in

Wat is Sigfox? Alles over het IoT-protocol

Wat is Sigfox? Sigfox is een wereldwijde netwerkoperator die draadloze apparaten zoals elektriciteitsmeters via het gelijknamige protocol verbindt met internet. Voordelen zijn een zo goed als landelijke dekking en een diep bereik binnenshuis en ondergronds.

Sigfox is een Frans bedrijf dat in 2010 werd opgericht. Hun bedoeling is om wereldwijd apparaten te verbinden via een zogenoemd low-power wide-area network (LPWAN): draadloze communicatie over grotere afstanden met een laag stroomverbruik.

In tegenstelling tot LoRaWAN, dat andere populaire LPWAN (zie het vorige nummer van PCM), kan niet iedereen zomaar een Sigfox-netwerk opzetten. Het bedrijf geeft in elk land één partij de licentie voor een landelijk netwerk. In Nederland is dat Sigfox Netherlands, in België Citymesh, dat zelf onderdeel uitmaakt van het ICT-dienstenbedrijf Cegeka. Deze operatoren zetten verspreid over hun land basisstations om het bereik te waarborgen. Op zijn website heeft Sigfox een wereldkaart staan van de dekking.

Ultra-Narrow Band

Sigfox werkt in het licentievrije spectrum, in Europa rond 868 MHz. We spreken over Ultra-Narrow Band (UNB) omdat Sigfox maar een beperkt bereik van 192 kHz rond de centrale frequentie gebruikt. De frequentieband loopt van 868,034 tot 868,226 MHz. Elk bericht is 100 Hz breed en wordt doorgestuurd met een snelheid van 100 of 600 bits per seconde, afhankelijk van de regio. Met enige zin voor provocatie noemt Sigfox zijn netwerk om die reden dan ook weleens een 0G-netwerk.

Voor een hoge betrouwbaarheid stuurt een Sigfox-apparaat elk bericht op een willekeurige frequentie in het bereik en dan kort erna twee keer een kopie op twee andere frequenties. Deze eenvoudige vorm van ‘frequency hopping’ moet een korte storing op één frequentie kunnen doorstaan.

Kleine berichten

Het communicatieprotocol van Sigfox is speciaal ontworpen voor kleine berichten. Een uplink-bericht (van het apparaat naar het netwerk) kan maximaal 12 bytes groot zijn. Dat is ruim voldoende voor bijvoorbeeld gps-coördinaten, een temperatuur, snelheid of een status ‘aan’ of ‘uit’. Bij een snelheid van 100 bps blijft een bericht met een payload van 12 bytes 2,08 seconden in de lucht.

Europese regelgeving stelt dat je het publieke spectrum maximaal 1 procent mag innemen. Sigfox vertaalt dat in zijn netwerk naar maximaal 6 berichten van 12 bytes per uur, of 140 berichten van 12 bytes per dag. In andere regio’s verschilt de regelgeving, maar ook daar houdt Sigfox deze limieten aan.

Downlink-berichten (van het netwerk naar het apparaat) kunnen overigens 8 bytes groot zijn. Dat is ook voldoende om een actie in het apparaat te triggeren of een instelling aan te passen. Een nadeel is dat er maar twee downlink-berichten per dag mogelijk zijn.

Sigfox Cloud

De basisstations die de Sigfox-berichten van apparaten ontvangen, sturen deze berichten via het publieke internet door naar Sigfox Cloud. Hierin zitten onder andere de back-end-servers die de berichten van de basisstations verwerken. Zo halen ze er duplicaten uit (meerdere basisstations kunnen hetzelfde bericht ontvangen). De berichten en hun metadata worden in de back-end ook opgeslagen.

Aan de front-end biedt Sigfox een webinterface aan, waardoor klanten via de website toegang tot de berichten van hun Sigfox-apparaten krijgen. Ze kunnen van hieruit ook downlink-berichten naar hun apparaten sturen. Dezelfde functionaliteit is ook via een REST API beschikbaar, zodat je ook je eigen of externe systemen via je favoriete programmeerplatforms met Sigfox kunt koppelen. Bedrijven kunnen dus hun eigen back-end-systemen met de Sigfox Cloud koppelen.

Beveiliging

Sigfox besteedt veel aandacht aan beveiliging in alle onderdelen van het netwerk. Elk bericht op het netwerk is geauthentiseerd door een sleutel die uniek is voor elk apparaat. Ook de integriteit van het bericht wordt hierdoor beschermd. Met een volgnummer worden replay-aanvallen tegengegaan: een aanvaller kan een bestaand bericht niet nog eens uitzenden.

Daarentegen is encryptie van de payload van Sigfox-berichten optioneel. Je hebt dus standaard geen end-to-end-encryptie van Sigfox-berichten. Je kunt dit zelf implementeren, maar het Sigfox-protocol definieert ook een speciaal ontworpen encryptiealgoritme voor korte berichten. Deze versleuteling vergroot de payload niet: een versleutelde payload van 12 bytes is nog altijd 12 bytes lang.

Zelf aan de slag

Om zelf aan de slag te gaan met Sigfox, dien je een abonnement af te sluiten bij de Sigfox-operator van je land: Sigfox Netherlands in Nederland, Citymesh in België. Terwijl LoRaWAN toegankelijker is voor hobbyisten, richt Sigfox zich expliciet op de bedrijfswereld. Maar het gebruik van het Sigfox-netwerk blijft vrij schappelijk. Voor enkele euro’s per jaar kun je al twee uplink-berichten per dag sturen, voldoende voor heel wat toepassingen.

Uiteraard heb je ook nog hardware nodig. Je kunt kant-en-klare Sigfox-sensoren kopen. In de datasheet van het product vind je dan het formaat van de ondersteunde uplink- en downlink-berichten, en in de Sigfox Cloud kun je die berichten dan decoderen. En met een ontwikkelbordje zoals de LoPy 4 maak je zelf je eigen Sigfox-sensorbordje dat je in MicroPython programmeert. Meer informatie om Sigfox-producten te bouwen, vind je op de website Sigfox Build. Op https://partners.sigfox.com vind je een lijst van gecertificeerde apparaten.

Toepassingen

De Sigfox-signalen reiken vrij goed binnenshuis, waardoor het bijvoorbeeld de ideale technologie is voor slimme water- en energiemeters. Dat werkt in veel gevallen zelfs als de meters zich ondergronds of diep in een groot (appartementen)gebouw bevinden. Ook veel alarmmelders werken met Sigfox, omdat de signalen moeilijk te storen zijn.

Het bereik buitenshuis is voornamelijk afhankelijk van de directe zichtbaarheid tussen de antenne van het apparaat en de antenne van het basisstation. In open landschap reiken signalen wel 50 km ver, terwijl dat in dichtbebouwd stedelijk gebied zo’n 3 tot 5 km is.

De ontwikkeling van Sigfox

2010 Ludovic Le Moan en Christophe Fourtet richten Sigfox op.
2016 Aerea rolt Sigfox-netwerk in Nederland uit.
2017 Engie M2M rolt Sigfox-netwerk in België uit.
2019 Aerea draagt zijn Sigfox-netwerk over aan Volker Wessels (Sigfox Netherlands).
2019 Sigfox publiceert versie 1.4 van zijn radiospecificatie.
2020 Sigfox publiceert versie 1.5 van zijn radiospecificatie.
2021 Citymesh neemt Sigfox-operator Engie M2M over.

Wooting Two He-review: Lekker-switches getest

De belangrijke rol van SpaceX bij oorlogen en natuurrampen