Стандарт NB-Fi предназначен для построения беспроводной сети обмена данными между множеством конечных устройств(модемов) с одной стороны и множеством базовых станций (БС) с другой, с дальнейшей интеграцией данных в единое серверное пространство.
Объединение всех устройств в единый сервер позволяет эффективно организовывать обмен данными с различными "облачными" сервисами, что собственно и представляет из себя, набирающее популярность понятие "интернет вещей" (internet of things - IOT).
NB-Fi представляет собой LPWAN стандарт, характеризующийся высокой энергоэффективностью передачи данных и высокой ёмкостью сети, что позволяет использовать его для построения телеметрических систем с большим количеством абонентов. Высокая энергоэффективность позволяет использовать для работы "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 (до -150 дБм). При этом суммарная полоса частот для одновременной передачи большого количества каналов требуется достаточно узкой.
Для приема восходящих (uplink - UL) пакетов данных со стороны базовой станции применяется принцип SDR - систем (software-defined radio), 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 какой-либо сетки каналов, пакет данных принимается базовой станцией вне зависимости от частоты, на которой была 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, UL - пакеты могут быть сформированы при помощи практически любого серийного интегрального радиотрансивера. Прием UL – пакетов возможен только базовой станцией. В связи с этим, для реализации передачи пакетов данных в обратном, нисходящем направлении (downlink - DL), применяются виды модуляции и скорости передачи, поддерживаемые конкретным радиотрансивером, который используется в конечных устройствах.
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. В некоторых странах выделены разрешенные диапазоны частот, в которых допускается работа с повышенной мощностью. Это в некоторой степени позволяет снизить степень описанной проблемы.
Таким образом, данный стандарт применим 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.
На момент написания текущей редакции стандарта, группой компаний Вавиот велась разработка интегрального радиотрансивера, в котором должна быть реализована на аппаратном уровне возможность приема и передачи UL - пакетов. Это позволит реализовать симметричные характеристики физического уровня связи (использовать UL - пакеты для передачи данных в обоих направлениях), а также организовать режимы передачи данных с
модема на модем (peer to peer).
Данный стандарт описывает следующие уровни в соответствии с сетевой моделью OSI:
• физический
• MAC (канальный)
• транспортный
• представления
Основные технические характеристики стандарта NB-Fi (физический уровень):
Основные технические характеристики UL-пакета:
Наименование параметра | Описание |
Полоса рабочих частот (Суммарная полоса приема базовой станцией) | 51,2 кГц |
Скорость передачи данных в битах | 50, 400, 3200, 25600 бит/сек |
Модуляция | ОФМн-2(относительная двоичная фазовая манипуляция несущей) |
Предельная чувствительность приема | -150 дБм (для скорости передачи данных 50 бит/сек), -141 дБм (для скорости передачи данных 400 бит/сек), -132 дБм (для скорости передачи данных 3200 бит/сек), -123 дБм (для скорости передачи данных 25600 бит/сек) |
Метод разделения каналов | Частотный |
Количество одновременно принимаемых каналов для скорости 50 бит/сек | 1024 |
Количество одновременно принимаемых каналов для скорости 400 бит/сек | 128 |
Количество одновременно принимаемых каналов для скорости 3200 бит/сек | 16 |
Предельная пропускная способность приема UPLINK-пакетов одной базовой станцией | 20 МБт/сутки |
Коэффициент ошибочных пакетов | Не более 5% |
Основные технические характеристики DL-пакета:
Наименование параметра | Описание |
Полоса рабочих частот (Суммарная полоса приема базовой станцией) | 100 кГц |
Скорость передачи данных в битах | 200, 500, 5000, 57600 бит/сек |
Модуляция | ФМн-2(двоичная фазовая манипуляция несущей) |
Предельная чувствительность приема | -139 дБм |
Метод разделения каналов | частотно – временной |
Предельная пропускная способность приема DOWNLINK-пакетов одной базовой станцией | 10 МБт/сутки (при условии работы 100% устройств на скорости DOWNLINK 57600 бит/сек) |
Коэффициент ошибочных пакетов | Не более 5% |
Основные технические характеристики стандарта NB-Fi ( MAC уровень):
Наименование параметра | Описание |
Номерная ёмкость сети | 4.3 млрд. устройств |
Эффективные скорости передачи данных (UPLINK-пакет) | 10, 80, 640, 5120 бит/сек |
Вид помехоустойчивого кодирования | ZIGZAG |
Скорость помехоустойчивого кодирования | ½ |
Длина полезных данных одного пакета | 8 байт |
Эффективные скорости передачи данных (DOWNLINK-пакет) | В зависимости от реализации конкретного радиотрансивера |
Вид помехоустойчивого кодирования (DOWNLINK-пакет) | В зависимости от реализации конкретного радиотрансивера |
Скорость помехоустойчивого кодирования | В зависимости от реализации конкретного радиотрансивера (½, ⅓ и т.п.) |
Длина полезных данных одного пакета | От 8 до 128 байт |
Алгоритм шифрования полезных данных | Магма |
Используемый размер ключа | 256 бит |
Примечание ‒ Вместо алгоритма шифрования Магма возможно использование другого алгоритма блочного симметричного шифрования со следующими параметрами: размер блока данных – 64бит, размер ключа – 256 бит, при наличии достаточных оснований для этого. При этом, использование других алгоритмов, не являющихся российским стандартом, может накладывать ограничения на сферу применения настоящего Стандарта. | |