NB-Fi Базова Станция
NB-Fi – водещата LPWAN технология
в света за Интернет на нещата (IoT)
Примерна графика на мрежата
Мощна IoT базова станция за разгръщане на NB-Fi мрежата
Базовата станция NB-Fi може да покрие площ от хиляди квадратни километри и може да осигури свързаност на хиляди и стотици хиляди устройства и IoT сензори.
Технически характеристики на базовата станция
Радио Честота | регулируема, 860 MHz ~ 925 MHz |
Total RX bandwidth | 51.2 kHz |
Total RX dynamic range | 70 dB |
Скорост на данните | 50, 400, 3200, 25600 bit/s |
Макс. честота на приемника | -147 dBm @ 50 bps |
| -140 dBm @ 400 bps |
| -131 dBm @ 3,200 bps |
| -122 dBm @ 25,600 bps |
Обхват | |
градска среда | up to 5 km |
провинция | up to 25 km |
Макс. RF TX Мощност | софтуерно регулируема, до 500 mW |
Криптиране | AES-256 |
Външни антени | RX and TX антени със SMA конектори |
Интернет връзка | SIM карта и Ethernet порт |
Тяло | Алуминиева сплав |
Защита | IP20 |
Размер | 110×70×40 мм |
Нетно тегло | 0.5 кг |
Температура на опериране | -50°C ~ +70°C |
Захранващо напрежение | 5 V DC |
Blueberry е световният производител на NB-Fi
Основни предимства на NB-Fi
Предимства | Коментари и примери |
---|---|
Най-добра чувствителност на приемника, която осигурява стабилно предаване на данни на дълги разстояния – • 147 dBm за BB NB-Fi BS @ 50 bit/s data rate. • -145 dBm за NB-Fi трансивъри @ 50 bit/s data rate. | Някои трансивъри могат да достигнат – 146 dBm чувствителност при ниска скорост на данните. LoRaWan спецификациите поддържат 139 dBm чувствителност с макс 125 bit/s данни. Другия технологии имат и по-лоши характеристики. |
Топология на мрежата – Звезда • Лесно свързване на нови устройства. В топологията Star нови устройства могат да се добавят лесно, без да се засяга останалата част от мрежата. • Повредата на една точка не засяга останалата част от мрежата. В същото време е лесно да се открие повредата и да се отстрани неизправността. • Централизираната платформа помага при контролно наблюдение на мрежата. | В Mesh мрежи като ZigBee всяка точка трябва да действа като крайна точка и рутер, съответно трябва да черпи повече енергия, за да оперира. Поради това тези мрежи, също ако се използват със слой 6LowPan, може да са трудни за експлоатация без добро мрежово планиране с използване на точки с ниска мощност и захранване от батерии. |
NB-Fi не може да се потисне • Устойчива на шум мрежа за 100% непрекъсната работа. | Мрежата LoRa може лесно да бъде потисната по законен начин – тъй като LoRa има няколко канала (4 или 8 канала), всяко устройство, като друга базова станция, може непрекъснато да предава през всички тези канали и да блокира мрежата. NB-Fi мрежата може да бъде потисната само чрез незаконно използване на оборудване, което е недостъпно за обикновените потребители. Такъв източник на шум може лесно да бъде локализиран. |
Голям диапазон от устройства • Много съществуващи устройства могат да покрият всички нужди на клиентите с една и съща технология. | Няма производители, които да произвеждат широка гама от устройства, базирани на LoRa или друга LPWAN технология. |
NB-Fi е LPWAN протокол, който поддържа защитена двупосочна комуникация за Интернет на Нещата (IoT), машина към машина (M2M) и индустриален Интернет на Нещата (IIoT). NB-Fi прави възможно реализирането на огромния потенциал на Интернет на Нещата чрез събиране и анализиране на данни от крайни устройства за аналитични, счетоводни, таксуващи и ERP системи.
Технологията NB-Fi осигурява безжична комуникация между устройства на труднодостъпни места на дълги разстояния в гъсто населени градски райони, като е идеално подходяща за изграждане на IoT мрежи, внедряване на автоматизирани системи за измерване за дружествата, Smart Grid и Smart City проекти, безжични решения за индустриални, селскостопански, мониторингови и алармени системи.
NB-Fi е отворен стандарт с публичен формат на NB-Fi съобщения и съответните технически данни, необходими на производителите за производство на съвместими IoT крайни устройства.
Едно от предимствата на теснолентовите системи, като NB-Fi („Narrow Band Fidelity“), е ефективното използване на радиочестотния спектър. Ширината на един NB-Fi честотен канал започва от 50 Hz. NB-Fi устройствата използват честотна лента от 50 kHz за съобщения Uplink и честотна лента от 100 kHz за съобщения на връзка Downlink, които са само малки канали в разрешената честотна лента ISM без лиценз. Хиляди NB-Fi канали могат да бъдат настанени едновременно в тези честотни ленти. Теснолентовият сигнал и високата енергия на бит предадена информация осигуряват отличен енергиен потенциал за бюджета на връзката и висока устойчивост на шум.
Ключово предимство на високочувствителната NB-Fi базова станция е нейната способност да приема сигнал с нисък SNR – до нулата, т.е. когато нивото на шума не надвишава нивото на сигнала. Базовите станции използват усъвършенствани филтри, за да осигурят ненадминато ниво на динамичен обхват на сигнала.
Базовите станции NB-Fi могат да обработват хиляди канали едновременно, дигитализирайки цялата честотна лента в реално време и получавайки съобщенията, които са изпратени с различни скорости на данни.
Спектър на базовата станция NB-Fi:
приемане на сигнали с различна скорост на предаване на данни
(narrow bands – low data rates, wide bands – high data rates)
NB-Fi безжичният протокол за IoT устройства е предназначен за сигурен обмен на данни с пълно криптиране от край до край между крайните устройства и сървъра и гарантира поверителността и целостта на предаваната информация.
NB-Fi е LPWAN протокол, който поддържа защитена двупосочна комуникация за Интернет на нещата (IoT), машина към машина (M2M), Smart Grid, Smart Utilities, Smart City и индустриални приложения. Протоколът NB-Fi е оптимизиран за ниска консумация на енергия и е проектиран да поддържа големи мрежи с милиони автономни устройства. Базовата станция Blueberry с двупосочна комуникация, захранвана от NB-Fi технология, не само събира данни от електромери и сензори , но също така позволява тяхното контролиране. Това изисква най-високо ниво на сигурност на данните за защита на целостта и поверителността на съобщенията и в двете посоки, което е внедрено в протокола NB-Fi.
NB-Fi протоколът се основава на принципа на капсулиране на слоевете на мрежовия протокол. Най-ниският слой на комуникационните протоколи е физическият слой, който отговаря за приемането и предаването на радиосигнали и управлението на IoT устройства. MAC слоят е отговорен за защитата на предаваните данни от смущения в безжичния комуникационен канал с некриптографски методи (използвайки кодове за коригиране на грешки), но MAC слоят не гарантира доставката на съобщенията. SC слой (Secure Channel слой) се използва за осигуряване на сигурна комуникация между устройството и сървъра. И накрая, транспортният слой се използва за представяне на данни на приложението в пакетите, които могат да бъдат обработени от SC слоя.
Сигурността NB-Fi се основава на добре установени методи: използване на стандартни алгоритми и криптиране от край до край.
NB-Fi протоколът използва ключова система – всяко NB-Fi устройство има уникален 256-битов основен ключ. Въз основа на този основен ключ функцията за диверсификация генерира два ключа за каналите за Uplink нагоре и Downlink надолу. Тези ключове за всеки канал се използват за получаване на 256-битовите главни ключове за защита на данните. Освен това се генерират два отделни главни ключа за кода за удостоверяване на съобщението. Главните ключове се използват само веднъж за генериране на ключовете за данни и след това главните ключове се актуализират. Ключовете за данни могат да се използват за криптиране на не повече от 256 пакета.
Режимите CTR и OMAC, базирани на AES-256, се използват за схемата за криптиране с два ключа и за кода за удостоверяване на съобщението. При необходимост могат да се използват други симетрични алгоритми за блоково шифиране с 256-битов ключ.
За да се гарантира сигурността и целостта на транспортния слой NB-Fi, се използва схема за удостоверено криптиране със свързани данни (AEAD).
NB-Fi протоколът е предназначен да установи защитен канал между крайното устройство и сървъра на приложения, контролиран от мрежовия оператор. Такъв комуникационен канал гарантира сигурност и цялост на съобщенията не само по време на безжичното им предаване, но и по време на предаването им през Blueberry Cloud (наред с HTTPS).
За да се осигури криптографска защита на информацията на презентационния слой, се използва схема, подобна на схемата на транспортния слой. В този случай никакви ключове, използвани на транспортния слой, не могат да се използват на презентационния слой и е невъзможно да се деактивира криптирането или да се промени алгоритъмът за криптиране.
Стандартът NB-Fi поддържа двупосочна комуникация (Uplink и Downlink). Това се изисква предимно за крайни устройства като електромери, където каналът за връзка надолу позволява контролиране на измервателния уред: синхронизиране на времето, актуализиране на тарифния график, изключване на релето за натоварване и т.н. NB-Fi трансивърите, вградени в крайните устройства, заедно със сложни алгоритми за приемане на сигнал, гарантират почти симетричен комуникационен канал в двете посоки.
Всички наши устройства с двупосочна комуникация поддържат адаптивна скорост на предаване на данни. Ако силата на сигнала е добра, устройствата автоматично ще превключат към по-висока скорост на предаване на данни. Това позволява ефективно използване на спектъра и намалява консумацията на енергия, необходима за предаване на данни.
Стандартът NB-Fi поддържа до 4,3 милиарда устройства в една мрежа с 32-битов идентификатор за всяко устройство. NB-Fi не използва IP адресиране (IPv4, IPv6), за да оптимизира полезния товар. IoT устройства (като сензори и измервателни уреди) могат да предават малки пакети от няколко байта данни. Минималният размер на IP хедъра е 20 байта, като по този начин подходът за доставка на данни без IP (NIDD) позволява разработването на по-прости и по-евтини устройства. Обменът на данни между устройства и приложения на трети страни е възможен чрез Blueberry Server като персонализирано решение.
NB-Fi standard specifications (for Uplink packets) | |
---|---|
Modulation technique | DBPSK |
Data rates | 50, 400, 3200, 25600 bps |
Channel separation method | Time & Frequency |
Number of simultaneously received channels in 51.2 kHz bandwidth | 1,024 (for 50 bps) |
128 (for 400 bps) | |
16 (for 3,200 bps) | |
2 (for 25,600 bps) | |
Maximum receiver sensitivity | -148 dBm (for 50 bps) |
-141 dBm (for 400 bps) | |
-132 dBm (for 3,200 bps) | |
-123 dBm (for 25,600 bps) | |
Uplink packages capacity for one base station | 20 Mbit/day |
Specifications for MAC and Transport layers of NB-Fi protocol | |
---|---|
Network capacity | 4.3 billion devices (232) |
Data transfer rates (for Uplink packets) | 10, 80, 640, 5120 bps |
Data transfer rates (for Downlink packets) | Depending on the implementation of a specific radio transceiver |
Encryption algorithm | AES-256 or other symmetric block cipher algorithm with 256-bit encryption key |
Payload for one NB-Fi packet | 8 bytes |
Maximum payload length for a group packet at Transport layer | 240 bytes |
NB-Fi срещу други LPWAN технологии
LPWAN системите се използват за успешно предаване на данни на големи разстояния, като се използват както теснолентови, така и широколентови сигнали. Всяка от тези системи има своите плюсове и минуси – правилната технология трябва да бъде избрана в зависимост от техническите изисквания и други съображения.
Технологията NB-Fi е фокусирана върху енергийната ефективност и изключително дългия живот на батерията на устройствата и е предназначена за решения, които изискват бързо и евтино внедряване на IoT мрежи със 100% скорост на събиране на данни от устройствата. Сравнението между NB-Fi и други LPWAN технологии е по-долу.
| NB-Fi | LoRaWAN | NB-IoT |
Поддържани Топологии | Star | Обикновено Star, Mesh е възможна | Star |
Зрялост на технологията | Използва се комерсиално | Използва се комерсиално | Ранни етапи – пилотни проекти |
Modulation technique | Ultra narrow band | Spread Spectrum | LTE-based |
Modulation | DBPSK | Chirp spread spectrum (CSS) | QPSK |
Честота | Нелицензирани ISM честоти | Нелицензирани ISM честоти | Лицензирани LTE честоти |
Честотна лента | 50 Hz – 25 600 Hz | 250 kHz and 125 kHz | 200 kHz |
Канали в 50 kHz | 1 024 (for 50Hz bandwidth) | 0 | 0 |
Канали в 500 kHz | 10 240 (for 50Hz bandwidth) | 4 | 2 |
Макс. скорост на данните | 25 kbps | 50 kbps | 200 kbps |
Двупосочна | Да, Full-duplex за базови станции, Half-duplex за устройства | Да, Half-duplex | Да, Half-duplex |
Макс съобщения/ден | За UL: 3 мин, до 20 Mbit на 1 базова станция за ден За DL: 100k, до 10 Mbit за 1 базова станция за ден | Подобно на NB-Fi, няма данни | Безброй |
Максимална дължина на пакета за групови пакети | 240 bytes | 243 bytes | 1600 bytes |
Дължина | 5 km (град), 25 km (провинция) | 5 km (град), 20 km (провинция) | 1 km (град), 10 km (провинция) |
Криптиране | AES 256-bit | AES 128-bit | LTE encryption |
Адаптивна скорост на данните | Yes | Yes | No |