ПНСТ 516-2021

ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Информационные технологии

ИНТЕРНЕТ ВЕЩЕЙ

Спецификация LoRaWAN RU

Information technology. Internet of things. LoRaWAN RU specification

ОКС 35.020, 35.110

Срок действия с 2021-07-01

до 2024-07-01

Предисловие

1 РАЗРАБОТАН Ассоциацией участников рынка интернета вещей и Акционерным обществом "Российская венчурная компания" (АО "РВК")

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 194 "Кибер-физические системы"

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 28 января 2021 г. N 5-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: 121205 Москва, Инновационный центр Сколково, ул.Нобеля, д.1; e-mail: info@tc194.ru и/или в Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии по адресу: 123112 Москва, Пресненская набережная, д.10, стр.2.

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 определяет телеметрический протокол с адаптивной полосой (LoRaWAN RU), оптимизированный для оконечных устройств с батарейным питанием, которые могут быть мобильными или стационарными.

В базовой конфигурации сеть LoRaWAN RU имеет топологию "звезда из звезд" (star-of-stars). В расширенной конфигурации сеть LoRaWAN RU может иметь конфигурацию, заложенную разработчиком в оконечное устройство (Р-2-Р Mesh-сети и др.) В базовой конфигурации шлюзы* ретранслируют сообщения между оконечными устройствами** и центральным сервером сети. Сервер сети маршрутизирует пакеты с каждого устройства сети на соответствующий сервер приложений.

________________

* Шлюзы также известны как концентраторы или базовые станции.

** Оконечные устройства также называют "мотами".

Шлюзы подключаются к серверу сети через IP-соединения. Оконечные устройства используют прямую передачу данных на один или несколько шлюзов с линейно-частотной модуляцией***. Обмен данными двусторонний, однако предполагается, что объем данных в восходящей линии связи (от оконечного устройства к серверу сети) будет преобладать над объемом данных в нисходящей линии связи (от сервера сети к оконечным устройствам).

________________

*** В настоящем стандарте не рассматривается поддержка промежуточных элементов-повторителей, и рассматриваются ограничения полезной нагрузки для издержек инкапсуляции. Повторитель определен как использующий протокол LoRaWAN RU в качестве механизма обратного рейса.

Связь между оконечными устройствами и шлюзами распределяется по различным частотным каналам и скоростям передачи данных. Выбор скорости передачи данных - это компромисс между максимальной дальностью связи и минимальной продолжительностью сообщения в радиоэфире. Одновременная связь с разными оконечными устройствами на одной частоте, но с разными скоростями передачи данных не создает взаимных помех. Скорость передачи данных по протоколу LoRaWAN RU составляет от 0,3 кбит/с до 50 кбит/с. Чтобы максимально увеличить время автономной работы оконечных устройств и общую пропускную способность сети, сервер сети может управлять скоростью передачи данных и выходной мощностью радиопередатчика для каждого оконечного устройства индивидуально, посредством схемы адаптивной скорости передачи данных (ADR, adaptive data rate).

Оконечные устройства могут передавать данные по любому доступному частотному каналу в любое время, используя любую доступную скорость передачи данных, если соблюдаются следующие правила:

- оконечное устройство для каждой передачи выбирает частотный канал псевдослучайным образом. Данное распределение по частотам делает систему связи более устойчивой к помехам;

- оконечное устройство учитывает ограничение на максимальный рабочий цикл передачи (DutyCycle) для используемого диапазона частот;

- оконечное устройство учитывает ограничение на максимальную длительность передачи (TimeOnAir) для используемого диапазона частот.

Примечание - Максимальный рабочий цикл передачи и максимальная длительность передачи на каждый поддиапазон являются региональными параметрами и определены в 6.1.

В радиоканале используется ЛЧМ-модуляция, адаптированная для устройств с низким энергопотреблением и низкой скоростью передачи. В настоящем стандарте устройства, реализующие функциональность в объеме большем, чем для класса A, называются "оконечными устройствами высшего класса".

________________

Линейная частотная модуляция.

     1 Область применения

Целью настоящего стандарта является создание основы для скоординированной разработки инфраструктуры в области "интернета вещей" (IoT, Internet of Things).

Областью применения, описанной в настоящем документе технологии связи, является обмен данными с бытовым и промышленным оборудованием (приборы, датчики, пломбы, исполнительные устройства и т.п.) имеющим свойства:

- низкие требования к пропускной способности каналов связи;

- высокие требования к помехоустойчивости каналов связи;

- высокие требования к времени автономной работы (до 10 лет и более);

- предназначены для хранения и/или передачи общедоступной информации и информации ограниченного доступа, не содержащий сведений, относимых к государственной тайне (конфиденциальная информация);

- не предназначены для хранения и/или передачи информации, содержащие сведения составляющие государственную тайну.

Настоящий стандарт беспроводной связи обеспечивает обратную совместимость со стандартами LoRaWAN v.1.1 final release 11.11.2017 (кроме устройств класса "В") и LoRaWAN v.1.0.2 final 07.2016 (кроме устройств класса "В").

Выбор конкретных алгоритмов шифрования данных определяет разработчик оконечного устройства в зависимости от целевого назначения оконечного устройства и действующих нормативных документов. Например, для систем класса критической информационной инфраструктуры (КИИ) могут использоваться криптографические преобразования. Используемые в оконечном устройстве алгоритмы шифрования данных должны быть указаны в эксплуатационной документации на соответствующее оконечное устройство. Рекомендуется использовать алгоритм блочного шифрования. Описание и выбор конкретных алгоритмов шифрования данных выходит за рамки настоящего стандарта.

В настоящем стандарте используются следующие форматы записей:

- MAC-команды записываются в формате LinkCheckReq;

- константы записываются в формате RECEIVE_DELAY1.

В настоящем стандарте структура сообщений изложена с учетом:

- порядка следования байт и бит для всех полей - "от младшего к старшему" (little-endian);

- бита RFU (Reserved For Future), обозначающего поле для будущего использования. По умолчанию данный бит должен быть установлен на нуль передатчиком сообщения и должен быть проигнорирован на приемной стороне.

     2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использована нормативная ссылка на следующий стандарт:

ГОСТ Р ИСО/МЭК 7498-1 Информационная технология. Взаимосвязь открытых систем. Базовая эталонная модель. Часть 1. Базовая модель

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 термины по ГОСТ Р ИСО/МЭК 7498-1, а также следующие термины с соответствующими определениями.

3.1 активация (activation): Процедура присоединения оконечного устройства к сети.

3.2 активация "по воздуху"; OTAA (over the air activation): Способ активации оконечного устройства в сети через запрос-ответ.

3.3 активация через персонализацию; ABP (activation by personalization): Способ активации оконечного устройства в сети через предустановленные параметры контекста сеанса связи.

3.4 контекст сеанса связи (session context): Набор параметров сетевого сеанса и параметров сеанса приложения.

3.5 многоадресная рассылка (multicast): Режим передачи нисходящего сообщения нескольким оконечным устройствам одновременно.

3.6 оконечное устройство (end-device): Программно-аппаратное решение, являющееся узлом сети, который может обмениваться сообщениями по протоколу LoRaWAN RU.

3.7 параметры сеанса приложения (application session parameters): Набор ключей и счетчиков, поддерживаемый оконечным устройством и сервером приложений.

3.8 параметры сетевого сеанса (network session parameters): Набор ключей и счетчиков, поддерживаемый оконечным устройством и сервером сети.

3.9 рабочий цикл устройства (duty-cycle): Безразмерная величина, обратная скважности и равная отношению длительности передаваемого радиосообщения к периоду передачи.

3.10 сеансовый ключ (session key): Производный ключ от первичных ключей, хранящихся в оконечном устройстве.

3.11 uplink-канал (uplink): Канал связи восходящих сообщений от оконечного устройства к серверу сети.

3.12 downlink-канал (downlink): Канал связи нисходящих сообщений от сервера сети к оконечному устройству.

3.13 RFU: Зарезервировано для будущих применений.

     4 Обозначения

В настоящем стандарте применены следующие обозначения:

DevEUI - идентификатор оконечного устройства;

JoinEUI - идентификатор сервера присоединения к сети;

AppKey - прикладной первичный ключ оконечного устройства;

NwkKey - сеансовый первичный ключ оконечного устройства;

DevAddr - короткий адрес оконечного устройства;

AppSKey - сеансовый ключ приложения - для кодирования прикладных данных в нисходящих и восходящих сообщениях;

NwkSEncKey - сетевой сеансовый ключ кодирования МАС-команд в нисходящих и восходящих сообщениях;

SNwkSIntKey - сетевой сеансовый ключ целостности нисходящих сообщений;

FNwkSIntKey - сетевой сеансовый ключ целостности восходящих сообщений;

JSIntKey - ключ целостности восходящего сообщения с запросом Rejoin-Request первого типа и нисходящего сообщения ответа Join-Accept;

JSEncKey - ключ кодирования Join-Accept в случае получения запроса Rejoin-Request;

Join-Request - запрос на присоединение к сети;

DevNonce - счетчик запросов на присоединение к сети;

Rejoin-Request - запрос на переприсоединение к сети;

Join-Accept - подтверждение присоединения (переприсоединения) к сети;

JoinNonce - счетчик подтверждений присоединения (переприсоединения) к сети;

MIC - код целостности сообщения (message integrity code).