• Текст документа
  • Статус
Оглавление
Поиск в тексте
С ограниченным сроком действия


ПНСТ 354-2019

     
     
ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

     
     
Информационные технологии

     
ИНТЕРНЕТ ВЕЩЕЙ

     
Протокол беспроводной передачи данных на основе узкополосной модуляции радиосигнала (NB-Fi)


Information technology. Internet of things. Wireless protocol based on narrow band RF modulation (NB-Fi)



ОКС 35.020, 35.110

Срок действия
с 2019-04-01 до 2022-04-01

Предисловие

1 РАЗРАБОТАН Обществом с ограниченной ответственностью "Телематические Решения" (ООО "Телематические Решения"), Акционерным обществом "Российская венчурная компания" (АО "РВК"), Фондом развития интернет-инициатив (ФРИИ), Ассоциацией участников рынка интернета вещей и Некоммерческим партнерством "Русское общество содействия развитию биометрических технологий, систем и коммуникаций" (Некоммерческое партнерство "Русское биометрическое общество")

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 194 "Киберфизические системы"

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 19 февраля 2019 г. N 7-пнст

Правила применения настоящего стандарта и проведения его мониторинга установлены в ГОСТ Р 1.16-2011 (разделы 5 и 6).

Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии собирает сведения о практическом применении настоящего стандарта. Данные сведения, а также замечания и предложения по содержанию стандарта можно направить не позднее чем за 4 мес до истечения срока его действия разработчику настоящего стандарта по адресу: 143026 Москва, территория инновационного центра Сколково, ул.Нобеля, д.5, пом.334, тел.8 (800) 550-51-89, e-mail: info@waviot.ru и/или в Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии: 109074 Москва, Китайгородский проезд, д.7, стр.1.

В случае отмены настоящего стандарта соответствующая информация будет опубликована в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты" и также будет размещена на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.gost.ru)

Введение


Настоящий стандарт предназначен для построения беспроводных сетей обмена данными между множеством конечных устройств (модемов) с одной стороны и множеством базовых станций с другой стороны. Настоящий стандарт предусматривает возможность дальнейшей интеграции данных в единое серверное пространство. Объединение всех конечных устройств (модемов) в единый сервер позволяет эффективно организовать обмен данными с различными "облачными" сервисами.

Беспроводные сети, построенные с применением стандарта NB-Fi, являются сетями класса LPWAN (Low-power Wide-area Network - энергоэффективная сеть дальнего радиуса действия), которые характеризуются высокой энергоэффективностью передачи данных и высокой емкостью сети, что позволяет использовать стандарт NB-Fi для построения телеметрических систем с большим количеством абонентов. Высокая энергоэффективность дает возможность применять в работе нелицензируемые диапазоны частот, в которых установлены ограничения на излучаемую передатчиками мощность. В основе стандарта лежит использование сверхузкополосных (Ultra Narrow Band, UNB) фазоманипулированных сигналов, которые в сочетании с помехоустойчивым кодированием позволяют достигать очень высоких значений чувствительности приема (не менее минус 150 дБм), при этом суммарная полоса частот для одновременной передачи большого количества каналов является достаточно узкой.

Сеть NB-Fi, по аналогии с мобильными сетями, использует топологию "звезда". В подобной архитектуре узловые элементы - базовые станции - должны осуществлять прием и передачу многих каналов одновременно. Для передачи множества каналов необходимо увеличение выходной мощности передатчика базовой станции. Работа в нелицензируемых диапазонах частот накладывает ограничение на выходную мощность передатчика, в том числе и для базовой станции. Поэтому для всех LPWAN-сетей концептуальной является проблема ограничения пропускной способности нисходящего канала связи.

Для приема восходящих пакетов (UPLINK-пакетов) данных со стороны базовой станции применяется принцип SDR-систем (Software-Defined Radio - программно-определяемая радиосистема), где входной радиосигнал оцифровывается во всей полосе приема и в дальнейшем подвергается программной обработке. Это позволяет выполнять демодуляцию и декодирование входных пакетов данных одновременно по всем каналам во всей полосе частот. По сути, в данной системе не существует сетки каналов, пакет данных принимается базовой станцией вне зависимости от частоты, на которой выполнена отправка. Это является ключевым свойством стандарта, позволяющим использовать недорогие генераторы частоты для формирования радиосигнала, что ранее было ограничивающим фактором при использовании UNB-сигналов. Ввиду применения простых видов модуляции UPLINK-пакеты могут быть сформированы при помощи практически любого серийного интегрального радиотрансивера. Прием UPLINK-пакетов возможен только базовой станцией. В связи с этим для реализации передачи пакетов данных в обратном, нисходящем (DOWNLINK) направлении применяются виды модуляции и скорости передачи, поддерживаемые конкретным радиотрансивером, который используется в конечных устройствах.

Настоящий стандарт подходит для телеметрических систем, в которых преобладает передача данных в восходящем направлении (от устройств к серверу). Обратный канал предназначен для передачи служебной информации сети (подтверждение доставки пакетов, регулирование скорости связи) и для отправки данных для конфигурирования и смены режимов работы устройств.

Для производства конечных устройств и базовых станций могут быть также использованы специализированные радиотрансиверы, которые позволяют использовать UPLINK-пакеты для передачи данных в обоих направлениях. При этом решается проблема ограничения пропускной способности нисходящего канала связи в LPWAN-сети - объемы данных, передаваемых в восходящем и нисходящем направлении, совпадают. Физический уровень протокола NB-Fi в этом случае реализован в самом радиотрансивере.

1 Область применения


В настоящем стандарте установлены требования к протоколу обмена для интернета вещей в узкополосном спектре (NB-Fi), включая требования:

- к физическому уровню (раздел 5);

- МАС-уровню (раздел 6);

- транспортному уровню (раздел 7);

- уровню представления (раздел 8).

2 Нормативные ссылки


В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 14254 (МЭК 529-89) Степени защиты, обеспечиваемые оболочками (код IP)

ГОСТ Р 34.12 Информационная технология. Криптографическая защита информации. Блочные шифры

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого стандарта с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого стандарта с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Термины и определения


В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями:

3.1 радиотрансивер: Интегральная схема, предназначенная для приема-передачи данных с использованием радиосигналов (в том числе посредством протокола NB-Fi).

3.2 устройство приема-передачи данных/модем: Программно-аппаратный комплекс со встроенным радиотрансивером, являющийся либо самостоятельным оборудованием, либо встроенным компонентом в конечное устройство, применяемый для приема или передачи данных с использованием радиотрансивера.

3.3 конечное устройство: Оборудование с устройством приема-передачи данных (модемом).

3.4 пакет восходящего направления (UPLINK-пакет): Пакет данных, передаваемый устройствами и принимаемый базовыми станциями.

3.5 пакет нисходящего направления (DOWNLINK-пакет): Пакет данных, передаваемый передатчиком базовой станции и принимаемый устройствами.

4 Сокращения


В настоящем стандарте применены следующие сокращения:

ФМн-2 - двоичная фазовая манипуляция несущей;

ОФМн-2 - относительная двоичная фазовая манипуляция несущей;

ЧМн - частотная манипуляция несущей;

"Магма" - алгоритм симметричного блочного шифрования согласно ГОСТ Р 34.12.

5 Физический уровень (Physical layer)

5.1 Общие положения


Физический уровень обеспечивает механизм приема-передачи произвольной информации по среде распространения. В данном разделе установлены требования к техническим характеристикам физического уровня для двух типов пакетов данных:

- UPLINK-пакет (см. 5.2);

- DOWNLINK-пакет (см. 5.3).

5.2 UPLINK-пакет


UPLINK-пакет представляет собой модулированные последовательности двоичных данных, сгруппированных в байты.

Описание UPLINK-пакета приведено в таблице 1. Значения параметров, приведенных в таблице 1, определены для диапазона рабочих температур от минус 40°С до плюс 70°С.


Таблица 1 - Основные технические характеристики UPLINK-пакета

Наименование параметра

Значение (характеристика) параметра

Полоса рабочих частот (суммарная полоса приема базовой станцией)

51,2 кГц

Скорость передачи данных, выраженная в битах

50, 400, 3200, 25 600 бит/с

Модуляция

ОФМн-2

Предельная чувствительность приема для скорости передачи данных, бит/с:



- 50

Минус 150 дБм

- 400

Минус 141 дБм

- 3200

Минус 132 дБм

- 25600

Минус 123 дБм

Метод разделения каналов

Частотный

Количество одновременно принимаемых каналов при скорости 50 бит/с

1024

Количество одновременно принимаемых каналов при скорости 400 бит/с

128

Количество одновременно принимаемых каналов при скорости 3200 бит/с

16

Предельная пропускная способность приема UPLINK-пакетов одной базовой станцией

20 Мбит/сут

Коэффициент ошибочных пакетов

Не более 5%

Примечания

1 Ввиду сверхмалых значений ширины полосы сигналов используется относительная фазовая манипуляция с целью минимизации влияния ухода частоты опорного генератора за время отправки пакета. Для самой низкой скорости передачи (50 бит/с) время отправки 1 бита данных будет составлять 20 мс. Необходимую стабильность частоты обеспечивают кварцевые осцилляторы с температурной нестабильностью не более 0,5 ppm.

2 ОФМн-2 с низкой скоростью передачи битов данных может быть сформирована на аппаратном уровне не всеми радиотрансиверами. Для формирования данного вида модуляции может быть использована ЧМн с более высокой скоростью передачи битов данных.

3 Мощность тепловых шумов в полосе 50 Гц при температуре 290 К составляет:

ПНСТ 354-2019 Информационные технологии (ИТ). Интернет вещей. Протокол беспроводной передачи данных на основе узкополосной модуляции радиосигнала (NB-Fi) дБм.


При входном коэффициенте шума базовой станции, равном 2 дБ, а также отношении сигнал/шум (Signal to Noise Ratio, SNR), равном 5 дБ, при котором достигается частота ошибок по битам (Bit Error Rate, BER) BER = 10ПНСТ 354-2019 Информационные технологии (ИТ). Интернет вещей. Протокол беспроводной передачи данных на основе узкополосной модуляции радиосигнала (NB-Fi), вычисляют предельную теоретическую чувствительность S, равную:

S=-157+2+5=-150 дБм.


4 В связи с тем что на практике невозможно обеспечить привязку данных к конкретным каналам ввиду недостаточной точности задающих генераторов частоты, передачу пакетов необходимо осуществлять на псевдослучайных частотах. Возможно возникновение коллизий между различными пакетами, отправка которых пересекается по времени и частоте.

5.3 DOWNLINK-пакет


DOWNLINK-пакет представляет собой модулированные последовательности двоичных данных, сгруппированных в байты.

Описание DOWNLINK-пакета приведено в таблице 2. Значения параметров, приведенных в таблице 2, определены для диапазона рабочих температур от минус 40°С до плюс 70°С.


Таблица 2 - Основные технические характеристики DOWNLINK-пакета

Наименование параметра

Значение (характеристика) параметра

Полоса рабочих частот (суммарная полоса приема базовой станцией)

100 кГц

Скорость передачи данных

200, 500, 5000, 57 600 бит/с

Модуляция

ФМн-2

Предельная чувствительность приема

Минус 139 дБм

Метод разделения каналов

Частотно-временной

Предельная пропускная способность приема DOWN-LINK-пакетов одной базовой станцией

10 Мбит/сут (при условии работы 100% устройств на скорости DOWNLINK 57 600 бит/с)

Коэффициент ошибочных пакетов

Не более 5%


Вид модуляции и скорости передачи данных выбраны таким образом, чтобы обеспечить наилучший уровень входной чувствительности при использовании серийных радиотрансиверов, присутствующих на рынке на момент написания настоящего стандарта. Предельные значения чувствительности приема подобных радиотрансиверов составляют значение порядка минус 139 дБм. При использовании скоростей 200 и 500 бит/с неточность формирования частоты задающим генератором может приводить к возникновению проблем, связанных с несовпадением частот передатчика и приемника, что вызывает потери пакетов. Для решения этой проблемы применяется алгоритм компенсации нестабильности частот задающих генераторов. Описание алгоритма компенсации нестабильности частот задающего генератора приведено в приложении А.

5.4 Режим работы LBT (Listen Before Talk)


При включенном режиме работы LBT (Listen Before Talk - "Слушай, прежде чем сказать") устройство, прежде чем выполнить переход в режим передачи для отправки пакетов, должно переключиться в режим оценки уровня сигнала в полосе частот, в которой предполагается отправка данных. Если уровень сигнала не превышает установленного значения, что означает отсутствие передачи другим устройством, то переход в режим передачи и отправка данных могут быть выполнены. В противном случае устройство не должно выполнять передачу до тех пор, пока уровень сигнала в данной полосе частот не упадет ниже установленного значения. Для включения/выключения режима работы LBT используют конфигурационный флаг транспортного уровня FLG_LBT [см. 7.2.2.2, перечисление г)].

6 МАС-уровень (Media Access Control layer, MAC)

6.1 Общие положения


МАС-уровень обеспечивает передачу датаграммы (информационного пакета) на выбранном физическом уровне и описывает следующие параметры:

- формат полей пакета;

- способы адресации;

- методы защиты данных;

- методы контроля целостности данных;

- методы восстановления ошибок.

Описание МАС-уровня приведено в таблице 3. Значения параметров, приведенных в таблице 3, определены для диапазона рабочих температур от минус 40°С до плюс 70°С.


Таблица 3 - Основные технические характеристики МАС-уровня

Наименование параметра

Значение (характеристика) параметра

Номерная емкость сети

4,3 млрд устройств

Эффективные скорости передачи данных (UPLINK-пакет)

10, 80, 640, 5120 бит/с

Вид помехоустойчивого кодирования

ZIGZAG

Скорость помехоустойчивого кодирования

1/2

Длина полезных данных одного пакета

8 байт

Эффективные скорости передачи данных (DOWNLINK-пакет)

В зависимости от реализации конкретного радиотрансивера

Вид помехоустойчивого кодирования (DOWNLINK-пакет)

В зависимости от реализации конкретного радиотрансивера

Скорость помехоустойчивого кодирования

В зависимости от реализации конкретного радиотрансивера (1/2, 1/3 и т.п.)

Длина полезных данных одного пакета

От 8 до 128 байт

Алгоритм шифрования полезных данных

"Магма"

Используемый размер ключа

256 бит

Примечание - Вместо алгоритма шифрования "Магма" возможно использование другого алгоритма блочного симметричного шифрования со следующими параметрами: размер блока данных - 64 бита, размер ключа - 256 бит, при наличии достаточных оснований для этого. При этом использование других алгоритмов, не являющихся российским стандартом, может накладывать ограничения на сферу применения настоящего стандарта.

6.2 UPLINK-пакет


Общая длина UPLINK-пакета должна составлять 40 байт. Размер поля Payload (полезные данные) должен составлять 8 байт. Соотношение эффективной скорости передачи данных к физической должно составлять 2/10. Программный код реализации функции формирования UPLINK-пакета на языке Си приведен в разделе Б.1 приложения Б.

Формат UPLINK-пакетов и рабочая полоса частот одинаковы для различных скоростей передачи данных. Порядок следования битов в байтах UPLINK-пакета - от старшего к младшему.

Структура формата UPLINK-пакета приведена в таблице 4.


Таблица 4 - Структура формата UPLINK-пакета

Preamble
(Преамбула)

Node ID
(Идентификатор,

Data (Данные)

Error detection and correction (Определение ошибки и коррекция)

присвоенный устройству)

Header (Заголовок)

Payload
(Полезные данные)

Payload CRC (Контрольная сумма полезных данных)

Packet CRC (Контрольная сумма пакета данных)

Zigzag code

0x97

0x15

0x7а

0x6f

ID3

ID2

ID1

ID0

7

6

5

4-0

8

CRC-16

CRC-32

СRС-32

СRС-32

18 байт

SYS

АСК

MULTI

ITER

байт

Zigzag source (18 байт)

6.2.1 Поле Preamble (Преамбула)

Преамбула служит для обнаружения пакета в эфире. Алгоритм демодуляции, реализованный в базовой станции, использует данное поле для обнаружения пакета в эфире и синхронизации его последующей обработки.

6.2.2 Поле Node ID (Идентификатор, присвоенный устройству)

Поле Node ID содержит идентификатор, присвоенный устройству. Поле Node ID должно иметь размер 32 бита [для номерной емкости сети, составляющей 2ПНСТ 354-2019 Информационные технологии (ИТ). Интернет вещей. Протокол беспроводной передачи данных на основе узкополосной модуляции радиосигнала (NB-Fi) (4 294 967 296) устройств]. Порядок следования байт - от старшего к младшему.

6.2.3 Поле Data (Данные)

Поле Data обрабатывается транспортным уровнем. Поле Data является составным и должно содержать два поля: поле Header (Заголовок) и поле Payload (Полезные данные).

6.2.3.1 Поле Header (Заголовок)

Поле Header является заголовком пакета. Поле Header должно иметь размер 1 байт. Поле Header должно состоять из трех системных флагов и поля ITER (см. раздел 5).

6.2.3.2 Поле Payload (Полезные данные)

Поле Payload должно иметь размер 8 байт. Данное поле может быть зашифровано с помощью блочного кода "Магма" (см. раздел 6.4).

6.2.4 Поле Payload CRC (Контрольная сумма полезных данных)

Поле Payload CRC содержит контрольную сумму незашифрованного содержимого поля Payload и поля Header. Поле Payload CRC должно иметь размер 2 байта. Поле Payload CRC используется также при вычислении частоты отправки пакета. Программный код реализации функции вычисления данного параметра на языке Си приведен в разделе Б.3 приложения Б.

6.2.5 Поле Packet CRC (Контрольная сумма пакета данных)

Поле Packet CRC содержит контрольную сумму полей Node ID, Header, Payload CRC и зашифрованного содержимого поля Payload. Используются три младших байта данного значения. Программный код реализации функции вычисления данного параметра (CRC32) на языке Си приведен в разделе Б.4 приложения Б.

6.2.6 Поле Zigzag code

Поле Zigzag code должно содержать помехоустойчивый код, вычисляемый на основании данных поля Zigzag source. Используемые таблицы данных для кодирования и декодирования, а также исходные коды программной реализации помехоустойчивого кодирования на языке Си приведены в приложении В.

6.3 DOWNLINK-пакет


Пакеты данного типа формируются при помощи аппаратной реализации используемого радиотрансивера. Внутри поля полезных данных пакета, сформированного средствами используемого радиотрансивера, должны быть размещены поле адреса, поле данных транспортного уровня и поле контрольной суммы.

Структура поля данных транспортного уровня DOWNLINK-пакета приведена в таблице 5.


Таблица 5 - Структура поля данных транспортного уровня DOWNLINK-пакета

Node ID

Data (Данные)

Payload CRC

(Идентификатор, присвоенный устройству)

Header (Заголовок)

Payload (Полезные данные)

(Контрольная сумма полезных данных)

ID3

ID1

ID0

CRC-16

7

6

5

4-0

От 8 до 128 байт,

CRC-16

SYS

ACK

MULTI

ITER

блоками по 8 байт

6.3.1 Поле Node ID (Идентификатор, присвоенный устройству)

Поле Node ID содержит идентификатор, присвоенный устройству. Поле Node ID должно иметь размер 32 бита [для номерной емкости сети, составляющей 2ПНСТ 354-2019 Информационные технологии (ИТ). Интернет вещей. Протокол беспроводной передачи данных на основе узкополосной модуляции радиосигнала (NB-Fi) (4 294 967 296) устройств]. Порядок следования байт - от старшего к младшему.

6.3.2 Поле Data (Данные)

Поле Data обрабатывается транспортным уровнем. Поле Data является составным и должно содержать два поля: поле Header (Заголовок) и поле Payload (Полезные данные).

6.3.2.1 Поле Header (Заголовок)

Поле Header является заголовком пакета. Поле Header должно иметь размер 1 байт. Поле Header должно состоять из трех системных флагов и поля ITER (см. раздел 5).

6.3.2.2 Поле Payload (Полезные данные)

Поле Payload должно иметь размер от 8 до 128 байт, кратно 8 байтам. Данное поле может быть зашифровано при помощи блочного кода "Магма" (см. раздел 6.4).

6.3.3 Поле Payload CRC (Контрольная сумма полезных данных)

Поле Payload CRC содержит контрольную сумму незашифрованного содержимого поля Payload и поля Header. Поле Payload CRC должно иметь размер 2 байта. Поле Payload CRC используется также при вычислении частоты отправки пакета. Программный код реализации функции вычисления данного параметра на языке Си приведен в разделе Б.3 приложения Б.

6.4 Шифрование поля Payload


Шифрование данных должно быть выполнено как для UPLINK-пакетов, так и для DOWNLINK-пакетов. Для шифрования следует применять алгоритм "Магма" с использованием уникального для каждого устройства ключа длиной 256 бит.

Ключ шифрования может быть записан в устройство при производстве, выделен в процессе работы устройства или отсутствовать. Значение ключа, имеющее все нули или все единицы во всех 256 битах, означает отсутствие шифрования данных.

Ключ шифрования, выделенный устройству при производстве либо в процессе работы, также сохраняется на сервере. Наличие ключа шифрования на сервере обеспечивает возможность расшифровки поля Payload.

Шифрование поля Payload для DOWNLINK-пакетов выполняется по всей длине поля блоками по 8 байт.

Механизм выделения нового ключа шифрования МАС-уровня описан в разделе Г.7. приложения Г.

7 Транспортный уровень (Transport layer)

7.1 Общие положения


Транспортный уровень обеспечивает механизмы передачи пользовательских данных и управляющих команд между базовой станцией и устройствами в условиях нестабильной связи, реализуя следующие функции:

- подтверждения доставки сообщений;

- повторной отправки данных;

- разбиения больших пакетов данных на фрагменты и последующего их "склеивания";

- буферизации отправки данных;

- синхронизации системного времени;

- конфигурирования режимов работы;

- автоматического выбора режима работы (скорости, мощности передачи);

- смены ключа шифрования МАС-уровня.

Также на транспортном уровне реализованы алгоритмы анализа качества сигнала и выбора оптимальной скорости передачи данных. Дополнительно на транспортном уровне реализован механизм конфигурирования всех параметров функционирования устройства NB-Fi.

Ключевые особенности транспортного уровня NB-Fi, позволяющие протоколу в наибольшей степени соответствовать задачам построения LPWAN-сетей:

- низкое количество "накладных" данных, используемых для транспортного уровня;

- организация группового квитирования пакетов, позволяющего экономить использование канала связи при подтверждении приема;

- реализация специальных режимов работы для устройств с батарейным питанием.

Для передачи данных от устройства к базовой станции используются UPLINK-пакеты. Для передачи данных от базовой станции к устройству применяются DOWNLINK-пакеты либо UPLINK-пакеты для устройств, построенных на специализированных радиотрансиверах. Допускается работа в режиме передачи данных от устройства к устройству ("peer-to-peer"), при этом используются DOWNLINK-пакеты либо UPLINK-пакеты для устройств, построенных на специализированных радиотрансиверах.

Реализация функций транспортного уровня предполагает буферизацию пакетов данных в виде программного стека. Минимальная глубина приемного буфера составляет 32 пакета. Это обусловлено разрядностью поля ITER (итератор), равной 5 бит, которое используется для циклической нумерации всех пакетов и их последующей идентификации при запросах повторной отправки. Таким образом, передающий узел должен хранить по крайней мере 32 последних отправленных пакета для их возможной переотправки при последующем обмене данными.

Основные режимы работы транспортного уровня и их описание приведены в таблице 6.


Таблица 6 - Основные режимы работы транспортного уровня и их описание

Режим работы

Описание

NRX (No RX)

Передача данных от устройства к серверу

Устройство передает данные при необходимости, остальное время модем находится в режиме "сон". Не поддерживаются переотправка "потерянных" данных и режим автоматического выбора оптимальной скорости связи

DRX (Discontinuous RX)

Передача данных в обоих направлениях

Устройство передает данные при необходимости и переходит в режим приема на непродолжительное время сразу после окончания передачи. Сервер буферизирует все запросы на отправку данных устройству и выполняет передачу данных во время "открытия" временного "окна", когда устройство переходит в режим приема. Возможна работа в режиме переотправки "потерянных" данных и режиме автоматического выбора скоростей. Данный режим используют для устройств с батарейным питанием

CRX (Continuous RX)

Передача данных в обоих направлениях

Устройство передает данные при необходимости, в остальное время находится в режиме приема. Отправка данных на устройство с сервера возможна в любой момент. Все функции протокола работают в полном объеме. Возможна передача данных "peer-to-peer". Данный режим используют для устройств со стационарным питанием либо для кратковременного перехода в него с целью обмена "peer-to-peer"

7.2 Описание пакетов данных транспортного уровня

7.2.1 Формат пакета транспортного уровня в общем виде

Структура формата пакета транспортного уровня в общем виде приведена в таблице 7.


Таблица 7 - Структура формата пакета транспортного уровня в общем виде

HEADER (Заголовок)

DATA (Данные)

SYS

АСК

MULTI

ITER

1 бит

1 бит

1 бит

5 бит

от 1 до MAXLEN байт


Описание полей:

- SYS - флаг системного пакета;

- АСК - флаг, информирующий о том, что данный пакет требует подтверждения;

- MULTI:

1) флаг групповой посылки;

2) флаг, информирующий приемную сторону о том, что за данным пакетом будет отправлен другой;

- ITER - итератор пакета;

- DATA - поле данных пакета;

- MAXLEN - максимальная длина передачи поля данных.

Пакеты транспортного уровня разделяются:

- на пользовательские пакеты;

- системные пакеты.

Системные пакеты используют для передачи служебной информации, для реализации механизмов транспортного протокола, а также для передачи полезной информации (при передаче пакетов типа GROUP и SHORT).

Полезные данные, длина которых равна параметру MAXLEN, передаются внутри пользовательского пакета.

Полезные данные длиной более чем MAXLEN передаются путем дробления пакетов и объединения их в групповую посылку. При этом первый пакет в группе является системным (GROUP), а остальные - пользовательскими.

Полезные данные, длина которых меньше параметра MAXLEN, передаются внутри системного (SHORT) пакета.

Параметр MAXLEN равен 8 для UPLINK-пакетов и может иметь значения от 8 до 128 для DOWNLINK-пакетов. Параметр MAXLEN не должен изменяться в процессе обмена данными и должен иметь одинаковые значения как у передающего, так и у приемного узла.

Структура формата пользовательского пакета приведена в таблице 8, структура формата системного пакета - в таблице 9.


Таблица 8 - Структура формата пользовательского пакета

HEADER (Заголовок)

DATA (Данные)

SYS

АСК

MULTI

ITER

PAYLOAD

(1 бит)

(1 бит)

(1 бит)

(5 бит)

0

0/1

0/1

От 0 до 31

MAXLEN байт



Таблица 9 - Структура формата системного пакета

HEADER (Заголовок)

DATA (Данные)

SYS

АСК

MULTI

ITER

TYPE

SYS_PAYLOAD

1

0/1

0/1

От 0 до 31

1 байт

От 7 до (MAXLEN-1) байт


Описание полей:

- SYS - флаг системного пакета;

- АСК - флаг, информирующий о том, что данный пакет требует подтверждения;

- MULTI:

1) флаг групповой посылки;

2) флаг, информирующий приемную сторону о том, что за данным пакетом будет отправлен другой;

- ITER - итератор пакета;

- DATA - поле данных пакета;

- TYPE - тип системного пакета;

- SYS_PAYLOAD - полезная информация;

- MAXLEN - максимальная длина передачи поля данных.

7.2.2 Типы системных пакетов

Основные типы системных пакетов, используемые в протоколе NB-Fi, приведены в таблице 10.


Таблица 10 - Основные типы системных пакетов

CODE (код)

TYPE (тип)

SYS_PAYLOAD LENGTH, bytes (Длина полезных данных, байт)

Описание

0b1ххххххх

SHORT (см. 7.2.2.1)

от 7 до (MAXLEN-1)

Короткий пакет данных

0x00

АСК_Р (см. 7.2.2.2)

7

Подтверждение приема

0x01

HEARTBEAT (см. 7.2.2.3)

7

Информация о параметрах работы устройства

0x02

GROUP (см. 7.2.2.5)

7

Первый пакет в группе

0x04

CLEAR (см. 7.2.2.4)

0

Сигнал завершения сеанса передачи данных

0x06

CONF (см. 7.2.2.6)

7

Настройка параметров NB-Fi

0x07

RESET (см. 7.2.2.7)

7

Сброс устройства

0x08

CLEAR_Т (см. 7.2.2.78)

4

Сигнал завершения сеанса передачи данных со значением Unix Timestamp

0x09

SENDTIME (см. 7.2.2.9)

4

Сигнал синхронизации системного времени

0х0А

GETNEWKEY (см. 7.2.2.10)

0

Запрос на выделение устройством нового ключа шифрования

0x10-0x14

KEY0-KEY4 (см. 7.2.2.11)

7

Значение ключа шифрования

7.2.2.1 Пакет SHORT (короткий пакет данных)

Данный системный пакет предназначен для передачи пользовательских данных длиной менее чем MAXLEN.

Структура формата пакета SHORT приведена в таблице 11.


Таблица 11 - Структура формата пакета SHORT

CODE (код)

TYPE (тип)

BYTE# (номер байта)

DATA (Данные)

0b1ххххххх

SHORT

0

0x80+LENGTH

-

-

1 - (MAXLEN-1)

PAYLOAD


Примечание - Допустимые значения LENGTH (длины полезных данных пакета): от 1 до 127 байт.

7.2.2.2 Пакет АСК_Р (подтверждение приема)

Данный системный пакет предназначен для подтверждения приема пакета данных.

Структура формата пакета АСК_Р приведена в таблице 12.


Таблица 12 - Структура формата пакета АСК_Р

CODE (код)

TYPE (тип)

BYTE# (номер байта)

DATA (Данные)

0x00

АСК_Р

0

0x00

-

-

1-4

MASK
[см. 7.2.2.2, а)]

-

-

5

SNR
[см. 7.2.2.2, б)]

-

-

6

NOISE_OR_RTC_OFS_0_7 [см. 7.2.2.2, в)]

-

-

7

MFLAGS [см. 7.2.2.2, г)]

a) MASK

Структура формата поля MASK приведена в таблице 13.


Таблица 13 - Структура формата поля MASK

MASK0

MASK1

MASK2

MASK3

bit 0: статус пакета с итератором (i-32)

bit 0: статус пакета с итератором (i-24)

bit 0: статус пакета с итератором (i-16)

bit 0: статус пакета с итератором (i-8)

-

-

-

-

bit 7: статус пакета с итератором (i-25)

bit 7: статус пакета с итератором (i-17)

bit 7: статус пакета с итератором (i-9)

bit 7: статус пакета с итератором (i-1)


Примечание - i-итератор АСК_Р пакета равен итератору принятого пакета, в ответ на который отправлен АСК_Р.


Статус сообщения с текущим итератором i не включен в маску, так как факт получения пакета АСК_Р подтверждает успешность доставки пакета с текущим итератором.

б) SNR (Соотношение сигнал/шум пакета)

Соотношение сигнал/шум пакета, в ответ на который отправлен АСК_Р, используют для оценки качества связи при автоматическом выборе скорости и мощности передатчика. Допустимые значения - от 0 до 127 дБ.

в) NOISE_OR_RTC_OFS_0_7 (Уровень входного шума либо 8 младших бит поправки времени)

В данном поле передается уровень входного шума NOISE либо 8 младших бит поправки времени RTC_OFS_0_7. Первый вариант используется при передаче от устройства к серверу в качестве дополнительной информации; второй вариант - при передаче от сервера к устройству в случае применения механизма синхронизации времени. Допустимые значения - от 0 до 255. Данные значения соответствуют уровням шума от минус 150 до плюс 105 дБм либо 8 младшим битам 14-битной поправки времени.

г) MFLAGS

Структура формата поля MFLAGS при передаче АСК_Р от сервера к устройству приведена в таблице 14.


Таблица 14 - Структура формата поля MFLAGS при передаче АСК_Р от сервера к устройству

7 бит

6 бит

От 5 до 0 бит

UL_SPEED_NOT_MAX

DL_SPEED_NOT_MAX

RTC_OFS_8_13


UL_SPEED_NOT_MAX уведомляет устройство о том, что текущая скорость передачи UPLINK-пакетов является немаксимальной для данной базовой станции. Активное значение - 1.

Доступ к полной версии этого документа ограничен

Ознакомиться с документом вы можете, заказав бесплатную демонстрацию систем «Кодекс» и «Техэксперт».

Что вы получите:

После завершения процесса оплаты вы получите доступ к полному тексту документа, возможность сохранить его в формате .pdf, а также копию документа на свой e-mail. На мобильный телефон придет подтверждение оплаты.

При возникновении проблем свяжитесь с нами по адресу spp@kodeks.ru

ПНСТ 354-2019 Информационные технологии (ИТ). Интернет вещей. Протокол беспроводной передачи данных на основе узкополосной модуляции радиосигнала (NB-Fi)

Название документа: ПНСТ 354-2019 Информационные технологии (ИТ). Интернет вещей. Протокол беспроводной передачи данных на основе узкополосной модуляции радиосигнала (NB-Fi)

Номер документа: 354-2019

Вид документа: ПНСТ

Принявший орган: Росстандарт

Статус: С ограниченным сроком действия

Действующий

Опубликован: Официальное издание. М.: Стандартинформ, 2019 год
Дата принятия: 19 февраля 2019

Дата начала действия: 01 апреля 2019
Дата окончания действия: 01 апреля 2022
Информация о данном документе содержится в профессиональных справочных системах «Кодекс» и «Техэксперт»
Узнать больше о системах