¿Qué es Sigfox?
SigFox es una forma de comunicación inalámbrica de estilo celular, de largo alcance, bajo consumo y baja tasa de datos que ha sido desarrollada para proporcionar conectividad inalámbrica a dispositivos como sensores remotos, actuadores y otros dispositivos M2M e IoT. La interfaz inalámbrica SigFox ha sido desarrollada para permitir que cualquier comunicación que tenga lugar consuma una cantidad mínima de energía. De esta manera, los dispositivos remotos pueden funcionar con energía de la batería durante períodos muy prolongados sin necesidad de cambios de batería o mantenimiento. Además de esto, las comunicaciones M2M e IoT se comunicarán a largas distancias y el sistema SigFox ha sido diseñado para permitir que las transmisiones cubran largas distancias, permitiendo el uso de un número limitado de estaciones base. Utilizando un enfoque de estilo celular, los nodos remotos del SigFox pueden comunicarse con las estaciones de base que tienen conexión a la Internet, permitiendo así el control remoto y la reunión de datos desde cualquier lugar con conexión a la Internet. De esta manera, SigFox puede proporcionar una conexión de baja tasa de datos a cualquier lugar que esté cubierto por una red a un costo muy bajo para muchas aplicaciones M2M e IoT.
Es una red de IoT pensada para tener un bajo consumo y ser independiente de los despliegues de telefonía.
Entre las soluciones y compañías que ofrecen soluciones de conectividad alternativas a las clásicas GSM/3G/4G, destacamos SigFox.
Introducción a Sigfox como plataforma de comunicación inalámbrica de bajo consumo
Sigfox fue originariamente una empresa francesa fundada en 2009 por dos ingenieros apasionados por el estudio de las señales. Podemos catalogarla como la primera red IoT dedicada.
Este servicio aporta soluciones al mundo de las M2M (comunicación de máquina a máquina) con su oferta de conectividad, totalmente pensada y dedicada para las comunicaciones a baja velocidad.
Reinventa cómo se transmite la información siempre pensando en reducir el consumo de energía y el coste de los dispositivos conectados.
Sigfox junto con los distintos operadores encargados en cada país (En España era Abertis, ahora conocida como Cellnex) y ha creado una red de largo alcance y baja velocidad que permite la comunicación datos entre dispositivos conectados sin pasar por un teléfono móvil o estar directamente ligado a la cobertura y disponibilidad de la red móvil.
Es un servicio de banda estrecha que utiliza medios de trasmisión de radio estándar. La cantidad de datos que se envía a través de los sistemas Sigfox es reducida (12 bytes) y de forma pausada (300 baudios). No obstante, es una solución rentable, fiable y de bajo consumo para conectar diversos dispositivos y sensores, mostrándose como una tecnología viable para el desarrollo de comunicaciones M2M.
De esta forma, Sigfox se convierte en una excelente herramienta no solo para las comunicaciones M2M, sino para ofrecer soluciones a proyectos loT (Internet de las cosas). Además, es una alternativa a la red Wifi, puesto que, ofrece una cobertura bastante amplia en zonas remotas, soportando una gran cantidad de dispositivos y sensores de manera simultánea.
Si estás buscando soluciones para las comunicaciones M2M (machine to machine) usando redes inalámbricas de bajo consumo, Sigfox puede ser la solución a ese proyecto.
Sigfox es el servicio perfecto para monitorizar sensores y dispositivos electrónicos. Seguramente estarás pensando que lo normal para ello sería emplear una tarjeta SIMs, sin embargo, si la cantidad de datos es baja y con poca frecuencia, esta herramienta puede resultarte muy rentable.
Sigfox es una excelente herramienta no solo para las comunicaciones M2M, sino para ofrecer soluciones a proyectos loT. Ofrece una cobertura bastante amplia en zonas remotas, soportando una gran cantidad de dispositivos y sensores de manera simultánea.
Podemos ver un mapa de cobertura aquí: https://www.sigfox.com/en/coverage
Cobertura de Sigfox en Europa
Esta conexión entre equipos conectados es posible gracias a su tecnología de radio de banda ultra estrecha. Es energéticamente bastante eficiente y utiliza bandas de frecuencia libres de licencia, disponibles en todo el mundo, como las bandas ISM. Esto le obliga en parte a no poder ocupar el canal más de cierto porcentaje del tiempo conocido como duty cycle, imponiendo una de las limitaciones mas fuertes a mi entender, sobre Sigfox, que es el limite en el número de mensajes diarios por dispositivo a 140.
Qué proporciona Sigfox
SigFox proporciona un operador de red de estilo celular que ofrece una solución a medida para el Internet de las cosas de bajo rendimiento y aplicaciones M2M. Para una gran cantidad de aplicaciones, desde medidores inteligentes hasta nodos de control que necesitan conectividad a largo plazo, la única opción hasta hace poco era usar una conexión celular. Esta opción tiene varias desventajas porque los sistemas de telefonía celular se centran en la voz y en las altas velocidades de datos. No son adecuados para conexiones de baja velocidad de datos ya que la interfaz de radio es compleja y esto añade costo y consumo de energía - demasiado para la mayoría de las aplicaciones M2M / IoT. La red SigFox tiene como objetivo proporcionar conectividad para una variedad de aplicaciones y usuarios. No está dirigida a un área, sino a ser de uso general para una variedad de diferentes tipos de usuarios. El rendimiento de la red SIGFOX se caracteriza por lo siguiente:
Hasta 140 mensajes por objeto y día
El tamaño de la carga útil de cada mensaje es de 12 bytes
Rendimiento inalámbrico de hasta 100 bits por segundo
Cómo funciona Sigfox
Sigfox funciona en las bandas ISM (Industrial, Scientific and Medical) del espectro radioeléctrico, que son bandas reservadas internacionalmente para uso no comercial de radiofrecuencia electromagnética en áreas industrial, científica y médica. El uso de estas bandas de frecuencia está abierto a todo el mundo sin necesidad de licencia, respetando las regulaciones que limitan los niveles de potencia transmitida. Este hecho fuerza a que este tipo de comunicaciones tengan cierta tolerancia frente a errores y que utilicen mecanismos de protección contra interferencias, como técnicas de ensanchado de espectro.
Desde un punto de vista técnico, como hemos visto Sigfox depende de otra red distinta, basada en 868Mhz.
Cada nodo puede cubrir un área de cobertura bastante grande. Además empresas que necesiten mejorar la cobertura en su área pueden instalar un equipo repetidor.
Esquema de funcionamiento de Sigfox
Tiene un sistema en la nube donde desde la interfaz web es posible dar de alta los equipos, que funcionan por un ID único en vez de autenticación por tarjeta SIM como los móviles u otros dispositivos IoT basados en GPRS.
También ofrece una red con buena calidad de servicio garantizada y efectiva para bajo volumen de datos, pero que puede soportar muchos dispositivos simultáneos como por ejemplo un despliegue de sensores.
Podemos desarrollar nuestra propia APP y conectarla a la API de Sigfox para recibir la información de los sensores y dispositivos.
También es posible recibir mensajes en sentido contrario, desde la red hacia el dispositivo, pero hay que tener en cuenta que no son síncronos, no se asegura la disponibilidad y que están bastante limitados. Si te interesa este aspecto hay documentación adicional en la web de Sigfox:
https://support.sigfox.com/docs/downlink-information
Comentaba un lector sobre la velocidad que puede alcanzar Sigfox y el tamaño máximo de paquete. Realmente como estamos limitados a 140 paquetes por día por tema de usos de la red (duty cycle en una banda ISM) y cada paquete tiene 12 bytes, la velocidad de transmisión no afecta demasiado, pero por definirla podríamos decir que es bastante lenta, desde 0,3 a 50kbps.
Su funcionamiento es muy parecido a las redes de la telefonía móvil, puesto que, la red Sigfox funciona gracias a operadores locales ubicados en distintos países con estaciones receptoras y transmisoras.
La red pública utilizada para el intercambio de datos emplea frecuencias sin licencia, por ejemplo, en EEUU es la banda ISM de 915 MHz, en Europa emplean una banda más estrecha de 868 MHz y en el resto de países tienen alguna otra versión de esta banda.
¿Cuáles son los inconvenientes de Sigfox?
No está desplegado en todas partes, por lo que no funcionará en un gran número de casos de uso en la actualidad.
La comunicación se dirige mejor desde el punto final a la estación base.
Tiene funcionalidad bidireccional, pero su capacidad desde la estación base hasta el punto final es limitada.
La movilidad es difícil con los dispositivos Sigfox.
Áreas de aplicación de SigFox M2M
Sigfox tiene algunas limitaciones. A pesar de ello podemos encontrar aplicaciones en casi todas las áreas y sectores. Por ejemplo, en las áreas de domótica, Smart Grid, transporte, logística, ciudades inteligentes, Alarmas. El servicio es fiable y las cuotas de conectividad son inferiores a otras redes, lo que a volumen supone una diferencia notable. Podría servir para entornos Scada o de trazabilidad logística.
Como caso de éxito podemos destacar como en Enero de 2018, cuando se firmó un contrato de 300 millones de euros con Senioradom, un especialista Francés en teleasistencia para personas mayores. Este despliegue era para la ciudad de Chengdu en China, pero la idea es ampliar la solución a 20 ciudades más en China.
Otro caso de Éxito es el uso para Alarmas de la red Sigfox en España por parte de Securitas Direct. Evitando usar la tan saturada y fácil de inhibir red de telefonía.
Al utilizar saltos de frecuencia la red de Sigfox es más complicada de inhibir y por tanto más segura para sistemas de seguridad.
La red y la tecnología SigFox están dirigidas a las áreas de aplicación de bajo costo de máquina a máquina donde se requiere una cobertura de área amplia. Hay un número de aplicaciones que necesitan esta forma de tecnología de comunicaciones inalámbricas de bajo costo. Las áreas en las que se puede utilizar la red SigFox incluyen:
Hogar y bienes de consumo
Las comunicaciones relacionadas con la energía, en particular la medición inteligente
La atención sanitaria, en particular las aplicaciones mHealth que están empezando a desarrollarse
Transporte - esto puede incluir la gestión del automóvil
Monitoreo y control remoto
La venta al por menor, incluyendo el punto de venta, la actualización de los estantes, etc.
Seguridad
¿Para qué sirve?
Es una tecnología que se adapta muy bien a cualquier aplicación que requiera enviar ráfagas de datos pequeños y con poca frecuencia, pudiendo ser útil en diversos sectores y áreas, por ejemplo:
En el área de la domótica
Monitoreo de ubicación.
Sistemas de medición.
Smart Grid.
Sector de transporte.
Detección de vibraciones.
Monitoreo de temperatura.
Logística, entre otras áreas.
Así mismo, el servicio Sigfox cuenta con una plataforma web en la nube disponible las 24 horas del día, que accede a dar de alta a tus dispositivos, permitiendo a las empresas diseñar sus propias APP y conectarla a la API de Sigfox con la finalidad de recibir información de sus equipos.
Por otro lado, los dispositivos que emplean esta tecnología, por lo general, se encuentran en un modo de espera, consumiendo una mínima cantidad de energía, alargando la vida útil de las baterías (la cual puede llegar hasta los 10 años).
Usos de Sigfox en IOT
Monitorización de la Temperatura, detección de vibración o golpes, envío de la ubicación, la pulsación de un botón, esto son algunos usos que se podrían implementar. Todos los dispositivos pueden enviar pequeños paquetes de información hasta 140 veces al día como hemos visto.
Los dispositivos conectados de Sigfox están casi siempre en espera, lo que les permite consumir muy poca energía. Esto es quizás la mayor ventaja, el bajo consumo le permite que no sea necesario ni estar conectado a la red eléctrica ni tener baterías grandes. Por ejemplo un dispositivo IoT bajo sigfox con una batería decente podría tener una vida útil de hasta 10 años.
Como hemos visto, tiene como objetivo sobre todo facilitar la comunicación entre objetos inteligentes. La conectividad M2M le permite conocer los datos almacenados en un dispositivo a través de otro dispositivo central, como una computadora, para facilitar la toma de decisiones.
- La red Sigfox se usa actualmente para varias aplicaciones como pueden ser:
- Controlar vallas publicitarias,
- Gestionar el sistema de ventilación y calefacción de edificios.
- Gestionar alarmas
- Trazabilidad de activos
Sigfox en soluciones rurales para la comunicación inalámbrica
El reducido consumo, la buena cobertura en áreas remotas, así como no tener que instalar un gateway como en otras soluciones como lora, hacen de sigfox una solución buena para entornos rurales.
GPS basado en Sigfox
Sigfox es una buena tecnología para el control de ubicación GPS de activos, gracias a su bajo consumo, la autonomía que habitualmente usando tecnología GSM/LTE pueden ser horas o días, con sigfox serán semanas o meses, incluso años.
Entre las limitaciones está la teórica de 140 mensajes diarios, que nos daría si lo repartimos entre las 24h, una posición cada 10 minutos. Esto en algunos casos puede no ser suficiente por lo que podemos pensar fórmulas para conseguir recibir la posición con menor tiempo de espera en esas ocasiones que es requerido.
De igual forma podemos ahorrar batería y mensajes cuando no el activo no se está moviendo.
Red de acceso con radio SigFox
En vista de las bajas velocidades de datos utilizadas para las conexiones IoT, la red SIGFOX emplea tecnología de Banda Ultra Estrecha, UNB. Esto permite utilizar niveles muy bajos de potencia de transmisión y al mismo tiempo mantener una conexión de datos robusta. El enlace de radio SigFox utiliza bandas de radio ISM sin licencia. Las frecuencias exactas pueden variar según las regulaciones nacionales, pero en Europa se utiliza la banda de 868MHz; en los Estados Unidos es de 915MHz y en Asia de 433MHz. La densidad de las células de la red SigFox se basa en un rango promedio de unos 30-50km en las zonas rurales y en las zonas urbanas donde suele haber más obstrucciones y el ruido es mayor el rango puede reducirse a entre 3 y 10km.
Las distancias pueden ser mucho mayores para los nodos exteriores donde SIGFOX afirma que los mensajes de línea de vista podrían viajar más de 1000km, aunque las cifras más usuales serán mucho menores que esto. La topología general de la red SigFox ha sido diseñada para proporcionar una red escalable de alta capacidad, con un consumo de energía muy bajo, manteniendo al mismo tiempo una infraestructura celular basada en estrellas simple y fácil de desplegar.
El funcionamiento de SigFox se basa en el uso de anchos de banda muy estrechos. El enlace ascendente y el descendente tienen características diferentes:
- Enlace ascendente: El ancho de banda del enlace ascendente es de sólo 100 Hz en el área europea, aunque en los EE.UU. se permiten 600 Hz, y el esquema de modulación es DBPSK, incrustación por desplazamiento de fase binaria diferencial. En Europa la disponibilidad de frecuencia del enlace ascendente está limitada a frecuencias entre 868,00 y 868,60 MHz y la potencia máxima está limitada a 25 mW. Además, la Unión Europea ha limitado el ciclo de trabajo máximo a un tiempo de transmisión medio máximo del 1% para compartir equitativamente el uso del espectro entre todos los usuarios de éste y otros sistemas de comunicaciones similares.
- Enlace descendente: Para el enlace descendente el ancho de banda del canal es de 1,5 kHz y se utiliza la modulación por desplazamiento de frecuencia gaussiana como formato de modulación. Esto proporciona una velocidad de datos de 600 bps. La banda de frecuencias del enlace descendente se limita a las frecuencias entre 869,40 y 869,65 MHz. En el caso del enlace descendente, la potencia de salida se limita a un máximo de 500mW con un ciclo de trabajo del 10%. Una vez más este ciclo de trabajo está limitado por las regulaciones de la UE.
Aunque las limitaciones del ciclo de trabajo afectan a todas las aplicaciones del tipo IoT / M2M que utilizan la banda de 868MHz, limita la transmisión de datos de Sigfox. Esto significa que la longitud máxima de un paquete SigFox es de 24 bytes, y de este, los datos de la carga útil pueden ocupar un máximo de 12 bytes. En consecuencia, se puede ver que con la velocidad de datos de 100 bps cada transmisión de paquetes toma alrededor de 2 segundos. Además, cada transmisión de un dispositivo SigFox consiste en tres paquetes transmitidos cada uno de ellos en tres frecuencias diferentes elegidas de una secuencia pseudoaleatoria.
La transmisión múltiple de los datos es demandada para asegurar la integridad de los datos recibidos. Las primeras versiones de SigFox sólo admitían transmisiones de enlace ascendente, pero más tarde el sistema evolucionó para admitir la comunicación bidireccional, a pesar de que existe una importante asimetría en el enlace, como se ve en los detalles del enlace ascendente y el descendente. En cuanto al protocolo del sistema, la comunicación del enlace descendente, es decir, los datos de las estaciones de base a los dispositivos finales, sólo puede ocurrir después de una comunicación del enlace ascendente.
Además, el número de mensajes enviados cada día es limitado, lo que hace que el sistema sea ideal para nodos de vigilancia a distancia de baja velocidad de datos, etc. En vista de ello, no se establecen acuses de recibo, pero la fiabilidad de la comunicación ascendente se obtiene mediante el uso de la diversidad de tiempo y frecuencia, así como la duplicación de las transmisiones. Como SigFox es un estándar propietario, se permiten diferentes números de mensajes cada día según el plan que se haya seleccionado. ///lodeantes SigFox es una tecnología de red de área extensa de baja potencia, (o LPWAN, Low Power Wide Area Network, en inglés), especialmente diseñada para la conectividad de dispositivos IoT. Está diseñada pensando en la reducción de los costes de conectividad y el consumo de energía requerido para conectar los sensores IoT a la nube. La tecnología que está detrás de Sigfox emplea un sistema de tipo celular que permite que los dispositivos remotos se conecten usando tecnología de banda estrecha (o UNB, Ultra Narrow Band, en inglés).
Se encuentra disponible a través de los principales proveedores de chips y módulos del mercado (entre otros; Silicon Labs, Texas Instrument, Intel, Telecom Design, o ETSI), ofreciéndoles soporte y facilidades para la integración de sus equipos en la red. SigFox, que busca la normalización de sus soluciones para la comunicación en el IoT, permite así la interoperabilidad entre equipos de distintos fabricantes. Además de este soporte, SigFox ofrece la posibilidad de certificar los dispositivos con la marca SigFox Ready. Este proceso pretende clasificar los dispositivos en función de la cobertura y el alcance radio al que pueden tener acceso, con categorías de 0 a 3; siendo la 0 la que mejor calidad radio ofrece, y la 3 la que da una calidad más baja. Una vez fabricados y certificados los dispositivos, queda desarrollar aplicaciones para ellos, de manera que se podrían reemplazar soluciones existentes porque el uso de SigFox fuese más conveniente en diversos campos de estudio, o bien se podrían desarrollar aplicaciones completamente nuevas e innovadoras para su introducción en el mercado.
La red Sigfox proporciona conectividad económica y eficiente para IoT
Las redes de banda ancha como 5G (o 2G, 3G, 4G) pueden enviar rápidamente grandes cantidades de datos para aplicaciones de transmisión. Pero las redes son demasiado poderosas para los dispositivos de IoT, que producen y transmiten pequeños bits de datos y no necesitan operar en tiempo real. Escale los dispositivos de IoT a millones, y la red ideal para transportar gran cantidad de datos generados por IoT puede ser la red Sigfox «0G».
La red Sigfox 0G permite a las empresas conectar dispositivos IoT a una fracción del costo y el consumo de energía que necesitan las redes de banda ancha, según Ajay Rane, vicepresidente de desarrollo comercial de Sigfox, con sede en Labège, Francia.
Es una red como esta tiene muchos usos para las aplicaciones de la Industria 4.0, incluida la cadena de suministro y la logística, IoT industrial (IIoT), ciudades inteligentes y edificios inteligentes, dijo Rane.
«[The Sigfox 0G network] no podemos hacer datos de alta velocidad, pero funciona bien para el mercado al que nos dirigimos «, dijo.» No vamos a reemplazar la tecnología celular o cualquier otra tecnología; tenemos un lugar en la base de la pirámide de las tecnologías de IoT y hay muchos dispositivos en la base de esa pirámide que requieren baja potencia y conectividad de bajo costo «.
La red Sigfox es una red de área amplia de bajo consumo (LPWAN) que conecta dispositivos a grandes distancias sin consumir mucha energía. Los sensores de IoT envían datos a través de la red Sigfox a una puerta de enlace llamada estación base Sigfox, que envía los mensajes a la nube Sigfox al menos cada 10 minutos. Luego, la nube Sigfox envía los mensajes a las aplicaciones del cliente, lo cual proporciona conectividad económica y eficiente para IOT.
Manteniendo los costos bajos
Las aplicaciones de seguimiento de activos implementadas como la disponibilidad de la red LPWAN ha aumentado en los últimos 18 meses, y Sigfox ha podido ofrecer un ROI inmediato porque es más simple de implementar y el costo del dispositivo es comparativamente bajo, según Adarsh Krishnan, analista principal de ABI Research, que tiene su sede en Oyster Bay, Nueva York. Krishnan cubre la conectividad de IoT y las tecnologías LPWAN.
«Cuando reduce el costo de los rastreadores de activos individuales a ese nivel, una empresa que busque implementarlos en grandes volúmenes puede justificar tal inversión, y Sigfox tiene dispositivos que pueden durar muchos años y rastrear en múltiples regiones», dijo. «La inversión de capital inicial es mucho menor porque el costo de la conectividad en sí es muy bajo, y luego el costo de los dispositivos se vuelve bajo porque envía cantidades muy pequeñas de datos con poca frecuencia, lo que reduce el costo del dispositivo porque está optimizando el uso de la batería en los dispositivos «.
Los costos de la batería son algunos de los mayores gastos en las aplicaciones de seguimiento de activos, explicó Krishnan, y puede romper una justificación comercial para reemplazar continuamente las baterías o pagar los costos de mantenimiento en miles de dispositivos.
A medida que las aplicaciones de IIoT se vuelven más factibles, también están surgiendo otras opciones LPWAN como LoRa y otros métodos de conectividad como las redes celulares, según Krishnan. Sin embargo, la capacidad de conectividad de la red Sigfox de solo 12 bytes de datos como máximo y no más de 140 mensajes por día lo hace atractivo para las aplicaciones IIoT.
«Su idea es menos es más y están abordando casos de uso muy específicos dentro de lo que llamamos casos de uso masivo de IoT, donde los requisitos de datos son muy pequeños y los pequeños paquetes de datos se transmiten desde los dispositivos con menos frecuencia», dijo. «No es un seguimiento en tiempo real, la transmisión de datos puede ser cada media hora, por lo que la eficiencia de la batería o la energía se convierte en el mayor requisito en algunos de estos casos de uso».
Sigfox permite el seguimiento y seguimiento de la cadena de suministro
Safecube, una empresa de nueva creación con sede en Lyon, Francia, que proporciona aplicaciones de seguimiento y localización de la cadena de suministro, pudo escalar su negocio a nivel mundial después de conectarse a la red Sigfox.
El servicio de Safecube permite a los remitentes tener acceso directo y casi en tiempo real a los datos sobre la ubicación y el estado de un envío a través de sensores de IoT que transmiten datos en la red Sigfox. El crecimiento de la cobertura de la red en los últimos dos años es la principal razón por la que Safecube la utiliza, según Waël Cheaib, CEO de Safecube.
«Ahora la red cubre entre 60 y 70 países en el mundo, por lo que pueden decir que tienen presencia global», dijo Cheaib. «También han estado desarrollando una característica técnica que permite a los camioneros trabajar en todo el mundo. Hasta hace poco, no era posible que ninguna red de baja potencia tuviera algo funcionando en Europa, Estados Unidos, Sudamérica y África».
