ПНСТ 996-2024

ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Информационные технологии

ИНТЕРНЕТ ВЕЩЕЙ

Сети связи интернета вещей. Протокол низкоскоростного обмена данными по спутниковым каналам связи

Часть 2

Протокол низкоскоростного обмена данными для систем интернета вещей реального времени на основе протокола LoRaWAN

Information technology. Internet of things. loT communication networks. Protocol for low-speed data exchange over satellite communication channels. Part 2. Low-speed data exchange protocol for real-time Internet of Things systems based on the LoRaWAN protocol

ОКС 35.020

        35.110

Срок действия с 2025-02-01

до 2028-02-01

Предисловие

1 РАЗРАБОТАН Федеральным государственным бюджетным учреждением "Ордена Трудового Красного Знамени Российский научно-исследовательский институт радио имени М.И.Кривошеева"

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 декабря 2024 г. № 129-пнст

4 В настоящем стандарте реализованы требования Положения о порядке создания, производства и эксплуатации (применения) ракетных и космических комплексов (РК-11-КТ)

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: 105064 Москва, ул.Казакова, д.16, e-mail: info@niir.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.rst.gov.ru)

Введение

Настоящий стандарт определяет протокол низкоскоростного обмена данными в низкоорбитальной спутниковой сети для систем интернета вещей (ИВ) реального времени (РВ). Ключевой основой типового технического решения для систем ИВ РВ является условие бесшовной работы низкоскоростной спутниковой сети и наземных сетей, в том числе энергоэффективных сетей дальнего радиуса действия (LPWAN), что подразумевает идентичность технических параметров абонентских средств потребителей (стационарных и мобильных), функционирующих в том числе в составе беспилотных и роботизированных средств в режиме реального времени, и использование полос радиочастот на совместной основе, если это предусмотрено в системе. Нормативные технические параметры абонентских средств потребителей, функционирующих в режиме реального времени (АСП РВ), являются исходными для их аналогов в спутниковой сети систем ИВ РВ, если используется совместная полоса радиочастот.

Он является вторым из группы стандартов, устанавливающих требования к структуре, формату и правилам применения протокола низкоскоростного обмена данными по спутниковым каналам связи применительно к системам ИВ с учетом достижения реакции на событие, максимально близкое к реальному времени.

В данном стандарте представлены рекомендации по адаптации технологии и протокола LoRa/LoRaWAN для обработки информации в спутниковой системе ИВ РВ, в которой временные требования к ее реакции на процессы контроля и управления внешними по отношению к ней объектами известны (заданы) и соблюдается режим обработки информации в темпе, соизмеримом со скоростью протекания (изменения) этих процессов, свойственной этим объектам.

Взаимодействие между АСП РВ и низкоорбитальными спутниками осуществляется по абонентским радиолиниям (КААСП РВ/АСП РВКА), которые имеют множество частотных каналов, обеспечивающих требуемую емкость и энергетику радиолиний.

Низкоскоростная сеть спутниковой связи на основе многоспутниковой низкоорбитальной группировки для предоставления услуг ИВ РВ имеет ряд специфических технических особенностей:

- объем трафика от АСП РВ в направлении КА (АСП РВКА) существенно превышает трафик в обратном направлении (КААСП РВ);

- проявляется выраженный эффект Доплера (статический и динамический) даже для стационарных АСП РВ в процессе сеанса связи;

- изменение энергетики радиолиний между КА и АСП РВ происходит очень быстро и может достигать десятка дБ за время сеанса связи;

- задержка распространения пакетов существенно изменяется за время сеанса связи и зависит не только от физического расстояния радиолинии, но и от эквивалентной скорости абонентского канала, объема транслируемого пакета и времени обработки пакетов;

- частотный план абонентских линий полезной нагрузки (ПН) КА должен изменяться в зависимости от обслуживаемого региона Земли для соблюдения требований национальных администраций связи.

Критическим параметром, который в первую очередь следует принять во внимание при проектировании и создании низкоскоростной сети спутниковой связи для предоставления услуг ИВ РВ, является значение круговой задержки (RTT, round-trip-time). Значение RTT является суммой времени, необходимого для передачи данных на маршруте от АСП РВ до сетевого сервера и времени, необходимого для передачи пакета команды управления от сетевого сервера до АСП РВ. Значение RTT должно быть минимизировано в низкоскоростной сети спутниковой связи для предоставления услуг ИВ РВ (в том числе с учетом рекомендаций [1]*). Для автоматизированного обслуживания высокомобильных беспилотных воздушных судов рекомендуется RTT не более 200 мс для линии С2 с учетом обработки информации и принятия решения.

________________

* Поз.[1]-[5] см. раздел Библиография. - Примечание изготовителя базы данных.     

При этом должна быть обеспечена высокая надежность (P) обмена данными в системах ИВ РВ. В зависимости от типа и функционального назначения системы значение P рекомендуется принять в пределах от 0,99 до 0,999 за время его обслуживания.

     1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает требования к структуре, формату и правилам применения протокола низкоскоростного обмена данными по абонентским линиям спутниковых каналов связи в системах интернета вещей (ИВ) реального времени (РВ), реализуемых на основе низкоорбитальных многоспутниковых группировок, и распространяется на сетевую инфраструктуру для предоставления услуг ИВ с прямым подключением абонентских средств потребителей, функционирующих в режиме реального времени (АСП РВ). Данный стандарт не распространяется на фидерные линии этих систем.

Целью настоящего стандарта является предоставление технических рекомендаций для скоординированной разработки архитектуры системы, сетевой инфраструктуры и типовых АСП РВ для предоставления услуг ИВ РВ на основе низкоорбитальной спутниковой системы (НСС), интегрированной с наземными сетями, в том числе для предоставления бесшовных услуг ИВ РВ при использовании унифицированных АСП РВ.

Областью применения представленного в настоящем стандарте протокола связи, устойчивого к эффекту Доплера, является обмен данными в режиме реального времени между оконечными устройствами высокомобильных объектов ИВ (приборами, датчиками, исполнительными устройствами и т.п.) и сетевым сервером сети ИВ РВ.

В настоящем стандарте используются следующие форматы записей:

- MAC-команды записываются курсивом в формате LinkCheckReq;

- константы записываются прописными (заглавными) буквами в формате RECEIVE_DELAY1;

- переменные записываются курсивом в формате N.

В настоящем стандарте структура сообщений изложена с учетом:

- порядка следования байтов и битов для всех полей - "от старшего к младшему" (big-endian);

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

Для обеспечения безопасной передачи данных АСП РВ используются алгоритмы шифрования данных современных систем передачи данных и протоколов. Необходимость шифрования (применение средств криптографической защиты) данных при ее передаче определяется разработчиком/производителем устройств самостоятельно с учетом действующего законодательства Российской Федерации. Выбор конкретных алгоритмов шифрования данных определяет разработчик АСП РВ в зависимости от его целевого назначения и действующих нормативных документов, в том числе для критической информационной инфраструктуры (КИИ). Используемые в оконечном устройстве алгоритмы шифрования данных должны быть указаны в эксплуатационной документации на соответствующее АСП РВ. Описание и выбор конкретных алгоритмов шифрования данных выходит за рамки настоящего стандарта.

     2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 15971 Системы обработки информации. Термины и определения

ГОСТ Р 71168 Информационные технологии. Интернет вещей. Спецификация LoRaWAN RU

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 [2], а также следующие термины с соответствующими определениями:

3.1 абонентская линия: Радиолиния между абонентским средством потребителя, функционирующего в режиме реального времени, и полезной нагрузкой космического аппарата.

3.2 абонентское средство потребителя, функционирующее в режиме реального времени; АСП РВ: Оконечное устройство сети, сопряженное с датчиками физических процессов и осуществляющее обмен сообщениями с сетевым сервером в режиме реального времени.

3.3 активация: Процедура присоединения АСП РВ к сети.

3.4 активация "по воздуху": Способ активации АСП РВ в сети через запрос-ответ по специально назначенному радиоканалу.

3.5 активация через персонализацию: Способ активации АСП РВ в сети через предустановленные параметры контекста сеанса связи.

3.6 восходящий канал: Канал передачи пакетов (сообщений) от АСП РВ к ПН КА.

3.7 высокомобильные беспилотные средства: Воздушные, морские и сухопутные транспортные средства без экипажа на борту, а также подвижные роботизированные комплексы различного назначения.

3.8 контекст сеанса связи: Набор параметров сетевого сеанса и параметров сеанса приложения.

3.9 многоадресная рассылка: Режим передачи нисходящего сообщения нескольким АСП РВ одновременно.

3.10 нисходящий канал: Канал передачи пакетов (сообщений) от ПН КА к АСП РВ.

3.11 полезная нагрузка космического аппарата; ПН КА: Телекоммуникационное оборудование, размещенное на борту космического аппарата и обеспечивающее обмен данными с обработкой, маршрутизаций и регенерацией сигнала по абонентским и фидерным линиям в режиме реального времени.

3.12 рабочий цикл: Безразмерная величина, обратная скважности и равная отношению длительности передаваемого радиосообщения к периоду передачи.

Примечание - По умолчанию нормируется к одному часу.

3.13 региональная станция сопряжения; РСС: Узел региональной или национальной сети интернета вещей, функционирующий в режиме РВ и имеющий в своем составе несколько земных станций спутниковой связи.

3.14 сеть: Региональная или национальная сеть интернета вещей, функционирующая в режиме РВ, узлом которой является РСС.

3.15 фидерная линия: Радиолиния между полезной нагрузкой космического аппарата и земной станцией спутниковой связи, входящей в состав РСС.

     4 Сокращения и обозначения

В настоящем стандарте применены следующие сокращения и обозначения:

АМ - антенный модуль;

АПК - аппаратно-программный комплекс;

АФС - антенно-фидерная система;

ВОЛС - волоконно-оптические линии связи;

ДН - диаграмма направленности;

ЗССС - земная станция спутниковой связи;

КА - космический аппарат (спутник);

НКО - низкая круговая орбита;

ПН - полезная нагрузка;

ПНОД - протокол низкоскоростного обмена данными;

ПНОД РВ - протокол низкоскоростного обмена данными в реальном времени;