اقرأ في هذا المقال
يُعد نظام “SigFox” بأنّه نمط خلوي وطويل المدى ومنخفض الطاقة ومعدل بيانات منخفض للاتصالات اللاسلكية تم تطويره؛ لتقديم اتصال لاسلكي لأجهزة مثل أجهزة الاستشعار عن بعد من أجهزة “Machine to machine” وأجهزة إنترنت الأشياء “IoT”، كما تم تطوير واجهة “SigFox” اللاسلكية لتمكين أي اتصالات تحدث لاستهلاك الحد الأدنى من الطاقة، وبهذه الطريقة يمكن تشغيل الأجهزة البعيدة على طاقة البطارية لفترات طويلة جداً دون الحاجة إلى أي تغييرات في البطارية أو صيانة.
ما هو نظام SigFox؟
نظام “SIGFOX”: هو أول مشغل شبكة خلوية يقدم خدمة نقل بيانات منخفضة التكلفة، حيث تكون الخدمة مخصصة بالكامل لتطبيقات الإنتاجية المنخفضة من آلة إلى آلة أو إلى أجهزة إنترنت الأشياء، كما تم تصميم النظام لتمكين عمليات الإرسال من تغطية مسافات طويلة، ممّا يتيح استخدام عدد محدود من المحطات الأساسية.
يستخدم إنترنت الأشياء “IoTsens” شبكات الاتصال “Sigfox” والشبكات اللاسلكية لتوصيل الكائنات منخفضة الطاقة مثل المستشعرات “sensors“، والتي يجب أن تكون قيد التشغيل باستمرار وتصدر كميات صغيرة من البيانات، كما إنّ شبكة “SIGFOX” قابلة للتطوير بدرجة كبيرة ومصممة لحجم كبير من الأجهزة، حيث يوفر اتصالات ثنائية الاتجاه مع الأجهزة وقادر على التكامل مع تطبيقات البرامج.
بالنسبة لمجموعة من التطبيقات من العدادات الذكية إلى العقد التي تحتاج إلى اتصال عبر نطاقات طويلة كان الخيار الوحيد حتى وقت قريب هو استخدام اتصالات متنقلة، كما أنّ له عيوب عديدة لأنّ أنظمة الهاتف المحمول تركز على الصوت ومعدلات البيانات العالية، فهي ليست مناسبة للاتصالات ذات معدل البيانات المنخفض، حيث تكون واجهة الراديو معقدة وهذا يؤدي إلى زيادة التكلفة واستهلاك الطاقة أكثر من اللازم بالنسبة لمعظم تطبيقات “M2M” أو “IoT”.
ملاحظة:“IoT” هي اختصار لـ “Internet of Things” و”M2M” هي اختصار لـ “Machine-to-machine communication”
باستخدام نهج النمط الخلوي، يمكن لعقد “SigFox nodes” البعيدة التواصل مع المحطات الأساسية التي لديها اتصال بالإنترنت، وبالتالي القدرة على التحكم عن بعد وجمع البيانات من أي مكان به اتصال بالإنترنت، وبهذه الطريقة يكون “SigFox” قادر على توفير اتصال معدل بيانات منخفض إلى أي مكان تغطية شبكة بتكلفة منخفضة للغاية للعديد من التطبيقات، حيث تسعى شبكة “SigFox” إلى توفير الاتصال لمجموعة متنوعة من التطبيقات والمستخدمين، كما إنّه لا يستهدف منطقة واحدة، كما يتميز أداء شبكة “SIGFOX” في:
- يصل إلى 140 رسالة لكل كائن في اليوم.
- حجم الحمولة لكل رسالة 12 بايت.
- معدل نقل لاسلكي يصل إلى “100 بت في الثانية”.
مجالات تطبيق نظام SigFox:
تسعى شبكة ونظام “SigFox” إلى استخدام الأجهزة منخفضة التكلفة إلى مناطق تطبيق الأجهزة التي تحتاج إلى تغطية منطقة واسعة، حيث هناك عدد من التطبيقات التي تحتاج إلى هذا النوع من تقنيات الاتصالات اللاسلكية منخفضة التكلفة، وتشمل المناطق التي يمكن استخدام شبكة “SigFox” فيها ما يلي:
- السلع المنزلية والاستهلاكية.
- الاتصالات المتعلقة بالطاقة خاصةً القياس الذكي.
- الرعاية الصحية والتي يمكن أن تكون تطبيقات الصحة المحمولة التي بدأ تطويرها.
- وسائط النقل التي يمكن أن يشمل ذلك إدارة السيارات.
- المراقبة والتحكم عن بعد.
- البيع بالتجزئة بما في ذلك نقاط البيع.
- نظام الأمان.
شبكة الوصول إلى الراديو SigFox:
بالنسبة لمعدلات البيانات المنخفضة التي يتم اعتمادها لاتصالات إنترنت الأشياء فإنّ شبكة “SIGFOX” تُستخدم تقنية “UNB”، حيث يوفر ذلك تشغيل قيم طاقة منخفضة جداً لجهاز الإرسال مع العمل على توفير اتصال بيانات قوي، كما يستخدم جهاز الراديو “SigFox” نطاقات راديو “ISM” غير مرخصة، والتي تكون الترددات الدقيقة فيها مختلفة، ففي أوروبا يتم استخدام النطاق “868 ميجا هرتز” أمّا في الولايات المتحدة هو “915 ميجا هرتز” و” 433 ميجاهرتز” في آسيا.
تعتمد كثافة الخلايا في شبكة “SigFox” على متوسط نطاق يتراوح بين “30 – 50 كم” في المناطق الريفية وفي المناطق الحضرية حيث عادة ما يكون هناك المزيد من العوائق والضوضاء أكبر، وقد ينخفض النطاق إلى ما بين “3 – 10 كم، حيث يمكن أن تكون المسافات أعلى بكثير بالنسبة للعقد الخارجية، كما يمكن أن يتم إرسال الرسائل الخاصة بحالات “SIGFOX” لأكثر من “1000 كيلومتر”، على الرغم من أنّ الأرقام المعتادة ستكون أقل بكثير من ذلك، وتم تصميم الهيكل العام لشبكة “SigFox” لتوفير شبكة قابلة للتطوير وذات سعة عالية، مع استهلاك منخفض جدا للطاقة ومع الحفاظ على بنية تحتية خلوية بسيطة وسهلة الاستخدام.
- “UNB” هي اختصار لـ “Ultra-Narrow Band”.
- “ISM” هي اختصار لـ “Industrial, Scientific and Medical”.
خصائص الوصلات في SigFox:
تقوم عملية “SigFox” في الاعتماد على عرض نطاق ضيق للغاية “Narrow Band”، حيث أنّ الوصلة الصاعدة والوصلة الهابطة لها خصائص مختلفة:
1- الوصلة الصاعدة “Uplink”:
يبلغ عرض النطاق الترددي للوصلة الصاعدة “100 هرتز” فقط في المنطقة الأوروبية، على الرغم من السماح بـ “600 هرتز” في الولايات المتحدة الأمريكية، أمّا نظام التعديل هو “DBPSK” وهو مفتاح إزاحة الطور الثنائي التفاضلي، وفي أوروبا، يعتمد وجود تردد الوصلة الصاعدة على الترددات بين “868.00 – 868.60 ميجاهرتز” والحد الأقصى للطاقة يقتصر على “25 ميغاواط”.
- “DBPSK” هي اختصار لـ “Differential Binary Phase Shift Keying”.
2- الوصلة الهابطة “Downlink”:
بالنسبة للوصلة الهابطة، يكون عرض النطاق الترددي للقناة “1.5 كيلو هرتز”، ويستخدم “GFSK” كصيغة تعديل، حيث يوفر هذا معدل بيانات “600 بت في الثانية”، كما يقتصر نطاق تردد الوصلة الهابطة على الترددات بين “869.40 – 869.65 ميجاهرتز”، وفي حالة الوصلة الهابطة يكون ناتج الطاقة محدوداً بحد أقصى “500 ميجاواط“.
على الرغم من أنّ تحديد الترددات تؤثر على جميع تطبيقات “IoT” أو “M2M” التي تستخدم النطاق “868 ميجا هيرتز” إلّا أنّها تحد من نقل بيانات “Sigfox”، ممّا يعمل على جعل الحد الأقصى لطول حزمة “SigFox” هو “24 بايت”، كما قد تعمل بيانات الحمولة الصافية “12 بايت” كحد أقصى، لذلك يمكن ملاحظة أنّه مع معدل البيانات البالغ “100 بت في الثانية”، حيث يحتاج إرسال كل حزمة حوالي ثانيتين، كما يتضمن كل إرسال في جهاز “SigFox” من ثلاث حزم يتم إرسال كل منها على ثلاثة ترددات مختلفة، كما يتم اختيارها من تسلسل شبه عشوائي.
تدعم الإصدارات الأولية من “SigFox” عمليات إرسال الوصلة الصاعدة فقط، ولكن تطور النظام لاحقاً لدعم الاتصال ثنائي الاتجاه، على الرغم من وجود عدم تناسق كبير في الارتباط، أمّا بالنسبة لبروتوكول النظام فإنّه لا يمكن أن يحدث اتصال الوصلة الهابطة أي البيانات من المحطات الأساسية إلى الأجهزة الطرفية إلّا بعد اتصال الوصلة الصاعدة.
كما أنّ عدد الرسائل المرسلة كل يوم محدود، ممّا يجعل النظام مثالياً لعقد المراقبة عن بعد ذات معدل البيانات المنخفض، كما يتم توفير موثوقية اتصال الوصلة الصاعدة من خلال استخدام تنوع الوقت والتردد مثل ازدواجية الإرسال، ولأنّ “SigFox” هو معيار مملوك يسمح بعدد مختلف من الرسائل يومياً وفقاً للخطة التي تم تحديدها.
- “GFSK” هي اختصار لـ “Gaussin Frequency Shift Keying”.
