기 위해 객체는 사용 가능한 액세스 스테이션에서 수신하는 라디오 메시지를 보냅니다. 그런 다음 액세스 스테이션은 Sigfox 지원 시스템에 메시지를 중계하여 지정된 대상으로 메시지를 전송합니다. Sigfox 지원 시스템은 또한 기지국을 통해 발신자 개체에 응답을 전송합니다. 따라서 보안 방화벽은 인터넷 관련 공격으로부터 IoT 개체를 보호합니다.
데이터 보안
Sigfox 아키텍처는 안전한 데이터 인증 및 재생 방지 를 보장하는 보안 메커니즘을 제공합니다. 또한 추가 도청 방지 메커니즘을 제공합니다. Sigfox의 IoT 체인에는 장치와 고객이 저장 한 인증 키가 포함되며,이 키는 Sigfox 시스템에 저장된 데이터에 액세스하는 데 필요합니다. 결과적으로 Sigfox의 데이터 메커니즘은 다양한 생태계와 다양한 지역 규정 내에서 보안을 보장합니다. 모든 장치의 인증 키는 고유합니다. 즉, 장치의 인증 보안 키가 손상 되어도 다른 장치의 보안에 영향을주지 않습니다. 그러나 모든 장치의 보안은 제조업체의 재량에 달려 있습니다.
Sigfox의 적용
Sigfox 기술은 넓은 영역에서 작동하는 저비용 M2M 애플리케이션에 적합합니다. 이러한 영역에는 다음이 포함됩니다.
- 사람, 상품 또는 기타 유형의 자산 추적.
- 에너지 부문의 스마트 계량 통신.
- 모바일 헬스 애플리케이션 커뮤니케이션
- 운송 부문 의 자동차 통신 관리
- 원격 제어 및 모니터링.
- 보안.
Sigfox 모듈 제조업체
Murata 는 선도적 인 Sigfox 마이크로 컨트롤러 제조업체 중 하나입니다. 인기있는 Sigfox 모듈은 ST 마이크로 컨트롤러의 STM32 기반 무선 마이크로 컨트롤러 와 SX127 Samtech RFIC를 활용합니다. 이 마이크로 컨트롤러는 860 ~ 930MHz의 주파수 범위에서 작동합니다. 이 주파수 범위는 신호 영역이 좋지 않은 경우 + 20dBm으로 향상 될 수있는 + 14dBm의 출력 전력을 지원합니다.
기준 치수 |
제조사 |
WSSFM10R1: RCZ1 (유럽, 중동, 아프리카) |
(주) 위솔 |
TD1207 |
TD 다음 |
SN10-11 |
InnoComm |
ABZ Sigfox RC1 |
무라타 제조 주식회사 |
SiPy 14dB |
파이 콤 |
S-Wing: Zone 2 & 4 용 Bosch XDK 용 Sigfox 확장 보드 |
InnoComm |
S-Wing: Zone 3 용 Bosch XDK 용 Sigfox 확장 보드 |
InnoComm |
SN10-12 |
InnoComm |
SN10-22 |
InnoComm |