無線網絡中無線通信和有線通信的整合

文/徐茂春

任何形式的無線電計算機網絡均被稱之為無線網絡，在信息傳輸系統中，無線網絡的應用越來越廣泛。對于無線網絡而言，無線通信是組網的核心技術之一，而在某些情況下，為提高無線網絡的運行安全性和可靠性，并確保數據傳輸的實時性，也會應用有線通信。鑒于此，可在無線網絡中，對無線通信與有線通信進行整合，充分發揮出二者的優勢，增強無線網絡的整體性能。

1 有線與無線通信的特點

1.1 有線通信

有線通信是以媒介為載體實現信息的有效傳送，媒介一般為電纜或光纜，將信息以電信號或光信號的形式從一個通信端口傳遞到另一端口。在通信過程中，通信成本受媒介的影響程度較大，尤其對于長距離的有線通信而言，需要安裝通訊設備、電纜或光纜，增加了有線通信的建設成本。但是，有線通信依靠電纜或光纜等實體介質傳遞信息，能夠保證信息傳輸的穩定性，降低外界對信息傳輸的干擾。如，將金屬屏蔽層包裹在電纜外層，可消除干擾。與無線通信相比，有線通信在短距離信息傳輸中的優勢更加明顯，具體表現在信號傳輸質量高、傳輸速度快和傳輸安全性強等方面。

1.2 無線通信

無線通信是無需借助媒介，主要以電磁波的形式傳播信息。電磁波的頻率為300MHz—300GHz，當前使用最為廣泛的電磁波為2.4GHz和5GHz。相比較有線通信而言，無線通信無需建設光纜、電纜等設施，可節省硬件設備建設成本。同時，無線通信可滿足超長距離通信需求，信息傳遞更加自由。但是，無線通信的穩定性較差，為解決這一問題，需要在超長距離傳輸中設置中繼站，提高信息傳遞穩定性。無線通信易受相同或相近頻段的無線電波影響，降低信息傳輸速度。此外，在人流量大、信息較為集中的區域，無線通信的信號會隨之漸弱，甚至出現無信號狀態，如商場、火車站、演唱會等地，即使增大了信號覆蓋面積，也會降低信號接收強度。

無線通信技術發展速度較快，以局域網技術和蜂窩技術為基礎，常用的蜂窩技術包括TACS、AMPS、CDMA、GSM等。當前，我國第四代移動通信技術已經普及應用，第五代移動通信技術正投入商業化運行，標志著我國無線通信技術步入了世界領先行列。在局域技術方面，最為常見的技術包括WLAN、Wi-Fi、IEEE802.11標準等。在近距離的無線通信中，主要應用Zigbee、Bluetooth、RFID等技術，可滿足特殊場所的無線通信需求。如，無人超市使用RFID技術可自動讀取商品信息，無人機利用無線圖像傳輸將圖像回傳至控制中心等，這些技術的應用為物聯網建設奠定了基礎，為人們提供了更便捷的生活方式。

2 無線網絡中無線通信與有線通信的整合途徑

2.1 通信整合的意義

無線通信與有線通信各具優點，在無線網絡中無線通信不可完全替代有線通信，而是要實現兩者的優勢互補，提升無線網絡通信的可靠性，提高信息傳輸速率，降低通信成本，減少硬件設施的建設投入。如，大型生產公司可利用無線通信與有線通信相結合的方式，連接辦公室和車間的網絡，發揮出無線通信與有線通信的各自優勢，使網絡覆蓋到公司各個區域，保障信息安全、高速傳輸。

2.2 無線網絡中的有線通信方式

2.2.1 適配器連接

在無線網絡中，有線HART設備與適配器之間的連接需采用有線通信方式，具體包括以下連接方式：

（1）在HART設備的螺紋接線口直接安裝HART適配器的外連接螺紋，以縮短接線；

（2）將附件安裝在HART適配器上，利用附件與HART設備進行連接，確保適配器天線的安裝位置最佳，與直接安裝方式相比，需增長接線距離；

（3）采用分枝方式有限連接多點HART設備的與適配器，保證適配器支持多個設備，接線距離更長。

2.2.2 通信協議接入

利用有線通信技術手段將無線轉接模塊接入第三方設備，如XYR400E無線轉接模塊可通過有線通信轉接到有RS-232、RS-485的第三方設備。第三方設備主要包括攝像機、掃描儀、分析儀、PLC、流量計算機等，在有線通信接入之后，可利用無線專接模塊中的多功能節點實現無線通信，在控制系統中輸入第三方設備信息，用以操作第三方設備。例如，國內某公司自主研發的一款WIA-PA無線網絡產品中，加入無線透傳模塊，這是針對RS485現場總線研制開發的無線組網方案，其能夠實現現場總線與無線通信之間的透傳，可將PLC的現場總線通過有線通信的方式，加入到無線透傳模塊當中，由此可實現PLC一點到多點的數據通信，大幅度提升了PLC的控制效果。又如，美國著名的Honeywell公司研發的多功能節點設備，具有Modbus TCP/IP接口，能夠對有線設備進行接入，利用各個節點中的無線通信，可將第三方設備的相關信息傳給工廠的控制系統。上述實例，均為通信協議接入的典型范例。

2.2.3 接入點與網關連接

雖然無線通信網絡接入點與網關之間實現了無線連接，但是仍有很多無線通信網絡采用有線連接方式實現兩者連接。在網絡規模化應用的形勢下，一般將其劃分為由若干個小型網絡構成的大規模網絡，用有線方式連接小型網絡的接入點與網關，使無線現場設備節點利用幾“跳”便可通過網關到達主機，提高網絡的通信速率，保證網絡通信的穩定性。例如，美國著名的Emerson電氣公司旗下的一家過程控制公司，在無線網絡中采用了簇方式，將智能無線網關分成兩個部分，一部分是WIOC，另一部分是遠程鏈路，設置兩個I/O接口實現控制系統局域網的有線連接，而遠程鏈路采用無線連接。兩個部分之間則是以導線進行互連，最遠的傳輸距離可以達到200m左右，這是一種非常典型的無線網絡中，無線通信與有線通信的整合應用。

2.2.4 接入點間有線互連

在無線現場數據回傳中，一般采用Wi-Fi設備相互連接多功能節點設備，這些多功能節點設備提供了有線以太網的通信接口，使得有線以太網可有效連接單一設備或兩種不同類型的設備。相比較無線連接方式而言，利用有線以太網方式連接多功能節點實現無線現場數據的回傳，可提高數據集成速度，改善通信帶寬的不足。

2.2.5 視頻信號連接

無線視頻傳輸具備終端攝像頭移動便捷的優勢，使攝像頭不受布線的局限。在項目建設初期，無線視頻傳輸的優勢得以充分顯現。但是，在新建項目運行過程中，不建議采用無線傳輸方式占有無線骨干網絡，這樣會降低視頻數據傳遞速度，嚴重影響視頻信號的清晰度。為此，應在部分視頻信號接收中采用有線連接方式，既保證視頻信號傳輸的穩定性，也保證無線骨干網絡運行的可靠性。例如，國內某公司在對無線網絡系統進行組建時，網絡中包含過程參數的采集和視頻監控。其中相關數據以儀器儀表進行采集，通過有線的方式進行傳輸；而視頻監控中攝像機的近距離通信為有線接入，遠距離通信為Wi-Fi無線通信。

2.3 通信整合的現場調整方法

2.3.1 過程調整

在無線網絡系統中，如果系統的通信能力無法滿足整個系統的通信要求，則可在系統中設置一個節點調整系統，增強無線網絡的通信能力。如，在某工業企業的無線網絡系統中，某一區域的通信距離為6km，由于通信設備覆蓋半徑為4km，無法達到通信全覆蓋的要求，所以可在距離通信設備4km范圍內增加一個節點，實現該區域的有效通信。

2.3.2 檢測后的調整

在無線網絡系統建成后，要進行系統試運行測試，檢測系統是否處于穩定、可靠的運行狀態，并根據試運行檢測結果調整系統，消除影響運行穩定性的不利因素。如，在狀態檢測中發現區域的通信距離過長，通信質量偏低，則要對該區域的無線網絡通信進行全面檢測，根據檢測結果調整無線網絡中的設備。

3 結論

綜上所述，無線通信具有靈活的移動性和可擴展性，其整體成本相對較低，但無線通信的安全性并不是很高，并且信號傳輸存在延遲的情況。而有線通信在信號傳輸方面更加穩定，保密性和安全性較高，由于需要鋪設網線，從而增大了組網成本，并且在使用上還會受到空間因素的制約。鑒于此，可在無線網絡中，對無線通信與有線通信進行整合，這樣能夠發揮出二者各自的優勢，取長補短，有助于增強無線網絡的性能。