NB-Fi

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

NB-Fi - открытый протокол беспроводной передачи данных малого объёма на больших расстояниях при низких затратах энергии LPWAN. Предназначен для построения распределённых сетей телеметрии, межмашинного взаимодействия и интернета вещей.

Протокол NB-Fi был разработан российской компанией WAVIoT (ООО "Телематические Решения") для функционирования в широком спектре радиочастот, в том числе в свободном от лицензирования спектре радиочастот (англ. - ISM band - "industrial, scientific and medical" - спектр радиочастот специально зарезервированный для интернационального использования в областях отличных от телекома, таких как: промышленное производство, исследования и медицина).

Российский стандарт Интернета вещей[править | править код]

Протокол NB-Fi утвержден Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии (Росстандарт) как предварительный национальный стандарт РФ ПНСТ-2019[1][2][3] «Информационные технологии. Интернет вещей. Протокол беспроводной передачи данных на основе узкополосной модуляции радиосигнала NB-Fi»[4]. Стандарт вступит в силу с 01 апреля 2019 г. и действует до 1 апреля 2022 г.

Разработка стандарта NB-Fi началась в 2017 году. Инициатива создания национального стандарта принадлежит Ассоциации интернета вещей[5]. Подготовку и публикацию стандарта NB-Fi выполнил технический комитет 194 «Кибер-физические системы», созданный на базе РВК[6].

Документ с описанием стандарта прошёл публичное обсуждение в отрасли и получил заключения от ключевых участников рынка. В течение трех лет ТК "Кибер-физические системы" планирует проводить систематический мониторинг и оценку применения стандарта для оценки практического опыта рыночного применения стандарта до момента перевода в статус ГОСТа. В первую очередь в мониторинг попадут кейсы применения стандарта участниками Ассоциации интернета вещей.

Технология[править | править код]

В основе стандарта NB-Fi лежит использование узкополосных (англ. - Narrow Band) фазоманипулированных сигналов, которые в сочетании с помехоустойчивым кодированием позволяют достигать очень высоких значений чувствительности приема (до минус 150 дБм), при этом суммарная полоса частот для одновременной передачи большого количества каналов является достаточно узкой. Это позволяет обеспечивать связь с устройствами на очень больших расстояниях от 10 км (город) до 50 км (прямая видимость) при скорости передачи от 0.3 кбит/с до 50 кбит/с на канал шириной 100 Гц.

В России NB-Fi разрешён для свободного и бесплатного использования при реализации передачи на частоте 868 МГц и ограничении мощности до 25 мВт для оконечных устройств.

Сеть NB-Fi использует топологию «звезда», где каждое устройство взаимодействует с базовой станцией напрямую.

Устройство или модем с NB-Fi модулем передает данные по радиоканалу на базовую станцию. Базовая станция принимает сигналы от всех устройств в радиусе своего действия, оцифровывает и передаёт на удалённый сервер, используя доступный канал связи (Ethernet или сотовая связь).

Для приема восходящих пакетов (UPLINK-пакетов) данных со стороны базовой станции[7] применяется принцип SDR-систем (англ. - Software Defined Radio, программно-определяемая радиосистема), где входной радиосигнал оцифровывается во всей полосе приема и в дальнейшем подвергается программной обработке.

Данный подход 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 узкополосных и сверхузкополосных 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.

Сети NB-Fi могут функционировать в любой части нелицензируемого диапазона промышленных, научных и медицинских частот (ISM).

По характеристикам, NB-Fi наиболее сопоставим с протоколом SigFox, чем с широко используемым протоколом LoRa, и кардинально отличается от протокола NB-IoT.[8]

Криптографический анализ проекта стандарта NB-FI показал, что протокол имеет ряд уязвимостей.[9]

Реализация[править | править код]

По состоянию на февраль 2019 года, доступна единственная реализация стандарта NB-Fi, которая выполнена российской компанией «ВАВИОТ»[10] на микроконтроллере семейства STM32 (производитель: STMicroelectronics) с радиотрансивером AX5043[11] (производитель: ON Semiconductor).

См. также[править | править код]

  • NB-IoT – стандарт сотовой связи для устройств телеметрии с низкими объемами обмена данными
  • ZigBee — спецификация сетевых протоколов регламентированных стандартом IEEE 802.15.4 более популярная в Европе
  • 6LoWPAN — IPv6 поверх маломощных беспроводных персональных сетей
  • X10 — открытый индустриальный стандарт
  • EnOcean — проприетарная беспроводная технология с низким уровнем энергопотребления для устройств без батареек
  • INSTEON — двухсетевая (радиочастотная и передача через линии питания) технология
  • ONE-NET (англ. One-Net) — первый открытый протокол беспроводной сети передачи данных
  • англ. DASH7 — Active RFID standard
  • англ. MyriaNed — low power, biology inspired, wireless technology
  • англ. OSIAN — Open Source IPv6 Automation Network
  • англ. LoRa – Low power long range wireless communication technology
  • англ. SigFox – Patented lightweight protocol to handle small messages, less data to send means less energy consumption, hence longer battery life.

Примечания[править | править код]

  1. ПНСТ 354-2019 | Электронный магазин стандартов (недоступная ссылка). nd.gostinfo.ru. Дата обращения: 15 ноября 2019. Архивировано 18 апреля 2019 года.
  2. https://drive.google.com/uc?id=1F7wLNisNZddHEnW7WBSoyIFXp2JBI29Z&export=download
  3. NormaCS ~ Обсуждения ~ ПНСТ (проект, первая редакция). Информационные технологии. Интернет вещей. Протокол обмена для интернета вещей в узкополосном спектре (NB-FI)
  4. Росстандарт утвердил первый национальный стандарт для интернета вещей - РИА Новости, 05.02.2019
  5. Ассоциация интернета вещей. iotas.ru. Дата обращения: 8 февраля 2019.
  6. АО «Российская венчурная компания» (АО «РВК») — государственный фонд фондов и институт развития венчурного рынка Российской Федерации.
  7. WAVIoT Base Station NB-300 – WAVIoT LPWAN (англ.). WAVIoT LPWAN. Дата обращения: 18 мая 2018.
  8. Архивированная копия (недоступная ссылка). Дата обращения: 17 февраля 2019. Архивировано 17 февраля 2019 года.
  9. https://ctcrypt.ru/files/files/2018/Rump/R02_Nozdrunov.pdf
  10. GitHub - waviot/NBFi_AX5043: NBFi stack for STM32 + AX5043
  11. AX5043, Малопотребляющий радиочастотный приёмопередатчик с рабочим диапазоном частот от 27 МГц до 1050 МГц, использующий амплитудную и частотную манипуляции