Introducción red Sigfox

El número de dispositivos conectados a Internet viene creciendo de forma exponencial y desde el año 2009 ya han superado al número de habitantes de nuestro planeta. Actualmente, existen en promedio unos 5 dispositivos conectados a Internet por cada ser humano.

Miles de millones de objetos, todos conectados y consumiendo muy poca energía

Los relojes inteligentes que miden el pulso cardíaco, los radares móviles que detectan los excesos de velocidad, los sensores de temperatura y humedad, son ejemplos de algunos de ellos y se prevé que existirán más de 50 mil millones de dispositivos conectados en el año próximo (2020).

Al conectar objetos para que nos brinden información de su entorno, por lo general, no es necesario disponer de un gran ancho de banda para que se comuniquen y los datos a transferir no son voluminosos.

Las redes LPWAN (Low-Power Wide Area Networks) son redes inalámbricas de largo alcance (algunas decenas de kilómetros) que permiten transmitir datos a bajas tasas de transferencia con un mínimo consumo de energía. Muy adecuadas, por tanto, para conectar objetos del Internet de las Cosas (IoT), que son alimentados por baterías y cuya duración se desea maximizar.

Múltiples redes de comunicación, existen en la actualidad, enfocadas al IoT (Sigfox, LoRa, NB-IoT, LTE-M, etc.), que solo permiten el envío de pequeños paquetes de datos y con costos relativamente bajos.

Qué es la red Sigfox

En este artículo hablaremos específicamente de una red LPWAN: Sigfox. Se trata de una red que permite conectar objetos utilizando las bandas electromagnéticas no licenciadas: Industrial, Scientific & Medical (ISM), las cuales no requieren de autorización especial para su uso.

Responde a las necesidades de comunicación entre los objetos o “machine-to-machine” (M2M), que funcionan con baterías de reducido tamaño y solo requieren bajos niveles de transferencia de datos.

Utiliza una tecnología, denominada Ultra Narrow Band (UNB), diseñada para funcionar con bajas tasas de transferencias (entre 10 y 1.000 bits por segundo). Consiste en emplear canales estrechos del espectro para alcanzar grandes distancias con un requerimiento mínimo de energía y utiliza la banda de los 868 MHz en Europa y de los 902 MHz en Estados Unidos.

La empresa fue fundada en el año 2009 por dos Ingenieros franceses (Ludovic Le Moan y Christophe Fourtet) y tiene su sede principal cerca de la ciudad de Toulouse, en Francia. Posee oficinas en Madrid, Munich, Boston, Dallas, San Francisco, Dubai, Singapur, San Pablo y Tokio.

A inicios del año 2019 está presente en 60 países y cuenta con más de 6 millones de objetos conectados a esta red y soporta un tráfico de más de 13 millones de mensajes por día.

Arquitectura de Sigfox

Sigfox utiliza una infraestructura de estaciones base, con sus correspondientes antenas y demás elementos, que son propias de esta red. Los objetos se comunican con las estaciones base, que escuchan permanentemente el espectro, e interpretan las señales que reciben, para enviarlas luego a los sistemas de soporte de Sigfox.

Una diferencia importante con las redes de telefonía celular es que los objetos no están sujetos a una estación base específica, sino que un mismo paquete de datos es enviado tres veces (diversidad en tiempo y frecuencia). La comunicación es bidireccional aunque normalmente son los objetos los que envían información a la red.

sigfox ingenieria

Para el envío de datos no se requiere inicialización previa (pairing), la transmisión es asíncrona entre el objeto y la red. Para que un dispositivo funcione con esta red se requiere que contenga un módulo de comunicación compatible con Sigfox (chips, tarjetas o kits específicos).

El consumo de energía al transmitir está comprendido entre 10 y 50 mA mientras que en estado de reposo es prácticamente cero. Esto permite una autonomía de la batería de hasta 15 años.

Los mensajes enviados (uplink) no pueden superar los 12 bytes, mientras que los recibidos (downlink) no deben exceder los 8 bytes. Se pueden enviar hasta 140 mensajes por día, es decir, 6 mensajes por hora y recibir hasta 4 mensajes por día. Esto garantiza una ocupación de la banda del 1% máximo.

A continuación algunos ejemplos de tamaños de paquetes de acuerdo a su área de aplicación:

 

  TAMAÑO (bytes)

Coordenadas GPS con una precisión de 3 mts.

6

Temperatura entre -100 y +200 *C

2

Velocidad hasta 255 kms/h

1

Estado de un objeto

1

Keepalive

0

 

Como ya se ha mencionado, la recepción es cooperativa (diversidad espacial): tres estaciones base en promedio reciben el mismo mensaje. El acceso a la red es aleatorio (frecuencias diferentes).

Servicios principales

Los servicios con los que cuenta esta red son:

  • Sistema de mensajería
  • Servicio de nube y manejo de datos
  • Servicios de geolocalización y rastreo

Seguridad de la red

Se han implementado diversos mecanismos de verificación de los dispositivos y mensajes que son enviados a través de la red. Cada dispositivo cuenta con una identificación. A su vez cada mensaje lleva un número de secuencia único y una marca de tiempo que permite protección ante ataques de tipo replay.

Las estaciones base cuentan todas con un mecanismo Trusted Platform Module (TPM) de protección de las claves implicadas en la seguridad de las mismas. Se utiliza el algoritmo AES-ECB para la encriptación mediante clave pública y Redes Privadas Virtuales (VPNs) para el acceso desde el sistema de soporte de Sigfox.

Conclusiones

Sigfox constituye una alternativa a las redes wi-fi o redes celulares (LTE, 5G) cuando se requiere comunicar objetos del Internet de las Cosas. Esta red inalámbrica, de gran cobertura y bajo consumo de energía, es extremadamente versátil y flexible. En nuestro país está comenzando a desplegarse y es la mejor opción para soportar la formación online.

Bibliografía Red Sigfox

[1] Red Sigfox (inglés)
[2] WMDGroup

Ing. Pablo Martres
Ingeniero de Sistemas en Computación por la Universidad de la República. Se ha desempeñado como profesional en importantes empresas de nuestro medio tanto en el área pública (ANCAP, OSE) como privada (IBM). Cuenta con más de 30 años de experiencia en el campo y actualmente se desempeña como Consultor en las áreas de su especial interés: Networking y Ciberseguridad. Posee la certificación internacional CISSP.
Es docente de Facultad de Ingeniería de la Universidad de la Empresa desde sus inicios. Diplomado en Docencia Universitaria y del Nivel Superior. Es además Tutor de Proyectos de Grado.

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