Описание многоточечного режима с лекций.
9. WirelessHart
WirelessHART – это беспроводной коммуникационный протокол для узловой сети, предназначенный для автоматизации технологических процессов. Он добавляет беспроводные функции в протокол HART, сохраняя при этом совместимость с существующими HART-устройствами, командами и инструментами.
Каждая сеть WirelessHART состоит из трех основных элементов:
Беспроводные полевые устройства, подсоединенные к технологическому или заводскому оборудованию. Это может быть устройство со встроенной технологией WirelessHART или уже имеющееся установленное HART-устройство с адаптером WirelessHART.
Шлюзы обеспечивают обмен данными между этими устройствами и хост-приложениями, подсоединенными к высокоскоростной магистральной или другой имеющейся на предприятии коммуникационной сети.
Администратор сети отвечает за конфигурирование сети, планирование обмена данными между устройствами, маршрутизацию сообщений и мониторинг состояния сети. Администратор сети может быть встроен в шлюз, хост-приложение или контроллер автоматизации технологического процесса.
Сеть основана на совместимых с IEEE 802.15.4 радиопередатчиках, работающих в промышленном, научном и медицинском диапазоне 2,4 ГГц. В них используется технология широкополосного сигнала с прямой последовательностью и переключением каналов для обеспечения коммуникационной безопасности и надежности, а также технология синхронизированного многостанционного доступа с временным разделением каналов (TDMA) и контролируемой задержкой для связи между устройствами в сети. Эта технология прошла полевые испытания и используется на предприятиях в разных отраслях, связанных с контролем технологических процессов.
Каждое устройство в узловой сети может служить в качестве маршрутизатора для сообщений от других устройств. Иными словами, устройство не имеет необходимости обращаться напрямую к шлюзу; оно просто передает свое сообщение на ближайшее соседнее устройство. Это расширяет масштаб сети и обеспечивает избыточные каналы передачи данных для повышения надежности.
Администратор сети определяет избыточные каналы на основе запаздывания, эффективности и надежности передачи. Чтобы обеспечить открытость и свободность избыточных каналов, передача сообщений попеременно осуществляется по каждому из них. Следовательно, как и в интернете, если сообщение не может дойти до адресата по одному каналу, оно автоматически перенаправляется по проверенному свободному избыточному каналу без потери данных.
Узловая схема сети также позволяет легко добавлять и перемещать устройства. Устройство всегда остается на связи, когда оно находится в зоне действия других устройств в сети.
Для обеспечения гибкости при разных условиях применения стандарт WirelessHART поддерживает несколько режимов передачи данных, включая однонаправленную публикацию значений параметров технологического процесса и управления, мгновенное уведомление по исключению, специальный запрос/отклик и передача больших наборов данных с автоматическим сегментированием. Эти возможности позволяют настраивать передачу данных в соответствии с производственными требованиями, что снижает энергопотребление и непроизводительные издержки.
10.Wi-FI
32. Wi-Fi. Общие принципы работы. Основные стандарты.
Wi-Fi (англ. Wireless Fidelity — «беспроводная точность») — торговая марка Wi-Fi Alliance для беспроводных сетей на базе стандарта IEEE 802.11.
Принцип работы
Обычно схема Wi-Fi сети содержит не менее одной точки доступа и не менее одного клиента. Также возможно подключение двух клиентов в режиме точка-точка, когда точка доступа не используется, а клиенты соединяются посредством сетевых адаптеров «напрямую». Точка доступа передаёт свой идентификатор сети (SSID) с помощью специальных сигнальных пакетов на скорости 0,1 Мбит/с каждые 100 мс. Поэтому 0,1 Мбит/с — наименьшая скорость передачи данных для Wi-Fi. Зная SSID сети, клиент может выяснить, возможно ли подключение к данной точке доступа. При попадании в зону действия двух точек доступа с идентичными SSID приёмник может выбирать между ними на основании данных об уровне сигнала. Стандарт Wi-Fi даёт клиенту полную свободу при выборе критериев для соединения. Более подробно принцип работы описан в официальном тексте стандарта [2].
Преимущества Wi-Fi
Позволяет развернуть сеть без прокладки кабеля, что может уменьшить стоимость развёртывания и/или расширения сети. Позволяет иметь доступ к сети мобильным устройствам.
Wi-Fi устройства широко распространены на рынке. Гарантируется совместимость оборудования благодаря обязательной сертификации оборудования с логотипом Wi-Fi.
Недостатки Wi-Fi
Частотный диапазон и эксплуатационные ограничения в различных странах неодинаковый.
В России точки беспроводного доступа, а также адаптеры Wi-Fi с ЭИИМ, превышающей 100 мВт (20 дБм), подлежат обязательной регистрации.
Самый популярный стандарт шифрования WEP может быть относительно легко взломан даже при правильной конфигурации (из-за слабой стойкости алгоритма). Несмотря на то, что новые устройства поддерживают более совершенный протокол шифрования данных WPA и WPA2, многие старые точки доступа не поддерживают его и требуют замены. Принятие стандарта IEEE 802.11i (WPA2) сделало доступной более безопасную схему, которая доступна в новом оборудовании.
Wi-Fi имеют ограниченный радиус действия. Типичный домашний маршрутизатор Wi-Fi стандарта 802.11b или 802.11g имеет радиус действия 45 м в помещении и 500 м снаружи. Микроволновая печь или зеркало, расположенные между устройствами Wi-Fi, ослабляют уровень сигнала. Расстояние зависит также от частоты.
Наложение сигналов закрытой или использующей шифрование точки доступа и открытой точки доступа, работающих на одном или соседних каналах, может помешать доступу к открытой точке доступа
Неполная совместимость между устройствами разных производителей или неполное соответствие стандарту может привести к ограничению возможностей соединения или уменьшению скорости
Уменьшение производительности сети во время дождя (Для уменьшения потери при условиях плохой погоды принято при расчете Wi-Fi сети ставить оборудование с запасом в треть мощности передатчика)
Перегрузка оборудования при передаче небольших пакетов данных из-за присоединения большого количества служебной информации.
Малая пригодность для работы приложений, использующих медиа-потоки в реальном времени (например, протокол RTP, применяемый в IP-телефонии): качество медийного потока непредсказуемо из-за возможных высоких потерь при передаче данных, обусловленных целым рядом неконтролируемых пользователем факторов (атмосферные помехи, ландшафт и иное, в частности, перечисленное выше). Несмотря на данный недостаток, выпускается масса VoIP оборудования на базе устройств 802.11b/g, которое ориентировано в том числе и на корпоративный сегмент: однако в большинстве случаев документация к подобным устройствам содержит оговорку, гласящую, что качество связи определяется устойчивостью и качеством радиоканала.
Wi-Fi. Стандарты IEEE 802.11a, 802.11b
Из всех существующих стандартов беспроводной передачи данных IEEE 802.11 на практике чаще всего используются всего три стандарта, определенные Инженерным институтом электротехники и радиоэлектроники (IEEE): 802.11b, 802.11a и 802.11g.
В стандарте IEEE 802.11b благодаря высокой скорости передачи данных (до 11 Мбит/с), практически эквивалентной пропускной способности обычных проводных локальных сетей Ethernet, а также ориентации на диапазон 2,4 ГГц,
Поскольку оборудование, работающее на максимальной скорости 11 Мбит/с, имеет меньший радиус действия, чем на более низких скоростях, стандартом 802.11b предусмотрено автоматическое снижение скорости при ухудшении качества сигнала.
Стандарт IEEE 802.11a имеет большую ширину полосы из семейства стандартов 802.11 при скорости передачи данных до 54 Мбит/с.
В отличие от базового стандарта, ориентированного на область частот 2,4 ГГц, спецификациями 802.11a предусмотрена работа в диапазоне 5 ГГц. В качестве метода модуляции сигнала выбрано ортогональное частотное мультиплексирование (OFDM).
К недостаткам 802.11a относятся более высокая потребляемая мощность радиопередатчиков для частот 5 ГГц, а также меньший радиус действия
Wi-Fi. СтандартыIEEE802.11g, 802.11n
Стандарт IEEE 802.11g является логическим развитием 802.11b и предполагает передачу данных в том же частотном диапазоне. Кроме того, стандарт 802.11g полностью совместим с 802.11b, то есть любое устройство 802.11g должно поддерживать работу с устройствами 802.11b. Максимальная скорость передачи в стандарте 802.11g составляет 54 Мбит/с, поэтому на сегодня это наиболее перспективный стандарт беспроводной связи.
При разработке стандарта 802.11g рассматривались две отчасти конкурирующие технологии: метод ортогонального частотного разделения OFDM и метод двоичного пакетного сверточного кодирования PBCC, опционально реализованный в стандарте 802.11b. В результате стандарт 802.11g содержит компромиссное решение: в качестве базовых применяются технологии OFDM и CCK, а опционально предусмотрено использование технологии PBCC. О технологиях CCK и OFDM мы расскажем чуть позже.
IEEE 802.11g
Стандарт IEEE 802.11g по сути представляет собой перенесение схемы модуляции OFDM, прекрасно зарекомендовавшей себя в 802.11а, из диапазона 5 ГГц в область 2,4 ГГц при сохранении функциональности устройств стандарта 802.11b. Это возможно, поскольку в стандартах 802.11 ширина одного канала в диапазонах 2,4 и 5 ГГц схожа - 22 МГц.
IEEE 802.11n
Теоретически 802.11n способен обеспечить скорость передачи данных до 480 Мбит/с.
Устройства 802.11n работают в диапазонах 2,4—2,5 или 5,0 ГГц.
Кроме того, устройства 802.11n могут работать в трёх режимах:
наследуемом (Legacy), в котором обеспечивается поддержка устройств 802.11b/g и 802.11a;
смешанном (Mixed), в котором поддерживаются устройства 802.11b/g, 802.11a и 802.11n;
«чистом» режиме — 802.11n (именно в этом режиме и можно воспользоваться преимуществами повышенной скорости и увеличенной дальностью передачи данных, обеспечиваемыми стандартом 802.11n).
11. ИК
Достоинства применения ИК - технологий для передачи данных:
Высокая скорость передачи данных (622 Мбит/с), в опытной эксплуатации 4Гбит/с.
Отсутствие необходимости в разрешениях и лицензировании на использование радиочастотного спектра.
Высокая конфиденциальность связи. Передача осуществляется узким лучом при полном отсутствии боковых излучений.
Радиус действия около 2,5 км. Достаточно высокая дальность передачи данных. При использовании лазерных источников от 2,5 км.
Накоплен значительный опыт передачи данных по оптоволоконным линиям, использующих в качестве источников лазерные инфракрасные диоды.
Применение ИК тех. для передачи данных по внешней среде началось с 1990-х годов, хотя успешные испытания были проведены еще в 1960-х.
К преимуществам данной технологии можно отнести:
Высокие скорости передачи (622 Мбит/сек-10 Гбит/сек).
Отсутствие необходимости лицензирования частот при организации беспроводной связи.
Высокая конфиденциальность передаваемых данных.
Отработанная технология на базе оптоволоконных линий связи.
Отсутствие радиопомех.
Увеличение срока службы лазерных диодов до 50000 часов.
Влияние погодных условий на ИК-сигнал.
Самым непредсказуемым элементом в данной системе является среда передачи, очевидным фактом является не прогнозируемость атмосферы с её погодными явлениями. Это и есть главное отличие подобных систем от оптоволоконных, где параметры кабеля хорошо известны.
Длина волны ИК-сигнала в большинстве реализованных систем варьируется в пределах от 720 до 950нм. Однако существуют компоненты позволяющие реализовать длину волны до 1500нм.
Оказалось что при различных погодных условиях пропускание ИК-сигналов с разными длинами волн различно. Т.О. если в зависимости от погодных условий изменять длину волны передатчика, то можно добиться высокой достоверности передаваемых данных (так при тропическом ливне ИК-сигнал оказывается эффективнее, чем радиочастотный сигнал).
Так для различных погодных условий определенной местности строятся графики (зависимость амплитуды сигнала от длины волны).
Грамотно спроектированная система должна содержать подробные характеристики для различных погодных условий и переключать длину волны излучателя. Подобные системы обеспечивают высокое качество связи, однако получить коэф. готовности выше 99,97 в реальных условиях крайне сложно.
Компоненты ИК - технологии
ИК системы передачи состоят из интерфейсного модуля, модулятора излучателя, оптической системы передатчика, оптической системы приемника, демодулятора приемника и интерфейсного блока приемника. Все системы по техноло-гическому признаку можно разделить на две группы. Первая группа использует полупроводниковые ИК диоды (с излучением с поверхности), а вторая группа использует для излучения полупроводниковые ИК лазерные диоды (с излучение с торца перехода). Главное различие систем сказывается на их главных характеристиках - скорости и дальности передачи. Первая группа - это в основном корот-коходные системы до 1.5 км со скоростями до 20 Мбит/с, вторая - обеспечивает дальности передачи до 3…15 км, в зависимости от погодных условий и требований к качеству канала, со скоростями до 155 Мбит/с (коммерческие систе-мы) или до 10 Гбит/с (опытные системы).
Компания PAV Data Systems выпускает системы ИК – связи, работающие на большом расстоянии (2,5км). Системы имеют наибольшую выходную мощность, сохраняя при этом жесткие требования по безопасности эксплуатации. Широко используются в Великобритании, где плохие погодные условия.
Система БОКС-10 является не дорогой с дальностью пере-дачи от 1км и со скоростью 10Мбит/с. В качестве излучаю-щих элементов используется полупроводниковый диод.
Система ЛАЛ -2 использует лазерный диод. Данная система должна быть жестко сфокусирована и очень чувствительна к дрожанию атмосферы.
Система Laser Bit от компании Crown – Tech имеет те же недостатки, что и предыдущая система.