工業(yè)控制中無線短程網(wǎng)和無線局域網(wǎng)的應(yīng)用前景分析-(2249)

1、工業(yè)控制中無線短程網(wǎng)和無線局域網(wǎng)的應(yīng)用前景分析,2024/3/30,1,內(nèi) 容 提 要,無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)概述為什么無線通信在工業(yè)中應(yīng)用特別受到重視？ISA SP100—控制環(huán)境下無線系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)無線通信網(wǎng)絡(luò)的分類?無線局域網(wǎng)WLAN?無線短程網(wǎng)WPAN現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層無線通信結(jié) 束 語,2024/3/30,2,無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)概述,2024/3/30,3,2024/3/30,4,目前市場(chǎng)上近距離無線通信產(chǎn)品

2、層出不窮，廣泛應(yīng)用的還是藍(lán)牙(Bluetooth)，紅外(IrDA) 和無線局域網(wǎng)802.11（Wi-Fi）。同時(shí)還有一些具有發(fā)展?jié)摿Φ慕嚯x無線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，它們分別是：zigbee、超寬頻（UltraWideBand）、短距離通信（NFC）、WiMedia、GPS、無線139和專用無線系統(tǒng)等。它們都有各自立足的特點(diǎn)，或基于傳輸速度、距離、耗電量的特殊要求；但沒有一種技術(shù)完美到可以滿足所有的要求。,概述,2024/3/30,5,藍(lán)牙技術(shù),

3、Wi-Fi技術(shù),紅外線接口-IrDA技術(shù),Zigbee技術(shù),NFC技術(shù),UWB技術(shù),2024/3/30,6,幾種無線網(wǎng)絡(luò)比較,HOME,為什么無線通信在工業(yè)中的應(yīng)用特別受到重視？,2024/3/30,7,為什么無線通信在工業(yè)應(yīng)用特別受到重視？,工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家和新興崛起國(guó)家為提高其產(chǎn)品在全球市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力，都力求在提高生產(chǎn)率的同時(shí)，降低包括能源消耗、原材料消耗和勞務(wù)成本。對(duì)于發(fā)達(dá)國(guó)家來講，其勞務(wù)成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于新興崛起國(guó)家，因此特別重視促進(jìn)創(chuàng)新

4、和技術(shù)進(jìn)步，采用新的技術(shù)手段。在這場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈的比賽中，無線通信技術(shù)在工業(yè)中的推廣應(yīng)用受到了特殊的重視，顯然是基于這樣的大背景。在工業(yè)環(huán)境下任何地點(diǎn)均能安裝使用的智能無線傳感器及其網(wǎng)絡(luò)，具有足夠的可靠性和自治處理能力，將為各種生產(chǎn)裝置配備實(shí)時(shí)共享的數(shù)據(jù)采集能力，從而為提高生產(chǎn)率，改善產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本發(fā)揮重要作用。,2024/3/30,8,Invensys的無線網(wǎng)絡(luò)業(yè)應(yīng)用策略,,2024/3/30,9,室內(nèi),室外,,專用無線網(wǎng)絡(luò),

5、數(shù)據(jù)傳輸率,功耗,成本/復(fù)雜度,工業(yè)應(yīng)用無線傳輸?shù)膬?yōu)勢(shì),無線傳輸?shù)膬?yōu)勢(shì)表現(xiàn)在：極大降低安裝成本、持續(xù)降低運(yùn)行維護(hù)成本，更換方便，便于升級(jí)，減少接插件故障，移動(dòng)自由且不受限制，投運(yùn)快速，可以實(shí)際利用MEMS（微機(jī)電系統(tǒng)）技術(shù)。美國(guó)能源部的研究估計(jì)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)會(huì)為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)節(jié)能10%和降低排放或泄漏15%提供良好手段。應(yīng)充分利用無線通信，開發(fā)適當(dāng)無線產(chǎn)品和系統(tǒng)，為實(shí)現(xiàn)我國(guó)“十一五”規(guī)劃的節(jié)能降耗目標(biāo)建功立業(yè)。,2024/3/30,10

6、,無線通信網(wǎng)絡(luò)的工業(yè)應(yīng)用正在發(fā)展,無線的工業(yè)應(yīng)用當(dāng)前出現(xiàn)的新動(dòng)態(tài)是使用高速、無須申請(qǐng)頻率許可證、低價(jià)的技術(shù)。無線通信距離與具體應(yīng)用強(qiáng)烈相關(guān)，一般大致在150毫米至80公里。,2024/3/30,11,當(dāng)前影響無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的主要障礙,當(dāng)前影響無線系統(tǒng)廣泛應(yīng)用的主要障礙是：如何克服工業(yè)環(huán)境對(duì)無線傳輸?shù)挠绊懞蜔o線技術(shù)目前發(fā)展的狀態(tài)尚難以滿足工業(yè)應(yīng)用的要求。工業(yè)環(huán)境對(duì)無線通信的挑戰(zhàn)有： ?工作環(huán)境溫度由-40?C—+70?C； ?高

7、濕度（當(dāng)溫度為40?C濕度 95%時(shí)不結(jié)露）； ?本質(zhì)安全防爆要求； ?固定設(shè)備和移動(dòng)設(shè)備對(duì)無線傳輸路徑的影響（衰變、中斷和發(fā)生各種各樣的缺陷，諸如頻散、多徑時(shí)延、干擾、與頻率有關(guān)的衰減，節(jié)點(diǎn)休眠、節(jié)點(diǎn)隱蔽和與安全有關(guān)的問題）。,2024/3/30,12,HOME,控制中無線系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)ISA SP100,2024/3/30,13,美國(guó)ISA SP100標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)正在加緊制定工業(yè)環(huán)境下實(shí)現(xiàn)無線系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)，推薦實(shí)踐指南、技術(shù)報(bào)告和

8、相關(guān)的信息。著重在三方面制定標(biāo)準(zhǔn)：?運(yùn)用無線技術(shù)的環(huán)境， ?無線通信設(shè)備和系統(tǒng)技術(shù)的生命周期， ?無線技術(shù)的應(yīng)用。主要面向現(xiàn)場(chǎng)儀表和設(shè)備。在SP 100標(biāo)委會(huì)下設(shè)五個(gè)主要的分標(biāo)委會(huì)：? 射頻物理學(xué)基礎(chǔ)? 可互操作性? 用戶要求? 用戶指南? 集成,2024/3/30,14,面 向 成 功 的 SP 100,SP 100力求在現(xiàn)有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，能在一個(gè)較短的時(shí)間內(nèi)取得符合要求的結(jié)果。SP 100盡可

9、能應(yīng)用下列標(biāo)準(zhǔn)并有所提高：? ISA SP 99—信息安全? IEEE 1451—智能傳感器? FIPS 140-2—信息安全? ISO/OSI 網(wǎng)絡(luò)可連接的7層模型SP 100力爭(zhēng)促進(jìn)? 新技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用? 無線網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)合理部署? 從業(yè)人員和公司相互間的交流,2024/3/30,15,SP100規(guī)定的五類應(yīng)用（1）,2024/3/30,16,,SP100規(guī)定的五類應(yīng)用（5）,2024/3

10、/30,17,實(shí)際對(duì)這些類別（不包括0類）的應(yīng)用需求，大致是按以下的比例 1：2：4：10：10 第四、五類應(yīng)用是大量的 狀態(tài)監(jiān)控—振動(dòng)，溫度/壓力 性能監(jiān)控—熱交換，環(huán)境，機(jī)械性能,用于工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)的最緊要的要求,2024/3/30,18,現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備級(jí)無線網(wǎng)絡(luò)的要求(1/6),2024/3/30,19,成本目標(biāo) = ½(有線) + 不致增加任何維護(hù)成本,

11、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備級(jí)無線網(wǎng)絡(luò)的要求(2/6),2024/3/30,20,底層結(jié)構(gòu)支持不同供貨商提供的設(shè)備,而不致干擾現(xiàn)有的無線設(shè)備,現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備級(jí)無線網(wǎng)絡(luò)的要求(3/6),2024/3/30,21,像有線數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)一樣可提供和支持閉環(huán)控制,現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備級(jí)無線網(wǎng)絡(luò)的要求(4/6),2024/3/30,22,保持信息安全的過程具有智能特性,現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備級(jí)無線網(wǎng)絡(luò)的要求(5/6),2024/3/30,23,必須支持現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的無線就地接入,現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備級(jí)無線網(wǎng)絡(luò)的要

12、求(6/6),2024/3/30,24,,,信息時(shí)間性的重要程度,HOME,無 線 通 信 網(wǎng) 絡(luò) 的 分 類,2024/3/30,25,無線通信網(wǎng)絡(luò)的分類,無線通信網(wǎng)絡(luò)按傳輸距離可分為： ? 城際網(wǎng)（WMAN） ? 局域網(wǎng)（WLAN） ? 個(gè)人網(wǎng)（短程網(wǎng)，WPAN） 無線通信網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)? 城際網(wǎng)（IEEE 802.20，IEEE 802.16）? 局域網(wǎng)（IEEE 802.11）

13、? 短程網(wǎng)（IEEE 802.15）,2024/3/30,26,IEEE 802標(biāo)準(zhǔn)的無線空間,2024/3/30,27,正在發(fā)展的一些無線傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn),ZigBee/IEEE 802.15.4 ? 特長(zhǎng)的電池壽命 ? 很適合工業(yè)自動(dòng)化，家用電器，傳感器網(wǎng)絡(luò) 超寬帶（UWB，IEEE 802.15.3a 和802.15.4a） ? 美國(guó)FCC開放一無須申請(qǐng)的自由寬帶頻率范圍3.1- 10.6GHz

14、 ? 無射頻載波，低成本，低功耗，非直線傳輸 ? 在低傳輸速率模式，可用于一個(gè)重要的工業(yè)市場(chǎng)：位置感知（在2厘米-20米范圍內(nèi)） WiMax（IEEE 802.16，Intel 提出） ? 適于住宅區(qū)/經(jīng)營(yíng)性建筑的長(zhǎng)距離（? 1km）射頻鏈接 ? 較高數(shù)據(jù)傳輸率（在一個(gè)20MHz的信道約70Mbps） ? 也可用于大型工業(yè)部署 ? 今年將有商品問世,2024/3/30,28,（1）提供

15、廣泛的多媒體通信服務(wù)：能夠?qū)崿F(xiàn)電信級(jí)的多媒體通信服務(wù),支持語音、視頻和Internet。運(yùn)行于10GHz到66GHz頻譜之上.　　（2）傳輸距離遠(yuǎn)、數(shù)據(jù)傳輸速率高：在信息傳播方式上，WiMAX技術(shù)借助無線基站進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。當(dāng)頻寬為20MHz時(shí)，數(shù)據(jù)傳輸速率最高可以達(dá)到75Mbit/s，是3G所能提供的寬帶速度的30倍，目前實(shí)際應(yīng)用時(shí)每3.5MHz載波可傳輸凈速率為18Mbit/s，頻率利用系數(shù)高。高達(dá)50km的覆蓋范圍，只要建設(shè)少數(shù)基

16、站就能實(shí)現(xiàn)全城覆蓋，無線網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用范圍大大擴(kuò)展?！?（3）服務(wù)質(zhì)量（QoS）機(jī)制完善、數(shù)據(jù)安全性更高.,2024/3/30,29,WiMAX/802.16技術(shù)優(yōu)勢(shì),WiMAX（World Interoperability for Microwave Access）全稱為全球微波接入互操作性，是基于IEEE802.16標(biāo)準(zhǔn)的無線城域網(wǎng)技術(shù)。WiMAX組織從2001年開始制定標(biāo)準(zhǔn)，并對(duì)芯片、設(shè)備進(jìn)行認(rèn)證，規(guī)模經(jīng)濟(jì)使成本下降成為可能，WiM

17、AX的應(yīng)用領(lǐng)域也隨之?dāng)U大。 現(xiàn)在WiMAX組織包括芯片制造商（例如英特爾）、設(shè)備供應(yīng)商（例如阿爾卡特）、電信運(yùn)營(yíng)商（例如BT英國(guó)電信），產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)十分完整。目前全球有眾多的實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)，已推出集成移動(dòng)WiMAX芯片的訊馳芯片組。WiMAX的規(guī)模應(yīng)用為期不遠(yuǎn)。 更快、更遠(yuǎn)、更便宜，就是WINMAX的特點(diǎn),2024/3/30,30,什么是WiMAX技術(shù)-1,WiMAX技術(shù)的突出特點(diǎn)是比WiFi具有更遠(yuǎn)的覆蓋半徑。WiF

18、i主要是解決100米內(nèi)的無線接入問題，是屬于WLAN（無線局域網(wǎng)）的范疇。WiFi在開闊地帶最遠(yuǎn)可以達(dá)到300米，在室內(nèi)一般有效覆蓋范圍在100米以內(nèi)。而WiMAX最遠(yuǎn)可以達(dá)到50公里的覆蓋范圍，屬于無線城域網(wǎng)（WMAN）的范疇，其典型應(yīng)用的覆蓋范圍是6－10公里。相比3G提供小于2M的帶寬，WiMAX可以提供70M獨(dú)立帶寬，并且基站的覆蓋范圍是3G基站的10倍。因此有人認(rèn)為WiMAX將取代3G，成為下一代通訊的主流技術(shù)。

19、 在此基礎(chǔ)上WiMAX組織開發(fā)了802.16a，其工作的頻段要比802.16低，主要工作在2——11G的頻段范圍，信號(hào)繞過障礙的能力得到提高，目前已經(jīng)可以支持非視距傳輸，意味著在基站和客戶端之間可以有樹木或者建筑物的阻擋，WiMAX的應(yīng)用領(lǐng)域被拓寬。 針對(duì)802.16a不具備移動(dòng)性能的問題，WiMAX在此基礎(chǔ)上制定了802.16e標(biāo)準(zhǔn)。按照802.16e標(biāo)準(zhǔn)，手持PDA步行或者使用移動(dòng)計(jì)算設(shè)備，無線連接也不會(huì)中

20、斷。因此WiMAX具有了移動(dòng)性能。,2024/3/30,31,什么是WiMAX技術(shù)-2,IEEE 802.16又稱為IEEE Wireless MAN空中接口標(biāo)準(zhǔn)，是適用于2-66 GHz的空中接口規(guī)范。由于它所規(guī)定的無線接入系統(tǒng)覆蓋范圍可達(dá)50km，因此802.16系統(tǒng)主要應(yīng)用于城域網(wǎng)，被視為可與DSL競(jìng)爭(zhēng)的“最后一公里” 寬帶接入解決方案。 根據(jù)使用頻段高低的不同，802.16系統(tǒng)可分為應(yīng)用于視距和非視距兩

21、種，其中使用2-11GHz頻段的系統(tǒng)應(yīng)用于非視距范圍，而使用 10-66GHz頻段的系統(tǒng)應(yīng)用于視距范圍。 根據(jù)是否支持移動(dòng)特性，IEEE 802.16標(biāo)準(zhǔn)系列又可分為固定寬帶無線接入空中接口標(biāo)準(zhǔn)和移動(dòng)寬帶無線接入空中接口標(biāo)準(zhǔn)，其中的802.16、802.16a、802.16d屬于固定無線接入空中接口標(biāo)準(zhǔn)，而802.16e屬于移動(dòng)寬帶無線接入空中接口標(biāo)準(zhǔn)。,2024/3/30,32,IEEE 802.16---IE

22、EE Wireless MAN空中接口標(biāo)準(zhǔn),IEEE 802.20標(biāo)準(zhǔn)為基于IP 的移動(dòng)寬帶無線接入技術(shù)而制定，結(jié)合已經(jīng)提出的移動(dòng)數(shù)據(jù)通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)(如GPRS、3G 等)，將形成移動(dòng)寬帶無線接入比較完整的標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)。 2002 年3 月根據(jù)Cisco、Flarion、HP和Nextel 等廠商提出的建議，IEEE 協(xié)會(huì)決定在IEEE 802.16工作組內(nèi)成立專門的移動(dòng)寬帶無線接入(MBWA)研究小組；2002 年7 月

23、，形成IEEE 802.16和MBWA 兩個(gè)獨(dú)立的工作組，并達(dá)成協(xié)議，各自針對(duì)不同的市場(chǎng)，同時(shí)MBWA 工作組執(zhí)行委員會(huì)研究小組(ECSG )成立；2002年11月，IEEE 802.20和IEEE 802.16e工作組宣告成立。,2024/3/30,33,IEEE 802.20標(biāo)準(zhǔn)-1,高通公司聲表示，2008年將在其CDMA2000方式的手機(jī)芯片組中嵌入IEEE802.20收發(fā)功能?！癐EEE802.20從一開始就瞄準(zhǔn)了手機(jī)。從抗電

24、波干擾特性和高速移動(dòng)時(shí)的接收等方面來說，具有移動(dòng)WiMAX所無法比擬的優(yōu)勢(shì)。準(zhǔn)備與移動(dòng)WiMAX進(jìn)行徹底決戰(zhàn)”?！　?IEEE 802.20也稱為MBWA(Mobile Broadband Wireless Access，移動(dòng)寬帶無線訪問)，旨在向時(shí)速超過100km的高速移動(dòng)物體提供高速無線互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。比如，使用20MHz帶寬時(shí)最大數(shù)據(jù)傳輸速度據(jù)稱超過了260Mbit/秒。 計(jì)劃在 3.5GHz下許可頻段

25、工作。,2024/3/30,34,IEEE 802.20標(biāo)準(zhǔn)-2,2004年11月第一個(gè)基于認(rèn)知無線電的無線標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.22工作組成立，目的在于解決運(yùn)營(yíng)在廣播電視頻段的感知無線廣域接入網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。 　 認(rèn)知無線電（CR）是針對(duì)頻譜利用率不高的解決方案。其特點(diǎn)是根據(jù)實(shí)時(shí)感知環(huán)境，靈活、高效、可靠地利用頻譜資源。這樣認(rèn)知無線電就具備了在已授權(quán)頻段內(nèi)，智能利用“空洞頻譜”而不干擾其它授權(quán)用戶的能力。

26、IEEE 802.22系統(tǒng)和其它的IEEE 802的標(biāo)準(zhǔn)相比，是針對(duì)無線區(qū)域網(wǎng)的。覆蓋范圍半徑最大可達(dá)100km，在目前4W的有效全向輻射功率（EIRP）條件下，覆蓋面積的半徑也達(dá)到 33km。這樣802.22系統(tǒng)的覆蓋面積就是當(dāng)今最大的一個(gè)系統(tǒng)。,2024/3/30,35,IEEE 802.22標(biāo)準(zhǔn)-1,傳統(tǒng)上頻譜被劃分成很多小塊，然后分配給不同的應(yīng)用。比如535 - 1065 KHz是分配給短波廣播的，54-72 MHz, 76-8

27、8 MHz, 174-216 MHz, 512-608 MHz以及614-698 MHz是分配給無線電視的，等等。,2024/3/30,36,如果我們可以把這些沒有充分利用的頻譜重新利用起來，所謂的頻譜短缺問題起碼又可以消失一段時(shí)間了。這個(gè)802.22協(xié)議就是設(shè)計(jì)出來專門利用無線電視空閑頻譜的。也就是說，802.22專門找出電視暫時(shí)不用的頻段，然后充分利用它。這個(gè)協(xié)議和別的無線協(xié)議不同的地方在于，別的協(xié)議工作的頻譜段都是事先分配好的，所

28、以設(shè)備在工作的時(shí)候一開始就調(diào)諧到這個(gè)頻段就可以了。但是802.22協(xié)議是利用“別人”的空閑頻譜，那么它可以工作的頻段完全取決于別人的使用。,IEEE 802.22標(biāo)準(zhǔn)-2,全稱為3rd Generation，中文含義就是指第三代數(shù)字通信。1995年問世的第一代模擬制式手機(jī)（1G）只能進(jìn)行語音通話；1996到1997年出現(xiàn)的第二代GSM、TDMA等數(shù)字制式手機(jī)（2G）便增加了接收數(shù)據(jù)的功能，如接受電子郵件或網(wǎng)頁(yè)；第三代與前兩代的主要區(qū)別是

29、在傳輸聲音和數(shù)據(jù)的速度上的提升，它能夠在全球范圍內(nèi)更好地實(shí)現(xiàn)無縫漫游，并處理圖像、音樂、視頻流等多種媒體形式，提供包括網(wǎng)頁(yè)瀏覽、電話會(huì)議、電子商務(wù)等多種信息服務(wù)，同時(shí)也要考慮與已有第二代系統(tǒng)的良好兼容性。為了提供這種服務(wù)，無線網(wǎng)絡(luò)必須能夠支持不同的數(shù)據(jù)傳輸速度，也就是說在室內(nèi)、室外和行車的環(huán)境中能夠分別支持至少2Mbps（兆比特／每秒）、384kbps（千比特／每秒）以及144kbps的傳輸速度。 相對(duì)第一代模擬制式手

30、機(jī)(1G)和第二代GSM、TDMA等數(shù)字手機(jī)(2G)，3G通信的名稱繁多，國(guó)際電聯(lián)規(guī)定為“IMT-2000”（國(guó)際移動(dòng)電話2000）標(biāo)準(zhǔn)，歐洲的電信業(yè)巨頭們則稱其為“UMTS”通用移動(dòng)通信系統(tǒng)。,2024/3/30,37,3G簡(jiǎn)介,國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU） 在2000年5月確定W—CDMA、CDMA2000和TD-SCDMA三大主流無線接口標(biāo)準(zhǔn)，寫入3G技術(shù)指導(dǎo)性文《2000年國(guó)際移動(dòng)通訊計(jì)劃》（簡(jiǎn)稱IMT—2000）。 CDMA是Cod

31、e Division Multiple Access (碼分多址)的縮寫，是第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的技術(shù)基礎(chǔ)。第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)采用頻分多址(FDMA)的模擬調(diào)制方式，這種系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)是頻譜利用率低，信令干擾話音業(yè)務(wù)。第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)主要采用時(shí)分多址(TDMA)的數(shù)字調(diào)制方式。,2024/3/30,38,CDMA 將話音轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào),給每個(gè)數(shù)字話音分組增加一個(gè)地址,進(jìn)行擾碼處理,并且將它發(fā)射到空中.CDMA最大的優(yōu)點(diǎn)就是相同的帶寬下可

32、以容納更多的呼叫. CDMA系統(tǒng)以其頻率規(guī)劃簡(jiǎn)單、系統(tǒng)容量大、頻率復(fù)用系數(shù)高、抗多徑能力強(qiáng)、通信質(zhì)量好、軟容量、軟切換等特點(diǎn)顯示出巨大的發(fā)展?jié)摿Α?3G的標(biāo)準(zhǔn),下面分別介紹一下3G的幾種標(biāo)準(zhǔn)：,全稱為Wideband CDMA，也稱為CDMA Direct Spread，意為寬頻分碼多重存取，這是基于GSM網(wǎng)發(fā)展出來的3G技術(shù)規(guī)范，是歐洲提出的寬帶CDMA技術(shù)，它與日本提出的寬帶CDMA技術(shù)基本相同，目前正在進(jìn)一步融合。這套系統(tǒng)能夠架

33、設(shè)在現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡(luò)上，對(duì)于系統(tǒng)提供商而言可以較輕易地過渡，而GSM系統(tǒng)相當(dāng)普及的亞洲對(duì)這套新技術(shù)的接受度預(yù)料會(huì)相當(dāng)高。因此W—CDMA具有先天的市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)。 該標(biāo)準(zhǔn)提出了GSM(2G)-GPRS-EDGE-WCDMA(3G)的演進(jìn)策略。GPRS是General Packet Radio Service (通用分組無線業(yè)務(wù))的簡(jiǎn)稱，EDGE是Enhanced Data rate for GSM Evolution (增強(qiáng)數(shù)據(jù)速率的GSM

34、演進(jìn))的簡(jiǎn)稱，這兩種技術(shù)被稱為2.5代移動(dòng)通信技術(shù)。,2024/3/30,39,3G的標(biāo)準(zhǔn)之一： W-CDMA,CDMA2000是由窄帶CDMA(CDMA IS95)技術(shù)發(fā)展而來的寬帶CDMA技術(shù)，由美國(guó)高通北美公司為主導(dǎo)提出，摩托羅拉、Lucent和后來加入的韓國(guó)三星都有參與，韓國(guó)現(xiàn)在成為該標(biāo)準(zhǔn)的主導(dǎo)者。這套系統(tǒng)是從窄頻CDMAOne數(shù)字標(biāo)準(zhǔn)衍生出來的，可以從原有的CDMAOne結(jié)構(gòu)直接升級(jí)到3G，建設(shè)成本低廉。但目前使用CDMA的

35、地區(qū)只有日、韓和北美，所以CDMA2000的支持者不如W-CDMA多。不過CDMA2000的研發(fā)技術(shù)卻是目前各標(biāo)準(zhǔn)中進(jìn)度最快的，許多3G手機(jī)已經(jīng)率先面世。該標(biāo)準(zhǔn)提出了從CDMA IS95(2G)-CDMA20001x-CDMA20003x(3G)的演進(jìn)策略。CDMA20001x被稱為2.5代移動(dòng)通信技術(shù)。CDMA20003x與CDMA20001x的主要區(qū)別在于應(yīng)用了多路載波技術(shù)，通過采用三載波使帶寬提高。目前中國(guó)聯(lián)通正在采用這一方案向

36、3G過渡，并已建成了CDMA IS95網(wǎng)絡(luò)。,2024/3/30,40,3G的標(biāo)準(zhǔn)之二： CDMA2000,全稱為Time Division -Synchronous CDMA(時(shí)分同步CDMA)，該標(biāo)準(zhǔn)是由中國(guó)大陸?yīng)氉灾贫ǖ?G標(biāo)準(zhǔn)，1999年6月29日，中國(guó)原郵電部電信科學(xué)技術(shù)研究院（大唐電信）向ITU提出。該標(biāo)準(zhǔn)將智能無線、同步CDMA和軟件無線電等當(dāng)今國(guó)際領(lǐng)先技術(shù)融于其中，在頻譜利用率、對(duì)業(yè)務(wù)支持具有靈活性、頻率靈活性及成本等

37、方面的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。另外，由于中國(guó)內(nèi)的龐大的市場(chǎng)，該標(biāo)準(zhǔn)受到各大主要電信設(shè)備廠商的重視，全球一半以上的設(shè)備廠商都宣布可以支持TD—SCDMA標(biāo)準(zhǔn)。 該標(biāo)準(zhǔn)提出不經(jīng)過2.5代的中間環(huán)節(jié)，直接向3G過渡，非常適用于GSM系統(tǒng)向3G升級(jí)。,2024/3/30,41,3G的標(biāo)準(zhǔn)之三： TD-SCDMA,WiMAX 的全名是微波存取全球互通(Worldwide Interoperability for Microwave Access)，又稱為80

38、2·16無線城域網(wǎng)，是又一種為企業(yè)和家庭用戶提供“最后一英里”的寬帶無線連接方案。將此技術(shù)與需要授權(quán)或免授權(quán)的微波設(shè)備相結(jié)合之后，由于成本較低，將擴(kuò)大寬帶無線市場(chǎng)，改善企業(yè)與服務(wù)供應(yīng)商的認(rèn)知度。2007年10月19日，在國(guó)際電信聯(lián)盟在日內(nèi)瓦舉行的無線通信全體會(huì)議上，經(jīng)過多數(shù)國(guó)家投票通過，WiMAX正式被批準(zhǔn)成為繼WCDMA、CDMA2000和TD－SCDMA之后的第四個(gè)全球3G標(biāo)準(zhǔn),2024/3/30,42,3G的標(biāo)準(zhǔn)之四：

39、WiMAX,用于工業(yè)的無線傳輸網(wǎng)絡(luò),近些年來，無線傳輸網(wǎng)絡(luò)成為工控領(lǐng)域中正在迅速發(fā)展的技術(shù)熱點(diǎn)之一，也是被不少工業(yè)自動(dòng)化供應(yīng)廠商看好的一種新的增長(zhǎng)點(diǎn)。發(fā)展重點(diǎn)主要集中在無線局域網(wǎng)和無線短程網(wǎng)。一如以往所有的IT技術(shù)移植到工控應(yīng)用中來所采取的方法一樣，基礎(chǔ)是IT行業(yè)的各種無線傳輸標(biāo)準(zhǔn)。但充分考慮在這種專門應(yīng)用中的特別要求，開發(fā)適應(yīng)這些特別要求的技術(shù)、規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)和行規(guī)。,2024/3/30,43,適應(yīng)不同無線傳輸要求而發(fā)展的標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù),

40、2024/3/30,44,2024/3/30,45,無 線 網(wǎng) 絡(luò) 標(biāo) 準(zhǔn) 的 比 較,無線局域網(wǎng)WLAN標(biāo)準(zhǔn),WLAN標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.11系列還在發(fā)展中，已完成的有:,2024/3/30,46,OFDM(OrthogondFreguencyDivisionMultiplexing，正交頻分復(fù)用)技術(shù)是在嚴(yán)重電磁干擾的通信環(huán)境下保證數(shù)據(jù)穩(wěn)定、完整傳的技術(shù)，OFDM的原理是通信信號(hào)按90度的相位作頻分，于是當(dāng)某個(gè)信道波形過零點(diǎn)時(shí)相鄰

41、信道的波形恰好是幅值的最大值。這種多路并行的傳送模式不僅能有效利用頻譜資源，還保證了信道間的波形不會(huì)因外來的干擾而交疊，串?dāng)_。,工業(yè)無線局域網(wǎng)WLAN的要求,工業(yè)WLAN具有與企業(yè)辦公和家庭應(yīng)用環(huán)境不同的要求。這些要求可歸納為： ?嚴(yán)格的延遲要求。 ?確定性性能的保證 ?支持大量的設(shè)備掛網(wǎng)，并支持掛網(wǎng)的設(shè)備數(shù)量可變化。 ?網(wǎng)絡(luò)安全的保證。 ?網(wǎng)絡(luò)投用的保證。,2024/3/30,47,工業(yè)無線局域

42、網(wǎng)WLAN的要求,?嚴(yán)格的延遲要求： 用于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備要求延遲不大于10ms，用于運(yùn)動(dòng)控制不大于1ms，對(duì)于周期性的控制通信，使延遲時(shí)間的波動(dòng)減至最小也是很重要的指標(biāo)。?確定性性能的保證： 保證確定性是對(duì)任務(wù)執(zhí)行有嚴(yán)苛保證的工業(yè)通信系統(tǒng)必備的特性。即使設(shè)備處于漫游狀態(tài)也有此要求，否則會(huì)喪失實(shí)時(shí)性能。?支持大量設(shè)備掛網(wǎng)，并容許掛網(wǎng)設(shè)備的數(shù)量可變化：工業(yè)WLAN的接入點(diǎn)約為數(shù)百個(gè)的數(shù)量級(jí)。若節(jié)點(diǎn)過多和接入的節(jié)點(diǎn)數(shù)有變

43、化，有可能導(dǎo)致IEEE 802.11的MAC協(xié)議層效率太低。?網(wǎng)絡(luò)安全的保證：滿足安全保密法規(guī)是工業(yè)WLAN的基本要求。包括對(duì)黑客接入點(diǎn)的檢測(cè)和保護(hù)的前提條件。?網(wǎng)絡(luò)投用的保證：由于運(yùn)行故障是不可接受的，因此對(duì)于有幾百個(gè)設(shè)備節(jié)點(diǎn)的WLAN來講要求網(wǎng)絡(luò)具有自投用功能，并能執(zhí)行無線規(guī)劃和輔助節(jié)點(diǎn)位置調(diào)查。,2024/3/30,48,短 程 無 線 網(wǎng) 絡(luò) 的 標(biāo) 準(zhǔn),IEEE 802.15 WPAN工作組負(fù)責(zé)制定無線個(gè)人網(wǎng)WPAN的通信

44、標(biāo)準(zhǔn)。IEEE 802.15下面有4個(gè)分標(biāo)準(zhǔn)： 802.15.1為BlueTeeth（藍(lán)牙）， 802.15.2為共存性 802.15.3為高數(shù)據(jù)傳輸率的WPAN， 802.15.4為低數(shù)據(jù)傳輸率的WPAN。802.15.1、802.15.2和802.15.4均正式公布。 802.15.3工作組因兩個(gè)草案投票軍未超過75%，已宣布解散。,2024/3/30,49,HOM

45、E,現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層無線通信,2024/3/30,50,現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層無線通信正進(jìn)入工控領(lǐng)域,?2004年Honeywell推出基于ZigBee無線傳輸協(xié)議的無線變送器XYR 5000系列，可精確檢測(cè)表壓力、絕對(duì)壓力、溫度，還有4-20mA接口，供其它傳感器轉(zhuǎn)為無線輸出。?OMRON推出的無線鏈接DeviceNet現(xiàn)場(chǎng)總線主站：WD30-ME和從站：WD30-SE，最多可支持DI/DO各1600點(diǎn)的通信。已成功應(yīng)用于豐田汽車裝配線的控制系統(tǒng)中

46、。,2024/3/30,51,現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層無線通信迅速進(jìn)入工控領(lǐng)域，其中一個(gè)突破口是現(xiàn)場(chǎng)總線和無線通信技術(shù)的結(jié)合。以下是若干有象征意義的動(dòng)作和產(chǎn)品:,現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層無線通信正進(jìn)入工控領(lǐng)域,德國(guó)schild knecht公司推出的無線Profibus-DP產(chǎn)品DE 3000系列，可在主站與多個(gè)從站之間建立無線鏈接。其使用的載頻為2.4GHz，數(shù)據(jù)包 187.5KB，無線通信協(xié)議分別是： IEEE 802.11b(數(shù)據(jù)傳輸率11Mb

47、it) IEEE 802.11(數(shù)據(jù)傳輸率1Mbit) IEEE 802.15.1(數(shù)據(jù)傳輸率700Kbit) HART通信基金會(huì)HCF投資開發(fā)新的技術(shù)能力和工具，無線HART已成為開發(fā)重點(diǎn)，成立的無線工作組正在制定新的技術(shù)規(guī)范，要求HART無線通信技術(shù)保證支持產(chǎn)品的互操作性，提升HART智能儀表的智能和可連接性，預(yù)計(jì)在2006年上半年完成規(guī)范草案，并與工業(yè)無線組織如SP 100無線

48、委員會(huì)協(xié)調(diào)、合作，以確保工作的連續(xù)性和均衡性。,2024/3/30,52,,WLANWPAN,結(jié) 束 語,無線傳輸進(jìn)入工業(yè)控制領(lǐng)域的趨勢(shì)無可置疑。有人估計(jì)再過四、五年，即2010年前，大多數(shù)儀表和自動(dòng)化產(chǎn)品都將嵌入無線傳輸?shù)墓δ堋o線技術(shù)首先會(huì)用在樓宇自動(dòng)化、自動(dòng)抄表、事故響應(yīng)、設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)、設(shè)備資產(chǎn)管理、診斷維護(hù)等。當(dāng)前較適宜應(yīng)用的行業(yè)可能有：物流過程（裝運(yùn)狀態(tài)監(jiān)控）、汽車制造、食品加工、制藥和流程行業(yè)（設(shè)備資產(chǎn)跟蹤、監(jiān)