信息技術(shù)系統(tǒng)間遠(yuǎn)程通信和信息交換磁域網(wǎng)第1部分：空中接口-編制說明

1、國家標(biāo)準(zhǔn)信息技術(shù)系統(tǒng)間遠(yuǎn)程通信和信息交換磁域網(wǎng)第 1部分：空中接口（征求意見稿）編制說明一、工作簡況( 一) 任務(wù)來源根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)關(guān)于下達(dá)2019年第一批國家標(biāo)準(zhǔn)制修訂計(jì)劃的通知，信息技術(shù)系統(tǒng)間遠(yuǎn)程通信和信息交換磁域網(wǎng)第1部分：空中接口（計(jì)劃號(hào)： 20190848-T-469）由中國電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究院主辦，由全國信息技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)歸口。( 二) 主要起草單位和工作組成員本文件起草單位：中國電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究院、重慶郵電大學(xué)、涇豐科技（深圳）有限公司、重慶唯申科技有限公司、深圳市全球通檢測(cè)服務(wù)有限公司、南京中網(wǎng)衛(wèi)星通信股份有限公司、四川長虹電器股份有限公司。( 三) 主要工作

2、過程本文件主要工作過程如下：1. 2018年1月，信息技術(shù) 系統(tǒng)間遠(yuǎn)程通信和信息交換 磁域網(wǎng)國家標(biāo)準(zhǔn)編制工作組召開工作組會(huì)議決定提交 信息技術(shù) 系統(tǒng)間遠(yuǎn)程通信和信息交換 磁域網(wǎng) 第1部分：空中接口立項(xiàng)建議及標(biāo)準(zhǔn)草案。2. 2019年3月，國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)下達(dá) 2019年第一批國家標(biāo)準(zhǔn)制修訂計(jì)劃的通知，批準(zhǔn)制定信息技術(shù) 系統(tǒng)間遠(yuǎn)程通信和信息交換 磁域網(wǎng) 第1部分：空中接口。3. 2019年6月，信息技術(shù) 系統(tǒng)間遠(yuǎn)程通信和信息交換 磁域網(wǎng)國家標(biāo)準(zhǔn)編制工作組召開了標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目啟動(dòng)會(huì)，明確了標(biāo)準(zhǔn)制定原則，就標(biāo)準(zhǔn)范圍、標(biāo)準(zhǔn)大綱、時(shí)間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行討論，并且制定標(biāo)準(zhǔn)制定工作計(jì)劃。4. 2019年9月，標(biāo)準(zhǔn)編制組

3、組織召開了標(biāo)準(zhǔn)編輯會(huì)，確定了信息技術(shù) 系統(tǒng)間遠(yuǎn)程通信和信息交換 磁域網(wǎng) 第1部分：空中接口適用范圍，并對(duì)磁域網(wǎng)間遠(yuǎn)程通信和信息交換的物理層以及 MAC層通信協(xié)議的報(bào)文進(jìn)行了規(guī)定，對(duì)采用的國際標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了初次譯稿。5. 2019年12月，標(biāo)準(zhǔn)編制組組織召開了標(biāo)準(zhǔn)編輯會(huì)， 詳細(xì)討論了磁域網(wǎng)間遠(yuǎn)程通信和信息交換的物理層以及 MAC層通信協(xié)議中各項(xiàng)數(shù)據(jù)參數(shù)和的合理性及技術(shù)要求實(shí)行的特點(diǎn)等內(nèi)容，并且最終認(rèn)可了本標(biāo)準(zhǔn)草案的技術(shù)要求。6. 2020年2月，標(biāo)準(zhǔn)編制組組織召開了標(biāo)準(zhǔn)編輯會(huì)，詳細(xì)討論了磁域網(wǎng)間遠(yuǎn)程通信和信息交換的空中接口數(shù)據(jù)參數(shù)和接口調(diào)相以及調(diào)幅的技術(shù)規(guī)定等內(nèi)容。7. 2020年3月，標(biāo)準(zhǔn)編制組根

4、據(jù)標(biāo)準(zhǔn)編輯會(huì)的討論結(jié)果修改標(biāo)準(zhǔn)草案，形成標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)審稿。二、標(biāo)準(zhǔn)編制原則和確定主要內(nèi)容的論據(jù)及解決的主要問題( 一) 標(biāo)準(zhǔn)編制原則根據(jù)我國物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀，本文件的具體編制原則如下：1. 與國家現(xiàn)行法律法規(guī)及有關(guān)政策相一致；2. 采用重新起草法修改采用 ISO/IEC 15149.12014信息技術(shù) 系統(tǒng)間遠(yuǎn)程通信和信息交換 磁域網(wǎng) 第1部分：空中接口國際標(biāo)準(zhǔn)；按照GB/T 1.1 2020給出的規(guī)則起草。( 二) 標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)內(nèi)容本文件吸納了國際標(biāo)準(zhǔn) ISO/IEC 15149.12014的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)， 同時(shí)對(duì)其進(jìn)行了修改，對(duì)磁域網(wǎng)間信息通信空中接口的協(xié)議規(guī)定進(jìn)一步完善。結(jié)合國內(nèi)磁域網(wǎng)通信技術(shù)的應(yīng)用需

5、求，改進(jìn)了其安全機(jī)制，進(jìn)而提出符合國內(nèi)行業(yè)發(fā)展的磁域網(wǎng)間信息通信空中接口規(guī)范。本文件規(guī)定了低載頻磁場(chǎng)環(huán)境中（ 300KHz）無線通信技術(shù)的物理層及媒體訪問控制層協(xié)議要求。本文件所規(guī)定的物理層協(xié)議適用于：低載頻磁場(chǎng)區(qū)域與惡劣環(huán)境下的可靠通信；便捷、魯棒調(diào)制的低實(shí)現(xiàn)成本和容錯(cuò)性能；鏈路適配的可變編碼和帶寬；本文件所規(guī)定的媒體訪問控制層協(xié)議適用于：簡單高效的低功耗網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?；緊湊高效數(shù)據(jù)傳輸?shù)目勺兂瑤Y(jié)構(gòu)；小數(shù)據(jù)包的動(dòng)態(tài)地址分配及有效的地址管理。本文件支持短距離無線網(wǎng)絡(luò)中的若干 Kbps級(jí)數(shù)據(jù)傳輸。該通信方式可應(yīng)用于如下領(lǐng)域：環(huán)保行業(yè)中利用無線地下或水下傳感器監(jiān)測(cè)水土污染情況；建筑行業(yè)中利用無線內(nèi)腐蝕

6、傳感器監(jiān)測(cè)建筑物和橋梁完整性；消費(fèi)電子行業(yè)中監(jiān)測(cè)潮濕、密閉環(huán)境中的食品貯存情況，并將傳感數(shù)據(jù)外傳；農(nóng)業(yè)中利用無線地下傳感器監(jiān)測(cè)土壤水分和礦物含量；交通運(yùn)輸行業(yè)中利用無線地下傳感器監(jiān)測(cè)道路狀況和交通信息。磁域網(wǎng)可以在一個(gè)低頻段的磁場(chǎng)上傳輸和接收數(shù)據(jù)的無線通信網(wǎng)絡(luò)。磁場(chǎng)內(nèi)的無線通信可以實(shí)現(xiàn)可靠的通信，并擴(kuò)展了通信系統(tǒng)對(duì)金屬、土壤和水的覆蓋范圍。這種無線通信網(wǎng)絡(luò)是根據(jù)磁場(chǎng)通信特點(diǎn)設(shè)計(jì)的。在惡劣環(huán)境下，采用低載頻可靠通信和大磁場(chǎng)區(qū)域，采用BPSK等簡單魯棒調(diào)制，以降低實(shí)現(xiàn)成本和錯(cuò)誤概率；采用曼徹斯特編碼或NRZ-L等動(dòng)態(tài)編碼技術(shù)，實(shí)現(xiàn)噪聲魯棒性。本質(zhì)上，磁域網(wǎng)無線通信能夠提供傳輸距離在幾米之內(nèi)的數(shù) k

7、bps級(jí)的數(shù)據(jù)傳輸。磁域網(wǎng)使用了一種簡單的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（如星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)）以降低功耗。采用動(dòng)態(tài)地址分配的方法實(shí)現(xiàn)了小數(shù)據(jù)包規(guī)模和高效率的地址管理，并考慮了可變數(shù)據(jù)傳輸速度和編碼的自適應(yīng)鏈路質(zhì)量控制。磁域網(wǎng)中的設(shè)備根據(jù)角色被指定為兩種類型: 磁域網(wǎng)協(xié)調(diào)器（ MFAN-C）和磁域網(wǎng)節(jié)點(diǎn)（MFAN-N）。在網(wǎng)絡(luò)中，可以僅有一個(gè)協(xié)調(diào)器。當(dāng)節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)時(shí)，協(xié)調(diào)器根據(jù)節(jié)點(diǎn)的請(qǐng)求和協(xié)調(diào)器的決定為每個(gè)設(shè)備分配時(shí)隙。因此，考慮采用TDMA進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。本文件對(duì)磁域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)元素、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)、物理層、MAC層幀格式、 MAC層功能、空中接口的頻率和波形都做了具體規(guī)定。三、主要試驗(yàn)情況分析在本文件制定過程中，標(biāo)準(zhǔn)起草單位

8、對(duì)環(huán)保、建筑、消費(fèi)電子、農(nóng)業(yè)和交通運(yùn)輸行業(yè)等相關(guān)領(lǐng)域的磁域網(wǎng)應(yīng)用情況展開了深入調(diào)研工作，充分研究了各個(gè)領(lǐng)域采用磁域網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)用和管理時(shí)對(duì)空中接口協(xié)議的技術(shù)要求和安全要求。標(biāo)準(zhǔn)起草單位還針對(duì)磁域網(wǎng)空中接口的工作頻率、調(diào)制方式、數(shù)據(jù)編碼、前導(dǎo)碼 / 信頭、數(shù)據(jù)速率、狀態(tài)圖等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入研究，整合國內(nèi)自主技術(shù)成果和研發(fā)力量，組織各成員單位進(jìn)行聯(lián)合技術(shù)攻關(guān)，結(jié)合國內(nèi)磁域網(wǎng)通信技術(shù)的應(yīng)用需求，進(jìn)而提出符合國內(nèi)行業(yè)發(fā)展的磁域網(wǎng)間信息通信空中接口規(guī)范。為了對(duì)空中接口協(xié)議的性能指標(biāo)進(jìn)行驗(yàn)證和評(píng)估，標(biāo)準(zhǔn)起草單位制定了空中接口仿真評(píng)估要求，建立了空中接口軟件仿真驗(yàn)證平臺(tái)，通過設(shè)計(jì)磁域網(wǎng)協(xié)調(diào)器和節(jié)點(diǎn)模型，

9、從物理層以及 MAC層通信協(xié)議的前向鏈路、 反向鏈路、系統(tǒng)性能等方面對(duì)磁域網(wǎng)空中接口關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)進(jìn)行了仿真評(píng)估，并根據(jù)空中接口協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)草案，實(shí)現(xiàn)了空中接口規(guī)定的各項(xiàng)功能，進(jìn)行了磁域網(wǎng)協(xié)調(diào)器和節(jié)點(diǎn)模型的聯(lián)調(diào)，為標(biāo)準(zhǔn)的制定提供了重要的依據(jù)。標(biāo)準(zhǔn)起草單位還在國內(nèi)多個(gè)無線充電應(yīng)用項(xiàng)目中采用標(biāo)準(zhǔn)中所述的系統(tǒng)間遠(yuǎn)程通信和信息交換的物理層以及 MAC層通信協(xié)議，驗(yàn)證結(jié)果表明本標(biāo)準(zhǔn)所描述的技術(shù)協(xié)議能夠適用于磁域網(wǎng)環(huán)境下的短距離信息通信。四、知識(shí)產(chǎn)權(quán)情況說明標(biāo)準(zhǔn)研制過程中未識(shí)別出專利。五、產(chǎn)業(yè)化情況、推廣應(yīng)用論證和預(yù)期達(dá)到的經(jīng)濟(jì)效果磁域網(wǎng)是一種近場(chǎng)磁感應(yīng)系統(tǒng)。在傳統(tǒng)的無線網(wǎng)絡(luò)中，數(shù)據(jù)通過無線電波進(jìn)行交換；而在磁

10、域網(wǎng)中，數(shù)據(jù)和能量是通過磁場(chǎng)中的粒子進(jìn)行交換的，這是磁域網(wǎng)與傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)的本質(zhì)區(qū)別。磁域網(wǎng)技術(shù)目前主要應(yīng)用于滿足地面狀態(tài)管理、地下基礎(chǔ)設(shè)施管理、建筑和橋的管理、災(zāi)難預(yù)防監(jiān)控、污染管理等需求。全球的環(huán)保、建筑、農(nóng)業(yè)、水利、交通運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)對(duì)磁域網(wǎng)有大量的需求，其中較為迫切的需求主要集中在水和含礦物質(zhì)的土壤勘探、油藏漏油檢測(cè)、土地運(yùn)動(dòng)滑坡監(jiān)測(cè)和地震監(jiān)測(cè)等方面。在惡劣的環(huán)境中的無線通信已成為各行各業(yè)的迫切需求。在現(xiàn)有的無線通信標(biāo)準(zhǔn)下， 傳感器節(jié)點(diǎn)很難通過金屬、 土壤和水周圍的射頻傳輸數(shù)據(jù)。MFAN允許金屬、土壤和水中的多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)使用磁場(chǎng)特性將數(shù)據(jù)傳輸?shù)酵獠康膮f(xié)調(diào)器。因此，它可以應(yīng)用于惡劣環(huán)境中的各

11、種服務(wù)。本文件通過對(duì)系統(tǒng)間遠(yuǎn)程通信和信息交換的物理層以及MAC層通信協(xié)議的空中接口部分進(jìn)行規(guī)定，有助于規(guī)范國內(nèi)各廠家對(duì)應(yīng)用于磁域網(wǎng)以及特定通信環(huán)境下的物理層以及MAC層通信接入?yún)f(xié)議，對(duì)規(guī)范行業(yè)技術(shù)發(fā)展具有著指導(dǎo)性意義，規(guī)范引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展，采用國際標(biāo)準(zhǔn)少走彎路，使得經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益最大化。六、采用國際標(biāo)準(zhǔn)和國外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)情況自2014年以來，磁域網(wǎng)由于能夠在惡劣情況下對(duì)地表地下的金屬、土壤和水環(huán)境等進(jìn)行有效通信，引發(fā)美國、韓國、日本等國際專家注意，并在ISO/IEC等國際組織啟動(dòng)關(guān)于磁域網(wǎng)國際標(biāo)準(zhǔn)的研究和制定。經(jīng)過兩年的研究，相繼發(fā)布了 ISO/IEC 15149.1、ISO/IEC 15149.

12、2、ISO/IEC 15149.3和ISO/IEC 15149.4磁域網(wǎng)的系列標(biāo)準(zhǔn)。鑒于磁域網(wǎng)能夠應(yīng)用于地面狀態(tài)管理、地下基礎(chǔ)設(shè)施管理、建筑和橋的管理、災(zāi)難預(yù)防監(jiān)控、污染管理等領(lǐng)域，具有十分重要實(shí)際應(yīng)用意義，但是我國磁域網(wǎng)方面尚未有相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)。為了提高我國惡劣環(huán)境、災(zāi)難監(jiān)測(cè)等重要領(lǐng)域信息化，引導(dǎo)相應(yīng)的企業(yè)、單位開展磁域網(wǎng)方面產(chǎn)品、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、研發(fā)和部署，開展國家磁域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的研究具有現(xiàn)實(shí)意義。本文件對(duì)國際標(biāo)準(zhǔn) ISO/IEC 15149.12014進(jìn)行了編輯性修改，包括：刪除了 IEC標(biāo)準(zhǔn)的前言、對(duì)全文范圍內(nèi)列項(xiàng)的標(biāo)點(diǎn)符號(hào)和章節(jié)號(hào)進(jìn)行了規(guī)范。本文件修改采用國際標(biāo)準(zhǔn)ISO/IEC 15149.1

13、2014，并根據(jù)實(shí)際情況和技術(shù)特點(diǎn)對(duì)國際標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了修改完善，除編輯性修改外變化如下：1. 修訂了 ISO/IEC 15149.12014表10中表格頭錯(cuò)誤，正文標(biāo)題和表格標(biāo)題是“ Responseconfirmation code/ 響應(yīng)確認(rèn)碼”，在表格中表頭是 “Reception confirmation code/ 接收確認(rèn)碼”（見表 10）。結(jié)合國際標(biāo)準(zhǔn)原文中對(duì)本條文的規(guī)定，此處是對(duì)響應(yīng)幀有效載荷響應(yīng)確認(rèn)代碼具體內(nèi)容的規(guī)定，本文件對(duì)此進(jìn)行修訂。2. 增加了對(duì)表 13的說明：“振幅偏移鍵控調(diào)制僅用于從 MFAN-C到MFAN-N的喚醒序列，振幅偏移鍵控調(diào)制的信號(hào)如圖58所示，包絡(luò)參數(shù)在表13中進(jìn)行了定義” ，在ISO/IEC 15149.12014中兩種調(diào)制方式進(jìn)行了規(guī)定，分別是二進(jìn)制相移鍵控調(diào)制信號(hào)以及振幅偏移鍵控調(diào)制信號(hào)。原文中圖58及表 13是對(duì)振幅偏移鍵控調(diào)制信號(hào)進(jìn)行的規(guī)定，而原文并未做對(duì)應(yīng)描述，本文件對(duì)此進(jìn)行修訂并增加對(duì)應(yīng)條文（見10.2 ）。本文件與 ISO/IEC 15149.12014相比在結(jié)構(gòu)上有較多調(diào)整。 按照 GB/T1.1-2009 標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第 1部分：標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)和編寫 的規(guī)定，對(duì)原文中的懸置段進(jìn)行了統(tǒng)一調(diào)整，在資