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无线设备互联提升有线设备价值
发布时间:2014-02-03     作者:www.planteng.cn
摘要:IT业界开始对网络基础架构进行标准化的时期可以回溯到上世纪90年代,从那个时代起,人们开始实现从线缆、连接器到开放系统互联模型的互操作性。这使得在连接成本大幅下降的同时,性能得到了大幅提升。然而对于工业世界而言,用户曾经长期依靠单一供应商群体和专有现场总线系统,以太网络也一度由于可靠性、耐用性等因素被认为不足以适应制造业的要求。

 ■ 随着以太网在工厂中得到应用,无线以太网也已经被认为是支持工业应用的一个稳定平台。
  ■ 新的802.11n标准已经解决了一些曾经困扰无线以太网的问题。
  ■ 一些新的路由器和网桥产品为无线以太网应用环境提供了集成解决方案。
  ■ 基于新的无线网络技术,有线网络将得到增强,而不是被淘汰。
  IT业界开始对网络基础架构进行标准化的时期可以回溯到上世纪90年代,从那个时代起,人们开始实现从线缆、连接器到开放系统互联模型的互操作性。这使得在连接成本大幅下降的同时,性能得到了大幅提升。然而对于工业世界而言,用户曾经长期依靠单一供应商群体和专有现场总线系统,以太网络也一度由于可靠性、耐用性等因素被认为不足以适应制造业的要求。
  然而,IT网络和工业网络之间巨大的成本差异不可能永远持续下去。供应商开始提供适应工业应用要求的加固型设备,而以太网也已经成为了工业自动化的一个组成部分。
  当前,我们正在面临另一个转折点。就像早期的有线以太网一样,无线以太网曾经长期被认为缺乏工业应用所要求的高可靠性。对于咖啡馆的顾客来说,无线网络的失效或中断顶多会造成一点点不便,但对于工业应用而言,这可能意味着一场严重的灾难。所以,像有线以太网一样,无线以太网在获准应用于设备互联自动化之前,必须进行一些必要的改进。

 可靠的Wi-Fi连接
  Wi-Fi的互操作性和其芯片的低成本,使它成为了无线IT应用的自然选择。不过,早期的Wi-Fi标准曾一度被诸如多路径传输等问题所困扰,当无线信号被周围环境中的障碍物吸收或反射时就会发生这种现象。这些障碍物可以是任何东西,比如普通建筑材料或是摆放的植物,而每一种障碍物都会以它们特有的方式对信号产生影响。最终的结果就是Wi-Fi信号将以不同步和无序的状态到达接收端。在这种情况下,仅仅是由于有人开动了叉车或是移动了一堆纸箱,一个当前还在正常工作的网络连接有可能在五分钟后就发生故障。
  Wi-Fi的802.11n标准利用多输入多输出技术(MIMO)解决了这一问题。这一标准使得在网络的发送段和接收端都采用多重天线,并将数据切割为多个空间流进行传送。这些空间流通过多组天线分别传输,并由接收端的多组天线作相应的接收,再由软件通过信号处理算法对接收的信息进行修正和解析。
  MIMO 802.11n的设备还采用了如空间波束成形这样的预编码和事后编码技术。空间波束成形对信号的相位和相对振幅进行修改,以产生一个相长干涉与相消干涉的分布,这使接收端对信号的解析更为简化。802.11n标准增加了MAC层的帧聚合机制,使得可以通过将多个数据帧合并为一个更大的数据帧来减少指定管理信息的频率。有效载荷数据占数据总量的比率得到了提升,允许实现更好的吞吐量。此外,802.11n标准还在物理层增加了40MHz信道,将原来20MHz标准下的可用带宽扩展了一倍。总而言之,802.11n对于Wi-Fi标准的很多修改都使其成为了一项足以满足工业应用要求的无线技术。

 不再过时的设备
  如果你今天购买了一台新的台式电脑,这台电脑将会配备多个USB接口作为标准配置。而如果你需要使用串行接口,你也许不得不安装一块扩展卡。串行通信在商业和家庭应用中已经变得无关紧要,电脑是否能够连接一些老式点阵打印机不再是人们关心的问题。但是,在工业应用的世界里,情况却不太相同。全世界的公司和组织在串行设备上仍然保持着庞大的投资。事实上,串行协议的低成本和坚实的可靠性使得串行设备仍然具有很强的吸引力,串行设备的安装数量也仍在持续增长。那么,你如何让这些串行设备通过现代的网络进行通信?又如何使它们实现无线化呢?
  有线的串行服务器和接口转换器已经存在了很长时间,所以这是一个可供选择的方法,也就是将现有设备与一个外部的无线通信设备连接,使其可以应用于Wi-Fi网络。实际上,还有另一种方法可以解决这一问题。
  设备供应商现在能够生产一种可以为串行接口与Wi-Fi转换提供一体化解决方案的无线路由器和无线网桥。
  利用这些网络设备,无论是新设备还是传统的串行设备都可以进行无线的网络通讯。同时,这些无线路由器或无线网桥通常也设有以太网接口,可以使其与本地网络或是独立的以太网设备相互连接。
  此外,无线接入点的应用是另一个可行的途径。将其与你的串行设备相连接,可以让串行设备拥有自己的Wi-Fi热点,使技术人员可以通过笔记本电脑、平板电脑甚至是智能手机来与这些设备实现通信。如果你在设计新的串行设备,你可以向设备添加复制了外部路由器、网桥或无线接入点功能特性的嵌入式模块,以实现与这些设备相同的功能。
  无线路由器、网桥或接入点也可以用来实现叉车这类移动设备的联网,使这些设备得以在任何时候与一定范围内的网络或手持设备建立连接。而当你所处的周围环境中充满了大量其他设备的传输信号时,支持双频Wi-Fi的设备可以让你在2.4Ghz与5Ghz两种频段中自由选择,以避免不必要的传输影响。

 远程通信
  802.11n标准可在以公里为计量单位的视距范围内提供高达150Mbps的数据吞吐量。当你需要跨越河流或高速公路之类的障碍物时,这是非常有用的。但随着无线网络的应用范围不断扩大,在那些并不具备以太网基础设施的区域,人们对无线连接的需求也在增长;同时也有一些应用需求中提出的网络覆盖范围比较大,即使是最新和最先进的Wi-Fi设备也还不能达到其覆盖范围的要求。
  而移动M2M数据网络则可以解决这一问题。正如一些工业级Wi-Fi路由器能够做到的那样,今天的移动路由器也通常会包括对串行设备的支持。一个包括I/O端口、以太网端口和Wi-Fi端口的模块,可以让你将一系列支持串行协议的设备通过移动电信网络接入互联网。利用虚拟私用网络,你所使用的移动电信网络将和专有网络一样能够确保安全可靠。
  这还仅仅是开始。4G LTE网络的建设已经基本实现。网络的设计者们马上将可以把4G技术的巨大带宽、低延迟性与扩展的Wi-Fi相结合,从而提供强大到令人难以置信的网络功能。并且,你仍然无需放弃和更换你的现有设备或是有线网络设施,有线网络并不会走向淘汰,它们只会变得更加卓越。