企業網絡有線與無線集成實施

王福剛

摘 要：無線傳感器網絡的不斷應用進一步擴展了工業控制網絡。與傳統的工業控制網絡相比，無線網絡的特點是成本低，易于使用，易于維護，靈活性和可擴展性。

關鍵詞：網絡集成；有線網絡；無線網絡

1 前言

作為一種新興的無線傳感器網絡技術，ZigBee由于其低功耗，低成本和低復雜性而被廣泛應用于工業和生活的各個領域。其巨大的應用潛力使其成為理論和應用研究的熱門話題。

2 企業有線無線網絡集成意義

在工業應用中，監測溫度，壓力和流量等參數是確保安全有序生產的關鍵。大多數傳統監測方法使用現場布線方法。在一些難以鋪設或需要大規模鋪設的工業場所中，傳統的監測方法無疑具有主要缺點。無線網絡的應用不僅節省了大量的線纜連接成本，還大大擴展了監控空間。但是，在未來，CAN，工業以太網和Profibus等現場總線網絡仍將占據主要應用比例。這些通信網絡是有線連接，無線網絡的應用將不可避免地導致它們共存。因此，研究如何將工業無線網絡與有線網絡結合起來勢在必行。這不僅需要理論支持，還需要在實際應用過程中實施，并研究一套完整的協議轉換設備和方法。ZigBee無線網絡技術因其低功耗，高可靠性和良好的穩定性而被用于構建工業設備的通信網絡，可以更好地滿足工業無線網絡的要求。 ZigBee無線通信技術采用雙向通信方式，功耗低，成本低，通信距離適中，復雜度低，數據傳輸速率低。主要用于遠程監控，自動控制等。它用于各種嵌入式系統，支持地理定位。基于以上特點，ZigBee技術將有效應用于工業控制，消費電子，家庭和樓宇自動化設備，醫療設備，農業自動化等領域。作為一個成熟的工業控制網絡，工業以太網已廣泛應用于工業控制和監控。特別是在惡劣的環境中，管理人員需要進入作業現場來收集和查看設備數據。遠程終端可以查看和確定站點數據，大大提高了便利性。

3 需求分析

3.1、無線接入點分布：該辦公樓無線覆蓋網絡屬于一個典型的分布型無線覆蓋組網方式，每一層需要放置兩個BWA601，分別位于每一層樓道的走廊兩端。BWA601外接室內覆蓋天線用以保證樓道內無盲區強信號覆蓋，多設備覆蓋是因為手機、PDA、PAD等無線終端內置無線天線的接收面和增益都比較小，功放功率比較低，所以中心設備要做到很強的信號強度才能保證正常連接上網。

3.2、微波損耗計算方式：在辦公室環境，802.11b / g/n，2.4千兆赫，的近似衰減值：石膏板墻體：3dB玻璃幕墻與金屬框架：6dB 煤渣砌塊墻體：4dB 辦公室的窗戶：3dB 金屬門：6dB磚墻+金屬門：12.4dB其他因素會影響2.4GHz的射頻信號范圍，包括混凝土纖維板墻，鋁墻板，管材和電線，微波爐和無繩電話。

3.3、無線組網方法：以為該辦公樓原有有線網絡，所以從機房通過豎井到每一層都有線路供無線BWA601接入使用，每一層的兩端各使用一根原有線路連接到BWA601，BWA601外接室內覆蓋天線固定在墻壁之上，天線朝向走廊，室內用戶通過反射、穿射的無線信號上網。

3.4、無線網絡規劃：（1）信道：奇數樓層兩個BWA601信道劃分為1和9信道；偶數樓層兩個BWA601信道劃分為3和11信道，最大化減少每一層和任意層之間的同頻干擾（2）SSID劃分：每一層的兩個AP的SSID（無線網絡標示）按照“辦公樓所屬單位名稱+所在樓層數+A”、“辦公樓所屬單位名稱+所在樓層數+B”命名。（3）無線傳輸模式：該無線網絡覆蓋采用的是目前國際最新的802.11n 企業級無線接入基站，由于考慮到用戶的筆記本和手持終端支持的接入模式不統一，可能有的支持802.11n，也有支持802.11g的，所以主設備的傳輸模式采用802.11n和802.11g兼容模式供用戶接入，保證每個用戶的正常接入上網（4）加密方式：每一層的無線加密方式和密鑰可根據網絡管理人員當地網絡環境和實際情況確定，由于用戶的流動、移動性比較強，建議加密但不綁定用戶終端設備MAC地址。（5）設備供電：樓層內所有的BWA601設備統一采用PoE網線供電方式，不需要單獨拉電源線供電，一定程度上節省人工開支和施工難度。

3.5、機房部分：機房內首先使用多口二層交換機，將樓內的所有BWA601匯聚到一起，連接到硬件防火墻之后再連接到一臺中心網管路由器上。路由器可開啟DHCP服務器對接入的用戶自動分發IP地址、DNS地址上網（不建議手動分配IP地址，因為手持終端的靜態IP地址配置操作比較繁瑣）。6、網管平臺：因為該網絡為小型企業級無線網，使用網管路由器和二層交換機即可實現管理，無需另加后天無線BWA601管理平臺，實際需要按照網絡建設后網絡環境要求而定。

4 無線網絡

傳感器節點密集排列在監控區域，通過無線通信形成多跳自組織智能測控網絡。無線傳感器網絡技術的快速發展得益于現代通信技術，信號處理技術，嵌入式計算技術，傳感測試技術，微機電技術和分布式處理技術的快速發展。無線傳感器網絡可以協作以收集無線網絡覆蓋范圍內的被監視對象的數據和信息，在某些條件下處理所收集的信息，并最終通過無線網絡將所需數據和信息發送給觀看者。隨著無線傳感器網絡的不斷應用，人們對信息的訪問不再受時間，地點和環境的限制。因此，WSN具有廣泛的應用和前景，并廣泛應用于工業，農業，汽車，航空航天，醫療，家庭，樓宇自動化等領域。分布式節點用于協調區域中的每個節點，以便節點自動分組，不需要手動干預和其他預設網絡設施互聯網。在實際過程中，使用的無線傳感器網絡節點高度部署，部署數量非常大。可以部署數千個或更多節點設備。無線傳感器網絡應用非常廣泛，無線網絡本身的拓撲結構正在迅速變化。一旦在初始階段建立了網絡，在后續階段幾乎不需要人為干預。因此，在設計無線傳感器網絡的硬件和軟件時，必須注意容錯，抗干擾和穩健設計。同時，無線通信協議也應具有一定的適應性和重新配置。它高度集成且緊湊，由于其大量的一次性部署，廣泛的地理分布以及相對復雜和惡劣的部署環境，更換電池電源非常困難。為了使節點在電池電量有限的情況下長時間工作，節點使用低功率組件。此外，節點將進入休眠狀態，使節點的能耗非常小。

5 有線無線網絡架構

無線/有線網絡具有不同的應用場景和用戶。他們使用不同的協議技術，從最低的物理層到最高的應用層。因此，研究了網絡集成技術。數據鏈路層，網絡層，應用層和其他協議層存在差異。業界有線網絡主要包括Profibus，CAN總線，FF（基本總線）總線和Modbus / TCP總線。每個網絡使用的協議模型非常不同。為了使用不同的協議實現兩個網絡之間的集成，需要在協議之間進行轉換。當網絡發送消息時，它將信息轉換為格式，打包并封裝數據的有效負載，最后將其轉換為另一個網絡所需的格式。中間層包括傳輸層和數據鏈路層與應用層之間的網絡層。在接收到基礎數據幀之后，無線網絡基于源MAC地址和目的地MAC地址確定是否需要協議轉換。如果需要轉換，則接收的數據幀將被分層并分離，然后封裝到ieee802.15. 4數據幀中以進行無線網絡段傳輸。由于協議轉換涉及網絡層和上層，協議轉換設備網關用于實現無線/有線網絡的集成。網關包括到無線/有線網絡的硬件接口和用于有線和現場總線網絡集成的協議棧，使得數據幀可以在網關設備中轉換成數據格式以用于協議轉換目的。考慮到網關數據處理的實時性，網關接入能力和信息轉換錯誤率，網關設備用于實現異構網絡的集成。無線模塊通過硬件接口將數據發送到網關核心處理器，處理器根據通信轉換協議將Zigbee消息轉換為TCP。 IP數據包被發送到以太網端口，然后上傳到有線網絡。在實際應用中，網關設備的工作內容需要為：網關上電后，掃描空閑信道，創建網絡，分配16位網絡地址，添加節點設備；節點設備找到到網關的綁定請求信號。在接收到響應之后，發送地址請求信號。在接收到信號后，網關將節點地址分配給節點以完成節點設備的連接。網關處理器通過以太網端口將處理后的信息發送到工業以太網。用戶可以通過遠程用戶界面訪問網關收集的數據，監控和管理現場設備，完成不同網絡之間的互聯互通。傳輸的數據流主要是一對一的。工業無線網絡的任務是數據監視，其特征在于當需要數據交換以最小化冗余信息的傳輸和傳輸信息的能量消耗時的完整數據融合，它有一個相應的通信接口。為了實現兩個網絡之間的互連，需要連接兩個網絡的通信接口來實現無線數據和有線數據的發送和接收。實現與字段節點的交互。換句話說，可以滿足兩個網絡之間的互操作性。用戶可以通過某種方式監控站點節點設備的信息，實時捕獲和管理節點設備的參數數據的配置。

6 系統設計

系統的總體設計應首先分析系統的功能和非功能需求，非功能性要求包括系統功耗，材料等。規范和體系結構設計，從需求分析中提取規范，并根據描述詳細描述系統體系結構，包括功能劃分和軟件和硬件的選擇；硬件和軟件重新設計，包括硬件電路設計，軟件編碼和調試；最后，進行了系統集成測試，以設計和形成硬件和軟件模塊的組合。我通過實驗測試發現了錯誤并改進了設計以及時解決錯誤。最后，對系統進行全面評估，以確定所設計的系統設備是否滿足實際的功能應用要求。系統可靠性，功耗，應用容量和使用成本的綜合要求非常全面。嚴格。嵌入式系統的設計采用自上而下的設計過程，網關系統應嚴格按照設計過程逐步實施系統設計。首先，根據系統要求選擇核心處理器，然后根據選定的微處理器展開相應的功能模塊。當嵌入式設備上電或執行復位功能時，通常從該地址初始化軟件代碼。通常，初始引導地址位于初始引導地址。引導加載程序主要負責硬件初始化，堆棧設置，內存空間映射創建，內核參數設置等。通過一系列工作，您可以為后續系統內核操作準備基本硬件環境。引導加載程序的選擇和移植主要基于用戶選擇的微處理器的體系結構和外圍設備的特定功能模塊。本節的主要任務是修改，配置，修剪和移植嵌入式操作系統內核源代碼。結合系統本身的硬件環境，源代碼在一定程度上得到了修改，包括修改系統使用的晶體振蕩器頻率和內存分區表參數。此外，應該調整系統不需要的一些功能。例如，在配置內核支持的驅動程序模塊時，可以消除未使用的SD卡和攝像頭，從而節省系統內存。現在，應用服務器的部署通常連接到路由器或測試交換機，然后連接到客戶端。此時，如果服務器未在路由器之間使用無線連接，則路由器之間的連接可能是應用服務器的性能瓶頸。由于此時大多數應用程序目前都有訪問和分發問題，因此每個客戶端ACTS充當流，通過路由器和電線連接到應用程序服務器。如果應用服務器在路由器之間沒有窄通道，則聚合池可能包含河流。此時，可能會發生網絡擁塞，從而影響應用服務器的性能。在相同條件下，有線網絡的傳輸速度比無線網絡的傳輸速度更快，更穩定。因此，如果應用程序服務器沒有將路由器之間的連接切換到有線網絡，這就像在應用服務器和路由器之間擴展河流并用河流替換它。然后它可以容納更多的流。它還傳輸比無線網絡更多的數據。服務器通常放在那里并經常移動。為此，也無需部署無線網絡連接。因此，該文件得出結論，至少有一些關鍵應用程序服務器未連接到網絡設備，如Oracle數據庫服務器和路由器。在當前的技術水平下，有線網絡具有其價值。在短時間內，無限的網絡技術無法取代有線網絡。如果要部署不受限制的網絡，則無線路由器（通常稱為無線接入點）至關重要。但是，企業通常需要邊界路由器。換句話說，公司經常使用路由器通過光纖或ADSL撥號。

7 結束語

由于網關設備的測試只是在實驗室和焊接車間環境中進行的簡單功能測試和丟包率測試，測試項目相對簡單，因此有必要添加一個完整而全面的測試項目來驗證其可靠性和穩定性。目前，網關設備很難實現商業產品應用的目標。因此，需要添加大量節點設備以用于后續產品測試中的性能測試。

參考文獻

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