工业无线网络WIA技术分析

工业无线网络WIA（工业自动化的无线网络）技术是一种智能的多跳的具有自主知识产权的无线传感器网络技术，这是由中国科学院沈阳自动化推出。
工业无线网络WIA工业无线网络WIA技术（工业自动化的无线网络）技术是一种多跳无线传感器网络技术由沈阳自动化研究所具有自主知识产权的、高可靠性、低功耗的智能开发，该技术提供了一种自组织和自修复智能网络Mesh路由协议，可以根据应用条件和环境的动态变化，保持网络高性能、高可靠性、稳定性强。

基于IEEE 802.15.4无线通信标准的工业无线网络WIA技术，用于与中国证监会规定的无线频段，解决多径效应在工厂环境下的各种大型设备，在无线信号的反射金属管和散射的电磁噪声对无线通信和电机的干扰造成的，当设备运行满足工业应用的需求，可靠性高，实时无线通信服务。
通过对工业无线网络WIA技术的使用，用户可以实现低投资的产业的全过程和操作成本；无处不在的感知，进入传统由于成本原因不能重要的工业过程在线监测参数，并对最优控制的实现的基础上，提高产品质量和节能目标。
工业无线网络WIA技术主要应用于石油、石化、冶金、环保、污水处理等。
选择五个最重要的工业无线技术标准。无线应用带来了许多新的功能，如新的监控，提高现有设备的灵活性，降低操作和流程管理成本，并将其引入到他们所服务的行业中，反过来，出现了许多不同类型的无线技术和应用以满足日益增长的需求。
需要强调的是，该行业存在着一些特殊的挑战，但许多传统的无线技术并不是专门针对这些挑战而设计的，这些挑战包括在物理干扰的RF环境中的高可靠性、低功耗和良好的工作能力。当然，他们必须具有成本效益。
越来越多的无线技术应用也成了一个挑战。许多无线应用程序争夺相同的RF空间，导致频谱太多，与现有的挑战相交织，选择合适的技术以满足特定应用的挑战，工程师需要考虑可靠性、简单性、效率、传输范围和成本。

可靠性指的是无线系统在各种工业壁垒的存在下成功地进行通信的能力，我们可以根据无线系统的一些特征参数来评估其可靠性。
射频频谱：用于无线系统通信的物理rf频谱
接收灵敏度：收发器完成通信所接收的最小信号电平。
输出功率：可输出的信号电平
射频捷变：能够在射频频谱中移动以避免干扰。
抗干扰：在有干扰的情况下在给定信道中进行通信的能力。
射频波的物理特性使其频谱高度依赖于环境，频率越低，波长越长，典型的活建筑材料如液体和钢筋混凝土就越不易被吸收。
然而，为了减少干扰与其他无线通信技术、射频频谱的使用受到了严格的监管。射频频谱中，本地或国际组织保留几个乐队只有授权的通信，并称之为工业、科学和医疗（ISM）频段，这些频段，主要频段的2.4ghz部分。在这一频段，由于其波长短，信号被快速吸收，这是不利于射频传输的工业环境。我们需要更多地关注其他可靠性评估指标。
我们可以将接收灵敏度、输出功率和抗干扰度形成一个更宏观、更重要的可靠性指标mdash；mdash；链路预算，链路预算是一个综合的接收灵敏度值，输出功率和anti-interference.the提高接收系统的灵敏度、更大的输出功率和抗干扰度的链接更大的预算，链路预算越大，吸收的射频和射频干扰对系统的可能性较小，而更大的可靠通信的潜力。
收发器的接收灵敏度和输出功率强烈依赖于所使用的组件，并且易于评估和比较。但是，干扰的程度很大程度上取决于无线收发机用来提高其生命力的技术，直接序列扩频（DSSS）调制是直接用来提高抗干扰度的最佳技术之一。
直接序列扩频调制的本质是通过将前向纠错引入到传输信号中来减少由于信号干扰引起的数据丢失，特别是基于发射机和接收机共享的伪随机噪声码，并将数据压缩成更大的比特流。
图1显示了将8位数据编译成32个代码（芯片）数据的过程，其中4位相当于一位。
这些芯片的调制为射频信号发出。接收机解调芯片从接收到的信号和逆向编码扩频。虽然有解调误差由于信号噪声或干扰，我们仍然可以记得原始数据。

射频干扰避免技术的灵活性提高了可靠性，如跳跃或移动的射频频谱，频谱系统自由移动的程度更大，找到一个小的RF环境安静的能力越强，包括伪随机跳频或跳频基于算法，各种常用的不断跳跃的频谱减少干扰射频敏捷技术（见图2）。

从可靠性的角度来看，存在连续跳频问题。在繁忙的射频频谱中，系统可能会跳入强干扰的频谱中，更聪明的方案是在干扰时仅跳频，一旦发现安静和不干扰的频率，就停止了跳频。
无论是使用射频敏捷灵活，也依赖于射频频谱和信道的大小，使用射频频谱的影响可用的灵活空间。例如，由于频率分布，工作频率较低的系统比频率较高的系统更灵活。例如，2.4GHz系统有约100MHz可用的频谱，和900MHz系统只有26mhz。
通道宽度也是影响RF的敏捷能力的一个重要因素。较小的通道宽度，大的中捷将在光谱的变化。RF的灵活性更强，避免干扰和干扰之间找到正确的位置的能力就越强。例如，802.15.4通道宽度为基础的系统为5MHz，和只有16个可用信道，而通常的通道宽度1mhz系统有80个可用信道，所以有更多的可用的逃生位置。
因此，可靠性取决于链路预算、射频灵活性和射频频谱，在相同的射频频谱下，无线系统的可靠性与链路预算和射频捷变能力正相关。
此外，虽然低频技术在某些特定的环境中（如在水管上的工厂中使用的低频技术）具有卓越的性能，但它仍然不如能够增加链路频率预算和rf敏捷能力的技术。
理想的情况是，在工业领域的无线系统应能完成同样功能的电缆系统，可以简单地实现。我们应该从两个不同的角度考虑问题：一是从简单的设计终端产品代替有线产品工程师的视角；另一是从用户的安装角度使用这些产品。
从工程师的角度，简单可以定义为设计、开发的难易程度，一个无线系统和实施。在这方面，简单是关心组件使用方便，什么辅助工具可以用于设计和开发，以及是否有认证的组件来消除或减少令人生畏的本地无线认证过程。灵活的可编程技术使工程师能够最大限度地设计系统的调整和提高无线系统的可用性。

然而，灵活性和可编程性通常会增加复杂性，所以开发环境和开发工具，包括硬件工具和软件工具，必须易于使用和理解。包含评估套件的开发工具有助于全面评价和了解硬件和软件。理想情况下，工程师应该得到一个完整的无线协议栈和应用样本库，帮助文档和实例代码来加快学习过程。
从用户的角度看，包括配置和无线设备的激活在目标环境和相关业务流程的影响容易。例如，可靠性和传输系统的距离对无线技术的测试运行的故障率。系统具有故障试运行最终会通过现场检查确定最佳位置和通信路径。
此外，该技术适应业务流程允许用户快速整合技术的利益纳入日常业务。这些技术包括监测和无线遥控执行和支持逻辑自动应答系统可编程灵活的接口，这些接口通常被称为仪表板，它可以很容易地集成了无线网络的状态信息纳入现有的报告和分析过程。
一般来说，无线系统最终必须像电缆系统一样易于管理和使用，从工程师和用户的角度对系统进行定性评估有助于理解和实现这一目标。
效能是衡量无线系统的功率电平，测量的优点和缺点，无线方案较传统的方法是测量系统所使用的元件的功率，但这还不是问题的全部。例如，大多数在最小功率状态的时间（睡眠模式）系统的高可靠性通常只有在低功耗状态比收发系统功能但不可靠因为较高的，在睡眠模式的时间少了不可靠的系统，并在高功耗的转发方式更多的时间。因此，可靠性是衡量系统的实际效率一个重要的指标。
除了可靠性，系统的行为，如主动电源管理（输出功率动态控制）也可以降低功耗和提高效率。系统，一直致力于降低输出功率的通信的最低水平必须不仅可靠而且高效的。虽然这不是一个新的无线技术的概念，它是从保证系统来降低系统功耗的新概念。
传输距离，无线信号可以传送和接收可靠编译成数据的距离。考虑到行业变化不利于射频传输环境，最重要的指标是链路预算和可靠性在决定哪些技术可以获得最佳的传输范围。
无线系统也可以通过芯片功率放大器芯片和非提高链路预算。如果功率放大器是用在实施过程中，对高可靠系统的传输范围会更大。也就是说，效率高的系统只使用这些功率放大器时才会增加是绝对必要的。

扩展无线系统传输范围的其他方法包括中继器、路由器和点对点通信等技术，由于时延和通信路径的不确定性，这些基于无线协议的技术增加了复杂性，增加了功耗，降低了可靠性。
因此，通过增加功率放大器来提高信号的可靠性或进一步提高信号的幅度是维持所有指标和提高传输范围的最佳方法，但受当地频率使用规程的限制。
由于无线系统的成本涉及到很多指标，最小成本并不总是最优的一个特定的操作环境。相反，我们应该着眼于整个系统的成本。例如，如果可靠性低，一个工作区的使用（如成本高和由于环节增加数量，预算低功率放大器采用电缆支撑系统等），所以，在无线系统的评价，也要包括这些费用。
此外，如果系统可以完成更多的功能，带来更多的利益作为一个整体的系统，我们应该把这些新功能的价值考虑mdash；mdash；事实上，我们应该从系统的总成本中扣除值。
假设所有其他指标不变的情况下，一个技术的方式来降低无线系统的成本是提高系统对用户的价值或降低系统的实际购置成本。成本通常需要开发商和供应商谈判，但有些应用系统可能对性能要求相对较低（闪存，内存，处理能力等），可降低元件成本。
例如，与简单的星型网络协议相比，网格网络协议通常需要更复杂的记忆，因为通信路由网在整个网络的需要，星网是一个简单的点对点协议，路由功能只需要一定程度的枢纽，是开展其他指标不变条件下的比较。如果网格方案更可靠或反之亦然比星型模式，这是一个不合理的比较。
简单、效率、可靠性、传输距离和成本是比较重要的指标五、评估和工业无线技术选择。每个指示器显示一个特定的技术在一个独特的视角的优点。为了确保最合适的无线技术是选择一个特定的应用，这些指标必须检查一个一个当优势和不同工艺的优缺点比较。