Introducere în protocolul WirelessHART
Standardul WirelessHART
Specificația de comunicație WirelessHART a fost recunoscută oficial de Comisia Electrotehnică Internațională (IEC) în septembrie 2008 și a devenit standardul internațional IEC pentru comunicațiile wireless industriale (IEC 62591). Aceasta poate îndeplini cerințele industriei de procesare privind fiabilitatea, anti-interferențe și anti-interferențe în aplicațiile din fabrici în timp real. Securitatea, flexibilitatea rețelei și cerințele de compatibilitate sunt importante.
Rețelele WirelessHART acceptă o gamă largă de dispozitive de la numeroși producători, iar produsele ar trebui clasificate în 5 tipuri diferite de produse:
Figura 1 Tipuri de dispozitive de rețea WirelessHART
• Echipament de teren: echipament de bază care realizează funcții de detectare sau execuție la fața locului;
• Adaptor: Conectați-vă la dispozitivele de teren HART existente pentru a activa capacitățile de comunicare wireless;
• Gateway: permite comunicarea între aplicațiile gazdă și dispozitivele care sunt membre ale rețelei wireless;
• Manager de rețea: Responsabil pentru configurarea rețelei, aranjarea comunicării între dispozitivele de rețea, gestionarea tabelelor de rutare și monitorizarea și raportarea stării de funcționare a rețelei wireless;
• Dispozitive portabile: utilizate pentru configurarea, întreținerea sau controlul activelor instalației.
Stratul de protocol
Stiva de protocoale WirelessHART urmează arhitectura modelului de protocol OSI pe 7 niveluri. Include stratul fizic, stratul de legătură, stratul de rețea, stratul de transport și stratul de aplicație.
Figura 2 Comparație între modelul de protocol OSI pe 7 niveluri și structura protocolului WirelessHART
Stratul fizic
Stratul fizic WirelessHART este practic un strat fizic bazat pe standardul IEEE 802.15.4-2006 2.4GHz DSSS. Acest strat definește caracteristicile RF, cum ar fi modelul semnalului, puterea semnalului și sensibilitatea dispozitivului. WirelessHART funcționează în banda de frecvență ISM liberă de 2400 ~ 2483.5MHz, iar rata sa de transmisie a datelor poate ajunge până la 250kbit/s. Această bandă de frecvență este împărțită în 16 canale și este numerotată de la 11 la 26. Spațierea dintre frecvențe dintre două canale adiacente este de 5MHz.
Stratul de legătură de date
O caracteristică distinctivă a standardului WirelessHART este stratul de legătură de date bazat pe sincronizarea timpului. Intervalul de timp de comunicare al stratului de legătură de date WirelessHART este definit strict la 10 ms, iar tehnologia TDMA este utilizată pentru a sprijini evitarea coliziunilor și comunicarea deterministă.
Stratul de rețea și stratul de transport
Stratul de rețea și stratul de transport lucrează împreună pentru a oferi o comunicare sigură și fiabilă pentru dispozitivele de rețea. Pentru a susține structura rețelei Mesh, fiecare dispozitiv WirelessHART trebuie să transmită date către alte dispozitive.
Stratul de aplicație
Nivelul aplicației este nivelul superior al standardului WirelessHART, care definește diverse comenzi, răspunsuri, tipuri de date și rapoarte de stare ale dispozitivelor. În standardul WirelessHART, comunicarea dintre dispozitive și gateway-uri se bazează pe comenzi și răspunsuri. Nivelul aplicației este responsabil pentru analizarea conținutului mesajului, extragerea numărului comenzii, executarea comenzii specificate și generarea unui răspuns.
Arhitectură de securitate
Rețeaua WirelessHART este un sistem de rețea securizat. Atât stratul MAC, cât și stratul de rețea al WirelessHART oferă servicii de securitate. Stratul MAC utilizează o combinație de verificare a redundanței ciclice (CRC) și cod de integritate a mesajului (MIC) pentru a oferi servicii de integritate a datelor hop-to-hop. Atât expeditorul, cât și receptorul utilizează modul CCM și algoritmul de criptare pe blocuri AES-128 pentru a genera și verifica MIC. Stratul de rețea utilizează diverse chei pentru a oferi servicii de criptare end-to-end și integritate a datelor. Sistemul de securitate WirelessHART definește patru chei:
• Când nu există o cheie de rețea, cheia publică este utilizată pentru a genera MIC-ul de nivel MAC.
• Cheia de rețea este partajată de toate dispozitivele de rețea și utilizată de acestea pentru a genera MIC-uri la nivelul MAC.
• Cheia de acces la rețea este unică pentru fiecare dispozitiv de rețea. Când un dispozitiv se conectează la rețea, cheia de acces la rețea este utilizată de administratorul de rețea pentru a autentifica noul dispozitiv care solicită acces la rețea.
• Cheile de sesiune sunt create de administratorul de rețea. O cheie de sesiune este unică pentru conexiunea end-to-end dintre două dispozitive de rețea și este utilizată pentru a oferi criptare end-to-end și servicii de integritate a datelor. Cheile de sesiune pot fi împărțite în continuare în chei unicast și chei broadcast.
Produse din seria WirelessHART
Produsele wireless inteligente de la Microcyber utilizează tehnologia wireless WirelessHART, axată pe automatizarea proceselor. Aceasta are caracteristici precum auto-organizarea rețelei, auto-repararea, consum redus de energie, criptarea datelor etc., asigurând o funcționare fiabilă și o instalare flexibilă și rapidă. Prin intermediul modulelor noastre wireless, gateway-urilor wireless, adaptoarelor wireless, emițătoarelor de temperatură wireless și altor produse, putem realiza rapid colectarea datelor, monitorizarea proceselor, operarea echipamentelor, întreținerea și diagnosticarea amplasamentelor industriale complexe. Produsele wireless inteligente de la Microcyber au devenit soluția preferată de comunicații wireless industriale pentru clienții finali autohtoni. Companii de renume internațional s-au alăturat, de asemenea, rândurilor de cooperare și au fost utilizate pe scară largă în petrochimie, energie electrică, metalurgie, fabricarea de mașini și alte domenii.
Punct de acces la internet industrial
Microcyber se dedică cercetării și dezvoltării, producției, vânzărilor și aplicării integrate a produselor IoT industriale.
Microcyber este primul sistem de protocoale fieldbus din China și al treilea din lume care a trecut certificarea internațională, primul instrument fieldbus din China care a trecut certificarea internațională, prima aplicație demonstrativă a unui sistem de control în rețea din China și prima funcție din China care a trecut certificarea internațională, primul produs wireless HART din China care a trecut certificarea internațională etc.
Microcyber este una dintre principalele unități de întreprindere ale unor proiecte științifice și tehnologice naționale importante în domeniile Internetului Lucrurilor industriale și automatizării industriale. De-a lungul anilor, am realizat o serie de proiecte științifice și tehnologice naționale majore, Planul Național de Cercetare și Dezvoltare în Tehnologie Înaltă (Planul 863) și dezvoltarea de echipamente inteligente de producție. Proiecte speciale și alte planuri științifice și tehnologice naționale.
Microcyber a acumulat o vastă experiență în capacități tehnice, realizări tehnice și rezerve tehnice și are o echipă puternică de cercetare și dezvoltare pentru a proteja dezvoltarea durabilă a produselor companiei.
