Printre cele mai renumite de tehnologii fără fir pot fi identificate: Wi-Fi, Wi-Max, Bluetooth, USB wireless și o tehnologie relativ nouă - ZigBee, care a fost inițial conceput cu accent pe aplicații industriale.
Figura 1 - Standarde fără fir
Fiecare dintre aceste tehnologii are propriile sale caracteristici unice (a se vedea. Figura 2), care definesc respectiva cerere.
Să încercăm să formuleze cerințele care trebuie îndeplinite de tehnologia fără fir pentru aplicarea sa de succes în industrie. Să presupunem există unele facilitate industriale, constând din mai multe pompe electrice, informația dispozitivului procesare achiziție cu diverși senzori, cum ar fi presiunea, temperatura, debit, inclusiv la distanță instalat, iar stația de comandă a operatorului de la distanță. Controlul pompei se face de la panoul operatorului, iar în camera de control a făcut un sistem de monitorizare continuă.
Figura 2 - Principalele caracteristici ale standardele populare wireless
Evident, cea mai bună opțiune în ceea ce privește simplitate și comoditate, ar fi unirea tuturor dispozitivelor implicate în schimbul de informații într-o rețea de date unică, care funcționează în același standard. Deoarece instalația industrială pot fi instalate dispozitive de complexitate diferite și, prin urmare, costul, sistemul hardware și software care oferă acces fiecare dispozitiv la rețeaua de date trebuie să fie suficient de ieftine. Pe măsură ce tehnologia de comunicații ar trebui să ofere gama necesară și viteza conexiunilor. Și dacă luăm în considerare faptul că instalația industrială poate fi completată cu noduri noi (de exemplu, o pompă sau un alt dispozitiv de achiziție de informații), apoi de tehnologia de comunicare necesită abilitatea de a scala. Și, desigur, tehnologia de comunicare ar trebui să asigure fiabilitatea și securitatea transferului de informații. Acest caz este un exemplu tipic al unui sistem de control distribuit, în cazul în care fiecare dintre nodurile, ca intelectual, realizează automatizarea de activitate locală, și comunicarea între nodurile sunt „slab“ - cea mai mare parte în rețea sunt transmise echipei de management operațional și modificați setarea variabilelor reglabile, Mesaje de stare Echipament și proces. Fiecare nod, de exemplu, pe baza convertorului de frecvență are propriile canale de comunicare cu senzori de proces, precum și nevoia de transmitere a datelor mari fluxuri disponibile.
Analiza tehnologiei fără fir [1], [2], [3] arată că, de înaltă tehnologie Wi-Fi, Wi-Max, Bluetooth, USB wireless destinat în primul rând pentru întreținere de periferice pentru computere și dispozitive multimedia. Ele sunt optimizate pentru transmiterea unor volume mari de informații la viteze mari, care operează în principal pe topologia „punct la punct“ sau „stea“ și de puțin folos pentru punerea în aplicare a rețelelor industriale ramificați complexe, cu un număr mare de noduri. Pe de altă parte, tehnologia ZigBee este destul de modeste ratele de viteza de transmitere a datelor și distanța dintre noduri, dar are următoarea importantă din punctul de vedere al aplicațiilor industriale avantaje.
1. Aceasta se concentrează pe utilizarea predominantă în sistemul de distribuție a controlului multi-microprocesor cu colectarea de informații de la senzori inteligenți, în cazul în care problemele legate de reducerea consumului de energie și de resurse CPU sunt cruciale.
2.Predostavlyaet posibilitatea organizării unei rețele de auto-configurarea cu topologie complexă, care mesaje de traseu determinat automat nu numai de numărul de funcționare sau de pornire / oprire a dispozitivelor (noduri) pe, dar, de asemenea, calitatea comunicării între ele, care se determină în mod automat la nivelul de hardware.
scalabilitate 3.Obespechivaet - automate punerea în funcțiune a nodului sau grup de noduri imediat după alimentarea cu energie a nodului.
4.Garantiruet fiabilitate ridicată de rețea prin alegerea unei rute alternative atunci când mesaje întreruperile / eșecuri în unități individuale.
mecanisme de 5.Podderzhivaet încorporate mesaje de criptare hardware AES-128, eliminând posibilitatea accesului neautorizat la rețea.
Organizarea de rețele ZigBee
ZigBee - un relativ nou standard wireless, care a fost inițial dezvoltat ca un mijloc de a transmite cantități mici de date pe distanțe scurte, cu un consum minim de energie. De fapt, acest standard descrie regulile software și hardware care implementează dispozitive wireless de comunicație unele cu altele.
ZigBee protocol stivă este un model ierarhic construit pe principiul unui model cu șapte straturi de protocoale de comunicații de date în OSI (Open System Interconnection) sisteme deschise. Teancul include nivele standard IEEE 802.15.4, responsabil pentru punerea în aplicare a canalului de comunicare, și straturi de rețea de software și nivele de suport aplicații definite de specificația ZigBee [1]. implementare standard de comunicare Modelul ZigBee este prezentat în Figura 3.
Figura 3 - Multi-model de comunicare ZigBee standard de
standardul IEEE 802.15.4 definește două straturi inferioare stivă: un acces mediu (MAC) și datele de nivel fizic în mediul de propagare (PHY), adică niveluri mai scăzute de protocol de transmisie de date fără fir [2]. ZigBee Alliance definește nivelurile de stiva de software din link-ul de date de nivel (Link Control Data) la nivelul profilurilor de dispozitiv (ZigBee Profiluri). Primirea și transmiterea datelor prin aer se realizează într-un PHY strat fizic, care determină banda de lucru frecventa, tipul de modulare, viteza maximă, numărul de canale (Tabelul 1). Nivelul următor PHY activarea-dezactivarea de emisie-recepție, detectarea semnalului de energie primit de operare frecvența de selecție de canal a canalului fizic, indicarea calității comunicării la primirea unui pachet de date și evaluare clară canal. Este important să se înțeleagă că standardul 802.15.4 - este radioul fizic (radio de emisie-recepție cip), iar ZigBee - o rețea logică și stiva software pentru a asigura funcțiile de securitate și de rutare.
Stratul MAC oferă diferite mecanisme de acces la rețea, suport pentru topologii de rețea de la „punct la punct“ la „rețea mnogoyacheykovaya“, schimbul de date garantate (ACK, CRC), acceptă date de streaming și pachete.
Pentru a preveni interacțiuni nedorite pot utiliza pe bază de divizare a timpului de protocol CSMA-CA (acces multiplu cu mediul purtător de detectare și prevenire a coliziunilor).
Timp diviziune ZigBee se bazează pe utilizarea modului de sincronizare, în care dispozitivele de rețea slave, cele mai multe ori sunt în „somn“ de stat, „trezi“ periodic pentru a primi semnalul de sincronizare de la coordonatorul de rețea care permite dispozitivelor să știe la ce moment de timp, în interiorul celulei de rețea locală pentru a transfera date. Acest mecanism se bazează pe determinarea stării unui canal de comunicare înainte de a începe transmiterea se poate reduce în mod semnificativ (dar nu elimina) coliziunea provocată de transmiterea simultană a dispozitivelor multiple de date. standardul 802.15.4 se bazează pe o jumătate de duplex de transmisie de date (aparatul poate fie transmite sau primi date), care împiedică utilizarea metodei CSMA-CA pentru detectarea coliziunilor - numai pentru a le preveni.
coordonator, router și dispozitivul final: trei tipuri de dispozitive sunt prevăzute în caietul de sarcini stivă. Coordonator inițializează rețelei, administrează site-urile sale, stochează informații despre fiecare nod setări, stabilește numărul de canal de frecvență și ID-ul de rețea PAN ID-ul, și în acest proces poate fi o sursă, receptor și releu de mesaje. Router-ul este responsabil pentru alegerea rutei de livrare a unui mesaj transmis prin rețea de la un nod la altul, iar în acest proces poate fi, de asemenea, o sursă, receptor sau repetoare mesaje. În cazul în care routerele au facilități adecvate, acestea pot determina un traseu optimizat pentru un anumit punct și a le stoca pentru o utilizare ulterioară în tabelele de rutare. Dispozitivul terminal nu este implicat în gestionarea rețelei și releu de mesaje, ca doar o sursă / receptor de mesaje.
Figura 4 - ZigBee topologii de rețea