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    摘要：工業控制系統的網絡化為無線技術在工業控制系統中的應用提供了基礎和可能。在一些工業控制網絡中，無線通信技術已獲得了應用。如德國菲尼克斯電氣在Profinet的控制網絡中結合無線以太網技術，使控制網絡具有了無線通信功能。由于無線網絡無可比擬的優越性，它可以免去大量的線路連接，節省系統的構建費用和維護成本，還可以滿足一些特殊場合的需要，與此同時，大大增強了系統構成的靈活性。加之無線通信技術自身的不斷改進，無線通信技術在工業控制領域中必將具有廣闊的發展空間和應用前景。

     上個世紀末802.11標準橫空出世，古語云：“以史為鑒，可以知興替”，回顧WLAN發展的歷史，尤其是2008年以來的變化，我們能夠發現：WLAN正面臨一個快速成長的時代。在IT技術的不斷推動下，WLAN技術取得了深入的發展，不單單應用于個人局域網部署。同時，也被眾多企業客戶慧眼識金，利用無線網絡部署，延展有線網絡，提高企業生產率，有句話說的好，有序集成的信息可以創造生產力！

                   

                                                  圖1

     無線局域網目前有三個標準：802.11a、802.11b、802.11g，以前由于802.11a和802.11b標準不兼容而導致了爭論，這一直干擾著WLAN走向普遍應用。隨著IEEE最終通過了無線網絡標準802.11g，而使得無線標準得到了統一。其中，802.11g和802.11b保持兼容，速度提升至54M。從長遠來看，802.11g一統大局是必然趨勢。

                   

                                                           圖2

     相對于802.11g標準，802.11n在覆蓋范圍、穩定性、向后兼容性等方面都有很明顯的提升，但是最明顯的進步連接速率從802.11g的54Mbps提升到802.11n的300Mbps。300Mbps的物理連接速率，將徹底改變人們固有的對WLAN的觀點，11M的802.11b，甚至54M的802.11b無線聯網，基本上都被看作是以太網的一個補充，目前局域網連接速率，基本上都是100M的快速以太網部署，部分企業環境甚至已經是千兆以太網到桌面。WLAN 54M的物理連接帶寬實在是沒有什么吸引力。因此在多數人眼中，WLAN是一個難以提供QOS保證的網絡，能用就用，不能用也無所謂。802.11n帶寬的提升，徹底變革了IT行業思維，300M的物理連接帶寬已經超過100M的快速以太網，而且穩定性、覆蓋范圍等多方面的提升，市場已經不能僅僅將其看作以太網的補充。

    WLAN企業用和家庭用的區別

    家庭用戶以及SOHO對WLAN的使用，主要目的是希望利用WLAN“溝通無極限”的方便性，克服傳統有線網絡在這些環境下布線的不便。于是只要能連接上網，目的就達到了。這樣的需求很好滿足，如可以去購買一個AP（無線接入點）和若干無線網卡就可以輕松實現。目前隨著價格的下降，這樣的使用已經成為普及型的應用。

    更為高層次的應用就是在企業內部成規模地部署無線網，把WLAN融合到企業內部現有的有線網絡中，形成一個有機的共同體，達到提高生產效率的目的。

    無線網和有線網的一個最明顯的區別就是，無線網的信號是以電磁波的形式在空氣中傳播，附近的區域都可以接收到無線信號，而調制在無線電波上的信息，就屬于企業的內部秘密，是不希望被企業之外的人得到的。對于家庭和娛樂應用來說，這可能不算什么，但是對于企業來說，則是關系到商業機密的大事，馬虎不得。無線局域網雖然給人們插上了自由的翅膀，但是帶來的安全隱患也讓很多企業用戶擔心不已。由于無線信號的無處不在，企業普遍擔心企業內部網的信息會被無線局域網傳播出去，或者由于未授權的訪問導致的企業信息泄露等。

     其次，對于網絡的接入，由于無線網的融入，企業網好像變成了一個隨時可以擴充的氣球。雖然方便了使用，但是需要防止那些非授權用戶的使用。因為只要有一個帶有無線網卡的筆記本電腦在無線接入點附近，就有從那里接入企業網的可能。這就需要無線接入點對接入客戶進行認證，避免非法接入。

     當然，工廠應用的安裝環境也和家庭辦公室環境截然不同，無線網絡的抗干擾問題，在這些環境顯著突出。工作在2.4G和5G頻帶內，采用直序擴頻技術的WLAN設備，在工業現場表現如何，還需要真實環境下的檢驗。

    安全是走向企業應用的前提

    IEEE標準委員會經過漫長的爭論后終于批準了802.11i標準。802.11i就是為了解決Wi-Fi無線網絡安全而提出的一個標準，業界有人干脆稱其為Wi-Fi安全標準。

     在802.11i標準之前，其實Wi-Fi也有安全方面的考慮：WEP——無線加強等效保密協議，就是這樣的安全協議，但它僅能提供基本的安全保護，極易被破解。WEP屬于第一代802.11安全標準，由于本身存在漏洞，即采用RC4密碼算法，所以它存在被攻破的危險。

                   

                                             圖3

    在WEP遭到廣泛的質疑后，緊接著，Wi-Fi聯盟推出了Wi-Fi保護接入協議（WPA）。WPA實質上只是新型安全規范802.11i的一個子集，它主要解決WEP加密方案在集成基于802.1x認證機制以及與傳統硬件相匹配的TKIP（臨時密鑰完整性協議）加密機制時存在的缺陷。802.11i的加密協議主要是基于增強加密標準AES(高級加密標準)而制訂，能實現802.11數據幀加密，以及復雜完善的認證和動態密鑰分配機制。它的密鑰可以支持128位、192位、甚至256位。同時符合聯邦信息處理標準140-2認證，進一步加強了對敏感信息的保護。新的標準還在Wi-Fi無線網卡中加入了兩層安全保護，充分保障了企業局域網內部的無線接入安全。

    快速傳輸和QoS保障無線視頻

    視頻信號對無線信道提出了苛刻的要求，首先是速度要保證，然后是要有優先級QoS控制，這樣才能在WLAN上順暢實現無線視頻應用。

    首先，對于傳輸速度的問題。目前的802.11g標準最高的數據傳輸速率是54Mbps，但是實際速率一般不超過20Mbps。盡管這個數值對很多應用而言已經足夠了，但對那些高速互聯設備，特別是流媒體和視頻應用而言還遠遠不夠。它們需要100Mbps或更高的速率。

    802.11標準的新版本802.11n，能在20MHz到40MHz的帶寬內，實現超過100Mbps的數據傳輸速率。此標準還允許在100米或更遠距離上的無線設備間能進行高速互聯。

    要在WLAN上實現語音和視頻等多媒體通訊，就需要在傳輸數據的時候，對數據進行傳輸優先級分類。一般的數據傳輸由于對時延不很敏感，所以可以把優先級別降低；對于語音和視頻數據，則需要提高它們的優先級，這就是QoS的基本思路。在無線網絡中實現QoS的標準是IEEE802.1e，這項標準將使WLAN管理員能夠設置不同種類數據包的優先范圍，并可控制被發送數據包之間的時間間隔。這就為語音和視頻的傳輸開了綠燈。

     WLAN的QoS應當根據數據包的類型來處理流量，如將它們分為語音、數據或視頻等。服務級特性（Class-of-Service）對流量進行分類，而QoS特性則對傳輸的流量設置優先級。隨著語音和視頻應用的增多，QoS在無線LAN中的作用也變得越來越重要。QoS可以使網絡管理員更方便地管理WLAN的帶寬，而WLAN帶寬常常會被語音和多媒體應用以及大型文件傳輸等迅速占用。

                   

                                                            圖4

    無線組網帶來的福音

    一些大集團公司在不斷發展壯大過程中，覆蓋范圍不斷擴大。在發展過程中逐步建立起來很多培訓中心、物業、研究所、倉庫等。這些機構位置分散，如果采用傳統的光纜施工，不僅施工困難、費時也費力；而且由于其中有些建筑之間的連接可能要跨過交通要道，動工鋪設光纜需要報批，手續很復雜，而且不易批準。這樣一來，無線組網方式的靈活性就顯現出來了，這也正是無線局域網大顯身手的時候。

    安徽江淮汽車工廠的底漆生產線改造中就應用了WLAN技術來取代老的滑觸線系統，不僅節省費用，還大大提高了生產效率，產能提升近30%。整個項目采用了IP65高防護等級的FL WLAN 24 AP 802-11進行冗余部署，輸送帶上的自行小車采用FL WLAN 24 EC客戶端輕松接入無線網絡。遵循802.11i最高加密128位，更是滿足了系統可靠性穩定性的技術要求。

                      

                                                                圖5

    WLAN無線定位成為新亮點

    WLAN的技術特點使得其具備定位的功能，各家廠商都在努力使WLAN的定位更加精確。

     根據不同的精確度定位跟蹤的方式有多種，最簡單也是最常用的是通過RSSI（接收信號強度指示器）對最接近802.11設備的AP或傳感器的身份驗證，來完成基于信號強度的跟蹤。通常這意味著一旦監控系統識別了最近的AP（接入點），就要依靠管理員手持分析儀來跟蹤定位。這種方式提供的精確度只是在最近的AP范圍以內。有時其它AP的RSSI也會被標示出來協助定位。通過加入一些智能算法和一幅平面圖，監控系統可以采用三角測量法來定位，這增加了定位精度。三角測量則可以將定位精度限制于40-90平方米的范圍之內。

     來自冶金行業的智能掛牌檢修系統就是無線定位應用的最佳案例，某鋼廠每年都要進行類似大小修的設備維護和保養工作，傳統的手工方式，存在檢修漏洞和人為疏忽，且不易記錄和問責。工程技術人員，采用了全廠WLAN布局，在全廠室內和室外分別架設IP20和IP67保護等級的無線以太網接入點（AP），維護人員通過手持設備可以在任意角落訪問檢修系統界面，通過無線網絡，與服務器端通訊，實現電子確認，并記錄操作工號及相關權限，實現了電子化流程，事件記錄可查，解決了歷史問題。

                    

                                                 圖6


    結束語

     隨著科學技術的不斷發展，IT技術所驅動的無線網絡越來越受到關注。當然工業現場所需的技術不單單是802.11 WLAN，還包括藍牙、Zigbee、GSM/GPRS、數傳電臺等等，如何選取適合您的工業無線網絡，還需要全面分析包括：安裝環境、系統接口、天線安裝、傳輸距離、安全性、可靠性等諸多因素。如果還有疑問，馬上聯系菲尼克斯電氣，來自德國的工業無線專家，全球領先的無線科技和應用方案，必有一款適合您的應用！