پروتکل شبکه WirelessHART

پروتکل شبکه WirelessHART چیست؟

OSI مدل مرجع در اینجا برای شناسایی و توصیف ویژگی‌های مختلف پروتکل WirelessHART استفاده می‌شود.

لایه فیزیکی

• باند سیگنال ۲٫۴ گیگاهرتز تا ۲٫۵ گیگاهرتز (“ISM” – صنعتی، علمی، پزشکی)
• مدولاسیون O-QPSK (کلیدگذاری تغییر فاز چهارگانه افست)
• نرخ داده ۲۵۰ کیلوبیت بر ثانیه
• طیف گسترده توالی مستقیم (DSSS) با جهش فرکانس بین ۱۵ کانال در آن باند برای امنیت و کاهش تداخل
• داوری اتوبوس TDMA (Time-Division Multiple Access)، با شکاف های زمانی ۱۰ میلی ثانیه ای اختصاص داده شده برای انتقال دستگاه
• قدرت انتقال متغیر، با پیش‌فرض ۱۰ دسی‌بی‌ام (۱۰ میلی‌وات)

WirelessHART از ۲٫۴ گیگاهرتز (اسمی ) به عنوان فرکانس انتقال و سطوح توان پایین (۱۰ dBm اسمی) زیرا رعایت این معیارها اجازه می دهد تا دستگاه های WirelessHART طبق استانداردهای FCC (کمیسیون ارتباطات فدرال) بدون مجوز باشند. اگر WirelessHART خارج از این محدودیت ها باشد، FCC کاربران نهایی را ملزم می کند که مجوزهای استفاده از این دستگاه ها و مجوز برای پرسنل تعمیر و نگهداری نصب و نگهداری دستگاه ها را دریافت و حفظ کنند. چنین الزاماتی WirelessHART را برای همه برنامه‌ها به جز چالش‌برانگیزترین برنامه‌ها بسیار گران می‌کند و در نتیجه بازارپذیری آن را محدود می‌کند.

داوری گذرگاه TDMA به این معنی است که مدیر شبکه زمان‌های انتقال همه دستگاه‌های میدانی را برنامه‌ریزی و زمان‌بندی می‌کند و به هر یک زمان اختصاصی خود را برای “گفتن” می‌دهد. با این شکاف‌های زمانی غیرهمپوشانی که برنامه‌ریزی شده و برای همه دستگاه‌های میدانی پخش می‌شوند، از برخوردها جلوگیری می‌شود و در عین حال قطعیت (تضمین رسیدن بسته‌های داده به مقصد در یک زمان مشخص مشخص) و جلوگیری از هرگونه وقفه فیزیکی در مسیر داده تضمین می‌شود. .

هدف از توان انتقال متغیر (طبق برنامه ریزی شده توسط مدیر شبکه) حفظ عمر باتری است: یک اولویت مهم برای ابزارهایی که منبع اصلی (یا حتی تنها) انرژی آنها یک باتری با عمر محدود مزیت ثانویه این ویژگی محدود کننده توان این است که پتانسیل تداخل شبکه WirelessHART در سایر دستگاه های بی سیم با باند ۲٫۴ گیگاهرتز یکسان به حداقل می رسد.

لایه پیوند داده

• شماره شناسه شبکه به طور منحصربه‌فرد هر شبکه WirelessHART را شناسایی می‌کند و به شبکه‌های متعدد اجازه می‌دهد تا روی یک منطقه فیزیکی همپوشانی داشته باشند
• “فهرست سیاه” کانال – به طور خودکار از پرش به کانال های پر سر و صدا جلوگیری می کند

لایه شبکه

• شبکه «مش» – دستگاه‌ها به‌طور خودکار با هر دستگاه WirelessHART نزدیک دیگری پیوند برقرار می‌کنند
• تکرار سیگنال – دستگاه ها ممکن است به عنوان “تکرار کننده” برای سایر دستگاه ها بسیار دور از واحد اصلی عمل کنند
• دستگاه مدیر شبکه مسیرهای ارتباطی بین دستگاه‌های میدانی و همچنین برنامه‌های زمان‌بندی را تعیین می‌کند
• چهار سطح اولویت پیام داده (فهرست شده از بالاترین به پایین ترین):

سطوح پیام داده ها:

• فرمان: پیام های مدیریت شبکه

  داده های فرآیند: مقادیر PV

  عادی: همه پیام‌ها غیر از فرمان، پردازش یا هشدار

  هشدار: پیام‌هایی که هشدارها و رویدادهای دستگاه را گزارش می‌کنند

مدیر شبکه در یک شبکه WirelessHART نقشی مشابه Link Active Scheduler (LAS) در بخش شبکه FOUNDATION Fieldbus ایفا می کند. مدیر شبکه زمان‌هایی را برای ارتباط دستگاه‌ها اختصاص می‌دهد، مسیرهای ارتباطی جایگزین را تعیین می‌کند (یعنی مش را طراحی و به‌طور مداوم به‌روزرسانی می‌کند)، و به طور مداوم توان انتقال دستگاه را به منظور اطمینان از عملکرد بهینه تنظیم می‌کند. این مدیریت پویا شبکه بی سیم به منظور حفظ زمان تأخیر داده کم و قابلیت اطمینان بالا در مواجهه با متغیرهای محیطی در حال تغییر مانند اجسام وارد و خارج از مسیرهای رادیویی (به عنوان مثال جرثقیل، کامیون، لیفتراک، بالابر انسان) بسیار مهم است. ، داربست و هر سازه فلزی بزرگ دیگری که ممکن است به طور موقت محیط RF را در یک محیط صنعتی تغییر دهد.).

لایه برنامه

• رمزگذاری ۱۲۸ بیتی داده ها
• سازگاری با ساختار فرمان سیمی HART و DDL (زبان توصیف دستگاه)

سازگاری معکوس WirelessHART با ابزارهای Wired-HART یک ویژگی فوق العاده ارزشمند این استاندارد است، زیرا در را به روی یکپارچه سازی بی سیم ابزارهای قدیمی HART باز می کند. تنها چیزی که برای ساختن یک ابزار HART سیمی به بخشی از یک شبکه WirelessHART فعال نیاز است، اتصال آداپتور مناسب مانند THUM امرسون است. اساساً، این مرحله یک آنتن (و الکترونیک رابط شبکه مرتبط) را بر روی هر ابزار قدیمی HART اضافه می‌کند و آن را قادر می‌سازد با ابزارهای WirelessHART بومی و با دروازه بی‌سیم ارتباط برقرار کند. این سازگاری رو به عقب همچنین یکپارچه سازی ابزارهای WirelessHART را بهبود می بخشد، زیرا ممکن است با نرم افزار قدیمی HART به همان راحتی که دستگاه های HART سیمی می توانند ارتباط برقرار کنند.

پروتکل های شبکه بی سیم دیگری وجود دارند که مشابه WirelessHART هستند اما یکسان نیستند. چند مورد در اینجا برای درک بهتر فهرست شده است.

WirelessHART در مقابل بلوتوث

بلوتوث یک استاندارد ارتباط بی سیم محبوب است که در محاسبات شخصی و سایر دستگاه های الکترونیکی شخصی مانند هدست تلفن همراه استفاده می شود.

مثل WirelessHART، بلوتوث از کانال پرش پشتیبانی می کند و از داوری TDMA استفاده می کند. با این حال، بلوتوث از توپولوژی شبکه ستاره ای بسیار ساده تری استفاده می کند: حداکثر هفت دستگاه برده بلوتوث ممکن است با یک دستگاه اصلی بلوتوث ارتباط برقرار کنند. در مقابل، WirelessHART اجازه می دهد تا تعداد بیشتری از دستگاه های میدانی با یک دستگاه مدیر شبکه ارتباط برقرار کنند، و توپولوژی شبکه مش است، که در آن هر دستگاه ممکن است داده ها را به هر دستگاه دیگری در همان شبکه ارسال کند و آن دستگاه دیگر داده ها را “تکرار” کند. به مدیر شبکه.

WirelessHART در مقابل ZigBee

ZigBee یک استاندارد ارتباط بی سیم شبکه شبکه ای است که در سیستم های اتوماسیون ساختمان کاربرد پیدا کرده است. این استاندارد IEEE 802.15.4-2006 را برای لایه های فیزیکی و پیوند داده اعمال می کند، در حالی که WirelessHART از لایه پیوند داده منحصر به فرد خود استفاده می کند که شامل ویژگی هایی مانند “فهرست سیاه” کانال و همگام سازی زمان اسلات برای جلوگیری از برخورد می شود.

یک تفاوت عمده بین ZigBee و WirelessHART روش های داوری کانال مورد استفاده است: ZigBee از CSMA/CA استفاده می کند در حالی که WirelessHART از TDMA استفاده می کند. زمانی که تعداد زیادی از دستگاه‌ها در محدوده یکدیگر قرار دارند، داوری تقسیم زمانی از نظر زمانی کارآمدتر (و مطمئناً قطعی‌تر) است.

WirelessHART در مقابل Wi-Fi

Wi-Fi (IEEE 802.11) یک استاندارد ارتباط بی سیم است که برای دسترسی به اینترنت رایانه شخصی بسیار محبوب است. برخلاف WirelessHART، Wi-Fi از کانال پرش برای امنیت و کاهش تداخل پشتیبانی نمی کند. Wi-Fi، مانند ZigBee، از داوری کانال CSMA/CA نیز استفاده می کند، در حالی که WirelessHART از داوری کانال TDMA برای دستیابی به جبر استفاده می کند.

در صورت هرگونه سوال و نظر با مجموعه پرگاران تماس حاصل فرمایید.

جهت کسب اطلاعات بیشتر اینجا کلیک کنید.