无线局域网技术及应用(所需资料)

1.802.11、802.11b、802.11g都工作在2.4GHz的ISM(工业、科学和医疗)频段，不需要向电台发射信号。但802.11a工作在5GHz频段，暂时关闭，需要申请。

2.802.11a和802.11g均有最高54Mbps的物理层速率和最高25Mbps的传输层速率，但稳定性有待进一步提高，成本较高。802.11b最高速率可达11Mbps，由于起步早，技术成熟，成本低，将是未来最有前途的无线局域网标准。下面重点介绍802.11b标准。

二、IEEE 802.11b无线网络标准

1.无线局域网的物理层

无线局域网与传统有线局域网的区别在于，无线局域网一般采用无线电作为传输介质，而不是传统的电缆。对于IEEE 802.11b WLAN，有三个可选的物理层:跳频扩频(FHSS)、直接序列扩频(DSSS)和红外(IR)。物理层的选择取决于实际应用的要求。跳频扩频和直接序列扩频是通信技术中两种常用的扩频技术，用于提高无线信道的利用率和数据通信的安全性。目前大多数基于IEEE 802.11b的WLAN产品的物理层介质工作在2.4000~2.4835GHz的无线射频频段(ISM频段)，采用直接序列扩频技术，提供高达11Mbps的数据传输速率。

2.无线局域网的MAC协议

原则上，无线局域网的MAC协议和有线局域网的MAC协议没有本质区别。然而，由于无线传输介质的固有特性和移动性的影响，无线局域网的MAC协议不能遵循原有的局域网协议。例如，IEEE 802.3的MAC层采用CSMA/CD使不同的站点* * *共享同一个物理信道。实现CSMA/CD的一个重要前提是每个站点都能方便地实现冲突检测功能。在有线局域网(如以太网)的情况下，根据被测电缆上DC分量的变化，可以很容易地实现碰撞检测。然而，当使用无线传输介质时，由于以下原因，难以实现冲突检测。

1)冲突检测的能力要求每个站同时发送(发送自己的信号)和接收(决定其他站的传输是否干扰自己的传输)，这样会增加信道的成本。

2)更重要的是，因为隐藏终端问题，即使一个站有检测冲突的能力，并且在传输的时候已经检测到了冲突，在接收端还是会有冲突。

鉴于上述原因，无线局域网协议标准IEEE 802.11b采用具有冲突避免的载波侦听多路访问(CSMA/CA)协议来实现无线信道共享。

简单的CSMA/CA可以如下实现:在发送数据分组之前，无线设备将监听以查看其他无线设备是否正在发送。如果传输正在进行，设备将等待一个随机确定的时间，然后监听。如果没有其它设备正在使用该介质，该设备将开始传输数据。因为很可能一台设备在发送数据的同时另一台设备也在发送数据，所以为了避免这种冲突造成的数据丢失，接收设备会检测收到的数据包的CRC，如果正确，它会向发送设备发送确认，表示没有冲突。否则，发送设备将重复上述CSMA/CA过程。

为了将两个无线设备同时传输导致冲突的可能性降至最低，802.11设计人员使用了一种称为发送请求/清除发送(RTS/CTS)的机制。例如，如果数据到达由无线节点指定的无线接入点(AP ),则AP将向该无线节点发送RTS帧，请求一定量的时间来向其发送数据，并且无线节点将用CTS帧来响应，指示它将阻塞任何其他通信，直到AP发送了数据。其他无线节点也可以听到正在进行的数据传输，并将其传输延迟到该时间之后。这样，节点之间传输数据时，设备造成介质上碰撞的可能性最小。这种传输机制也解决了WLAN中隐藏终端的问题。

为了确保数据不会在传输中丢失，CSMA/CA还引入了确认(ACK)机制。在接收到数据之后，接收器向发送单元发送确认通知ACK。如果发送方没有收到ACK，表明数据丢失，数据将再次传输。

3.无线局域网的实时性能分析。

IEEE 802.11b无线局域网标准在媒体访问控制层采用CSMA/CA协议实现无线信道的* * *享受。在网络负载较轻的情况下，冲突的几率很小，有些无线网络产品采取一些附加措施，甚至可以完全避免冲突。比如Wi-LAN的无线产品AWE 120-24，采用的是动态时间分配轮询的方式:当有多个无线远端设备与基站通信时，基站会根据远端站的ID依次询问每个远端站是否有数据要发送，如果有数据要发送，就会给它分配一个时间片。如果没有，它会继续往下问，以此类推。这里所谓的动态轮询，是指用户可以设置基站的轮询方式，减少对不活跃站点的查询次数，以保证不会浪费时间片。动态时间分配轮询技术完全避免了冲突，可以获得比CSMA/CA更好的实时性能。这使得无线技术在工业控制网络中的应用成为可能。

3.基于无线技术的网络化智能传感器介绍

计算机网络技术、无线技术和智能传感器技术的结合产生了一个全新的概念“基于无线技术的网络化智能传感器”。该智能传感器集成了数据采集、数据处理和无线网络接口模块。无线网络接口模块底层网络接口(硬件接口)采用基于IEEE 802.11b的网络接口芯片，高层网络接口(软件接口)采用TCP/IP协议，这是一种嵌入式应用，即将TCP/IP协议固化到智能传感器的ROM中，使现场数据。这种基于无线技术的网络化智能传感器，使得工业现场数据可以通过无线链路在网络上直接传输、发布和欣赏。

无线局域网可以在普通局域网的基础上，通过无线集线器、无线接入点(AP)、无线网桥、无线调制解调器和无线网卡来实现。

在工业自动化领域，有成千上万的传感器、探测器、计算机、PLC、读卡器等设备，需要相互连接形成控制网络。通常，这些设备提供的通信接口是RS- 232或RS-485。无线局域网设备使用隔离信号转换器将工业设备的RS-232串行信号转换为无线局域网和以太网的信号，符合无线局域网的IEEE802.11b和以太网的IEEE 802.3标准，支持标准的TCP/IP网络通信协议，有效扩展了工业设备的组网通信能力。

第四，无线局域网在工业控制网络中的应用

工业控制系统的网络化为无线技术在工业控制系统中的应用提供了基础和可能。近年来，许多研究者也开展了这方面的研究工作。中科院沈阳自动化所曾鹏等人基于FF(现场总线基金会)颁布的FFHSE(高速以太网)，结合无线以太网标准IEEE802.11b，构建了现场级无线通信协议栈。该协议栈维护了基金会现场总线的通信模型，可以完成无线设备之间的时间同步和实时通信。韩国釜山国立大学的Kyung Chang Lee等人设计了协议转换模型，实现了PROFIBUS-DP网络与IEEE802.11无线局域网的互联。Mario Alves等人估算了基于广播现场总线/无线网络的混合网络的消息传输延迟时间。C.Koulamas等人研究了将Profibus与基于IEEE802.11b的DSSS物理层相结合的性能。

除了理论研究，无线通信技术已经在一些工业控制网络中得到应用。例如，在基于DeviceNet、Control-net和Ethernet/IP的三层控制网络系统中，美国Rockwell公司增加了无线以太网来实现无线通信。德国西门子公司将无线以太网技术结合到基于PROFIBUS-DP和Profinet的控制网络中，使控制网络具有无线通信功能。由于无线网络无可比拟的优势，可以避免大量的线路连接，节省系统的建设成本和维护成本，满足一些特殊场合的需求。同时大大增强了系统组成的灵活性。再加上无线通信技术本身的不断完善，无线通信技术在工业控制领域将会有广阔的发展空间和应用前景。

动词 （verb的缩写）无线技术在工业控制网络中的应用方案及设备

1.无线工业控制方法

通过使用基于无线技术的网络化智能传感器，结合基于IEEE 802.11b的各种无线局域网网桥，可以实现无线局域网技术在工业控制网络中的应用方案。无线LAN网桥用作无线接入点(AP)。基于无线技术的网络化智能传感器对现场数据进行采集和处理，并用TCP/IP协议对数据进行封装，通过无线链路发送给AP。由于高层无线链路和有线以太网采用TCP/IP协议，低层协议对高层协议透明，实现了无线网络和有线网络的无缝连接。通过互联网，可以实现远程监控。

2.无线设备的选择

要实现无线网络，一般有两种设备可供选择。一种是无线局域网桥，可以将多个无线站连接到现有的局域网中；另一类是无线通信设备，如无线网卡、无线调制解调器等。接下来，我们将介绍研华的无线设备。

A.WLAN-9200系列11Mbps工业无线局域网接入设备。

WLAN-9200是室外使用的增强型11Mbps无线LAN网桥。它可以将多个远程工作站连接到局域网，而无需任何物理布线。