無線工業(yè)網(wǎng)絡(luò)克服的主要障礙是什么

　　隨著高級(jí)無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，無線通信在工業(yè)控制應(yīng)用中的吸引力日益增強(qiáng)，其所帶來的諸多優(yōu)勢(shì)包括：可實(shí)現(xiàn)更快的安裝、毋需重新配置即可進(jìn)行物理移位，通過消除線纜及降低安裝成本能大大節(jié)約資金，并避免了大多數(shù)工廠環(huán)境中天羅地網(wǎng)般連線的混亂局面。但是，工業(yè)控制要求強(qiáng)大可靠的接口解決方案，以保證工業(yè)環(huán)境中至關(guān)重要的服務(wù)質(zhì)量及安全性。但是，安全保障與抗干擾等問題仍有待解決。



　　可靠性與成熟性是無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)人員在創(chuàng)建工業(yè)應(yīng)用時(shí)必須克服的主要障礙。當(dāng)前的無線技術(shù)以TCP/IP為基礎(chǔ)，最初根據(jù)設(shè)計(jì)，它可在無連接及不可靠的通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施中以全力交付模式傳輸數(shù)據(jù)包。該傳輸控制協(xié)議使得在不可靠的因特網(wǎng)協(xié)議網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)以連接為導(dǎo)向的可靠傳輸成為可能。



　　然而不幸的是，IP 網(wǎng)絡(luò)在出現(xiàn)傳輸錯(cuò)誤時(shí)或在網(wǎng)絡(luò)阻塞階段會(huì)丟失數(shù)據(jù)包，而又不通知上層協(xié)議。雖然TCP/IP提供了任意網(wǎng)絡(luò)條件下的可調(diào)節(jié)性，但它也在數(shù)據(jù)包交付時(shí)間上帶來了極大的差異，此差異也稱為網(wǎng)絡(luò)等待時(shí)間。而對(duì)于大多數(shù)工業(yè)應(yīng)用來說，上述延遲是不能接受的，因此TCP/IP自身尚不能單獨(dú)用來從感應(yīng)器同步收集數(shù)據(jù)，也不能在固定間隔（大多數(shù)為數(shù)十毫秒的范圍）向調(diào)節(jié)器進(jìn)行交付。此外，TCP/IP并非針對(duì)正常工作時(shí)間達(dá)99.999% 的標(biāo)準(zhǔn)（"5個(gè)9標(biāo)準(zhǔn)"）而設(shè)計(jì)，而該標(biāo)準(zhǔn)在許多運(yùn)行關(guān)鍵任務(wù)的工業(yè)應(yīng)用中是硬性要求。



　　因特網(wǎng)工程設(shè)計(jì)任務(wù)組一直在改善TCP/IP，并就每個(gè)流或連接的流量工程設(shè)計(jì)開展各種信號(hào)機(jī)制方面的工作。其實(shí)例之一就是資源保留協(xié)議，它允許應(yīng)用要求極低時(shí)延并帶有具體帶寬要求的信號(hào)流、路由器與開關(guān)使用該協(xié)議保留資源，并為時(shí)間敏感性較高的流量提供傳輸。另一個(gè)協(xié)議差分服務(wù)則在IP數(shù)據(jù)包的標(biāo)題部分打上與服務(wù)級(jí)協(xié)定有關(guān)的分類信息。上述打上的標(biāo)記指示路由器保留所需的帶寬，并給出等待時(shí)間的具體要求。



　　不幸的是，上述各協(xié)議都不能真正滿足工業(yè)應(yīng)用的要求。當(dāng)前各廠商提供的無線解決方案作為工作區(qū)解決方案（是將標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議包裹在專利技術(shù)協(xié)議之外），這就使得各公司只能局限于單一的銷售商，而不能從價(jià)格和特性的競(jìng)爭(zhēng)中受益。



　　安全性是有待解決的另一大問題。由于所有無線網(wǎng)絡(luò)都以空氣作為傳輸數(shù)據(jù)的介質(zhì)，因此容易受到竊聽，只要具備足夠靈敏的無線電設(shè)備及定向天線，就可從鄰近位置竊聽某公司業(yè)務(wù)。各公司必須采取適當(dāng)?shù)募用軝C(jī)制以保護(hù)敏感數(shù)據(jù)，特別是其知識(shí)產(chǎn)權(quán)，因?yàn)楦鞴�司都為之投入了巨大資金，作為擊敗競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的秘密武器。加密數(shù)據(jù)的密鑰必須定期更新，這在人員配置和可能的停機(jī)時(shí)間方面提出了巨大挑戰(zhàn)。



　　來自其他無線設(shè)備的干擾以及對(duì)其他無線設(shè)備造成干擾是我們面臨的又一個(gè)困難問題。由于當(dāng)前的無線技術(shù)使用工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療頻帶，因此系統(tǒng)須同其他無線網(wǎng)絡(luò)并存。由于同915 MHz 相比利用較低，5.8 GHz 相比節(jié)約成本，因此系統(tǒng)通常使用2.4 GHz 的范圍，這也是藍(lán)牙和其他IEEE 802.11技術(shù)工作的范圍。



　　避免干擾的方法之一就是使用與IEEE的保護(hù)模式相似的私有協(xié)議，這時(shí)所有客戶端在傳輸數(shù)據(jù)前均會(huì)檢查接入點(diǎn)，以確保不同類型的802.11網(wǎng)絡(luò)中的通道都是暢通的。



　　在無線LAN中，上述干擾會(huì)降低流量傳輸速度，但這對(duì)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)而言是完全不可接受的。進(jìn)一步講，工廠場(chǎng)地周圍的其他干擾源，如發(fā)動(dòng)機(jī)、焊接機(jī)和工業(yè)設(shè)備等，也會(huì)增加干擾。無線信號(hào)應(yīng)當(dāng)就此具備更強(qiáng)的抗干擾性，我們可能需要具備額外的錯(cuò)誤檢查和校驗(yàn)。上述要求使得設(shè)計(jì)進(jìn)一步復(fù)雜化，同時(shí)也增加了成本。此外，不一致的覆蓋區(qū)域應(yīng)當(dāng)指明，并采取適當(dāng)措施：或者調(diào)節(jié)輸出功率，或者增加額外的接入點(diǎn)。



　　最后，我們應(yīng)當(dāng)仔細(xì)檢查總體擁有成本，對(duì)無線網(wǎng)絡(luò)的財(cái)務(wù)經(jīng)濟(jì)因素進(jìn)行細(xì)致的微觀研究。進(jìn)行投資回報(bào)計(jì)算，明確無線網(wǎng)絡(luò)帶來的實(shí)際優(yōu)勢(shì)，在進(jìn)行計(jì)算時(shí)必須包括人員培訓(xùn)、軟件補(bǔ)丁升級(jí)、密鑰升級(jí)和停機(jī)時(shí)間等。此外，與無線網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的學(xué)習(xí)曲線是相當(dāng)陡峭的，這與有線連接的情況大不相同。



　　此外，我們還必須考慮到無線網(wǎng)絡(luò)所獨(dú)有的全新因素。除了電源管理和介質(zhì)訪問控制層沖突及其避免之外，對(duì)于無線電信號(hào)的減損（如衰減、干擾、多普勒效應(yīng)、反射、多通路等）也應(yīng)加以評(píng)估。







摘自 EDN電子設(shè)計(jì)技術(shù)