Введение в протокол WirelessHART
Стандарт WirelessHART
Спецификация беспроводной связи WirelessHART была официально признана Международной электротехнической комиссией (IEC) в сентябре 2008 года и стала международным стандартом IEC для беспроводной связи в промышленности (IEC 62591). Она отвечает требованиям обрабатывающей промышленности к надежности, помехоустойчивости и безопасности в режиме реального времени в производственных приложениях, а также к гибкости сети и совместимости.
Беспроводные сети HART поддерживают широкий спектр устройств от многочисленных производителей, и продукцию следует разделить на 5 различных типов:
Рисунок 1. Типы сетевых устройств WirelessHART.
• Полевое оборудование: базовое оборудование, обеспечивающее выполнение функций обнаружения или обработки данных на месте;
• Адаптер: подключается к существующим полевым устройствам HART для обеспечения возможности беспроводной связи;
• Шлюз: обеспечивает связь между хост-приложениями и устройствами, входящими в беспроводную сеть;
• Сетевой администратор: отвечает за настройку сети, организацию связи между сетевыми устройствами, управление таблицами маршрутизации, а также мониторинг и отчетность о состоянии беспроводной сети;
• Портативные устройства: используются для настройки, обслуживания или управления оборудованием предприятия.
Уровень протокола
Протокол WirelessHART соответствует 7-уровневой архитектуре модели протоколов OSI, включая физический уровень, канальный уровень, сетевой уровень, транспортный уровень и прикладной уровень.
Физический уровень
Физический уровень WirelessHART — это, по сути, физический уровень, основанный на стандарте IEEE 802.15.4-2006 2,4 ГГц DSSS. Этот уровень определяет радиочастотные характеристики, такие как диаграмма направленности сигнала, уровень сигнала и чувствительность устройства. WirelessHART работает в свободном диапазоне частот ISM 2400–2483,5 МГц, а скорость передачи данных может достигать 250 кбит/с. Этот диапазон частот разделен на 16 каналов, пронумерованных от 11 до 26. Расстояние между двумя соседними каналами составляет 5 МГц.
канальный уровень
Отличительной особенностью стандарта WirelessHART является канальный уровень, основанный на синхронизации времени. Временной интервал связи на канальном уровне WirelessHART строго определен как 10 мс, а технология TDMA используется для предотвращения коллизий и обеспечения детерминированной связи.
Сетевой уровень и транспортный уровень
Сетевой и транспортный уровни работают вместе, обеспечивая безопасную и надежную связь для сетевых устройств. Для поддержки структуры ячеистой сети каждое устройство WirelessHART должно передавать данные другим устройствам.
Уровень приложения
Прикладной уровень — это верхний уровень стандарта WirelessHART, определяющий различные команды устройств, ответы, типы данных и отчеты о состоянии. В стандарте WirelessHART связь между устройствами и шлюзами основана 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 защищенная сетевая система. Как MAC-уровень, так и сетевой уровень WirelessHART обеспечивают безопасность. MAC-уровень использует комбинацию циклической избыточной проверки (CRC) и кода целостности сообщения (MIC) для обеспечения целостности данных на всех этапах передачи. И отправитель, и получатель используют режим CCM и алгоритм блочного шифрования AES-128 для генерации и проверки MIC. Сетевой уровень использует различные ключи для обеспечения сквозного шифрования и целостности данных. Система безопасности WirelessHART определяет четыре ключа:
• При отсутствии сетевого ключа для генерации MIC уровня MAC используется открытый ключ.
• Сетевой ключ используется всеми сетевыми устройствами совместно и применяется ими для генерации MIC на уровне MAC.
• Ключ доступа к сети уникален для каждого сетевого устройства. Когда устройство подключается к сети, сетевой администратор использует этот ключ доступа для аутентификации нового устройства, запрашивающего доступ к сети.
• Сессионные ключи создаются сетевым администратором. Сессионный ключ уникален для сквозного соединения между двумя сетевыми устройствами и используется для обеспечения сквозного шифрования и целостности данных. Сессионные ключи можно разделить на одноадресные и широковещательные.
Продукты серии WirelessHART
Интеллектуальные беспроводные продукты Microcyber используют беспроводную технологию WirelessHART, ориентированную на автоматизацию процессов. Они обладают такими характеристиками, как самоорганизующаяся сеть, самовосстановление, низкое энергопотребление, шифрование данных и т.д., обеспечивая 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 реализовать сбор данных, мониторинг процессов, управление оборудованием, техническое обслуживание и диагностику сложных промышленных объектов. Интеллектуальные беспроводные продукты Microcyber стали предпочтительным решением для беспроводной связи в промышленности для отечественных конечных потребителей. К сотрудничеству присоединились и известные международные компании, и продукция получила широкое применение в нефтехимической, электроэнергетической, металлургической, машиностроительной и других отраслях.
Промышленная точка доступа в Интернет
Компания Microcyber занимается исследованиями и разработками, производством, продажей и комплексным применением продуктов для промышленного Интернета вещей.
Microcyber — это первый в Китае и третий в мире стек протоколов полевой шины, прошедший международную сертификацию, первый прибор на полевой шине в Китае, прошедший международную сертификацию, первое демонстрационное приложение сетевой системы управления в Китае, первая функция в Китае, прошедшая международную сертификацию, первый беспроводной продукт HART в Китае, прошедший международную сертификацию, и т. д.
Компания Microcyber является одним из основных подразделений, реализующих важные национальные научно-технические проекты в области промышленного интернета вещей и промышленной автоматизации. За годы работы мы осуществили ряд крупных национальных научно-технических проектов, Национальный план высокотехнологичных исследований и разработок (План 863), а также разработку интеллектуального производственного оборудования, специальные проекты и другие национальные научно-технические планы.
Компания Microcyber накопила богатый опыт в области технических возможностей, технических достижений и технических резервов, а также располагает сильной командой разработчиков, обеспечивающей устойчивое развитие продукции компании.
