NB-Fi – разработанная компанией WAVIoT технология радиосвязи класса LPWAN, которая позволяет реализовать огромный потенциал Интернета вещей, заключающийся в сборе и анализе данных пользовательских устройств с целью дальнейшего принятия решений.

Технология NB-Fi обеспечивает связь между устройствами в труднодоступных местах на больших расстояниях при плотной городской застройке, идеально подходит для построения сетей Интернета вещей, создания автоматизированных систем учета коммунальных ресурсов и диспетчеризации городской инфраструктуры, беспроводных систем для Промышленного Интернета вещей (IIoT), сельского хозяйства, систем мониторинга и сигнализации.

Общее описание технологии NB-Fi

LPWAN-технологии фактически делятся на две группы: широкополосные (Wide Band) и узкополосные (Narrow Band) технологии связи, и это определяет отличия той или иной технологии. Так, в широкополосных системах один канал занимает полосу в эфире с шириной, как правило, от 100 кГц до нескольких МГц, а в узкополосных системах один канал занимает полосу в эфире с шириной от 50-100 Гц.

Технологии маломощной узкополосной радиосвязи, позволяющей, не выходя за рамки ограничений по мощности в безлицензионных диапазонах (как правило, 25 мВт), передавать низкоскоростные данные на расстояния от 1-3 до 10-30 километров, начали бурно развиваться в мире благодаря улучшению точности кварцевых генераторов, что позволило увеличить длительность стабильности сигнала: появилась возможность сузить полосу передачи при ограничении мощности сигнала.

Одним из достоинств узкополосных систем, таких как NB-Fi, является эффективное использование радиочастотного спектра – в России для работы в нелицензируемом диапазоне частот доступна лишь небольшая полоса шириной 500 кГц (868,7 - 869,2 МГц), однако, при ширине рабочего канала NB-Fi-системы всего 50 или 100 Гц, таких каналов даже в ней можно уместить тысячи. При этом, рабочая полоса частот NB-Fi-устройств для восходящих сигналов (Uplink, от устройства к базовой станции) составляет всего 50 кГц, для нисходящих сигналов (Downlink, от базовой станции к устройству) – 100 кГц, т.е. только небольшую часть доступного диапазона. Узкополосный сигнал и высокая энергетика на каждый бит передаваемой информации обеспечивают превосходный энергетический потенциал канала связи (link budget) и высокую помехоустойчивость.

Ключевая возможность высокочувствительного приемника базовой станции NB-Fi – это способность принимать сигнал с низким SNR, вплоть до нуля, т.е., когда уровень сигнала не превышает уровень шума. В базовых станциях применяются самые современные фильтры, которые позволяют обеспечить непревзойденный уровень динамического диапазона.

Базовая станция NB-Fi в один момент времени может обрабатывать сотни и тысячи каналов, в реальном времени оцифровывая всю полосу частот и одновременно принимая сообщения, отправленные на разных скоростях.

Спектр базовой станции NB-Fi: прием сигналов на разных скоростях:

(длинные полосы – низкие скорости, широкие полосы – высокие скорости)

Технические параметры технологии NB-Fi

NB-Fi стандарт поддерживает двухстороннюю связь с NB-Fi устройствами. В первую очередь это применимо для счетчиков электрической энергии, в которых обратный канал (Downlink) необходим для управления счетчиком – синхронизации времени, обновления тарифного расписания, отключения реле нагрузки. Применение NB-Fi чипов в устройствах, в которых реализованы разработанные компанией WAVIoT алгоритмы приема сигналов, обеспечивают практически симметричный канал связи в обоих направлениях (как Uplink, так и Downlink).

Все устройства WAVIoT с двухсторонней связью поддерживают адаптивное изменение скорости передачи сигнала – при хорошем уровне приема сигнала устройства автоматически переходят на более высокую скорость передачи данных, что позволяет не только освободить эфир, но и дополнительно снизить электропотребление на стороне абонента.

Стандарт NB-Fi поддерживает до 4.3 млрд устройств в одной сети, и каждому устройству присваивается идентификатор, размером 32 бита. В целях оптимизации механизмов передачи малых объемов данных, в NB-Fi не используется IP-адресация (IPv4, IPv6). IoT устройства, такие как датчики, могут передавать очень малые объемы данных, всего несколько байт. Учитывая, что минимальный размер IP заголовка – 20 байт, подход Non-IP Data Delivery (NIDD) (отказ от поддержки IP-стека) ведет к упрощению и удешевлению устройства. Обмен данными между устройствами и серверами приложений происходит посредством API IoT-платформы WAVIoT.

Технические характеристики стандарта NB-Fi (для Uplink-пакетов)
Техника модуляции	DBPSK (ОФМн-2)
Скорость передачи данных	50, 400, 3200, 25 600 бит/с
Методразделения каналов	Частотный
Количествоодновременно принимаемых каналов в полосе рабочих частот 51,2 кГц	1 024 (для скорости 50 бит/c)
	128 (для скорости 400 бит/c)
	16 (для скорости 3 200 бит/c)
	2 (для скорости 25 600 бит/c)
Предельнаячувствительность приема сигнала	-148 дБм (для скорости 50 бит/c)
	-141 дБм (для скорости 400 бит/c)
	-132 дБм (для скорости 3 200 бит/c)
	-123 дБм (для скорости 25 600 бит/c)
Предельная пропускная способность приема UPLINK-пакетов одной базовой станцией	20 Мбит/сутки

Технические характеристики MAC- и транспортного уровня протокола NB-Fi
Номернаяемкость сети	4,3 млрд устройств (232)
Эффективныескорости передачи данных (UPLINK-пакет)	10, 80, 640, 5120 бит/с
Эффективные скоростипередачи данных (DOWNLINK-пакет)	В зависимости от реализации конкретного радиотрансивера
Используемый алгортим шифрования	«Магма» (алгоритм симметричного блочного шифрования согласно ГОСТ Р 34.12-2015)
Длина ключа шифрования	256 бит
Длина полезных данных одного пакета (payload)	8 байт
Максимальная длина пакета данных транспортного уровня протокола	240 байт

Сравнение с другими LPWAN-технологиями

Для передачи данных в LPWAN-системах на большие расстояния вполне успешно используются как узкополосные, так и широкополосные сигналы, и у каждого из способов есть свои достоинства и свои недостатки. Применение технологий производителями оборудования, конечно, должно быть продуманным.

Технология NB-Fi ориентируется именно на энергоэффективность и долгий срок службы без замены батареи, а также на те решения, в которых требуется быстрое и недорогое развертывание беспроводной сети сбора данных и достижение 100% сбора данных с устройств. Ниже приведена таблица сравнения технологии NB-Fi от WAVIoT c другими популярными LPWAN-технологиями, основанная на открытых данных.

Преимущества NB-Fi