Our experiences with Sigfox development - in Hungarian

1. Sigfox szenzorfejlesztéssel kapcsolatos
tapasztalatok
Paller Gábor
Széchenyi Egyetem
https://www.linkedin.com/in/gaborpaller

2. Low Power Wide Area
● Bluetooth Low Energy: <100m
● WiFi: <1km
● Nem szabványos (tipikusan 433 MHz): <5km
● GSM: <35km (egy cella)
● LTE: elvi határ kb. 100 km (tipikusan kb. 5 km)
● De mi van a fogyasztással?

3. GPRS
● Legtöbb celluláris M2M rendszer 2.5G (klasszikus
GPRS)
– Lefedettség
– Még ma is csak a 2G hálózatok garantálnak “szinte”
teljes lefedettséget!
● Alacsony költségek szenzoronként – régi, lejáró
szabadalmak, viszonylag kevés játékos húz
hasznot.
● Régi technológia, amortizált fejlesztési költségek.

4. GSM fogyasztás
● Paller, Szármes, Élő: Power Consumption Considerations of
GSM-connected Sensors in the AgroDat.hu Sensor Network,
https://www.researchgate.net/publication/280154945_Power_
Consumption_Considerations_of_GSM-
connected_Sensors_in_the_AgroDathu_Sensor_Network
● Bonyolult megfontolások egyszerűsítve: kb. 15-30 mAh/nap
(függően a kommunikációs mintától)
● Főbűnösök:
– Maximum adóteljesítmény az UE oldalán: 8W.
– GSM procedúrák: attach, detach, context activation, location
update, paging.

5. NB-IoT
● A celluláris ipar válasza a fogyasztási problémákra (más néven
Category NB1).
● Az LTE (4G) szabványsorozat része.
● Keskenysávú rádiós átvitel, alacsony fogyasztásra hangolt
procedúrák.
● “10 év egy egycellás elemmel”.
● Maximum adóteljesítmény az UE oldalán: 0.1W (Class 5) vagy
0.2W (Class 3).
● Modem fogyasztás: adóteljesítménytől függően 70-300 mA.
● Kereskedelmi hálózat Európában: Vodafone Spain.

6. Piaci rés
● Az NB-IoT még igazából nincs a piacon
● Amikor megjelenik, akkor is terhelik a celluláris ipar
szokásos problémái
– Spektrum licencdíjak.
– Celluláris ipar játékosainak szabadalmi díjai (a 4G
szabadalmak újak és sok van belőlük).
– Celluláris operátorok megfontolt hálózatépítési projektjei.
– Kérdés, mi az a low power? 150-300 mA csúcs-
áramfelvétel az low power?

7. LPWAN
● Nem licenszelt spektrum (Európában a 868
MHz közvetlen környéke).
● Nem szabványosított.
● Kis sávszélesség/alacsony fogyasztás az UE
oldalán.
● Alacsony költségek úgy az UE, mint a hálózat
oldalán.

8. LoRA
● Egy amerikai chipgyártó cég (Semtech)
technológiája.
● Bázisállomás megvehető, vevő által üzemeltethető.
● Ismert skálázhatósági problémák (<300
végpont/bázisállomás)
● Jól bevált “hotspot-szerű” telepítéseknél.
– Pl. Vinduino,
http://www.electronicdesign.com/industrial/vinduino-
open-source-affordable-water-saving-technology

9. Sigfox
● Francia startup, 2010 óta.
● A legjobban finanszírozott LPWAN játékos (2016
októberi új befektetés: 150 millió euró)
● 26 országban van lefedettsége, 2018 végére 60 ország
a cél.
– Csehország: 85%-os területi lefedettség, Szlovákia: 30%-os
lakossági lefedettség 2016 végén.
– Franciaország, Spanyolország, Portugália: teljes területi
lefedettség (hegyvidékek is).
● Globális hálózat, nincs roaming.

10. Sigfox szolgáltatások
● “A világ legkisebb sávszélességű távközlési
hálózata”
● A 868 MHz-es nem licenszelt (ISM) sávban
működik
● Naponta 140 db, egyenként 12 bájtos üzenet a
végponttól a szerverig. Opcionálisan kérhető
válaszüzenet a tranzakcióra, üzenetenként 8 bájt.
● Nem specifikált E2E biztonság (elvileg nehéz
lehallgatni)

11. Sigfox rádió
●
ISM kitöltési tényező (duty cycle): 1% (a bázisállomásra is igaz). Vagyis óránként 36
mp.
●
A Sigfox bázisállomás ezért főleg hallgat, nincs beacon (BCCH), mint GSM-ben.
●
Ha a Sigfox végpont adni akar, háromszor küldi el az üzenetet különböző
frekvenciákon.
●
Max. adóteljesítmény: 0.025W (negyede a Class 5 NB-IoT-nek)
●
Ha ezt veszik bázisállomások, az üzenetet egy (francia) felhőszolgáltatásba
továbbítják, ami a duplikátum-szűrést végzi.
– Tipikus lefedettségi sugár: 30-100 km. Rekord (óceán felett, akadály nélkül): 300 km.
Csehországot kb. 350 bázisállomás fedi le.
● A felhőszolgáltatás által kijelölt bázisállomás válaszol a végpontnak, hogy az üzenet
átment.
●
Ha nincs válasz → sikertelen küldés
●
A válasz max. 8 bájtos felhasználói adatot vihet

12. Sigfox rádió (2.)
● Nincs attach-detach.
– Ennek megfelelően nincs “push” se (szerver által
kezdeményezett kommunikáció)
– Viszont nem kell a regisztrációs állapotot megújítani
(location update) és kiregisztrálni se.

13. Fogyasztás
Sigfox:
4 db. üzenet: 0.2 mAh
GSM/GPRS:
Attach/detach/GPRS context activation, 60 bájt küldése: 1 mAh

14. Fogyasztás (2.)
● Paller, Élő: Power consumption considerations
of an agricultural camera sensor with image
processing capability
https://www.researchgate.net/publication/30863
3125_Power_consumption_considerations_of_
an_agricultural_camera_sensor_with_image_pr
ocessing_capability

15. Sigfox fejlesztés (végpont)
● Modem választás:
– A Sigfox ingyen licenszeli a végpont technológiáját
a chipgyártóknak → modemchip-ek széles
választéka
– Pl. Telit, ST, Telecom Design, Atmel …
● Tipikusan soros vonali kapcsolat a
mikrokontrollerrel, AT parancsok.

16. Sigfox fejlesztés, végpont (2.)
● Adeunis Si868 üzenetküldés:
– 5 db. 0xFF karakter (modul felébresztése)
– AT$SF=000102030405060708090A0B,0<CR>
– Válasz:
● TX END<CR><LF> (üzenet befogadva)
● OK<CR><LF> (üzenet nyugtázva a hálózat által)

17. Arduino
● MKRFOX1200, Microchip SAMD21 (ARM Cortex M0)+Microchip RF Modem
● https://www.arduino.cc/en/Main.ArduinoBoardMKRFox1200

18. Sigfox fejlesztés, szerver
● A Sigfox felhőszolgáltatáson minden üzenet
áthalad és az tárolja is.
● A felhőszolgáltatás a bázisállomásokból
beérkező üzeneteket a beállításoknak
megfelelően HTTP kérésekké alakítja és
továbbítja a felhasználói alkalmazásoknak.
● A felhasználói alkalmazás a HTTP válaszban
válaszüzenetet küldhet (ha a végpont kért ilyet)

19. Üzenetek

20. Callbacks

21. Callbacks (2.)
● POST /wsgi/post_soil_sigfox HTTP/1.1
Accept­Charset: UTF­8;q=0.9,*;q=0.7
User­Agent: SIGFOX
Accept­Encoding: gzip,deflate
Accept­Language: fr
Content­Length: 133
Content­Type: application/json
Host: agrodat.lrg.hu
{
"device" : "F86FD",
"data" : "000de00100e80200e90300ee",
"time" : 1461194631,
"ack" : true
}
● HTTP/1.1 200 OK
Date: Wed, 20 Apr 2016 23:23:51 GMT
Server: Apache/2.2.22 (Ubuntu)
Content­Length: 47
Content­Type: application/json
{"F86FD": {"downlinkData": "FFFFFFFFFFFFFFFF"}}

22. Sigfox Magyarországon
● Rövid válasz: nincs.
● Hosszú válasz: kísérleti bázisállomás Győr
környékén.
● Győr Szabadhegy, Antenna Hungária
adótorony.

23. Hozzáférhetőség
● A kísérleti bázisállomás része a globális Sigfox
hálózatnak
– Ha van előfizetés, bárki használhatja
● Kb. Győr 30 km-es körzetében elérhető
● 2017 júliusáig van Magyarországon egy Sigfox-
szal kötött egyezség szerint

24. AgroDat
● Kísérleti szenzorfejlesztés az AgroDat.hu
projekt keretében
● AGRODAT VKSZ_12-1-2013-0024

25. Talajszenzor

26. Rovarcsapda

27. Reklám
● Olcsó és pontos helymeghatározási kutatásaink!
Paller, Aubin, Élő, Camp: Cost-efficient
localisation system for agricultural use cases
https://www.slideshare.net/paller/costefficient-
localisation-system-for-agricultural-use-cases
https://www.researchgate.net/publication/313891
088_Cost-
efficient_localisation_system_for_agricultural_us
e_cases

28. Kérdések?