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

     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