Device-to-Cloud Kommunikation

Sigfox - ein Netzwerk für Sensoren und Big Data

| Autor / Redakteur: Aurelius Wosylus / Andreas Donner

Das Sigfox-Netz verbindet Dinge mit der Cloud und ist daher ein klassisches IoT-Netz.
Das Sigfox-Netz verbindet Dinge mit der Cloud und ist daher ein klassisches IoT-Netz. (Bild: (c) Ake1150sb | Dreamstime.com / Sigfox)

Sigfox ist ein Low Power Wide Area Netzwerk, das derzeit in Deutschland ausgerollt wird. Im Unterschied zu den Mobilfunknetzen ist das Sigfox-Netz für die Device to Cloud Kommunikation für das Internet der Dinge gedacht. Besondere Pluspunkte von Sigfox sind der geringe Stromverbrauch und der hohe Schutz vor Hacking.

Die meisten von uns haben schon viel – oft schon zu viel – vom Internet der Dinge gelesen. Viele wissen aber nicht wirklich etwas damit für das eigene Unternehmen anzufangen oder haben bereits Ideen, die sich bisher aber nicht umsetzen ließen. Deshalb hinkt Deutschland in Sachen IoT auch hinterher, wie IDC noch vor einem halben Jahr bekanntgab.

Ein Grund mag darin liegen, dass man nicht wirklich weiß, wie man die Daten effizient – auch aus Kellern oder Metallcontainern heraus – in die Cloud bekommen soll. Genau hierfür gibt es mit Sigfox nun aber einen Lösungsweg.

Sigfox befähigte Devices können bis zu 140 Mal am Tag Daten in das Netz von Sigfox schicken. Dieses leitet es an die spezifische Cloud des Anwenders weiter. Von dort aus kann man mit den Daten dann alles machen, was man sich mit Cloudtechnologien vorstellen kann. Es können beispielsweise Datenbankeinträge in ERP Systeme ausgelöst werden oder SMS bzw. WhatsApp-Nachrichten an Mobiltelefone von Servicemitarbeitern versandt werden. Es können auch Nachrichten zurück an das Device geschickt werden. Fast alles ist folglich möglich.

Gut, mag manch einer denken. Das kann ich mit Mobilfunknetzen auch. Es gibt aber einige entscheidende Unterschiede: Man braucht im Sigfox-Netz keine SIM-Karten und auch keine Verträge mit Mobilfunkbetreibern. Es fallen zudem keine Verbindungsgebühren an, die laufend abgerechnet werden. Und – ganz wichtig – man braucht viel weniger und direkt kalkulierbaren Strom.

Geringer Stromverbrauch

Durch den geringen Stromverbrauch für Sigfox-Technik wird es möglich, eine IoT-Anbindung für Jahre und Jahrzehnte mit nur zwei AA-Batterien (Mignon-Batterie) sicherstellen zu können. Alternativ kann man auch kleine Solarzellen nutzen. Dann ist die Laufzeit nahezu unbegrenzt.

Wenn man jetzt einmal kurz reflektiert, bedeutet dies: Ich brauche keine eigene Infrastruktur. Ich habe keine laufenden Verbindungsentgelte von Mobilfunknetzbetreibern. Es gibt weltweit auch keine Roaminggebühren. Ich brauche keinen Stromanschluss und die Verfügbarkeit reicht wahrscheinlich für den gesamten Produktlebenszyklus. Aber wo ist aber der Haken?

Eine Einschränkung liegt selbstverständlich in den 140 Verbindungen pro Tag. Das reicht aber immerhin aus, alle 10 Minuten eine Nachricht zu senden und bidirektional zu kommunizieren. Eine weitere Einschränkung liegt in der limitierten Größe der Datenpakete. Aber selbst mit wenigen Bytes kann man viele Big Data generieren.

Sigfox-Nachrichten

Eine Sigfox Nachricht darf zwischen zwischen 0 und 12 Bytes groß sein. Diese Größe reicht vollkommen aus, um Sensordaten, ein Status-Event – beispielsweise einen Alarm – und Geo-Informationen oder sogar Applikationsdaten zu übertragen. Eine Lokalisierungs-Koordinate braucht bspw. nur 6 Byte, Temperaturwerte rund 2 Byte, Geschwindigkeitswerte rund 1 Byte und ein Objektstatus in der Regel ebenfalls 1 Byte. Keep-Alive-Nachrichten brauchen sogar weniger als 1 Byte! Es gibt also viele Applikationen, die mit diesen Eckdaten vollkommen klar kommen.

Hoher Schutz vor Hacking

Technisch attraktiv ist Sigfox zudem wegen des hohen Schutzes vor Hacking: Zum einen sind Sigfox-Devices niemals ständig online. Sie senden die Nachrichten nur 140 Mal an das Sigfox-Netz und gehen nach jeder Message wieder in eine Art „Sleep-Modus“ zurück. Das Sigfox Netzwerk liegt zudem wie eine Schutzschicht um das Device. Ein Hackergangriff über das Internet ist also nur dann möglich, wenn das Sigfox Netzwerk selbst durchdrungen werden kann. Und da Sigfox diese Problematik kennt, sind an diesen Stellen höchste Sicherheitsschichten eingezogen worden. Zudem lässt sich die Kommunikation zwischen den Devices und dem Sigfox-Netzwerk verschlüsseln.

Zusätzlich definiert Sigfox auf Device-Ebene drei verschiedene Sicherheitsstufen. Je nach Anwendungsfall und Sensibilität können Gerätehersteller oder Applikationsanbieter entscheiden, welche Stufe umgesetzt werden soll:

  • Mittlere Stufe: Die Sicherheitsanmeldeinformationen werden auf dem Device gespeichert
  • Hohe Stufe: Die Sicherheitsanmeldeinformationen werden in einem softwarebasierten Schutzbereich gespeichert
  • Höchste Stufe: Die Sicherheitsanmeldeinformationen werden in einem Sicherheitsbauteil (Secure Element) gespeichert

Das Secure Element von STMicroelectronics hilft auch dabei, die Daten zu verschlüsseln, die über das Netzwerk übertragen werden. Nur das Device und der Endkunde kennen den geheimen Schlüssel. Der hierfür genutzte Algorithmus hat keinen Einfluss auf die Größe der Nutzdaten; auch verschlüsselt ist das Datenpaket immer macimal 12 Bytes groß.

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