ПНСТ 820-2023

ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Информационные технологии

ИНТЕРНЕТ ВЕЩЕЙ

Протокол передачи данных для высокоемких сетей на основе сверхузкополосной модуляции радиосигнала (OpenUNB)

Information technology. Internet of things. Wireless protocol based on ultra narrow band RF modulation (OpenUNB)

ОКС 35.020

        35.110

Срок действия с 2023-03-31

до 2026-03-31

Предисловие

1 РАЗРАБОТАН центром компетенций НТИ "Сквозные технологии беспроводной связи и интернета вещей" АНОО ВПО "Сколковский институт науки и технологий"

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 13 марта 2023 г. N 15-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, Большой бульвар, д.30, стр.1 и/или в Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии: 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.rst.gov.ru)

Введение

Настоящий стандарт определяет протокол односторонней передачи данных от множества конечных устройств до центрального сервера сети. Протокол оптимизирован для мобильных и стационарных конечных устройств с батарейным питанием.

Сети, построенные в соответствии с протоколом OpenUNB, относятся к классу LPWAN (Low-power Wide-area Network) - беспроводных энергоэффективных сетей дальнего радиуса действия. Сеть OpenUNB имеет топологию "звезда из звезд", в которой шлюзы ретранслируют пакеты данных, принятые от конечных устройств, на единый сервер сети. Сервер сети в свою очередь передает успешно принятые пакеты конечных устройств на соответствующий сервер приложений.

Протокол OpenUNB использует симметричное шифрование для обеспечения конфиденциальности, целостности и подлинности данных, передаваемых конечными устройствами. Шифрование осуществляется на конечных устройствах с использованием сессионных ключей, которые вырабатываются из секретного ключа устройства, а расшифрование осуществляется на сервере сети.

Связь между конечными устройствами и шлюзами осуществляется с использованием сверхузкополосных сигналов с модуляцией DBPSK (Differential Binary Phase Shift Keying) или FSK (Frequency Shift Keying) и помехоустойчивого полярного кодирования. Это позволяет добиться высокой дальности, энергоэффективности и емкости (пропускной способности) сети.

Таким образом, протокол OpenUNB является эффективным для построения телеметрических систем с большим количеством конечных устройств с батарейным питанием и может быть использован в нелицензируемых диапазонах частот, имеющих ограничение на мощность и скважность излучаемого сигнала.

     1 Область применения

Сети OpenUNB, построенные в соответствии с настоящим стандартом, относятся к классу энергоэффективных сетей дальнего радиуса действия или Low Power Wide Area Network (LPWAN).

Протокол OpenUNB предназначен для односторонней передачи данных от множества конечных устройств (например, датчиков и счетчиков) до центрального сервера сети с ретрансляцией через множество шлюзов. Связь между конечными устройствами и шлюзами осуществляется по радиоканалу с использованием сверхузкополосных сигналов с модуляцией DBPSK (Differential Binary Phase Shift Keying) или FSK (Frequency Shift Keying) и помехоустойчивого полярного кодирования. Это позволяет добиться высокой дальности и энергоэффективности передачи и высокой емкости (пропускной способности) сети.

Настоящий стандарт предназначен для построения телеметрических систем с большим количеством конечных устройств, имеющих батарейное питание, в которых требуется обеспечить максимально долгую автономную работу устройств (без обслуживания и замены элементов питания) и передачу данных на большие расстояния.

Настоящий стандарт реализует криптографическую защиту передаваемых данных, обеспечивающую их конфиденциальность, целостность и подлинность.

Высокая энергоэффективность передачи данных позволяет применять настоящий стандарт для построения сетей, работающих в нелицензируемых диапазонах частот, имеющих ограничения на мощность излучаемого передатчиком сигнала, например в диапазоне 868.7-869.2 МГц.

     2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

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

ГОСТ Р 34.13 Информационная технология. Криптографическая защита информации. Режимы работы блочных шифров

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 (конечное) устройство: Программно-аппаратный комплекс, предназначенный для передачи пакетов данных на сервер.

3.2 сеансовый ключ: Временный ключ, синхронно вырабатываемый на конечном устройстве и на сервере сети и имеющий время жизни, равное одной эпохе работы конечного устройства.

3.3 сервер сети: Программно-аппаратный комплекс, предназначенный для приема пакетов данных конечных устройств от шлюзов и их последующей передачи на сервер приложений.

3.4 сервер приложений: Программно-аппаратный комплекс, предназначенный для приема пакетов данных конечных устройств от сервера сети, их хранения и отображения конечным пользователям.

3.5 шлюз: Программно-аппаратный комплекс, предназначенный для приема пакетов данных конечных устройств из радиоканала и их последующей передачи на сервер сети.

3.6 эпоха: Ограниченный период времени, в течение которого конечное устройство передает пакеты данных серверу сети.

     4 Обозначения и сокращения

В настоящем стандарте применены следующие обозначения и сокращения:

В настоящем стандарте используются следующие форматы записей:

- константы записываются в формате CONST_PARAM_NAME;

- названия полей в форматах передаваемых пакетов записываются в формате PacketFieldName;

- названия временных переменных в процедурах записываются в формате variable_name.

     5 Архитектура сети OpenUNB

     5.1 Общая архитектура

На рисунке 1 представлена общая архитектура сети.

Рисунок 1 - Архитектура сети

Конечные устройства передают пакеты данных по радиоканалу в соответствии с настоящим стандартом. Передача пакетов является широковещательной. Получателями пакетов являются шлюзы, находящиеся в зоне радиовидимости устройства.

Архитектура сети OpenUNB удовлетворяет требованиям международных стандартов, описывающих архитектуру беспроводных сетей LPWAN со сверхузкополосной модуляцией (см., например, [1]*). Сеть OpenUNB предусматривает три уровня сетевого взаимодействия:

________________

* Поз. [1], [2] см. раздел Библиография, здесь и далее по тексту. - Примечание изготовителя базы данных.

- физический уровень;

- канальный уровень;