Nets4IoT-m1

Интернет создавался для людей, но сейчас им пользуются преимущественно машины. В 2020 году число устройств, использующих глобальную сеть без участия человека, впервые превысило количество всех прочих интернет-подключений.

Компоненты «умного дома», а теперь уже и «умного города», электронные замки, всевозможные датчики и актуаторы — вместе они формируют «интернет вещей» (Internet of Things, IoT). Это цифровая вселенная, которая подобно физической расширяется с ускорением.

Ассоциация GSMA прогнозирует, что к 2025 году число активных IoT-устройств превысит население Земли втрое и достигнет 25 млрд. Прогнозы от Statista ещё более смелые: 30,9 млрд к 2025 году.

Проблема в том, что порядка в этой армии умных девайсов пока нет, а провайдеры оказались не готовы к буму IoT. Привычные интернет-пользователям системы связи плохо подходят для организации IoT-сетей, так как создавались совсем для других задач, а специфические решения из этой сферы никак не регулируются в России.

Основная специфика IoT в том, что большинство устройств имеют автономный источник питания и максимально экономно расходуют энергию. Они используют маломощный передатчик и выходят в эфир лишь на несколько секунд в сутки, чтобы передать считанные байты и опять «заснуть». При этом каждому требуются свой персональный адрес и гарантия быть услышанным среди обилия помех.

Реальность такова, что в современных жилых комплексах тысячи клиентских IoT-устройств находятся близко друг к другу. Сейчас многие из них используют Wi-Fi или LTE. Поэтому каждому из таких устройств нужен свой номер в сотовой сети либо подключение к роутеру, что не всегда возможно. Счётчики расхода воды и электроэнергии, датчики протечки и многие другие устройства расположены в подвалах, технологических люках, рядом с силовыми кабелями… — словом, так, что радиосвязь с ними максимально затруднена.

Из-за стремительного развития интернета вещей диапазон адресов IPv4 был исчерпан преждевременно, а сейчас по той же причине возникли сложности у операторов мобильных сетей. Быстро заканчивается номерная ёмкость и падает качество связи, поскольку базовые станции (БС) не были рассчитаны на одновременное обслуживание такого количества подключений. Теперь значимую долю из них инициируют автономные устройства с SIM-картами.

Ситуация на российском рынке

Технически выход из сложившейся ситуации состоит в том, чтобы перевести IoT-устройства с Wi-Fi и LTE на специализированные технологии связи, использующие узкополосную модуляцию. Однако таких систем набрался уже целый зоопарк: все они обладают существенными отличиями и не могут быть зарегулированы каким-то единым набором правил.

На отечественном рынке уже предлагается как минимум 7 принципиально разных технологий построения IoT-сетей. Самые сильные позиции сейчас у LoRa, и она рекламируется как имеющая открытую архитектуру, однако в ней применяется запатентованный алгоритм модуляции, поэтому чип для работы LoRa проприетарный и охраняется французским патентом.

У конкурирующей технологии Sigfox ниже скорость передачи данных, зато существенно больше емкость сети. Сама платформа тоже проприетарная и предоставляется как готовое решение. Это также не вяжется с курсом на импортозамещение.

Российская технология «Стриж» от компании «СРТ» («Современные радиотехнологии») максимально закрытая. Она создана на базе проприетарного узкополосного протокола XNB и полностью контролируется разработчиком.

NB-Fi позиционируется как быстрая и открытая технология, но фактически реализуется на чипе одного производителя, и когда будут альтернативы — неизвестно.

Nets4IoT-m2

Государственное регулирование рынка IoT

IoT в России — это новый сегмент «дикого» рынка, где каждый крупный поставщик оборудования стремится оказать давление на правительство и узаконить выгодные ему протоколы связи. Тогда все остальные варианты (в которые вложились конкуренты) останутся за бортом как не соответствующие свежепринятому стандарту.

В ход идут все инструменты российского бизнеса. Например, в 2019 году Минкомсвязи рекомендовало Минэнерго обязать всех использовать счетчики с дистанционной передачей показаний по протоколу XNB (права на который принадлежат «СРТ»). Однако в Минэнерго эту инициативу не поддержали.

Другой пример — активные попытки заинтересованных лиц утвердить выгодный им протокол IoT-сетей в виде предварительного национального стандарта (ПНСТ). Конечная цель таких инициатив — продвижение "своей" технологии и юридический запрет альтернатив, закреплённый в нормативных актах.

По такому сценарию в 2019 году были приняты как ПНСТ стандарты NB-Fi и OpenUNB (разработка Сколтеха). Дальнейшая работа по стандартизации в форме ПНСТ протокола LoRaWAN привела к появлению документа «Интернет вещей. Протокол обмена для высокоёмких сетей с большим радиусом действия и низким энергопотреблением», в котором авторы фактически перевели зарубежную документацию по LoRaWAN и предложили утвердить получившийся документ как единый стандарт для всех IoT-сетей в России.

Само собой, кроме LoRaWAN, ни одна технология ему не соответствовала. Более того, в нём нет ни слова о российских стандартах шифрования «Магма» и «Кузнечик» — только зарубежный AES.

Документ не был принят, работа над ним продолжилась, и в феврале 2021 года вышла его альтернативная версия под названием «Информационные технологии. Интернет вещей. Спецификация LoRaWAN RU». Она была принята как ПНСТ и оставила за рамками стандарта вообще все криптографические алгоритмы.

Ещё одной попыткой навести порядок в лицензировании деятельности IoT-сетей стало принятое 30 декабря 2020 года Постановление Правительства № 2385. В нём написано, что при предоставлении услуг по передаче телематических электронных сообщений (то есть как раз специфичных для интернета вещей) необходима лицензия, и приводится список требований к её получению. Однако из документа исключили все вопросы, связанные с отечественной криптографией.

Правительство как государственный регулятор должно создать равные условия для честной конкуренции в сфере IoT. Для этого необходимо существенно переработать ПНСТ и приказы Минцифры, исключив из нормативных актов любые положения, создающие необоснованные преимущества для отдельных технологий связи.

На данный момент сложилась ситуация, когда в законодательстве вообще не определены участники рынка услуг в сетях «интернета вещей». Любое юридическое (и даже физическое) лицо может приобрести оборудование, организовать сетевые шлюзы и стать владельцем IoT-сети с радиусом действия в десятки километров, предоставляя услуги связи без лицензии.

С точки зрения радиочастотного обеспечения, все технологии, за исключением XNB, рассматриваются только для упрощенного порядка использования РЧС. Никаких процессов лицензирования, позволяющих в том числе решить задачи ОРМ, для них не предусмотрено.

Потенциально это представляет угрозу для безопасности государства. Например, через IoT-сети можно организовывать обмен короткими сообщениями, которые пройдут мимо СОРМ и любых служб.

Вклад «Криптонита» в развитие российских сетей для интернета вещей

Со сложившейся ситуацией в области регулирования IoT-сетей не согласны многие участники рынка интернета вещей в России. Особенно много возражений поступило от компаний, вложившихся не в XNB и LoRaWAN, а в альтернативные технологии связи.

Стремясь нормализовать ситуацию в сфере IoT, НПК «Криптонит» провела ряд научно-исследовательских работ (НИР), в ходе которых предложила внести изменения в действующее законодательство:

— предложила дополнения к Федеральному закону «О связи». Выделила характеристики IoT-сетей, отличающие их от систем связи любого другого типа, определенных в данном законе;

— сформулировала определения участников рынка IoT-услуг и их обязанности как дополнения к Федеральному закону №149-ФЗ;

— проработала вопросы лицензирования деятельности в сфере IoT как перечень изменений в Постановление Правительства РФ №87;

— разработала дополнения к требованиям для СОРМ, изложенным в Приказе №573 Минкомсвязи, и предложила подходы к построению схемы СОРМ в IoT.

Общим результатом НИР являются юридически значимое описание особенностей построения сетей для «Интернета вещей», разработка предложений по их нормативному правовому регулированию и способов проведения оперативно-розыскных мероприятий с использованием данных IoT-сетей.

В настоящем НИР внесено предложение о принятии Минкомсвязи по согласованию с ФСБ отдельного приказа, устанавливающего перечень требований к оборудованию и программно-техническим средствам IoT-сетей.

Дополнительно в «Криптоните» выполнена НИР по усилению безопасности в сетях «интернета вещей». В рамках неё была предложена идея легковесного фреймворка, основанная на стандартах консорциума oneM2M, позволяющего применять в IoT-сетях российские алгоритмы шифрования. Результаты выполненных НИР сейчас находятся на рассмотрении.

Таблица 1. Основные технологии узкополосных беспроводных IoT-сетей в Российской Федерации

Технология

Модуляция

Ширина канала

Скорость

Диапазоны радиочастот

Архитектура

LoRaWAN

Прямое расширение спектра (ЛЧМ)

125 кГц

250 бит/с – 5,5 кбит/с

863–876 МГц

Архитектура открытая, чип проприетарный

Sigfox

Сверх-узкополосные каналы (UNB, DPSK)

Порядка 100 Гц (большое число каналов в рабочей полосе)

100 бит/с

863–876 МГц

Частично открытая (Опубликованы все спецификации радиопротоколов, однако используется собственная платформа для сбора и анализа данных.)

Weightless

Узкополосная

12.5 КГц

200 бит/с – 100 Кбит/с

863–876 МГц

Открытая

"Стриж"

Сверх-узкополосные каналы (UNB, DPSK)

Порядка 100 Гц (большое число каналов в рабочей полосе)

100 бит/с

863–876 МГц

Закрытая (Все элементы сети изначально являлись закрытыми. В настоящее время рассматриваются вопросы создания более открытой экосистемы.)

XNB ООО "ГЛОНАСС-ТМ"

Сверх-узкополосные каналы

Ширина спектра 100-1000 Гц (большое число каналов в рабочей полосе) Опционально порядка 10 кГц. Ширина канала в 1,5 больше, чем ширина спектра.

100–1000 бит/с (до 10 кбит/с для сигнала 10 кГц)

863–865 МГц и 874–876 МГц

Закрытая

NB-Fi

Сверх-узкополосные каналы (UNB, DPSK)

Порядка 100 Гц (большое число каналов в рабочей полосе)

100 бит/с

863–876 МГц и 433 МГц

Открытая (Разрабатывается как открытый стандарт, но пока реализуется только разработчиком стандарта. Однако в настоящее время реализуется только на чипе одного производителя.)

GoodWAN

Сверх-узкополосные каналы (UNB, FSK)

Порядка 100 Гц (большое число каналов в рабочей полосе)

100 бит/с

863–876 МГц и 433 МГц

Открытая (Разрабатывается как открытый стандарт, но пока реализуется только разработчиком стандарта, возможна реализация на чипах различных производителей.)

Источник данных в таблице: Приказ Министерства цифрового развития, связи и массовых коммуникаций Российской Федерации от 29 марта 2019 года № 113 и дополнения экспертов к нему.

 

Источник информации и иллюстраций: НПК «Криптонит»