El servicio @Sigfox Monarch

Fuente: disk91.com

El servicio Sigfox Monarch es un servicio global gratuito que permite determinar la zona donde se encuentra un dispositivo.

Por ubicación de zona me refiero a RCZ (Zona de configuración de radio). Básicamente define la Zona Europea (RCZ1) o la Zona de América del Norte (RCZ2) …

Gracias a esta tecnología, un dispositivo mundial, que no tiene GPS para obtener su ubicación, puede determinar su configuración de radio y las frecuencias asociadas para usar en las transmisiones.

Este servicio cubre la mayoría de los aeropuertos y puertos de todo el mundo para admitir los casos de uso de clientes existentes, como el rastreador Louis-Vuiton y el seguimiento de contenedores Safecube.

Sería genial si este servicio pudiera, en el futuro, también ser utilizado para transmitir / multidifusión de información a dispositivos. Podría usarse para obtener tiempo de la red y luego también para transportar datos personalizados al grupo de dispositivos. Pero actualmente no transporta ningún dato.

En esta publicación, propongo detallar la tecnología Monarch y luego, en una segunda publicación, ver cómo usarla con el primer devkit lanzado de Unabiz que admite Sigfox Monarch.

SERVICIO MONARCH

El servicio Monarch se abrió hace 2 años para apoyar el proyecto Louis-Vuitton. Por esta razón, los principales aeropuertos están cubiertos. Ahora el servicio se ha extendido a puertos y diferentes ciudades donde las mercancías están en tránsito. Significa que no tendrá un servicio Monarch en ningún lado.

En términos de caso de uso, Monarch permite que un objeto sepa en qué zona se encuentra para configurar su configuración de radio correctamente. Significa que el caso de uso alrededor de Monarch es la cadena de suministro y la logística en toda la zona. Monarch generalmente se implementa junto con la localización Atlas o la localización WiFi. Estas soluciones no permiten que el dispositivo se posicione en comparación con el sistema basado en GPS.

El uso de Monarch para descubrir automáticamente la zona de radio para un dispositivo estático (como el hogar inteligente, por ejemplo) no es una buena idea debido a la cobertura limitada.

Se puede acceder al mapa de cobertura de Monarch en el backend de Sigfox. A continuación puede ver una vista parcial de la cobertura para la UE y América del Norte.

Sigfox amplía la cobertura en función de los proyectos de los clientes y también se puede ampliar con la micro-estación base en las instalaciones del cliente. Como verá a continuación, no es un gran problema técnico simular Monarch desde un transceptor OOK si necesita realizar una prueba de dispositivo local.

El servicio es de uso gratuito. Necesita una certificación específica de su dispositivo si desea ser etiquetado como Monarch. Aparentemente, con respecto al mes 6-10 que tuvimos que esperar entre el anuncio del módulo Monarch y el final del proceso de certificación, este paso es complejo. El uso de módulos precertificados para comenzar con Monarch es realmente algo a considerar.

DETALLES TÉCNICOS DE MONARCH

técnica de modulación Monarch

La especificación técnica de Sigfox Monarch ofrece todos los detalles de esta tecnología. Básicamente, la señal Monarch es una baliza específica transmitida regularmente por las puertas de enlace de Sigfox.

La señal Monarch se genera acumulando 12 señales de portadores diferentes. Cada uno de ellos se transmite con una diferencia de frecuencia predefinida (dF). Como ejemplo, para una frecuencia central de 869,505,000Hz y (dF) a 1KHz tendremos las dos primeras portadoras a 869,506,000Hz, 869,504,000Hz (+/- 1Khz). Esto va hasta 869,511,000Hz y 869,499,000Hz (+/- 6Khz).

Cuando se suma, este tipo de transmisión multiportadora creará altas imágenes de energía en la frecuencia central, espaciadas por el período correspondiente al (dF).

Aquí, vemos la señal de monarca recibida: múltiples fotos de energía espaciadas por 1 / (dF) período.

Durante toda la transmisión, la señal es continuamente la misma. La alta imagen de energía permite tener una mayor resistencia al ruido y una transmisión de largo alcance.

 

Esta señal es realmente fácil de decodificar. Un receptor Monarch simplemente está usando un circuito OOK (On-Off Keying) para la desmodulación.

El decodificador OOK simplemente devolverá 1 cuando se detecte una modulación y 0 cuando no se detecte la modulación.

El OOK devolverá 1 cuando se reciba la imagen de poder vista anteriormente. 0 de lo contrario.

Esta señal binaria es realmente fácil de procesar con un MCU gpio. Al medir el tiempo entre dos señales positivas, podemos determinar fácilmente el parámetro (dF).

decodificación monarch rcz

El marco Sigfox Monarch está compuesto por 2 señales creadas de esa manera. La primera duración de la señal es de 362 ms. La segunda señal es de 38 ms. La duración total del patrón Monarca es de 400 ms.

Cada uno de los patrones tiene un valor diferente (dF). El primer patrón a la izquierda de la siguiente imagen ID (dF1), el segundo patrón a la derecha es (dF2). La combinación de (dF1) y (dF2) más la frecuencia de recepción codifica el RCZ.

Los valores (dF) se han elegido para que sean fáciles de detectar con un reloj RTC estándar sincronizado en 16,384Hz o cualquier múltiplo. Hay 3 valores diferentes posibles (dF): 1024Hz, 1260.3Hz, 1489.4Hz. La codificación RCZ es:

RCZ Monarch Rx Frequency dF1 dF2
RC1 869,505,000 1024Hz 1260,3Hz
RC2 905,180,000 1024Hz 1260,3Hz
RC3 922,250,000 1024Hz 1260,3Hz
RC4 922,250,000 1260,3Hz 1489,4Hz
RC5 922,250,000 1024Hz 1489,4Hz
RC6 866,250,000 1024Hz 1489,4Hz

Los valores (dF) se han elegido para que sean fáciles de detectar con un reloj RTC estándar sincronizado en 16,384Hz o cualquier múltiplo. Hay 3 valores diferentes posibles (dF): 1024Hz, 1260.3Hz, 1489.4Hz. La codificación RCZ es:

Periodicidad de la baliza Monarch

Cada estación base habilitada por Monarch envía una baliza cada 5 minutos. Hay un tiempo aleatorio de 10 segundos alrededor de los 5 minutos para reducir el riesgo de colisión entre la estación base múltiple que emite la baliza alrededor.
Todas las estaciones base Sigfox están sincronizadas en todo el mundo. Como consecuencia, una vez que un dispositivo ha recibido una baliza, puede despertarse poco antes de la emisión de Monarch para actualizar su ubicación.

En este diagrama, podemos ver la transmisión de 5 minutos desde 1 puerta de enlace, enviada en la ranura aleatoria de 10 segundos. El dispositivo puede ver múltiples balizas Monarch durante estas 10 ranuras provenientes de diferentes estaciones base.

Toda la estación base alrededor no transmitirá la baliza Monarch para reducir el riesgo de colisión.

El video de abajo es una captura de baliza Sigfox Monarch. Puede ver 3 balizas provenientes de 3 antenas diferentes, todas enviadas dentro del intervalo de tiempo de 10 segundos. En cada una de las balizas también puede ver las 12 frecuencias diferentes utilizadas para codificar el RCZ (dF1). Puede notar un cambio de frecuencia al final de la transmisión correspondiente a la segunda frecuencia (dF2).

Monarch en el lado del dispositivo

En el lado del dispositivo, debe tener en cuenta la dimensión de frecuencia. Como el dispositivo no sabe en qué RCZ es, la baliza se puede recibir en una de las 4 frecuencias diferentes vistas anteriormente. El dispositivo realizará un salto de frecuencia durante la fase de escucha de baliza.

El dispositivo está escaneando las frecuencias en todas las diferentes bandas durante 38 ms cada vez. Hay diferentes modos de escaneo dependiendo del número de banda que desea escanear. Puede consultar la documentación adjunta al principio de esta publicación.

También hay una forma diferente de confirmar la recepción y evitar detecciones de falsos positivos.

Cuando observamos un consumo de energía de Sigfox Monarch, vemos claramente la esperanza del canal de 38 ms.

En mi experiencia con algunos de los primeros dispositivos Monarch, aprendí que el diseño del firmware es un punto clave. Monarch puede convertirse en el primer factor de su consumo de energía si no se implementa correctamente. Una exploración completa de Monarch, 5 minutos, es de 4,7mW de potencia.

Entonces, mis primeras recomendaciones para implementar Monarch en un dispositivo son:

° Cuando falled 2 veces al obtener una baliza Monarch, no intentes nuevamente antes de cualquier movimiento interesante.
° Cuando reciba una señal Monarch, use su reloj local para reducir las próximas ventanas de escaneo de balizas Monarch.
° Solo busque Monarch cuando realmente crea que su zona ha cambiado.
° O haga un escaneo rápido solo para actualizar la sincronización del reloj de forma regular.
° Un costo de enlace descendente puede ser menor que un escaneo de Monarch cuando el reloj no está sincronizado.

Siempre debe tener en cuenta que la cobertura de Monarch es pequeña, por lo que la mayoría de las veces la búsqueda fallará. Entonces, es posible que su dispositivo no arranque por primera vez en una zona cubierta, debe tenerlo en cuenta.

conclusión

Monarch es una característica realmente excelente de Sigfox y lo que me encanta es su apertura. Esta tecnología puede ser utilizada por otros LPWAn como LoRaWan para el mismo propósito exacto.

Hemos visto cómo se codifica la señal y cómo se decodifica y procesa la señal para determinar la configuración de radio. Este es el toque de Sigfox: administrar la complejidad en el lado de la red con tecnología asimétrica para hacer que el dispositivo sea lo más simple posible.

Sin embargo, el hardware simple no significa que los ingenieros de software tendrán un trabajo pacífico: la complejidad de Monarch está en la forma en que administra la recepción de la baliza en las grandes zonas descubiertas. Algoritmos dedicados, su salsa secreta, harán la diferencia.