无线工业网络克服的主要障碍是什么

发布: 2010-10-20 00:34 | 作者: | 来源: | 字体: 小中大

相关专题：无线

　　随着高级无线网络技术的发展，无线通信在工业控制应用中的吸引力日益增强，其所带来的诸多优势包括：可实现更快的安装、毋需重新配置即可进行物理移位，通过消除线缆及降低安装成本能大大节约资金，并避免了大多数工厂环境中天罗地网般连线的混乱局面。但是，工业控制要求强大可靠的接口解决方案，以保证工业环境中至关重要的服务质量及安全性。但是，安全保障与抗干扰等问题仍有待解决。

　　可靠性与成熟性是无线网络设计人员在创建工业应用时必须克服的主要障碍。当前的无线技术以TCP/IP为基础，最初根据设计，它可在无连接及不可靠的通信网络基础设施中以全力交付模式传输数据包。该传输控制协议使得在不可靠的因特网协议网络上实现以连接为导向的可靠传输成为可能。

　　然而不幸的是，IP 网络在出现传输错误时或在网络阻塞阶段会丢失数据包，而又不通知上层协议。虽然TCP/IP提供了任意网络条件下的可调节性，但它也在数据包交付时间上带来了极大的差异，此差异也称为网络等待时间。而对于大多数工业应用来说，上述延迟是不能接受的，因此TCP/IP自身尚不能单独用来从感应器同步收集数据，也不能在固定间隔（大多数为数十毫秒的范围）向调节器进行交付。此外，TCP/IP并非针对正常工作时间达99.999% 的标准（"5个9标准"）而设计，而该标准在许多运行关键任务的工业应用中是硬性要求。

　　因特网工程设计任务组一直在改善TCP/IP，并就每个流或连接的流量工程设计开展各种信号机制方面的工作。其实例之一就是资源保留协议，它允许应用要求极低时延并带有具体带宽要求的信号流、路由器与开关使用该协议保留资源，并为时间敏感性较高的流量提供传输。另一个协议差分服务则在IP数据包的标题部分打上与服务级协定有关的分类信息。上述打上的标记指示路由器保留所需的带宽，并给出等待时间的具体要求。

　　不幸的是，上述各协议都不能真正满足工业应用的要求。当前各厂商提供的无线解决方案作为工作区解决方案（是将标准协议包裹在专利技术协议之外），这就使得各公司只能局限于单一的销售商，而不能从价格和特性的竞争中受益。

　　安全性是有待解决的另一大问题。由于所有无线网络都以空气作为传输数据的介质，因此容易受到窃听，只要具备足够灵敏的无线电设备及定向天线，就可从邻近位置窃听某公司业务。各公司必须采取适当的加密机制以保护敏感数据，特别是其知识产权，因为各公司都为之投入了巨大资金，作为击败竞争对手的秘密武器。加密数据的密钥必须定期更新，这在人员配置和可能的停机时间方面提出了巨大挑战。

　　来自其他无线设备的干扰以及对其他无线设备造成干扰是我们面临的又一个困难问题。由于当前的无线技术使用工业、科学和医疗频带，因此系统须同其他无线网络并存。由于同915 MHz 相比利用较低，5.8 GHz 相比节约成本，因此系统通常使用2.4 GHz 的范围，这也是蓝牙和其他IEEE 802.11技术工作的范围。

　　避免干扰的方法之一就是使用与IEEE的保护模式相似的私有协议，这时所有客户端在传输数据前均会检查接入点，以确保不同类型的802.11网络中的通道都是畅通的。

　　在无线LAN中，上述干扰会降低流量传输速度，但这对工业网络而言是完全不可接受的。进一步讲，工厂场地周围的其他干扰源，如发动机、焊接机和工业设备等，也会增加干扰。无线信号应当就此具备更强的抗干扰性，我们可能需要具备额外的错误检查和校验。上述要求使得设计进一步复杂化，同时也增加了成本。此外，不一致的覆盖区域应当指明，并采取适当措施：或者调节输出功率，或者增加额外的接入点。

　　最后，我们应当仔细检查总体拥有成本，对无线网络的财务经济因素进行细致的微观研究。进行投资回报计算，明确无线网络带来的实际优势，在进行计算时必须包括人员培训、软件补丁升级、密钥升级和停机时间等。此外，与无线网络相关的学习曲线是相当陡峭的，这与有线连接的情况大不相同。

　　此外，我们还必须考虑到无线网络所独有的全新因素。除了电源管理和介质访问控制层冲突及其避免之外，对于无线电信号的减损（如衰减、干扰、多普勒效应、反射、多通路等）也应加以评估。

摘自 EDN电子设计技术