用于工业的无线通信：是希望、帮助、还是广告宣传？

无论是连接几英尺或是几英里，可以看出工业运行所采用的无线技术的潜在优势，这种极具说服力的优势，导致了是否采用该技术已不是问题，而是关注于何时采用。Hesh Kagan，无线工业网络联盟主席兼任Invensys新投资企业董事，最近在对此状况进行总结时说道：“目前，在车间运行中，几乎找不到无线；在未来的7到10年，无线将无处不在，甚至所有地域之间。”他预言，这种转变会遂循较为简单的方法。 Hesh Kagan的坚定承诺，其背后的原因来源于无线扩展或激活应用所获得的成本和生产利益。其范围从中央设备及过程基础构件的状态监控以提高生产力，到增加物理可靠性和安全性，这些通过常规有线连接技术的使用，从经济上讲，是行不通的。以上做出重大承诺，目前的情况总是限定无线技术到单点解决方案。这种约束源于管理众多共存技术的复杂性，以及彼此间缺乏公共框架。 即使无线具有局限性，商家也不断积极推销无线基础构件：你只需观察有无线能力传感器的扩展，在销售中的仪器，以及各种标准组织匆匆地进行与RF（射频）相关的活动。当这种潜能越发显示时，谨慎投资在这个问题上的独特承诺，展现出所要做的事情，实际上不是唯一的，或者，甚至所有都是新的。然而天花乱坠的广告宣传有增无减。根据这些情况，考虑这些事情在何处发生，何处为主要的，彼此间发生了什么。 当然，使用无线通信来采集状态或遥感勘测数据的观念并不是才出现：航空航天工业早在19世纪30年代就开始对采用无线数据采集进行实验。当人造卫星从军事转移到商业通信时，无线通信就考虑到远程站点的监控，以及石油天然气输送途径。一旦增加微波以及其他陆地模拟无线通信，这些无线的种子就会落地生芽，深深扎根。 那么什么发生变化了呢？在某些方面，无线演变的征兆，能够与在加工行业上的数字通信系统的改变相比，当4-20mA模拟网络让步于数字通信系统协议时，通过共享当今过程网络的铜质媒介，来取代专用回路。同样地，在当前过程环境中引入无线，将用户从单一通信形式的依赖及影响中解脱出来。同时，还有新的提供，包括联网到多样化应用的普通媒介，它能够超出那些基于SCADA的操作，跨越各部门及功能且运行良好。 在大多数工业应用情况中，无线理念不会限制于单一技术或RF频谱范围。所出现的一个实际问题，众多无线通信和协议与车间运作有关，包括多种频率下，基于标准和专门技术的操作。此外，通过邻近节点中继信息的“网格”路径安排能够应用于各种RF技术：在克服距离和性能的挑战的同时，提供更大的灵活性。选择宽频，通过协调具有应用特定需求的最佳技术，无线将有望高效地适用于众多的连通需求。 无线通信的前景 了解最突出的技术分类规则，需要它们的快速观察主要品质及功能。 WiFi。通常，被认为是最先进和广泛使用的无线技术。802.11产品系列适用于众多IT以及作为以太网的无线扩展的过程相关应用。高度标准化，技术的低成本，加之功能产品的普通商品化，以及日益成熟的安全水平，使得该技术成为适用于更高带宽设备，如可移动操作终端，视频监视照相机以及手持数据记录器的首要无线技术。 优势：低成本，高带宽；开发良好的安全性能及QoS功能。 不足：安全性，与有线网络相比网络及规则管理，需要更加勤奋和更多的支持；支持高密度传感器及状态监控网络，其允许通道是有限制的。 ZigBee。关于此技术的各种描述：低功率，以状态监控为目标的低数据速率传感器网络，照明，环境控制，以及安全性和可靠性。其目标是，为将具有足够灵活性的802.15.4无线通信，用于低等待时间有限功率环境，单一跳变网络，以及较长距离，多反射网状网络结构，提供一个标准的，但可扩展的协议堆栈。对于类似技术，还有许多专利选项。 优势：基于传感器网络的标准允许多源化，互操作性；多路径网状结构能够克服有难点的RF环境。 不足：大部分大型仪器仪表厂商不能够将标准为“行业优势”；长期的电池使用寿命不适合低等待时间，难以实现一种尺寸适合所有规格的方案。 无线分类法则——来源：Jose Gutierrez博士，Eaton公司。 WiMAX。“互操作性世界范围访问”的缩写，这种技术起源于前一代微波网络技术（LMDS和MMDS）成果的标准化。这些建立于公共网络操作人员的偏爱，以及能源行业选择陆地设备来替代人造卫星进行远程站点连通性和网络扩展性行业。IEEE 802.16工作组推动其标准化，并通过Intel给予最大的支持。 优势：高带宽（70Mbps），长距离（50km，视线）；许可及非许证可带宽操作；由Intel支持。 不足：原始标准使用大约3.5GHz的频率，此为美国的许可证带宽；局限于本地连接的客户设备以及功能仪器仪表。 蜂窝单元/网页/人造卫星。这些松散耦合的网络服务选件经常被认为是机械到机械（M2M）的通信，非常适合于远程站点连通性及移动性应用的支持。人造卫星的普遍存在，使得它成为某些实例中的唯一选择，同时，陆地系统提供蜂窝单元的作用及性能。 优势：只需要很少的基础结构，可快速构建并运行；工程及网络设计基于覆盖面，不依赖于中继器或访问点；许可证的带宽很少受到干扰的影响。 不足：基于使用的较高可变成本；覆盖面导致的困境；同无线局域网或基于ZigBee设备相比，每个节点需要更高的成本。 RFID。一个已经经历其初始艰难开发阶段的技术，聚焦了人们极大的注意，认为这是治疗所有供应链疾患的良药。RFID提供有关人员和设备识别，位置以及安全的极具说服力的建议。其挑战是将从立体仓库、配送中心到生产环境使用RFID，远远优于通过密码卡存取的安全有关的应用。 优势：便宜，高效的方法来识别并记录人员及事件；物理安全性的集成部。 不足：对于低廉，无电池推动的RFID标签的其范围有限；使得RF环境应用其他技术会更加困难。 专用系统。从很接近标准或准标准化产品，如超宽带频率（UWB）和WiMAX类别的专利产品，到完全由客户制定的产品，特别是传感器网络。专用系统提供可增强的性能及功能，通常远远超过任意相关标准。 优势：专有的特性，先进的功能性；有时，通过不可探测，从而更为安全。 不足：缺乏互操作性，单一资源供应；对兼容性或共存性无保障。 彩色无线分类法清楚地表明，标准极其重要。基于802.11技术最近的发展，增加了强大的安全性能，网状网络功能，以及更高的数据传送率。在改进现有802系列无线技术标准的同时，其他IEEE领导的组织处理共有性的问题。它们也为如UWB这样的技术的加盟铺平道路。如果商业和工业用户，以及应用将有效地分享此频谱，那么这种努力就至关重要，但仅IEEE标准是不能够解决这个问题的。 除了确保共存的必要性之外，互操作性也开始成为问题，因为无线技术作为传统有线总线协议的扩展已找到其用武之地。例如，HART Foundation主要致力于提供一种允许无线节点的运行如同任意其他有HART设备。在做此工作中，希望能够为开发基于标准无线产品的成员，给予首次参加活动的公司以有利条件。为了更加广泛，ISA中的SP100委员会为工业无线技术应用于传感器及仪器仪表领域，开发安全性及规章释义。其风险在于，这种拱形结构总是令人担忧，而且难以通过基于标准的过程进行开发。这就更进一步突出了安全性问题，被广泛看作为采用工业无线最重要的屏障。 桥接安全问题 在许多方面，安全性是无线中定义的问题。真正、所感受到伴随着安全问题的弱点，包含着从侵入检测到加密以及服务拒绝的每个事件。此外，不得不约定关闭和分离的关键通信基础结构，并且必须移至一个更开放式和共享的模式。 除了直接安全性能之外，还有一个网络规则以及必须说明的性能问题。在不久的将来，有可能限制无线的使用，其作用局部化。实际上，通过将无线应用于执行及控制，出现了超出对车间状态及条件进行监控的机遇。很明显，从未允许无线对关键功能进行控制，其原因是可靠性，等待时间及安全性等因素，但是很可能在较为普通的应用中发挥作用。因此，这必须具备，在多层不同网络中，允许高数值控制信息，能够获得访问权及优先权的策略。 即使具有不确定性，未来对可靠的无线应用仍抱有希望。标准化组织以及和企业为异构无线环境创建方法和框架所作的努力，最终将提供有效的管理及安全性。这种系统将提供给用户拱形结构规章的制定及执行，从而使通用的服务模型能够适用于所有可应用的无线技术，采用一种通用，分层的安全模型。 在一个特殊的案例中，车间操作人员甚至能够管理这种基础：减轻IT部门的负担，来支持这种网络及它们不同的生命周期管理问题，有关呈现，迭代，以及集成等技术优先处理。这是Invensys公司去年11月宣布与Apprion公司联合，最新推出的无线应用创议之后的驱动力量。此目的是提供一个系统的，可承担的方法，从而向所有相关操作领域推荐无线，同时，认可技术选择的复杂性，另一方面，所有权问题可能会减少采用。这种方法是IT业整体趋势的必然特征，它强调管理的服务，来实现更快速的ROI（投资回收）并加速采用。如果正确执行，将有助于用户能够平稳渡过这个时期——无线驱动的设备的价值和ROI及应用，将采用无限产品推进到Kagan先生所预见的“无线无处不在”的境界。 （张丹丹译自“Industrial Ethernet Book”第31期，杨昌琨校对）