工業無線網絡WIA技術

工業無線網絡WIA(Wireless Networks for Industrial Automation)技術是由中科院沈陽自動化所推出的具有自主知識產權的高可靠、超低功耗的智能多跳無線傳感器網絡技術，該技術提供一種自組織、自治愈的智能Mesh網絡路由機制，能夠針對應用條件和環境的動態變化，保持網絡性能的高可靠性和強穩定性。

工業無線網絡WIA技術基于短程無線通信IEEE 802.15.4標準，使用符合中國無線委會規定的自由頻帶，解決工廠環境下遍布的各種大型器械、金屬管道等對無線信號的反射、散射造成的多徑效應，以及馬達、器械運轉時產生電磁噪聲對無線通信的干擾，提供能夠滿足工業應用需求的高可靠、實時無線通信服務。

通過使用工業無線網絡WIA技術，用戶可以以較低的投資和使用成本實現對工業全流程的“泛在感知”，獲取傳統由于成本原因無法在線監測的重要工業過程參數，并以此為基礎實施優化控制，來達到提高產品質量和節能降耗的目標。

工業無線網絡WIA技術主要應用于石油、石化、冶金、環保、污水處理等領域。

選擇工業無線技術最重要的五個準則

無線應用把眾多的新能力(如實現新型的監控、增加現有設備的靈活性、降低運營和流程管理成本)帶入它們所服務的行業。反過來，許多不同類型的無線技術和應用迅速涌現出來以滿足這個日益增長的需求。

需要強調的是，工業領域存在一些特有的挑戰，但許多傳統的無線技術并非是專門為應對這些挑戰而設計的。這些挑戰包括要求可靠性高、系統功耗低并具有在RF干擾嚴重的物理環境中良好工作的能力，當然，同時還須具有高性價比。

無線技術應用數量的不斷增加也已成為一個挑戰，眾多的無線應用爭奪同一個RF空間，導致頻譜過于擁擠，并與業已存在的挑戰交織在一起。要為某個特定的應用選擇一個合適的、足以應對這些挑戰的技術，工程師需要考量可靠性、簡單性、功效、傳輸范圍和成本等多個重要指標。

可靠性

在這里，可靠性是指無線系統在存在各種工業障礙的情況下成功完成通信的能力。我們可以根據無線系統的某些特征參數來評價其可靠性。

* 所使用的RF頻譜：無線系統通信所使用的物理RF頻譜

* 接收靈敏度：收發器完成通信需接收到的最小信號水平

* 輸出功率：能夠輸出的信號水平

* RF捷變能力：為避免干擾而在RF頻譜中移動的能力

* 抗干擾度：在存在干擾的情況下在給定頻道中通信的能力。

RF波的物理特性造成其頻譜使用高度依賴于環境。頻率越低，波長越長，越不容易被液體和加固混凝土等典型的生活與建筑材料所吸收。

但是，為減小與其它無線通信技術的干擾，RF頻譜及其使用受到很強的管制。在RF頻譜中，地方或國際組織只為免許可通信保留了幾個頻段，并稱之為工業、科學和醫療(ISM)頻段。在這些頻段中，主要使用的頻段是2.4GHz部分。在這個頻段，由于波長短，信號迅速被不利于RF傳輸的工業環境所吸收，我們需要對其它可靠性評估指標給予更多的關注。

我們可以把接收靈敏度、輸出功率和抗干擾度結合起來，形成一個更為宏觀也更為重要的可靠性指標——鏈路預算。鏈路預算是接收靈敏度、輸出功率和抗干擾度的綜合值。系統的接收靈敏度越高、輸出功率和抗干擾度越大，則鏈路預算越大。鏈路預算越大，RF吸收和RF干擾給系統帶來影響的可能性越小，實現可靠通信的潛力越大。

收發器的接收靈敏度和輸出功率強烈依賴于所使用的元器件，較易于進行評估和比較，但抗干擾度在很大程度上依賴于無線收發器為提高其生命力而使用的技術。目前使用的可直接改善抗干擾度的最好技術之一是直接序列擴頻(DSSS)調制。

DSSS調制的本質是通過向傳輸信號中引入前向誤差校正，來減少因信號干擾而造成的數據損失。特別地，DSSS基于發射器和接收器共享的偽隨機噪聲碼，把數據編制成規模更大的比特流。

圖1展示了把8比特數據編制成32碼片(Chip)數據的過程，在這里，4個碼片等價于一個比特。

這些碼片被調制成RF信號并發射出去。接收器從接收到的信號中解調出這些碼片并逆向執行DSSS編碼方案。盡管由于信號噪聲或干擾而存在解調錯誤，我們仍可以復現原始數據。

RF捷變通過干擾避免技術(在RF頻譜內跳動或移動等)來改善可靠性。系統在頻譜中移動的自由度越大，找到干擾較小的RF靜謐環境的能力越強。包括偽隨機跳頻方案或基于算法的跳頻方案在內，目前使用的各種RF捷變技術通過不斷地在頻譜中跳變來最大限度地減小干擾(見圖2)。

從可靠性的角度來說，不斷跳頻存在的一個問題是，在繁忙的RF頻譜中，系統可能會無意地連續跳到頻譜中包含強干擾的頻道。更智能的方案只在遇到干擾時跳頻。一旦找到安靜無干擾的頻率時則停止跳頻。

不管使用哪種捷變方案，RF捷變同樣依賴于所使用的RF頻譜和通道規模。所使用的RF頻譜會影響可用捷變空間。例如，由于受到頻率分配的制約，同工作頻率較高的系統相比，工作頻率較低的系統的捷變空間較小。例如，2.4GHz系統約有100MHz的可用頻譜，而900MHz系統只有大約26MHz。

通道寬度也是影響RF捷變能力的一個重要因素。通道寬度越小，則在頻譜中捷變的空間越大，RF捷變能力越強，避免干擾并在干擾之間找到合適位置的能力越強。例如基于802.15.4的系統的通道寬度為5MHz，只有16個可用通道，而通道寬度為1MHz的系統通常有80個可用的通道，因而有更多可用的避擾位置。

因而，可靠性是由鏈路預算、RF捷變能力和所使用的RF頻譜所共同決定的。在相同的RF頻譜上，無線系統的可靠性與鏈路預算和RF捷變能力正相關。