АссистентНовый вопросИсторияОбласти знаний
Партнёрские проектыСпецпроектыСтать автором
Сменить язык
О РУВИКИ

DECT-2020

DECT-2020 — это радиостандарт, разработанный Европейским институтом стандартов электросвязи для использования в диапазонах DECT по всему миру[1].[2] Стандарт был создан для соответствия части требований Международного союза электросвязи (ITU) в рамках IMT-2020 к сетям пятого поколения (5G), применимых к Интернету вещей (IoT) и промышленному Интернету вещей (IIoT)[3]. DECT-2020 удовлетворяет требованиям к сверхнадёжной связи с низкой задержкой (URLLC) и массовым типам машинных коммуникаций (mMTC) согласно IMT-2020.

Описание

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.

Применение

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

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

Совместная работа с классическим DECT

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].

Топологии

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.

Работа сети типа mesh

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.

Протокольные уровни NR+

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

Уровень согласования (Convergence Layer)

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 управления доступом к среде передачи (Medium Access Control Layer)

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 (Physical Layer)

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.

Безопасность

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].

Развитие стандарта в ETSI

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

Примечания

  1. ↑ Martin Rowe. The first non-cellular 5G standard: DECT NR+ (англ.). 5G Technology World. WTWH Media LLC (16 августа 2023). Дата обращения: 21 ноября 2023. Архивировано 17 августа 2025 года.
  2. ↑ DECT-2020: The first global non-cellular 5G technology approved (англ.). Hiddenwires. IML Group plc (5 октября 2022). Дата обращения: 8 ноября 2023. Архивировано 10 сентября 2025 года.
  3. ↑ Dan Shey. DECT-2020 New Radio (NR) and IoT: An Overview (англ.). New Equipment Digest. Endeavor Business Media (6 февраля 2023). Дата обращения: 3 ноября 2023.
  4. ↑ Mark Patrick, Caroline Hayes. A guide to DECT NR+ – why the world needs a non-cellular 5G wireless protocol (англ.). Electronics Weekly (24 мая 2023). Дата обращения: 21 ноября 2023. Архивировано 1 октября 2025 года.
  5. ↑ Perez-Guirao, M. Dolores; Weisshaupt, Thomas; Wilzeck, Andreas (18 мая 2022). “DECT NR+: Unveiling the Essentials of a new non-cellular 5G Standard for Verticals”. Mobile Communication - Technologies and Applications; 26th ITG-Symposium [англ.]. IEEE/VDE. ISBN 978-3-8007-5873-9.
  6. ↑ Kovalchukov, Roman; Moltchanov, Dmitri; Pirskanen, Juho; Säe, Joonas; Numminen, Jussi; Koucheryavy, Yevgeni; Valkama, Mikko (1 июня 2022). “DECT-2020 New Radio: The Next Step toward 5G Massive Machine-Type Communications”. IEEE Communications Magazine [англ.]. 60 (6): 58—64. arXiv:2101.07158. Bibcode:2022IComM..60f..58K. DOI:10.1109/MCOM.001.2100375. S2CID 231632052. Дата обращения 2023-11-08.
  7. ↑ Anttonen, Antti; Karhula, Pekka; Lasanen, Mika; Majanen, Mikko Enabling Massive Machine Type Communications with DECT-2020 Standard: A System-Level Performance Study (англ.). VTT Technical Research Centre of Finland (2021). Дата обращения: 3 ноября 2023. Архивировано 19 июня 2025 года.
  8. ↑ 1 2 DECT-2020 NR Introduction (англ.). ETSI. Дата обращения: 3 ноября 2023. Архивировано 18 октября 2025 года.
  9. ↑ 1 2 3 DECT-2020 New Radio (NR); Part 2: Radio reception and transmission requirements; Release 1 (англ.). ETSI. Дата обращения: 5 июля 2023. Архивировано 10 сентября 2024 года.
  10. ↑ Digital Enhanced Cordless Telecommunications (DECT); Harmonised Standard for access to radio spectrum; Part 2: DECT-2020 NR (англ.). ETSI. Дата обращения: 5 июля 2023. Архивировано 15 мая 2024 года.
  11. ↑ 1 2 DECT-2020 New Radio (NR); Part 1: Overview; Release 1 (англ.). ETSI. Дата обращения: 5 июля 2023. Архивировано 23 августа 2025 года.
  12. ↑ 1 2 3 103 636-1, глава 5.3. Топология mesh-сети
  13. ↑ 1 2 3 DECT-2020 New Radio (NR); Part 4: MAC layer; Release 1 (англ.). ETSI. Дата обращения: 5 июля 2023. Архивировано 9 сентября 2024 года.
  14. ↑ 1 2 3 DECT-2020 New Radio (NR); Part 5: DLC and Convergence layers; Release 1 (англ.). ETSI. Дата обращения: 6 июля 2023. Архивировано 26 сентября 2024 года.
  15. ↑ 1 2 DECT-2020 New Radio (NR); Part 3: Physical layer; Release 1 (англ.). ETSI. Дата обращения: 6 июля 2023. Архивировано 23 июня 2024 года.
  16. ↑ Ben DECT-NR+ MCS Index (англ.). Signal Vortex (2 мая 2024). Дата обращения: 24 апреля 2025. Архивировано 17 июля 2024 года.
  17. ↑ FIPS PUB 197 (англ.). National Institute of Standards and Technology. Дата обращения: 6 июля 2023. Архивировано 31 мая 2023 года.
  18. ↑ Dworkin, M. J. NiST 800-38B (англ.). National Institute of Standards and Technology (2016). doi:10.6028/NIST.SP.800-38B. Дата обращения: 6 июля 2023. Архивировано 18 мая 2023 года.
  19. ↑ Digital Enhanced Cordless Telecommunications (DECT); DECT-2020 New Radio (NR) interface; Study on Security Architecture (англ.). ETSI. Дата обращения: 6 июля 2023. Архивировано 30 ноября 2021 года.

Ссылки

Категории