Introduktion till WirelessHART-protokollet
WirelessHART-standard
WirelessHART-kommunikationsspecifikationen erkändes officiellt av Internationella elektrotekniska kommissionen (IEC) i september 2008 och blev IEC:s internationella standard för industriell trådlös kommunikation (IEC 62591). Den kan uppfylla processindustrins krav på tillförlitlighet, störningsskydd och störningsskydd i realtidsapplikationer i fabriker. Krav på säkerhet, nätverksflexibilitet och kompatibilitet.
WirelessHART-nätverk stöder en mängd olika enheter från ett flertal tillverkare, och produkter bör klassificeras i 5 olika produkttyper:
Figur 1 WirelessHART-nätverksenhetstyper
• Fältutrustning: grundläggande utrustning som utför avkännings- eller exekveringsfunktioner på plats;
• Adapter: Anslut till befintliga HART-fältenheter för att möjliggöra trådlös kommunikation;
• Gateway: möjliggör kommunikation mellan värdapplikationer och enheter som är medlemmar i det trådlösa nätverket;
• Nätverksansvarig: Ansvarig för nätverkskonfiguration, arrangering av kommunikation mellan nätverksenheter, hantering av routingtabeller samt övervakning och rapportering av det trådlösa nätverkets hälsa;
• Handhållna enheter: används för att konfigurera, underhålla eller styra anläggningstillgångar.
Protokollskikt
WirelessHART-protokollstacken följer OSI:s 7-lagersprotokollmodellarkitektur. Inkluderar fysiskt lager, länklager, nätverkslager, transportlager och applikationslager.
Figur 2 Jämförelse mellan OSI 7-lagersprotokollmodell och WirelessHART-protokollstruktur
Fysiskt lager
Det fysiska lagret för WirelessHART är i grunden ett fysiskt lager baserat på IEEE 802.15.4-2006 2,4 GHz DSSS. Detta lager definierar RF-egenskaper som signalmönster, signalstyrka och enhetens känslighet. WirelessHART arbetar i det fria ISM-frekvensbandet 2400 ~ 2483,5 MHz, och dess dataöverföringshastighet kan vara så hög som 250 kbit/s. Detta frekvensband är uppdelat i 16 kanaler och numreras 11~26. Frekvensavståndet mellan två intilliggande kanaler är 5 MHz.
Datalänklager
Ett utmärkande drag för WirelessHART-standarden är datalänkskiktet baserat på tidssynkronisering. Kommunikationstiden för WirelessHART-datalänkskiktet är strikt definierad till 10 ms, och TDMA-teknik används för att stödja kollisionsundvikande och deterministisk kommunikation.
Nätverkslager och transportslager
Nätverkslagret och transportlagret arbetar tillsammans för att tillhandahålla säker och tillförlitlig kommunikation för nätverksenheter. För att stödja Mesh-nätverksstrukturen måste varje WirelessHART-enhet vidarebefordra data till andra enheter.
Applikationslager
Applikationslagret är det översta lagret i WirelessHART-standarden, vilket definierar olika enhetskommandon, svar, datatyper och statusrapporter. I WirelessHART-standarden baseras kommunikationen mellan enheter och gateways på kommandon och svar. Applikationslagret ansvarar för att analysera meddelandeinnehållet, extrahera kommandonumret, köra det angivna kommandot och generera ett svar.
Säkerhetsarkitektur
WirelessHART-nätverket är ett säkert nätverkssystem. Både MAC-lagret och nätverkslagret i WirelessHART tillhandahåller säkerhetstjänster. MAC-lagret använder en kombination av cyklisk redundanskontroll (CRC) och meddelandeintegritetskod (MIC) för att tillhandahålla hop-to-hop-dataintegritetstjänster. Både sändare och mottagare använder CCM-läge och AES-128-blockkrypteringsalgoritm för att generera och verifiera MIC. Nätverkslagret använder olika nycklar för att tillhandahålla end-to-end-kryptering och dataintegritetstjänster. WirelessHART-säkerhetssystemet definierar fyra nycklar:
• När det inte finns någon nätverksnyckel används den publika nyckeln för att generera MAC-lagrets MIC.
• Nätverksnyckeln delas av alla nätverksenheter och används av nätverksenheter för att generera MIC:er på MAC-lagret.
• Nätverksåtkomstnyckeln är unik för varje nätverksenhet. När en enhet ansluter till nätverket används nätverksåtkomstnyckeln av nätverkshanteraren för att autentisera den nya enheten som ansöker om nätverksåtkomst.
• Sessionsnycklar skapas av nätverksadministratören. En sessionsnyckel är unik för end-to-end-anslutningen mellan två nätverksenheter och används för att tillhandahålla end-to-end-kryptering och dataintegritetstjänster. Sessionsnycklar kan vidare delas in i unicast-nycklar och broadcast-nycklar.
Produkter i WirelessHART-serien
Microcybers smarta trådlösa produkter använder trådlös WirelessHART-teknik som fokuserar på processautomation. Den har egenskaper som självorganiserande nätverk, självläkning, låg strömförbrukning, datakryptering etc., vilket säkerställer tillförlitlig drift och flexibel och snabb installation. Genom våra trådlösa moduler, trådlösa gateways, trådlösa adaptrar, trådlösa temperaturtransmittrar och andra produkter kan vi snabbt genomföra datainsamling, processövervakning, drift av utrustning, underhåll och diagnostisering av komplexa industrianläggningar. Microcybers smarta trådlösa produkter har blivit den föredragna industriella trådlösa kommunikationslösningen för inhemska slutkunder. Internationellt kända företag har också anslutit sig till samarbetet och har använts i stor utsträckning inom petrokemi, elkraft, metallurgi, maskintillverkning och andra områden.
Industriell internetåtkomstpunkt
Microcyber är engagerat i forskning och utveckling, produktion, försäljning och integrerad tillämpning av industriella IoT-produkter.
Microcyber är den första fältbussprotokollstacken i Kina och den tredje i världen som klarat internationell certifiering, det första fältbussinstrumentet i Kina som klarat internationell certifiering, den första demonstrationsapplikationen av nätverksstyrsystem i Kina, och den första funktionen i Kina som klarat internationell certifiering, den första trådlösa HART-produkten i Kina som klarat internationell certifiering, etc.
Microcyber är en av de viktigaste enheterna för viktiga nationella vetenskaps- och teknikprojekt inom områdena industriellt sakernas internet och industriell automation. Under årens lopp har vi genomfört ett antal stora nationella vetenskaps- och teknikprojekt, den nationella planen för högteknologisk forskning och utveckling (863-planen) och utveckling av intelligent tillverkningsutrustning. Särskilda projekt och andra nationella vetenskaps- och teknikplaner.
Microcyber har samlat på sig rik erfarenhet av teknisk kapacitet, tekniska prestationer och tekniska reserver, och har ett starkt FoU-team för att skydda den hållbara utvecklingen av företagets produkter.
