kaiyun官方注册
您所在的位置: 首页> 通信与网络> 设计应用> IT-Powered无线网络的新机遇
IT-Powered无线网络的新机遇
来源:国际工业自动化网
摘要:工业控制系统的网络化为无线技术在工业控制系统中的应用提供了基础和可能。在一些工业控制网络中,无线通信技术已获得了应用。由于无线网络无可比拟的优越性,它可以免去大量的线路连接,节省系统的构建费用和维护成本,还可以满足一些特殊场合的需要,与此同时,大大增强了系统构成的灵活性。加之无线通信技术自身的不断改进,无线通信技术在工业控制领域中必将具有广阔的发展空间和应用前景。
Abstract:
Key words :

IIAnews.com 工业控制系统的网络化为无线技术在工业控制系统中的应用提供了基础和可能。在一些工业控制网络中,无线通信技术已获得了应用。由于无线网络无可比拟的优越性,它可以免去大量的线路连接,节省系统的构建费用和维护成本,还可以满足一些特殊场合的需要,与此同时,大大增强了系统构成的灵活性。加之无线通信技术自身的不断改进,无线通信技术在工业控制领域中必将具有广阔的发展空间和应用前景。
上个世纪末802.11标准横空出世,古语云:“以史为鉴,可以知兴替”,回顾WLAN发展的历史,尤其是2008年以来的变化,我们能够发现: WLAN正面临一个快速成长的时代。在IT技术的不断推动下,WLAN技术取得了深入的发展,不单单应用于个人局域网部署。同时,也被众多企业客户慧眼识金,利用无线网络部署,延展有线网络,提高企业生产率,有句话说的好,有序集成的信息可以创造生产力!

图1

无线局域网的三个标准:802.11a、802.11b、802.11g,以前由于802.11a和802.11b标准不兼容而导致了争论,这一直干扰着WLAN走向普遍应用。随着IEEE最终通过了无线网络标准802.11g,而使得无线标准得到了统一。其中,802.11g和802.11b保持兼容,速度提升至54M。从长远来看,802.11g一统大局是必然趋势。


图2

相对于802.11g标准,802.11n在覆盖范围、稳定性、向后兼容性等方面都有很明显的提升,但是最明显的进步连接速率从802.11g的54Mbps提升到802.11n的300Mbps。300Mbps的物理连接速率,将彻底改变人们固有的对WLAN的观点,11M的802.11b,甚至54M的802.11b无线联网,基本上都被看作是IIAnews.com 以太网的一个补充,目前局域网连接速率,基本上都是100M的快速以太网部署,部分企业环境甚至已经是千兆以太网到桌面。WLAN 54M的物理连接带宽实在是没有什么吸引力。因此在多数人眼中,WLAN是一个难以提供QOS保证的网络,能用就用,不能用也无所谓。802.11n带宽的提升,彻底变革了IT行业思维,300M的物理连接带宽已经超过100M的快速以太网,而且稳定性、覆盖范围等多方面的提升,市场已经不能仅仅将其看作以太网的补充。

WLAN企业用和家庭用的区别
  家庭用户以及SOHO对WLAN的使用,主要目的是希望利用WLAN“沟通无极限”的方便性,克服传统有线网络在这些环境下布线的不便。于是只要能连接上网,目的就达到了。这样的需求很好满足,如可以去购买一个AP(无线接入点)和若干无线网卡就可以轻松实现。目前随着价格的下降,这样的使用已经成为普及型的应用。
  更为高层次的应用就是在企业内部成规模地部署无线网,IIAnews.com 把WLAN融合到企业内部现有的有线网络中,形成一个有机的共同体,达到提高生产效率的目的。
  无线网和有线网的一个最明显的区别就是,无线网的信号是以电磁波的形式在空气中传播,附近的区域都可以接收到无线信号,而调制在无线电波上的信息,就属于企业的内部秘密,是不希望被企业之外的人得到的。对于家庭和娱乐应用来说,这可能不算什么,但是对于企业来说,则是关系到商业机密的大事,马虎不得。无线局域网虽然给人们插上了自由的翅膀,但是带来的安全隐患也让很多企业用户担心不已。由于无线信号的无处不在,企业普遍担心企业内部网的信息会被无线局域网传播出去,或者由于未授权的访问导致的企业信息泄露等。

其次,对于网络的接入,由于无线网的融入,企业网好像变成了一个随时可以扩充的气球。虽然方便了使用,但是需要防止那些非授权用户的使用。因为只要有一个带有无线网卡的笔记本电脑在无线接入点附近,就有从那里接入企业网的可能。这就需要无线接入点对接入客户进行认证,避免非法接入。
当然,工厂应用的安装环境也和家庭办公室环境截然不同,无线网络的抗干扰问题,在这些环境显著突出。工作在2.4G和5G频带内,采用直序扩频技术的WLAN设备,在工业现场表现如何,还需要真实环境下的检验。
安全是走向企业应用的前提
  IEEE标准委员会经过漫长的争论后终于批准了802.11i标准。802.11i就是为了解决Wi-Fi无线网络安全而提出的一个标准,业界有人干脆称其为Wi-Fi安全标准。
在802.11i标准之前,其实Wi-Fi也有安全方面的考虑:WEP——无线加强等效保密协议,就是这样的安全协议,但它仅能提供基本的安全保护,极易被破解。WEP属于第一代802.11安全标准,由于本身存在漏洞,即采用RC4密码算法,所以它存在被攻破的危险。

图3

在WEP遭到广泛的质疑后,紧接着,Wi-Fi联盟推出了Wi-Fi保护接入协议(WPA)。WPA实质上只是新型安全规范802.11i的一个子集,它主要解决WEP加密方案在集成基于802.1x认证机制以及与传统硬件相匹配的TKIP(临时密钥完整性协议)加密机制时存在的缺陷。802.11i的加密协议主要是基于增强加密标准AES(高级加密标准)而制订,能实现802.11数据帧加密,以及复杂完善的认证和动态密钥分配机制。它的密钥可以支持128位、192位、甚至256位。同时符合联邦信息处理标准140-2认证,进一步加强了对敏感信息的保护。新的标准还在Wi-Fi无线网卡中加入了两层安全保护,充分保障了企业局域网内部的无线接入安全。
快速传输和QoS保障无线视频
  视频信号对无线信道提出了苛刻的要求,首先是速度要保证,然后是要有优先级QoS控制,这样才能在WLAN上顺畅实现无线视频应用。
  首先,对于传输速度的问题。目前的802.11g标准最高的数据传输速率是54Mbps,但是实际速率一般不超过20Mbps。尽管这个数值对很多应用而言已经足够了,但对那些高速互联设备,特别是流媒体和视频应用而言还远远不够。它们需要100Mbps或更高的速率。
  802.11标准的新版本802.11n,能在20MHz到40MHz的带宽内,实现超过100Mbps的数据传输速率。此标准还允许在100米或更远距离上的无线设备间能进行高速互联。
  要在WLAN上实现语音和视频等多媒体通讯,就需要在传输数据的时候,对数据进行传输优先级分类。一般的数据传输由于对时延不很敏感,所以可以把优先级别降低;对于语音和视频数据,则需要提高它们的优先级,这就是QoS的基本思路。在无线网络中实现QoS的标准是IEEE802.1e,这项标准将使WLAN管理员能够设置不同种类数据包的优先范围,并可控制被发送数据包之间的时间间隔。这就为语音和视频的传输开了绿灯。
WLAN的QoS应当根据数据包的类型来处理流量,如将它们分为语音、数据或视频等。服务级特性(Class-of-Service)对流量进行分类,而QoS特性则对传输的流量设置优先级。随着语音和视频应用的增多,QoS在无线LAN中的作用也变得越来越重要。QoS可以使网络管理员更方便地管理WLAN的带宽,而WLAN带宽常常会被语音和多媒体应用以及大型文件传输等迅速占用。

图4

无线组网带来的福音
  一些大集团公司在不断发展壮大过程中,覆盖范围不断扩大。在发展过程中逐步建立起来很多培训中心、物业、研究所、仓库等。这些机构位置分散,如果采用传统的光缆施工,不仅施工困难、费时也费力;而且由于其中有些建筑之间的连接可能要跨过交通要道,动工铺设光缆需要报批,手续很复杂,而且不易批准。这样一来,无线组网方式的灵活性就显现出来了,这也正是无线局域网大显身手的时候。
   安徽江淮汽车工厂的底漆生产线改造中就应用了WLAN技术来取代老的滑触线系统,不仅节省费用,还大大提高了生产效率,产能提升近30%。整个项目采用了IP65高防护等级的FL WLAN 24 AP 802-11进行冗余部署,输送带上的自行小车采用FL WLAN 24 EC客户端轻松接入无线网络。遵循802.11i最高加密128位,更是满足了系统可靠性稳定性的技术要求。
图5
WLAN无线定位成为新亮点
  WLAN的技术特点使得其具备定位的功能,各家厂商都在努力使WLAN的定位更加精确。
根据不同的精确度定位跟踪的方式有多种,最简单也是最常用的是通过RSSI(接收信号强度指示器)对最接近802.11设备的AP或传感器的身份验证,来完成基于信号强度的跟踪。通常这意味着一旦监控系统识别了最近的AP(接入点),就要依靠管理员手持分析仪来跟踪定位。这种方式提供的精确度只是在最近的AP范围以内。有时其它AP的RSSI也会被标示出来协助定位。通过加入一些智能算法和一幅平面图,监控系统可以采用三角测量法来定位,这增加了定位精度。三角测量则可以将定位精度限制于40-90平方米的范围之内。
来自冶金行业的智能挂牌检修系统就是无线定位应用的最佳案例,某钢厂每年都要进行类似大小修的设备维护和保养工作,传统的手工方式,存在检修漏洞和人为疏忽,且不易记录和问责。工程技术人员,采用了全厂WLAN布局,在全厂室内和室外分别架设IP20和IP67保护等级的无线以太网接入点(AP),维护人员通过手持设备可以在任意角落访问检修系统界面,通过无线网络,与服务器端通讯,实现电子确认,并记录操作工号及相关权限,实现了电子化流程,事件记录可查,解决了历史问题。
图6
结束语
随着科学技术的不断发展,IT技术所驱动的无线网络越来越受到关注。当然工业现场所需的技术不单单是802.11 WLAN,还包括 蓝牙Zigbee、GSM/GPRS、数传电台等等,如何选取适合您的工业无线网络,还需要全面分析包括:安装环境、系统接口、天线安装、传输距离、安全性、可靠性等诸多因素。如果还有疑问,马上联系菲尼克斯电气,来自德国的工业无线专线专家,全球领先的无线科技和应用方案,必有一款适合您的应用!
此内容为AET网站原创,未经授权禁止转载。
Baidu
map