На одной частоте

Елена Реутова
30 сентября 2019, 00:00
  Сибирь

Наша жизнь стала похожа на фантастические книги и фильмы, написанные и снятые всего пару десятков лет назад. Люди уже живут в умных домах и городах, ездят в беспилотных такси, разговаривают с голосовыми помощниками в своих гаджетах

Интернет вещей стал новой реальностью. Но чтобы вещи могли общаться между собой, нужны специальные стандарты передачи данных. Над одним из них работает команда Сколтеха, в которую входят специалисты Томского государственного университета систем управления и радио­электроники (ТУСУР).

Сегодня к беспроводным системам связи можно подключить практически все: смартфон и телевизор, светофор и автомобиль, сельскохозяйственную технику и счетчики воды или электроэнергии. Шаг за шагом современные технологии передачи данных внедряются в самые разные сферы жизни, включая медицину, образование, промышленность и ЖКХ.

Лебедь, рак и щука

Одна из преград, которая стоит на пути активного развития интернета вещей, — несовместимость устройств и решений разных производителей. Возьмем для примера сферу ЖКХ. Сейчас на российском рынке представлено несколько моделей умных приборов учета. В них используются разные протоколы для передачи данных по радиоканалу, и в большинстве случаев они несовместимы. В итоге управляющие компании привязаны к конкретным поставщикам и решениям, а объединение устройств в единую сеть оказывается крайне затратной или вообще невыполнимой задачей. «А так как устройства работают примерно в одном диапазоне частот, то они еще и являются друг для друга помехой», — рассказывает Евгений Рогожников, к.т.н., доцент ТУСУРа, директор регионального Центра компетенций НТИ по направлению «Технологии беспроводной связи и интернета вещей» (ЦК НТИ БСИВ) по Сибирскому, Уральскому и Дальневосточному федеральным округам.

Решить задачу несовместимости устройств на массовом рынке помогут открытые стандарты, созданные профессиональным сообществом. Такой точки зрения придерживаются в ЦК НТИ БСИВ при Сколковском институте науки и технологий, где разрабатывают новый открытый протокол передачи данных для интернета вещей — Open UNB.

В единстве — сила

В мире уже активно развиваются и внедряются открытые стандарты передачи данных для энергоэффективных сетей дальнего радиуса действия — LoRaWAN и NB-IoT. Десятки производителей во всем мире выпускают устройства с поддерж­кой этих стандартов.

Но существует ниша, в которой до недавних пор отсутствовало адекватное открытое решение. Речь идет о протоколах сверхузкополосной связи (Ultra Narrow Band — UNB). Прежде всего, эта технология применяется при сборе данных с приборов учета в системе ЖКХ. Так как сейчас идет активный запрос на решения для «Умного города» и управления городским хозяйством, использование таких протоколов становится очень актуальным.

И именно в этой нише ученые из ЦК НТИ БСИВ при Сколтехе начали разработку открытого стандарта. «Протокол беспроводной передачи данных для высокоемких сетей на основе сверхузкополосной модуляции радиосигнала» (Open UNB, Open Ultra-Narrowband) позволит организовать радиоканалы между большим количеством передающих информацию устройств и сетевыми шлюзами, а также легко объединять умные счетчики разных производителей в единую систему.

Открытый протокол Open UNB со свободно доступной реализацией позволит сформировать в стране экосистему компаний, производящих решения с полностью совместимой технологией связи, — уверены в ЦК НТИ БСИВ.

Open UNB будет иметь статус международного стандарта. При этом он учитывает запросы российского рынка, где существуют определенные сложности при развертывании сенсорных сетей и установлены высокие требования к их энергоэффективности.

«В стандарте описаны требования к протоколу, предназначенному для односторонней или двусторонней передачи небольшого объема данных (несколько байт) между группой базовых станций и большим количеством устройств (более 100 на базовую станцию). Связь при этом осуществляется по расписанию или после наступления какого-то события. У устройств есть ограничения по электропитанию. Кроме того, они должны уметь работать на больших территориях (до 50 км от базовой станции в прямой видимости) или в сложной радиообстановке (подвалы, коллекторы, где обычно размещены приборы учета)», — отмечают в ЦК НТИ БСИВ.

При использовании Open UNB требуется минимальное количество энергии для пересылки одного бита полезной информации. Сейчас это самый энергоэффективный протокол, что критически важно для систем интернета вещей в ЖКХ, так как обычно счетчики запитаны лишь от встроенной батарейки, которой должно хватать на несколько лет непрерывной работы. Протокол предназначен, прежде всего, для использования в плотно населенных районах с сенсорами и устройствами, которые установлены в труднодоступных или закрытых местах, не имеющих доступа к внешним источникам энергии.

Команда ЦК НТИ БСИВ работает над протоколом более года. На первом этапе к участию были приглашены члены Консорциума Центра с наиболее широкими компетенциями в сфере беспроводных радиотехнологий. Если говорить о региональных организациях, то это «Микран» и Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники (ТУСУР).

Вопросы безопасности

ТУСУР включился в работу над разработкой открытого протокола в начале этого года. Сфера ответственности университета — разработка алгоритмов приема сигналов и вопросы безопасности.

«Когда мы говорим о системах интернета вещей, то архитектура сети такова: есть большое количество устройств, которые передают данные, и есть базовая станция, которая эти данные получает. Потом она их обрабатывает и передает на сервер, где происходит их расшифровка и передача конкретному пользователю или какая-то дополнительная обработка. И на каждом из этих этапов существуют угрозы безопасности, — рассказывает Евгений Рогожников. — Злоумышленники могут попытаться получить доступ к данным, подменить их, поставить свою базовую станцию, подключиться к серверу и передать на него ложную информацию. Наша задача — на каждом этапе преду­смотреть в протоколе такие решения по безопасности, чтобы сделать невозможными действия киберпреступников».

Задача непростая, но региональному ЦК НТИ — по силам. «У нас есть все необходимые компетенции: системами связи мы занимаемся достаточно давно. ТУСУР разрабатывает современные решения для технологии LTE. Мы работаем над научными исследованиями систем связи пятого поколения, даже выиграли несколько грантов и получили стипендию президента по этому направлению, — рассказывает об успехах университета директор регионального ЦК НТИ. — Мы стараемся быть на передовой современных исследований и разработок в области связи. Интернет вещей — это одно из новых направлений, но в его основе лежат алгоритмы, которые нам хорошо знакомы. Да, есть определенная специфика: большая дальность, важность низкого энергопотребления при высокой чувствительности приемника. Но когда владеешь основами, то уже понимаешь, как работать над проектом и каким будет результат».

Прежде чем принять участие в работе над новым стандартом, в ТУСУРе уже реализовали несколько образовательных проектов, посвященных интернету вещей.

«Когда разрабатываешь образовательные проекты, важно досконально изучить тему, так как слушателям нужно доходчиво объяснить все нюансы и быть готовым к самым неожиданным вопросам. Этот опыт дал нам полное понимание проблематики, связанной с текущим проектом», — делится Евгений Рогожников.

В обсуждении рождается истина

Первая редакция проекта национального стандарта Open UNB готова. В августе состоялось обсуждение протокола с участниками рынка. Такая открытость необходима, так как компаниям, которые будут работать с Open UNB, важно видеть не только характеристики стандарта, но и обоснование используемых в нем решений. Протокол должен быть прозрачен для всех участников.

Как отметили в ЦК НТИ БСИВ, сейчас идет доработка стандарта. Представители компаний среднего и крупного бизнеса, специалисты из различных вузов и отраслевых ассоциаций вступают в рабочие группы, пишут комментарии. «И так будет несколько раз, пока мы не придем к пониманию, что стандарт достаточно зрелый, чтобы его запускать», — отмечает Евгений Рогожников.

В команде уже около 20 экспертов, не считая сотрудников Центра. Участие бизнеса в развитии этого проекта вполне оправданно. Появление открытого стандарта интернета вещей позволит российским компаниям создавать собственные продуктовые решения на его основе и выстраивать новые бизнес-модели. В итоге это даст импульс для развития не только рынку умных приборов учета, но и другим сегментам экономики России.