博大精深 細致入微
無線HART可靠的協(xié)議
2022-09-21
Wireless HART協(xié)議構筑在IEEE802.15.4無線平臺上,工作頻率為專用于工業(yè)、科技和醫(yī)療(ISM)應用的,無需許可證的24GHz寬帶信道,該頻率采用DSSS直接序列擴頻技術和FHSS跳頻擴頻技術來保證安全和可靠性,并采用時分多址(TDMA)的同步、隱式報文控制通信技術進行網(wǎng)絡設備通信。它強制規(guī)定所有的兼容設備必須支持可互操作性,不同供應商提供的Wireless HART設備無需進行系統(tǒng)操作就能實現(xiàn)互換,即連即用。WirelossHART向后兼容現(xiàn)有的HART設備和應用,傳統(tǒng)的HART應用,無需進行任何軟件升級,都可以利用Wireless HART協(xié)議。該協(xié)議已成為IEC62591國際標準。
時間同步網(wǎng)狀網(wǎng)絡協(xié)議(TSMP)
無線HART采用網(wǎng)狀網(wǎng)絡拓撲結構。網(wǎng)狀網(wǎng)絡的每一個裝置都可為其它裝置的報文提供路由功能。換句話說,一個裝置無需直接與網(wǎng)關通信而只需將其發(fā)送的報文傳遞到最近的下一個裝置。這樣就擴展了網(wǎng)絡范圍,并增加了冗余通信路由能力,最終增強了網(wǎng)絡可靠性。為了保證冗余路由途徑保持開放和暢路,報文將持續(xù)在冗余路徑之間進行切換選擇。就如Internet技術中那樣,如果一條報文無法通過某一路由到達目的地,它將自動重新路由到一條正確的冗余路徑上,而且數(shù)據(jù)不會丟失。因此,WirelessHART網(wǎng)狀網(wǎng)絡具有自組織和自愈特性,即動態(tài)組網(wǎng)功能?! ?/span>
Wireless HART真正的優(yōu)勢是時間同步網(wǎng)狀網(wǎng)絡協(xié)議(TSMP),該協(xié)議提供冗余技術和保證在時間、頻率以及空間上不會中斷,從而確保即使在極其惡劣的無線環(huán)境中也具有很高的可靠性。TSMP也提供自組織、自愈網(wǎng)狀網(wǎng)絡路由所需的智能功能。其結果是可以構筑一個短程(廠內50~100m)無線網(wǎng)絡,該網(wǎng)絡無需專門技術安裝容易,能夠自動適應環(huán)境的各種變化,并能按需進行擴展。
TSMP的時間同步通信、跳頻、節(jié)點自動加入和網(wǎng)絡自動構建、全冗余網(wǎng)狀網(wǎng)絡路由、以及安全報文傳送等5項技術是確保端一端網(wǎng)絡可靠性,安裝簡便和提高電源效率的關鍵。
使用時間同步通信,網(wǎng)絡中的每臺設備都支持精準的時間概念,這樣就能與相鄰設備保持同步。為了避免產(chǎn)生碰撞,提高電源效率和完成可擴展的通信,所有設備一設備的通信都應該在一個預調度窗口(長度為10ms)內產(chǎn)生。除按時間調度傳送外,TSMP也會根據(jù)不同的頻率調度產(chǎn)生每次傳送,如圖1所示。這樣就極大地提高了有效帶寬,同時也有效地減少了電源的消耗,使得設備使用小容量電池就能維持運行幾年。
TSMP網(wǎng)絡的主要優(yōu)點是它的自組織能力。由于實現(xiàn)了“全網(wǎng)狀網(wǎng)絡”拓撲結構,使得每臺設備都具有多條冗余通信路徑。網(wǎng)絡中不存在減化功能或沒有路由的節(jié)點。全網(wǎng)狀網(wǎng)絡拓撲結構具有自組織和自愈特性,在環(huán)境發(fā)生變化的情況下,仍然能使網(wǎng)絡維持長期的,不許干預的可靠性和預測性?!?/span>
每臺設備都具有發(fā)現(xiàn)相鄰設備、測量RF信號強度、采集同步和跳頻信息的智能功能,從而能構建或斷開與相鄰設備的鏈接。每個網(wǎng)絡都由唯一的ID地址定義,然后與節(jié)點一起綁定至網(wǎng)絡。這就使得多個網(wǎng)絡能夠同時存在,無需分享數(shù)據(jù)或出錯路由的報文。
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