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Trusted Wireless：适用于流程工业的无线通信技术 |
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作者：Frank Hakemeyer 来源：PROCESS《流程工业》 |
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无线技术在流程工业领域的应用为企业开发了新的节能潜力，但是，在流程工业中使用的无线通信技术应该满足更高的要求。除了像WLAN 802.11和蓝牙这样的主流无线通信技术以外，在流程设备现场总线技术领域中还出现了一些特殊的专用无线通信技术，例如Trusted Wireless无线通信技术。
主流的无线通信技术，例如WLAN和蓝牙无线通信技术，有一个共同点：它们都在没有使用授权限制的2.4GHz的ISM（工业、科学、医学）频段中工作。与+33MHz和868MHz这两个频段相比较，2.4GHz的频带宽度为83MHz，是它们的40多倍，在世界各地几乎都是没有使用限制的自由频段。工作在2.4GHz频段中的无线通信技术，例如蓝牙和WLAN技术目前是工业应用中最佳的无线通信技术。而且标准化工作组也在努力开展技术标准的制定工作，以满足工业企业的需求。其中最典型的例子就是IFFF802.11通信技术协议，这一技术协议对可靠性、传送速率、读取协议和其他特性做出了进一步的规范。在蓝牙通信技术中，也进行了一系列的改进。
在Trusted Wireless无线通信设备中使用了大量高性能的零部件，
保证了它们具有极高的接收性能
坚固耐用 安全可靠
尽管对这些标准的无线通信技术进行了改进和内容的扩充，但是在实际应用中还有许多特殊的、应该更好的予以满足的无线通信技术要求。按照加拿大温哥华Omnex Controls公司的观点来看，Trusted Wireless无线通信技术是一种专门为流程工业企业设计研发的无线通信技术。为了保证流程设备极高的运行可靠性，流程工业企业所使用的无线通信技术应该有很高的可靠性。为此，Trusted Wireless无线通信技术也采用了FHSS跳频技术。在这一跳频技术中，发射频率固定不变，都是27ms变换一次。在2.4GHz的频段中有800多个通道可供使用，Trusted Wireless系统的变频表由生产厂家事先给出。该表只含有800多个通道中的部分通道，所使用的通道和通道系列形成了一个跳频表，成为各个系统共同执行的通信规则。从而允许成百上千的无线通信系统在非常接近的地理位置处同时进行无线通信，并且保证互不干扰。共存性是工业无线通信领域中一个非常重要的要求，这一要求既适用于不同的产品使用一种相同的无线通信技术，也适用于使用不同无线通信技术的产品。通过所谓的“频带锁定”功能，可以使Trusted Wireless系统留出WALN系统的频带宽度，从而使得Trusted Wireless系统、蓝牙系统和WALN系统之间具有更好的共存性。
提高无线通信的可靠性
在Trusted Wireless无线通信技术协议中，采用了多种不同的安全技术措施保障传感器信号传送的可靠性。其中包括利用CRC循环冗余校验对接收器的正确性进行检验。除此以外，发送出去的传感器信息也带有信号源效验，使得信号接收器只能接受允许它接受的信号。集成的FEC预前纠错计算技术也进一步地提高了无线通信连接的质量和稳定性。利用FEC技术还可以对信号传送过程中出现的异变进行校正。
无线通信高可靠性的前提是很好的无线信号传送距离的诊断分析，以便理智的对流程工艺进行及时的调整。模拟信号能够为用户提供精确的有关无线传送途径质量的信息。通用的标准涉及到普遍的规定，而安全性则需要特殊的专用技术来保证。至少是从外部非法入侵的角度来看，这种还没有标准化的无线通信技术在抵制非法入侵方面有着独特的好处。而蓝牙通信技术和WALN无线通信技术则必须有成套的防止非法入侵的措施，这也成为这些系统中第一位重要的安全保护事项了。
不同的无线通信技术使用的不同带宽和频率
高传送速率
无线通信系统传送距离的远近与多种因素有关，其中最主要的是流程设备附近的地理环境。另外，发射器的发送功率和接收器的接受灵敏度也都对接收距离有一定的影响。发射器的发射功率由法规做出了统一的规定：在整个2.4GHz频段中所有的无线通信系统的最大发射功率不得超过20dBm。这一规定不仅仅考虑了发射功率，而且也考虑了发射天线可能出现的情况。从这一角度出发，整个2.4GHz的无线通信系统是没有差别的。接收器的接受灵敏度受到多种因素的制约，其中之一就是接收器的好坏。标准的蓝牙无线通信接收器通常都带有信号处理芯片。此时，在这些芯片中必须做出一些妥协，这种妥协的好处是可以生产出经济实惠的功能模块，但同时也带来问题，例如对于不同的HF电路不一定有着最佳的生产制造工艺。其结果是接收器的灵敏度下降，从而也影响其接收距离的远近。
高灵敏度
在Trusted Wireless无线通信技术中，无线通信电路由一个个单独的元器件组成，每一个元器件都可以按照最佳的生产工艺技术制造。因此，与蓝牙无线通信技术中的信号接收器相比，Trusted Wireless接收器的灵敏度提高了近千倍。
另一个影响接收距离远近的因素是空中接口，即表示基站和移动电话之间的无线传输规范的传送速率。传送速率越慢，传送每一“位”数据所需的能量就越大，传送的距离就越远。而传送速率又与所传送的数据量和反应时间、循环时间有关。在这一问题上，Trusted Wireless无线通信技术考虑了流程工业企业的技术特色——循环时间，即转换到发送新的有用数据的转换时间为27ms。而蓝牙技术中的循环时间仅为625μs，是其1/4。被传送的有用数据由传感器信息、一位或者一比特的数字式、模拟式的信号组成。基于有效的通信技术协议，Trusted Wireless通信技术不像WLAN无线通信技术那样有那么多冗繁层次；又因为其较少的有效数据，因此它所传递的毛数据量很少。较少的数据量和较长的循环周期构成了相对缓慢的空中传送方式。尤其独特的传送功率和数据方式决定了其每传送一位数据所消耗的能源多少。单位数据位所需能源越高，Trusted Wireless无线通信技术可以传送的距离就越远。视周围的环境，Trusted Wireless无线通信技术可以传送信息的距离在几百米到几千米之间，在特殊的地理条件下甚至可以达到10km。
Frank Hakemeyer－－作者任职于Phoenix Contact公司(end)
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| 文章内容仅供参考
(投稿)
(10/26/2007) |
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