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無線HART可靠的協議

Wireless HART協議構筑在IEEE802.15.4無線平臺上,工作頻率為專用于工業、科技和醫療(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絡設備通信。它強制規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設備無需進行系統操作就能實現互換,即連即用。WirelossHART向后兼容現有的HART設備和應用,傳統的HART應用,無需進行任何軟件升級,都可以利用Wireless HART協議。該協議已成為IEC62591國際標準。    

時間同步網狀網絡協議(TSMP

無線HART采用網狀網絡拓撲結構。網狀網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關通信而只需將其發送的報文傳遞到最近的下一個裝置。這樣就擴展了網絡范圍,并增加了冗余通信路由能力,最終增強了網絡可靠性。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,而且數據不會丟失。因此,WirelessHART網狀網絡具有自組織和自愈特性,即動態組網功能。    

Wireless HART真正的優勢是時間同步網狀網絡協議(TSMP),該協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境中也具有很高的可靠性。TSMP也提供自組織、自愈網狀網絡路由所需的智能功能。其結果是可以構筑一個短程(廠內50100m)無線網絡,該網絡無需專門技術安裝容易,能夠自動適應環境的各種變化,并能按需進行擴展。

TSMP的時間同步通信、跳頻、節點自動加入和網絡自動構建、全冗余網狀網絡路由、以及安全報文傳送等5項技術是確保端一端網絡可靠性,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)內產生。除按時間調度傳送外,TSMP也會根據不同的頻率調度產生每次傳送,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網絡的主要優點是它的自組織能力。由于實現了“全網狀網絡”拓撲結構,使得每臺設備都具有多條冗余通信路徑。網絡中不存在減化功能或沒有路由的節點。全網狀網絡拓撲結構具有自組織和自愈特性,在環境發生變化的情況下,仍然能使網絡維持長期的,不許干預的可靠性和預測性。    

每臺設備都具有發現相鄰設備、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。每個網絡都由唯一的ID地址定義,然后與節點一起綁定至網絡。這就使得多個網絡能夠同時存在,無需分享數據或出錯路由的報文。

 

 

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