工业无线网络WIA_PA-工业化计算机网络.doc

PAGE PAGE 9 工业无线网络WIA-PA标准 WIA-PA Standard of Industrial Wireless Network 摘要：本文概要介绍了工业无线网络的发展过程及标准化进程，详细介绍了用于过程自动化的工业无线网络WIA规范的网络构成、拓扑结构、协议体系和关键技术，并研究了WIA-PA网络的设计实现。 关键词：工业无线网络，WIA-PA标准，网络设计 Abstract: The paper firstly summarized the development and the standardized process of industry wireless network technologies, and introduced the network composing, topology, protocol architecture and key technologies of WIA-PA, which is the specification of industrial wireless network for process automation. Finally, the design of the WIA-PA is discussed and achieved successfully. Key words: Industry Wireless Network,, WIA-PA standard, network design 一、工业无线网络概述及其标准化 1、工业无线网络概述 工业无线技术是本世纪初新兴的，一种面向设备间信息交互的无线通信技术，是对现有无线通信技术在工业应用方向上的功能扩展和提升。随着计算机、通信和网络技术的飞速发展，无线传感器网络应运而生。传感测试技术正朝着多功能化、微型化、智能化、网络化、无线化的方向发展。工业无线网络是从新兴的无线传感器网络发展而来的，具有低成本、低能耗、高度灵活性、扩展性强等特点，已经成为继现场总线技术后的又一个研究热点。由于工业现场环境复杂以及工业应用的特殊要求，工业无线网络面临着通信实时性、可靠性、安全性以及抗干扰能力等问题。 2、工业无线网络的标准化 阻碍用户接受无线网络技术的一个关键问题是工业无线网络技术缺乏成熟、统一的国际标准。一些国际组织近几年来一直在积极推进工业无线网络技术的标准化进程，其中主要有WIA-PA、Wireless HART和ISA SP100。 WIA-PA标准是中国工业无线联盟针对过程自动化领域的迫切需求而率先制定的WIA子标准，定义了用于过程自动化的WIA系统结构与通信规范。目前，WIA-PA标准已形成国家标准草案。 WirelessHART是HART基金会制定的工业无线网络规范。2004年，宣布开始制定无线HART协议，并成立了无线工作组。经HCF成员投票，WirelessHART的规范和通信协议已在2007年6月正式通过。 ISA SP100是美国仪表自动化协会提出的工业无线测控系统标准草案。2004年12月，美国仪表系统和自动化学会成立了工业无线标准ISA SP100委员会，启动了工业无线技术的标准化进程。目前，ISA SP100委员会下属的两个工作组ISA SP100.11和ISA SP100.14进行的征集提案过程已经结束。 二、WIA-PA标准 1、网络构成 WIA-PA网络由以下物理设备构成： * 主控计算机：供用户、维护人员及管理人员与WIA网络交互的计算机。 * 网关设备：连接WIA 网络与其他工厂网络的设备。 * 路由设备：负责现场设备管理、报文转发等功能的设备。 * 现场设备：装有传感器或执行器、安装在工业现场，直接连接生产过程的设备。 * 手持设备：完成主控应用的手持便携设备。 WIA-PA网络还定义了以下两类主要逻辑设备： * 网络管理器：负责配置网络、调度路由设备间的通信、管理路由表、监测网络性能。 * 安全管理器：负责整个网络的安全策略配置、密钥管理和设备认证。 2、拓朴结构 WIA-PA网络采用星型和网状相结合的两层网络拓扑结构，如图1所示。第一层是网状结构，由网关及路由设备构成，用于系统管理的网络管理器和安全管理器，在实现时可位于网关或主控计算机中；第二层是星型结构，又称为簇，由路由设备及现场设备或手持设备构成，WIA-PA网络的路由设备承担簇首功能，现场设备承担簇成员功能。 图1 WIA-PA网络拓朴结构 3、协议体系 如图2所示，WIA-PA网络的协议栈结构遵循ISO/OSI的层次结构，基于IEEE802.15.4的物理层和MAC层，并定义了数据链路子层、网络层和应用层。其中，数据链路层、网络层和应用支持子层包含的功能模块有：数据实体和管理实体。 * 数