DECT-2020

По сравнению с классическим DECT и DECT Evolution, стандарт DECT-2020 NR предоставляет новые возможности:^[4]

• Более эффективная работа в условиях многолучевой передачи (multipath) благодаря использованию OFDM с циклическим префиксом.
• Повышенная радиочувствительность (использование OFDM и турбокодов).
• Лучшая устойчивость к радиопомехам (отказоустойчивость к помехам на одном канале).
• Более эффективное использование полосы пропускания.
• Поддержка топологии mesh (сети с ячеистой структурой).

Стандарт DECT-2020 разработан с возможностью совместного использования радиочастотного диапазона DECT с существующими системами DECT. Для этого применяются те же временные интервалы (TDMA) и центрированные частоты (FDMA), а также предварительное сканирование канала перед передачей для минимизации перекрёстных помех.

DECT NR+ (в ETSI — DECT-2020 NR) ориентирован, прежде всего, на реализацию локальных сетей для двух ключевых сценариев использования: массовые машинные коммуникации (mMTC) и сверхнадёжная связь с низкой задержкой (URLLC), как это определено для приложений сетей 5G^[5]. Первая редакция стандарта нацелена на различные приложения в рамках этих сценариев: умный учёт (Smart Metering) и интеллектуальные электросети (Smart grid), промышленный интернет вещей, автоматизацию зданий и профессиональное аудио.

Децентрализованная и автономная сеть DECT NR+ изначально спроектирована для приложений учёта и умных сетей, а также для сетей с ячеистой структурой в целом. Технология масштабируется до миллионов устройств в одной сети^[6][7].

Коммуникации с малой задержкой (URLLC) подходят для различных задач промышленности 4.0, включая робототехнику, мониторинг и предиктивное обслуживание. NR+ поддерживает эти сценарии благодаря низкой задержке, высокой надёжности, выделенному радиодиапазону, высокой плотности выпускных устройств и масштабируемости^[8].

В приложениях профессионального аудио и PMSE DECT NR+ обеспечивает необходимое сочетание низкой задержки и высокой надёжности, что делает его пригодным для задач, требующих передачи звука в реальном времени, например для профессиональных аудиосистем^[8].

Технология DECT NR+ стандартизируется техническим комитетом DECT в ETSI. В спецификациях ETSI NR+ называется DECT-2020.

Важным критерием разработки NR+ была совместимость с классическими системами DECT. Это позволяет NR+ использовать зарезервированные для DECT радиодиапазоны^[9] (1, 2 и 9), в частотном диапазоне 1880–1930 МГц. Эти диапазоны являются лицензионно свободными, однако устройства требуют сертификации на соответствие правильной работе в радиодиапазоне^[10].

NR+ поддерживает три топологии сетей:^[11]

1. Сеть с ячеистой структурой (Mesh network)
2. Звездообразная сеть (Star network)
3. Линк точка–точка (Point-to-Point Link)

Ячеистая сеть NR+ реализована в виде кластеризированного дерева^[12]. Во всех этих топологиях устройство, называемое FT-узлом (англ. FT node), управляет использованием радиоресурса в кластере или линке.

Линк точка–точка и сеть типа звезда обеспечивают выделенные соединения с зарезервированной пропускной способностью для запланированных передач^[13]. Конечный узел (PT node), присоединяясь к FT-узлу, может запрашивать выделение ресурсов. Поскольку резервирование возможно только на следующий линк, при использовании множественных прыжков (multi-hop) в mesh-сетях используется случайный доступ к каналу связи, где устройства соревнуются за окно доступа, определяемое FT-узлом^[12]. Это увеличивает задержки в mesh-сетях.

К преимуществам топологии и функционирования сети с ячеистой структурой относятся живучесть и расширяемость зоны покрытия^[12].

Живучесть обеспечивается автономными решениями устройств: отсутствует единая точка отказа. В NR+ поддерживаются множественные шлюзы, соединяющие mesh-сеть с Интернетом. Все устройства автономно измеряют качество радиосвязи с родительским FT-устройством и могут переключаться на другой FT-узел при наличии более устойчивого канала или более короткого маршрута к шлюзу. Если родительское устройство перестаёт подтверждать сообщения или не отправляет периодические beacon-сообщения, устройство ищет другого родителя. Таким образом, mesh-сеть может самовосстанавливаться при сбоях и изменениях в сети.

Каждое подсоединённое к сети устройство может функционировать как FT-узел, расширяя покрытие. В первую очередь настраиваются шлюзы, которые начинают рассылать beacon-сообщения о наличии и параметрах сети. Остальные устройства сканируют радиоэфир и подключаются к родителю, который рассылает сигналы сети и кластера. Присоединившиеся устройства тоже могут стать FT-узлами, выбрав наименее загруженный канал и начав рассылку beacon-сигналов, таким образом расширяя покрытие сети.

Общее описание технологии и уровней протокола приведено в спецификации ETSI «DECT-2020 New Radio (NR); Part 1: Overview; Release 1»^[11].

Уровень согласования (CVG)^[14] обеспечивает идентификацию и мультиплексирование трафика различных приложений и сервисов по каналам связи NR+. Работает по принципу «конец–конец» между узлами NR+-сети, аналогично портам в протоколах UDP или TCP. Как и UDP/TCP, CVG предоставляет ненадёжную и надёжную доставку сообщений, управление потоком, фрагментацию и сборку сообщений.

На этом уровне обеспечивается сквозное шифрование и целостность сообщений в сети NR+.

Уровень управления каналом передачи данных (DLC)^[14] отвечает за маршрутизацию сообщений в NR+-сети. Маршрутизирование производится каждым устройством индивидуально, без централизованных таблиц маршрутов. Поддерживаются три режима:

1. Маршрутизация вверх (uplink) — к шлюзу (sink): каждый узел отправляет сообщение родительскому FT-узлу.
2. Маршрутизация вниз (downlink) — от шлюза к FT- или PT-узлу: сообщения пересылаются каждому FT-узлу, пока родительское устройство целевого узла не доставит его на место.
3. Горизонтальная маршрутизация — между устройствами посредством ограниченного по количеству прыжков широковещательного рассылания.

Поддерживаются одноадресная, групповая и широковещательная доставка. Поскольку NR+ обладает собственной системой маршрутизации и адресации, ей не требуется внутренняя маршрутизация на базе IP-протоколов. Однако IP-протоколы могут инкапсулироваться поверх NR+.

Уровень MAC^[13] решает задачи управления радиоресурсом и передачи данных.

Контроль радиоресурса обеспечивает совместимость с классическим DECT. Для этого FT-устройства периодически сканируют свой радиоканал и фиксируют занятые временные интервалы, предполагая наличие на них соединения классического DECT^[13]. Дочерние устройства получают право доступа только к свободным интервалам, что гарантирует отсутствие ошибок в «занятых» слотах. Распределение доступа публикуется в beacon-сообщениях кластера.

На уровне MAC реализуется шифрование и контроль целостности в пределах линка.

Физический уровень PHY^[9][15] построен на использовании OFDM с циклическим префиксом. Эта технология обеспечивает устойчивость работы в сложных радиоусловиях.

PHY-уровень реализует обнаружение ошибок на более высоких уровнях, корректировку ошибок методом прямого исправления (FEC), а также гибридный автоматический запрос повторения с анализа мягкой информации (HARQ с soft combining). Неудачные приёмные сообщения суммируются с ретрансляциями — это может позволить декодировать правильное сообщение даже при частичных ошибках.

Радиостанции NR+ могут работать на частотах ниже 6 ГГц^[9]. Стандартом определена пропускная способность до гигабита в секунду^[15]. Реально поддерживаемые скорости и диапазоны зависят от реализации оборудования.

DECT-2020 определяет различные схемы модуляции и кодирования (Modulation Coding Schemes, MCS)^[16], которые обеспечивают определённую теоретическую производительность при заданных частотах и параметрах.

NR+ регламентирует шифрование сообщений и контроль их целостности как на уровне согласования (CVG), так и на MAC-уровне. Для каждого из этих уровней используются свои ключи. Базовым алгоритмом служит AES с длиной ключа 128 бит^[17]. Механизм контроля целостности также построен на этом алгоритме и ключе^[18]. Механизмы распространения ключей стандартом не регламентируются: «количество ключевых пар и их распространение находится вне области данного документа»^[14], однако вопросы передачи ключей изучают исследовательские работы^[19].

В июне 2023 года технический комитет DECT начал работу над второй редакцией стандарта.