На сегодняшний день в массовых навигационных и навигационно-связных модулях и аппаратуре, представленных на отечественном рынке, используется все больше отечественной электронной компонентной базы (ЭКБ). В данной статье освещены результаты работ по созданию специализированной ЭКБ, модулей и возможности применения для антропоморфных и других роботов связных и навигационно-связных модулей. Приведены общие характеристики, внешний облик и габаритные размеры модулей. А также отражены прогнозы по разработке новых направлений и модулей.
Разработка массовой навигационно-связной аппаратуры с использованием отечественной ЭКБ — возможно, и есть положительный результат этой работы. В докладе рассмотрена проблема создания навигационных и навигационно-связных модулей для массовой аппаратуры. Объем продаж навигационно-связных модулей за последние десять лет возрос более чем в 10 раз. Положительное влияние на российский рынок навигационных продуктов и услуг в 2021-2022 годах оказывали такие факторы, как активная промышленная эксплуатация систем «ЭРА-ГЛОНАСС», «ПЛАТОН» и сервисов мониторинга коммерческого транспорта.
Развитие коммерческих сервисов на базе ГАИС «ЭРА-ГЛОНАСС» позволило дать дополнительные сервисы и услуги потребителям, а производителям аппаратуры — применять новые передовые технологии. Регулирование со стороны Министерства промышленности и торговли с помощью бальной системы, а также ежегодное повышение процента составляющих отечественных ЭКБ, позволило разработчикам аппаратуры обратить внимание на российскую электронику.
Основные сферы применения навигационных и навигационно-связных модулей (рис. 1):
- Автомобили.
- Роутеры и клиентское телекоммуникационное оборудование.
- Предприятия и промышленность.
- Телематика.
- Умные счетчики, здравоохранение, робототехника и т.д.
Рис. 1. Основные сферы применения навигационно-связных модулей
По данным исследования Transforma Insights, общее количество подключений устройств достигнет 28 миллиардов к 2030 году. GSMA Mobile Economy оценивает потенциал мирового рынка более чем в $1 триллион к 2025 году. По оценкам J’son & Partners Consulting, объем российского рынка в 2021 году составил 93,5 млрд рублей. По сравнению с 2020 годом количество подключенных устройств увеличилось на 16%, до 29,6 млн единиц. На Россию приходится лишь 1,2-1,5% от установленной глобальной базы устройств.
Анализ широкополосного трафика мобильных устройств сетей сотовой связи 2G, 3G и 4G LTE показывает востребованность каждого из модулей, хотя кто-то и может сказать об «устаревшем» модеме 2G. Тенденции потребления трафика в большом объеме, в части «стрима» видео, требует сетей с высокой пропускной способностью – 5G (глобальные и приватные сети 5G).
Основные направления по работе модулей (рис. 2):
- Данные.
- Голос.
- Видео.
- Интернет-трафик.
Рис. 2. Анализ широкополосного трафика мобильных устройств
Опираясь на маркетинговый анализ, постановления правительства РФ о мерах поддержки разработчиков ЭКБ и на общую мировую обстановку, можно сделать вывод о перспективности разработки отечественных навигационных и навигационно-связных модулей – линейки телематических модулей по разным направлениям. Ряд таких продуктов уже разработан и внесен в реестр отечественной продукции, также возникает потребность в разработке модулей с низким энергопотреблением (NB IoT, BLE, GNSS), новых поколений в части передачи трафика и связи (WiFi 6, 5G).
Любое проектирование состоит из ряда технических этапов:
- Тактико-технические характеристики (ТТХ) от конечного потребителя.
- ТТХ от разработчика комплекса.
- ТТХ от разработчика аппаратуры (блока).
- ТТХ от разработчика модуля.
- Техническое задание на СБИС/СБИС СнК.
Этапы разработки любой навигационно-связной аппаратуры начинаются с ответа на вопрос: «А что нужно конкретному потребителю?». Грамотная «оцифровка» требования позволяет сделать комплекс, дальше блок, модуль и разработать СБИС и СБИС СнК.
Комплект СБИС для массового навигационного приемника (модуль ПРО-04М)
Прежде всего в АО «НИИМА «Прогресс» (входит в ГК «ЭЛЕМЕНТ») был разработан отечественный трех-системный навигационный приемник ПРО-04М, выполненный с использованием технологии 65 нм, построенный в виде «система в корпусе» (СвК). Поддерживает высокоточный режим RTK с фазовыми дифф.поправками (точность 1,5–2 см). По своим техническим характеристикам и габаритам ПРО-04М может конкурировать с приемниками ГЛОНАСС/GPS/GALILEO ведущих зарубежных компаний (ST Microelectronics, Ublox, MediaTek).
Увеличение спроса и применения в навигационной аппаратуре потребителя (НАП), позволит ликвидировать разницу в цене с импортными приемниками. Он может быть использован в таких массовых приборах как тахографы, устройствах взимания платы в системе «ПЛАТОН» и терминалах «ЭРА-ГЛОНАСС», которые являются самыми массовыми навигационно-связными приборами. Модуль ГНСС ПРО-04М разработки АО «НИИМА «Прогресс» получил сертификат СТ-1, подтверждающий статус «Произведено в России» и внесен в реестр 719 и 878 ПП РФ.
Разработан 2G/3G модем (модуль ПН6280)
Кроме приемника, очень важная позиция в модулях и аппаратуре — это связной модем 2G/3G (GSM/GPRS/UMTS). По разным причинам работы по созданию модемов для систем сотовой связи в России были на низком уровне, в то же время мировые лидеры вели эффективные исследования и разработки в этой области на протяжении трех десятков лет.
В таких условиях самый короткий путь создания отечественного модема 3G — это лицензирование зарубежных IP и разработка модема сначала с использованием импортных чипов, а затем собственных чипов на лицензионных IP. Такой модем сейчас разработан в АО «НИИМА «Прогресс». Было поставлено в 2023 году более 500 тысяч модемов в тахографы.
Модуль ПН6280 разработки АО «НИИМА «Прогресс» получил сертификат СТ-1, подтверждающий статус «произведено в России», и внесен в реестр 719 и 878 ПП РФ.
Разработана серия модулей 4G LTE (Cat.1) (ПР1603 / ПР1603Б / ПР1603Н / ПР1603НБ)
Потребность рынка в невысокой скорости передачи данных, более надежном соединении в сетях LTE и возможности объединения в одном модуле ряда технических решений позволила шагнуть в сторону одних из передовых стандартов и приступить к изучению модулей 4-го поколения сотовой связи. У разработчиков аппаратуры есть разные потребности, например, в модуле 4G Cat. 1, который работает в сетях 2G/4G. Дополнение его различными комбинациями с модулями Bluetooth и ГНСС позволяет решать обширный круг задач. Внешний вид и габариты получились сравнимыми с иностранными аналогами (рис. 3).
ПР1603, ПР1603Б, ПР1603Н, ПР1603НБ — серия модулей беспроводной связи на базе стандарта LTE Cat.1. Стандарт Cat.1, предназначенный для приложений M2M и IoT.
В соответствии со стандартом LTE Cat.1, модули могут поддерживать скорость восходящего канала до 5 Мбит/с и скорость нисходящего канала 10 Мбит/с. Стандарт GSM/GPRS/EDGE также поддерживается в полном объеме.
Серия модулей ПР1603 идеально подходит для случаев, когда не требуется высокая скорость передачи данных, но требуется стабильное и надежное подключение к сети LTE.
Модули серии ПР1603 поддерживают сетевые протоколы TCP/IP, UDP/IP, HTTP/FTP.
Поддержка до пяти APN и до пяти сокетов, одновременно.
Поддержка двух SIM-карт.
Прием/передача голоса в цифровом стандарте VoLTE.
Основные области применения: промышленные контроллеры, POS, М2М телематика.
Рис. 3. Внешний вид и размеры модуля ПР1603НБ
Разработана серия модулей 4G LTE (Cat.4) (ПР1803/ПР1803Н на базе системы RTOS и ПР1803НЛ/ПН1803Н на базе операционной системы Linux)
Потребность рынка в передаче большого количества данных, более высоких скоростях и возможности объединения в одном модуле ряда технических решений позволила объединить все предыдущие технологии и разработать модуль 4-го поколения сотовой связи 4G Cat. 4, который работает в сетях 2G/3G/4G. Объединение технических решений в области GSM и ГНСС позволяют получить миниатюрный и комбинированный модуль. Внешний вид и габариты получились сравнимыми с иностранными аналогами (рис. 4).
ПР1803, ПР1803Н – серия модулей беспроводной связи на базе стандарта LTE Cat.4.
В соответствии со стандартом LTE Cat.4, модули могут поддерживать скорость восходящего канала до 50 Мбит/с и скорость нисходящего канала 150 Мбит/с. Стандарты UMTS (HSPA+/HSUPA) и GSM/GPRS/EDGE также поддерживаются модулями серии ПР1803.
Модули серии ПР1803 поддерживают сетевые протоколы TCP/IP, UDP/IP, HTTP/FTP.
Поддержка до пяти APN и до пяти сокетов, одновременно.
Поддержка двух SIM-карт.
Прием/передача голоса в цифровом стандарте VoLTE.
Основные области применения: роутеры, системы безопасности, POS, М2М телематика.
Рис. 4. Внешний вид и размеры модуля ПР1803Н
Линейка навигационных и телематических модулей развивается, появляются новые потребности, технические решения и спрос у заказчиков. Также разработаны модули: 2G+GNSS+BT, модуль BT 5,0 и модуль WiFi+BT. В планах есть развитие продуктовой линейки в таких направлениях как 4G Automotive, BT 5.3 (5.4), WiFi 6 (7) и, конечно, 5G + V2X (C-V2X).
«После ухода из РФ главных зарубежных инвесторов и телекоммуникационных вендоров о быстром появлении в стране сетей 5G можно забыть», — так считают, наверное, многие эксперты, но мы видим только открывающиеся возможности. Динамика рынка отображена на графике ниже (рис. 5).
Рис. 5. Динамика рынка 5G
5G — дорогой стандарт, он требует строительства дорогих базовых станций, создания дорогой инфраструктуры. В этом вопросе бизнесу не справиться без государства. Однако недавние события изменили приоритеты на ближайшие несколько лет. Есть мнение, что сейчас фокус сместился на LTE. И это оправданно.
5G — больше про промышленное использование, технологии нового поколения и т. п. А для массового потребителя достаточно LTE. Современное оборудование — это не только «железо», но и ПО, которое требует обновления, гарантии и техподдержки производителя. Параллельный импорт, к сожалению, не решает этих вопросов в полном объеме, но тенденция адаптации купленных РИД позволяет в несколько этапов решать проблемы и создавать новое оборудование.
Считаю, что развитие промышленных сетей 5G в пилотных зонах, на предприятиях и в вузах — первый шаг к освоению технологии. Применение модулей у абонентов позволит прогонять трафик большого объема на высоких скоростях, что крайне важно для передачи видео и быстрого отклика, в частности для применения в антропоморфных роботах.
На «борту» каждого телематического устройства находится модем, который осуществляет передачу и прием данных, таким образом в «воздухе» много открытой информации, что может быть очень опасно для объектов и элементов критической инфраструктуры. Вопросы закрытия и шифрования информации являются важными и им уделяется много внимания.
Как можно делать доверенными как сим-карту, так и модем? Пример реализации на модеме изображен на слайде ниже (рис. 6).
Рис. 6. Пример применения DTLS ГОСТ
Таким образом, мы видим много перспектив развития модулей навигации, связи как уже разработанных, так и разрабатываемых. Пути решения проблем в части безопасности находятся на стадии их реализации. Совместная работа по отладке и доводке продукции — это тяжелый труд и большой путь, но я искренне верю в то, что мы сможем его все вместе пройти!
