Введение в протокол WirelessHART
Стандарт WirelessHART
Спецификация WirelessHART была официально признана Международной электротехнической комиссией (МЭК) в сентябре 2008 года и стала международным стандартом МЭК для промышленной беспроводной связи (МЭК 62591). Она отвечает требованиям перерабатывающей промышленности к надежности, помехоустойчивости и помехоустойчивости в промышленных приложениях реального времени. Она также отвечает требованиям безопасности, сетевой гибкости и совместимости.
Сети WirelessHART поддерживают широкий спектр устройств от многочисленных производителей, а продукты можно разделить на 5 различных типов:
Рисунок 1. Типы сетевых устройств WirelessHART
• Полевое оборудование: базовое оборудование, реализующее функции обнаружения или исполнения на месте;
• Адаптер: подключается к существующим полевым устройствам ХАРТ для обеспечения возможностей беспроводной связи;
• Шлюз: обеспечивает связь между хост-приложениями и устройствами, являющимися членами беспроводной сети;
• Сетевой менеджер: отвечает за конфигурацию сети, организацию связи между сетевыми устройствами, управление таблицами маршрутизации, а также мониторинг и составление отчетов о состоянии беспроводной сети;
• Портативные устройства: используются для настройки, обслуживания или управления активами предприятия.
Уровень протокола
Стек протоколов WirelessHART соответствует архитектуре семиуровневой модели протоколов ОСИ, включая физический уровень, канальный уровень, сетевой уровень, транспортный уровень и уровень приложений.
Рисунок 2. Сравнение 7-уровневой модели протокола ОСИ и структуры протокола WirelessHART
Физический уровень
Физический уровень WirelessHART основан на стандарте ИИЭЭ 802.15.4-2006 2,4 ГГц ДССС. Этот уровень определяет такие радиочастотные характеристики, как диаграмма направленности сигнала, мощность сигнала и чувствительность устройства. WirelessHART работает в свободном диапазоне частот ИЗМ 2400–2483,5 МГц, а скорость передачи данных может достигать 250 кбит/с. Этот диапазон частот разделён на 16 каналов с номерами 11–26. Разнос частот между двумя соседними каналами составляет 5 МГц.
Уровень канала передачи данных
Отличительной особенностью стандарта WirelessHART является канальный уровень, основанный на временной синхронизации. Временной интервал связи на канальном уровне WirelessHART строго определён и составляет 10 мс, а для поддержки предотвращения коллизий и детерминированной связи используется технология ТДМА.
Сетевой уровень и транспортный уровень
Сетевой и транспортный уровни взаимодействуют друг с другом, обеспечивая безопасную и надёжную связь между сетевыми устройствами. Для поддержки структуры Сетка-сети каждое устройство WirelessHART должно передавать данные другим устройствам.
Прикладной уровень
Прикладной уровень — это верхний уровень стандарта WirelessHART, который определяет различные команды устройств, ответы, типы данных и отчёты о состоянии. В стандарте WirelessHART взаимодействие между устройствами и шлюзами основано на командах и ответах. Прикладной уровень отвечает за анализ содержимого сообщения, извлечение номера команды, выполнение указанной команды и генерацию ответа.
Архитектура безопасности
Сеть WirelessHART — это безопасная сетевая система. Как уровень МАК, так и сетевой уровень WirelessHART обеспечивают безопасность. Уровень МАК использует комбинацию циклического избыточного кода (КПР) и кода целостности сообщения (МИК) для обеспечения целостности данных между переходами. И отправитель, и получатель используют режим СКК и алгоритм блочного шифрования АЕС-128 для генерации и проверки МИК. Сетевой уровень использует различные ключи для обеспечения сквозного шифрования и целостности данных. Система безопасности WirelessHART определяет четыре ключа:
• При отсутствии сетевого ключа для генерации МИК уровня МАК используется открытый ключ.
• Сетевой ключ является общим для всех сетевых устройств и используется сетевыми устройствами для генерации МИК на уровне МАК.
• Ключ доступа к сети уникален для каждого сетевого устройства. При подключении устройства к сети этот ключ используется администратором сети для аутентификации нового устройства, запрашивающего доступ к сети.
• Сеансовые ключи создаются администратором сети. Сеансовый ключ уникален для сквозного соединения между двумя сетевыми устройствами и используется для обеспечения сквозного шифрования и целостности данных. Сеансовые ключи можно разделить на одноадресные и широковещательные.
Продукты серии WirelessHART
Интеллектуальные беспроводные продукты Микрокибер используют беспроводную технологию WirelessHART, ориентированную на автоматизацию технологических процессов. Она обладает такими характеристиками, как самоорганизующаяся сеть, самовосстановление, низкое энергопотребление, шифрование данных и т.д., что обеспечивает надежную работу, а также гибкую и быструю установку. Благодаря нашим беспроводным модулям, беспроводным шлюзам, беспроводным адаптерам, беспроводным датчикам температуры и другим продуктам мы можем быстро осуществлять сбор данных, мониторинг технологических процессов, эксплуатацию оборудования, техническое обслуживание и диагностику сложных промышленных объектов. Интеллектуальные беспроводные продукты Микрокибер стали предпочтительным решением для промышленной беспроводной связи для внутренних потребителей. К сотрудничеству присоединились и всемирно известные компании, которые широко используются в нефтехимической промышленности, электроэнергетике, металлургии, машиностроении и других отраслях.
Промышленная точка доступа в Интернет
Компания Микрокибер занимается исследованиями и разработками, производством, продажами и комплексным применением промышленных продуктов Интернета вещей.
Микрокибер — первый в Китае и третий в мире стек протоколов полевой шины, прошедший международную сертификацию, первый прибор полевой шины в Китае, прошедший международную сертификацию, первое демонстрационное приложение сетевой системы управления в Китае и первая функция в Китае, прошедшая международную сертификацию, первый беспроводной ХАРТ-продукт в Китае, прошедший международную сертификацию и т. д.
Микрокибер – одно из основных подразделений, реализующих важные национальные научно-технические проекты в области промышленного Интернета вещей и промышленной автоматизации. За годы работы мы реализовали ряд крупных национальных научно-технических проектов, включая Национальный план исследований и разработок в области высоких технологий (План 863), а также разработку интеллектуального производственного оборудования. Мы также участвовали в специальных проектах и других национальных научно-технических планах.
Компания Микрокибер накопила богатый опыт в области технических возможностей, технических достижений и технических резервов, а также имеет сильную команду НИОКР для защиты устойчивого развития продукции компании.
