工业互联网基础 课件 2.3工业网络与连接

第二章工业互联网网络互联《工业互联网基础》/工业互联网系列课程2.3工业网络与连接>>《工业互联网基础》目录工业以太网02工业现场总线01工业有线网络03《工业互联网基础》/工业互联网系列课程工业无线网络04工业现场总线工业现场总线是指伴随着计算机通信技术发展起来的、应用在工厂自动化领域的一种业数据通信总线。它主要解决工业现场的智能化仪器仪表、控制器、执行机构等现场设备间的数字通信以及这些现场控制设备和高级控制系统之间的信息传递问题，现场总线企业连接如图2.1所示。现场总线具有使用简单、经济、可靠等一系列突出的优点，因而受到了许多标准团体和计算机厂商的高度重视。现场总线是由英文单词“Fieldbus”翻译过来的。众所周知，bus的本义是公共汽车，而公共汽车是一种连接城市内部各个站点以及城市与城市的专用交通工具，多在某个区域内穿梭，属于短途和中短途运输工具;而Field的本义是指领域、田野、场地。因此，Fieldbus可以理解成在某一区域运行的一种交通工具，在工业领域中就被翻译成了现场总线。工业现场总线图2.1现场总线控制方式工业现场总线1.现场总线技术概述现场总线是20世纪80年代中后期随着计算机、通信、控制和模块化集成等技术发展而出现的一门新兴技术代表自动化领域发展的最新阶段。关于现场总线的定义有多种。IEC对现场总线Fieldbus一词的定义为现场总线是一种应用于生产现场在现场设备之间、现场设备与控制装置之间实行双向、串行、多节点数字通信的技术。这是由IEC/TC65负责测量和控制系统数据通信部分国际标准化工作的SC65/WG6定义的。图2.2现场总线工业现场总线工业现场总线工业现场总线1.现场总线技术概述现场总线是电气工程及其自动化领域发展起来的一种工业数据总线，它主要解决工业现场的智能化仪器仪表、控制器、执行机构等现场设备间的数字通信以及这些现场控制设备和高级控制系统之间的信息传递问题。由于现场总线简单、可靠、经济实用等一系列突出的优点，因而受到了许多标准团体和计算机厂商的高度重视。图2.4现场总线工业现场总线1.现场总线技术概述现场总线是当今自动化领域发展的热点之一被誉为自动化领域的计算机局域网。它作为工业数据通信网络的基础沟通了生产过程现场级控制设备之间及其与更高控制管理层之间的联系。它不仅是一个基层网络而且还是一种开放式、新型全分布式的控制系统。这项以智能传感、控制、计算机、数据通信为主要内容的综合技术已受到世界范围的关注而成为自动化技术发展的热点并将导致自动化系统结构与设备的深刻变革，工厂设线场总线网络结构如图2.4。图2.4工厂设线场总线网络结构工业现场总线2.现场总线的本质图2.5现场总线（1）现场通信网络用于过程以及制造自动化的现场设备或现场仪表互连的通信网络。（2）现场设备互连现场设备或现场仪表是指传感器、变送器和执行器等这些设备通过一对传输线互连传输线可以使用双绞线、同轴电缆、光纤和电源线等并可根据需要因地制宜地选择不同类型的传输介质。工业现场总线2.现场总线的本质图2.6FCS（3）互操作性现场设备或现场仪表种类繁多没有任何一家制造商可以提供一个工厂所需的全部现场设备。所以，互相连接不同制造商的产品是不可避免的。用户不希望为选用不同的产品而在硬件或软件上花很大气力而希望选用各制造商性能价格比最优的产品，并将其集成在一起实现“即接即用”用户希望对不同品牌的现场设备统一组态构成所需要的控制回这些就是现场总线设备互操作性的含义。现场设备互连是基本的要求只有实现互操作性用户才能自由地集成FCS。工业现场总线2.现场总线的本质图2.7FCS与DCS结构比较（4）功能块FCS废弃了DCS的输入/输出单元和控制站,把DCS控制站的功能块分散地分配给现场仪表,从而构成虚拟控制站。例如流，量变送器不仅具有流量信号变换、补偿和累加输入模块，而且有PID控制和运算功能块。调节阀的基本功能是信号驱动和执行，还内含输出特性补偿模块，也可以有PID控制和运算模块，甚至有阀门特性自检验和自诊断功能。由于功能块分散在多台现场仪表中，并可统一组态供用户灵活选用各种功能块，构成所需的控制系统实现彻底的分散控制。工业现场总线2.现场总线的本质图2.8安全栅（5）通信线供电通信线供电方式允许现场仪表直接从通信线上摄取能量对于要求本征安全的低功耗现场仪表可采用这种供电方式。众所周知化工、炼油等企业的生产现场有可燃性物质所有现场设备都必须严格遵循安全防爆标准。现场总线设备也不例外。现场总线为开放式互连网络它既可与同层网络互连也可与不同层网络互连，还可以实现网络数据库的共享。不同制造商的网络互连十分简便用户不必在硬件或软件上花太多气力。通过网络对现场设备和功能块统一组态把不同厂商的网络及设备融为一体构成统一的FCS。工业现场总线2.现场总线的本质图2.8中服云物联网平台（6）开放式互连网络现场总线为开放式互连网络，它既可与同层网络互连也可与不同层网络互连还可以实现网络数据库的共享。不同制造商，的网络互连十分简便用户不必在硬件或软件上花太多气力。通过网络对现场设备和功能块统一组态把不同厂商的网络及设备融为一体构成统一的FCS。工业现场总线3.现场总线的优点图2.9水电站综合控制系统（1）节省硬件数量与投资由于现场总线系统中分散在设备前端的智能设备能直接执行多种传感、控制、报警和计算功能，因而可减少变送器的数量，不再需要单独的控制器、计算单元等，也不再需要DCS系统的信号调理、转换、隔离技术等功能单元及其复杂接线，还可以用工控PC机作为操作站，从而节省了一大笔硬件投资，由于控制设备的减少，还可减少控制室的占地面积。工业现场总线3.现场总线的优点图2.10工业现场总线方案—石化行业（2）节省安装费用现场总线系统的接线十分简单，由于一对双绞线或一条电缆上通常可挂接多个设备，因而电缆、端子、槽盒、桥架的用量大大减少。连线设计与接头校对的工作量也大大减少。当需要增加现场控制设备时，无需增设新的电缆可，就近连接在原有的电缆上，既节省了投资，也减少了设计、安装的工作量。据有关典型试验工程的测算资料可节约安装费用60%以上。工业现场总线3.现场总线的优点图2.11

PLC通过4G网关实现远程监控（3）节约维护开销由于现场控制设备具有自诊断与简单故障处理的能力，并通过数字通信将相关的诊断维护信息送往控制室，用户可以查询所有设备的运行和诊断维护信息，以便及时分析故障原因并快速排除缩短了维护停工时间，同时由于系统结构简化、连线简单而减少了维护工作量。工业现场总线3.现场总线的优点图2.12工业互联网平台（4）用户具有高度的系统集成主动权用户可以自由选择不同厂商所提供的设备来集成系统，从而避免因选择了某一品牌的产品被“框死”了设备的选择范围，不会为系统集成中不兼容的协议、接口而一筹莫展使系统集成过程中的主动权完全掌握在用户手中。工业现场总线3.现场总线的优点图2.13工业锅炉自动化控制系统（5）提高了系统的准确性与可靠性由于现场总线设备的智能化、数字化与模拟信号相比，它从根本上提高了测量与控制的准确度减少了传送误差。同时，由于系统的结构简化设备与连线减少，现场仪表内部功能加强，减少了信号的往返传输，提高了系统的工作可靠性。此外，由于设备标准化和功能模块化，因而还具有设计简单、易于重构等优点。目录工业以太网02工业现场总线01工业有线网络03《工业互联网基础》/工业互联网系列课程工业无线网络04工业以太网1.工业以太网技术的发展现状图2.14工业以太网工业以太网一般来说是指技术上与商用以太网，即IEEE802.3标准兼容，但在产品设计时，在材质的选用、产品的强度、适用性以及实时性、可互操作性、可靠性、抗干扰性和本质安全等方面能满足工业现场的需要。目前工业以太网技术的发展体现在以下几个方面：工业以太网1.工业以太网技术的发展现状图2.15基于Web的电厂监控系统软件体系结构图工业控制网络不同于普通数据网络的最大特点在于它必须满足控制作用对实时性的要求，即信号传输要足够的快和满足信号的确定性。实时控制往往要求对某些变量的数据准确定时刷新。由于Ethernet采用CSMA/CD碰撞检测方式网络负荷较大时，以太网技术难以满足控制系统要求准确定时通信的实时性要求，一直被视为非确定性的网络。然而，快速以太网与交换式以太网技术的发展，给解决以太网的非确定性问题带来了新的契机，使这一应用成为可能。（1）通信确定性与实时性工业以太网1.工业以太网技术的发展现状图2.16工业交换机（上）工业集线器（下）Ethernet进入工业控制领域的另一个主要问题是，它所用的接插件、集线器、交换机和电缆等均是为商用领域设计的，而未针对较恶劣的工业现场环境来设计，如振动和冲击、电磁干扰、高温、低温、灰尘和污染等，故商用网络产品不能应用在有较高可靠性要求的恶劣工业现场环境中。此外，在实际应用中主干网可采用光纤传输，现场设备的连接则可采用屏蔽双绞线，对于重要的网段还可采用冗余网络技术，以此提高网络的抗干扰能力和可靠性。

（2）稳定性与可靠性工业以太网1.工业以太网技术的发展现状图2.17ISO/OSI七层模型与TCP/IP模型为满足工业现场控制系统的应用要求，必须在Ethernet+TCP/IP协议之上，建立完整的、有效的通信服务模型，制定有效的实时通信服务机制协调好工业现场控制系统中实时和非实时信息的传输服务，形成为广大工控生产厂商和用户所接收的应用层、用户层协议，进而形成开放的标准。（3）工业以太网协议工业以太网1.工业以太网技术的发展现状图2.18Ethernet/IP为此，各现场总线组织纷纷将以太网引入其现场总线体系中的高速部分，利用以太网和TCP/IP技术，以及原有的低速现场总线应用层协议，从而构成了所谓的工业以太网协议，如HSE、PROFInet、Ethernet/IP等。从目前的趋势看，以太网进入工业控制领域是必然的，但会同时存在几个标准。现场总线目前处于相对稳定时期，已有的现场总线仍将存在并非每种总线都将被工业以太网替代。伴随着多种现场总线的工业以太网标准在近期内也不会完全统一，会同时存在多个协议和标准。（3）工业以太网协议工业以太网2.工业以太网的主要标准图2.19IDA的协议栈工业以太网是按照工业控制的要求，发展适当的应用层和用户层协议使以太网和TCP/IP技术真正能应用到控制层，延伸至现场层，而在信息层又尽可能采用IT行业一切有效而又最新的成果。因此，工业以太网与以太网在工业中的应用全然不是同一个概念。（1）IDA的通信结构和通信协议IDA（theInterfaceforDistributedAutomation）是一种完全建立在以太网基础上的工业以太网规范，将一种实时的基于web的分布自动化环境与集中的安全体系结构加以结合，目标是创立一个基于TCP/IP的分散自动化的解决方案。工业以太网2.工业以太网的主要标准图2.20EtherNet/IP通信协议模型（2）Ethernet/IP的通信结构和通信协议ODVA除了拥有DeviceNet和ControlNet还控制另一个总线EtherNet/IndustrialProtocolEtherNet/IP它将应用层和用户层的DeviceNet与ControlNet的目标库CIP（ControlandInformationProtocol）结合起来，CIP包含了所有经典的PLC运算，并与以太网物理介质相集成。工业以太网2.工业以太网的主要标准图2.21PROFInetV2.0的实时数据优化通信通道（3）PROFInet的通信结构和通信协议在PROFInet的第一次公布的版本中，提供了一种非确定性的控制层的结构，有点类似于PROFIBUS网络。在PROFInetV1.0中大大地加强了商用以太网、TCP/IP与UDP/IP以及Microsoft的DCOM、OPC还有XML的作用。这样，有些背离了传统PROFIBUS的结构，但实际上很好地嵌入了Siemens近来所采取的基于组件自动化的策略。在2003年推出的新版本PROFInetV2.0中，将通过实时通道，旁路掉TCP/IP协议栈，加进实时的功能。如图2.30所示，它在数据链路层采用了旨在减小处理通信栈所需时间的一种传输协议从而极大地缩短了网络的刷新时间，确保刷新时间在5~10ms。实时通道除了可进行循环传输外还可完成非循环事件触发、过程数据修改、操作指令下达等传输。同时还要加入网络管理、web功能，以及直接集成I/O设备等。工业以太网2.工业以太网的主要标准图2.22HSE的通信栈（4）HSE的通信结构和通信协议HSE（High-SpeedEthernet）现场总线是一种基于高速以太网技术的工业网络解决方案，它结合了商业以太网技术和基金会现场总线（FieldbusFoundation）的低速现场总线技术。HSE遵循标准的以太网规范。HSE是FF总线技术的一个扩展，它整合了低速H1现场总线和高速HSE网络，以满足更大数据传输速率的需求。HSE作为FF总线控制系统控制级以上通信网络的主干网，与H1现场总线整合构成信息集成开放的体系结构。HSE和H1使用同样的用户层，现场总线信息规范(FMS)在H1中定义了服务接口，现场设备访问代理(FDA)为HSE提供接口。目录工业以太网02工业现场总线01工业有线网络03《工业互联网基础》/工业互联网系列课程工业无线网络04工业有线网络1.工业有限网络概述工业有线网络2.工业有限网络协议图2.2310/100Mbps的SPE接口(上）PoDL示例（下）（1）单对以太网单对以太网（SPE）技术是一种在短距离内以达到1Gb/s的数据速度进行双向通信的方法，同时在相同的紧凑接口中提供数据线（PoDL）供电。这种新的互联技术是工厂、工业物联网（IIoT）、机器人、建筑、农业以及其他工业自动化应用中的控制、数据采集和云连接的一个飞跃。SPE技术的主要驱动因素是满足应用程序对高效双向通信的需求，这种双向通信可以实现设备到基础设施和设备到云的实时安全连接。因此，SPE带来的这些优势，实现了一个低姿态、经济高效、易于安装的系统，并增强了数据分析和更快的错误响应。工业有线网络2.工业有限网络协议（1）单对以太网工业有线网络2.工业有限网络协议（1）单对以太网当前业界的单对双绞线以太网技术，有三个方向，具备不同技术特性，分别支持十兆、百兆和千兆速率（见表2.1）。表2.1 单对双绞线以太网性能对比工业有线网络2.工业有限网络协议图2.24使用场景（1）单对以太网新的汽车、运输、铁路甚至航空航天系统都是SPE的潜在市场，传统互连解决方案的尺寸、重量和可靠性与要求更小、更轻和更快通信链路的新应用不一致。如楼宇自动化，许多小型分布式传感器遍布大型复杂设施，SPE甚至可以通过无线解决方案很好地为这些应用提供服务，使用场景如图2.32。工业有线网络2.工业有限网络协议图2.25POL:PassiveOpticalLAN无源全光局域网(2)工业无源光网络PONPON无源光纤网络利用光纤技术将数据从单一来源传输到多个端点。“无源”是指使用连接到无电源分路器的光纤电缆，进而将数据从服务提供商网络传输到多个客户，它是一种典型的无源光纤网络，是指(光配线网中)不含有任何电子器件及电子电源。普遍大家认为无源光网络（PON）是接入网未来发展的方向。一方面是由于它提供的带宽可以满足现在和未来各种宽带业务的需要，所以在解决宽带接入问题上被普遍看好；另一方面，无论在设备成本还是运维管理开销方面，其费用都相对较低。综合经济技术分析表明，PON是实现FTTB/FTTH的主要技术。同时，一个无源光网络包括一个安装于中心控制站的光线路终端(OLT)，以及一批配套的安装于用户场所的光网络单元(ONUs)。工业有线网络2.工业有限网络协议表2.2EPON和GPON对比(2)工业无源光网络PON目前工业PON技术，主流有EPON技术和GPON技术，分别由IEEE和ITU制定技术标准。EPON和GPON的主要对比可参见表2.2。工业有线网络2.工业有限网络协议图2.26工业PON原理如图(2)工业无源光网络PONEPON和GPON的网络架构均为物理点对多点，均采用TDM（时分复用）方式实现逻辑上的点对点连接，其原理如图2.26所示：工业有线网络2.工业有限网络协议(2)工业无源光网络PON工业有线网络2.工业有限网络协议(2)工业无源光网络PON工业有线网络2.工业有限网络协议图2.27TSN在七层架构中的位置(3)时间敏感网络TSNTSN(TimeSensitiveNetworking，时间敏感网络)指的是在IEEE802.1标准框架下，基于特定应用需求制定的一组“子标准”，旨在为以太网协议建立“通用”的时间敏感机制，以确保网络数据传输的时间确定性。其架构如图2.34：工业有线网络2.工业有限网络协议图2.28TSN(3)时间敏感网络TSN时间敏感网络（Time-SensitiveNetwork,简称TSN）是面向工业智能化生产的新型网络技术，为工业生产环境提供了一种即支持高速率、大带宽的数据采集，又兼顾高实时控制信息传输的网络。在传统工业生产环境中，大量工业应用（例如机器控制、流程控制、机器人控制等）对实时通信有着迫切需求，以保证高效和安全地生产流程。当前满足该要求的通常做法是，修改工厂内网络的以太网协议或者在关键生产流程部署独立的专用以太网络。然而，这类方式的互通性、扩展性和兼容性不够的问题，在从传统工厂控制网络，升级到工业互联网的过程中日益明显。时间敏感网络为解决这个难题提供了一个有效的解决方案。工业有线网络2.工业有限网络协议图2.29TSN的时钟同步协议(3)时间敏感网络TSN

TSN是一种具有有界传输时延、低传输抖动和极低数据丢失率的高质量实时传输网络。它基于标准以太网，凭借时间同步、数据调度、负载整形等多种优化机制，来保证对时间敏感数据的实时、高效、稳定、安全传输。简要地说，TSN通过一个全局时钟和一个连接各网络组件的传输调度器，实现网络内的确定性实时通信。调度器依据相应调度策略，控制时间敏感数据流的实际传输时间和传输路径，以避免链路争抢所导致的传输性能下降和不可预测性，从而保证时间敏感应用的点对点实时通信。工业有线网络2.工业有限网络协议图2.30IEEE802.1(3)时间敏感网络TSN当前，IEEE802.1正在推进TSN系列标准的制定，核心内容涵盖时间同步、数据帧控制、数据流调度、传输可靠性保障等多个协议。我国也在同步推进工业互联网TSN系列标准的研制。工业有线网络2.工业有限网络协议表2.3 传统工业网络和以太网的比较(3)时间敏感网络TSN—技术优势--互联互通标准的以太网具有开放性好、互操作性好的技术优势，但常规性的调度方式导致网络性能往往能不能满足工业业务的承载要求，存在确定性方面的问题；而工业控制网络通常通过对网络协议进行专门定制化开发来解决确定性问题，但协议之间通常彼此封闭，且往往需要专用硬件的支持，造成了不同协议无法互通、只能专网专用、可扩展性差、成本高等问题，增加了网络部署的复杂性。传统工业网络和以太网的比较如表2.3所示：

项目传统以太网络工业网络应用场所应用场所工业场合、工况恶劣、抗干扰性要求较高拓扑结构支持线形、环形.星形等结构支持线形、环形、星形等结构，并便于各种结构的组合和转换，简单的安装，最大的灵活性和模块性，高扩展能力可用性一般的实用性需求，允许网络故障；时间以秒或分钟计极高的实用性需求，允许网络故障网络监控与维护必须有专人使用工具完成网络监控成为工厂监控的一部分，网络模块可以被HMI软件如WINCC网络监控，故障模块容易更换工业有线网络2.工业有限网络协议图31 TSN标准(3)时间敏感网络TSN—技术优势--互联互通时间敏感网络（TSN）技术遵循标准的以太网协议体系，天然具有更好的互联互通优势，可以在提供确定性时延、带宽保证等能力的同时，实现标准的、开放的二层转发，提升了互操作性，同时降低了成本。可以整合相互隔离的工业控制网络为原有的分层的工业信息网络与工业控制网络向融合的扁平化的架构演进提供了技术支撑。工业有线网络2.工业有限网络协议图31 TSN标准(3)时间敏感网络TSN—技术优势--全业务高质量承载工业互联网时代，工业数据作为核心要素的流传范围不再局限于工业控制网络内部，需要进一步向工业信息网络传递，此外工业数据的类型也呈现多样化趋势，逐步演变为包括视频数据、海量运维数据、远程控制信号在内的多种业务类型。需要网络支持不同类型的业务流在工业网络上实现混合承载。时间敏感网络（TSN）技术体系中提出了包括时间片调度、抢占、流监控及过滤等一系列流量调度特性，支撑二层网络为数据面不同等级的业务流提供差异化承载服务，进而使能各类工业业务数据在工业设备到工业云之间的传输和流转的能力。工业有线网络2.工业有限网络协议图33 TSN与SDN(3)时间敏感网络TSN—技术优势--智慧运维时间敏感网络（TSN）技术的互操作架构遵循SDN体系架构，可以基于SDN架构实现设备及网络的灵活配置、监控、管理及按需调优，以达到网络智慧运维的目标。TSN系列标准中已经定义或正在定义改进的控制面相关的协议，将会大大增强二层网络的配置与管理的能力，为整个工业网络的灵活性配置提供了支撑。TSN的应用前景非常广阔，在汽车领域、工业物联网、工业控制应用广泛。工业有线网络2.工业有限网络协议(4)确定性网络DetNet确定性网络（DeterministicNetworking，简称DetNet）是IETF正在制定中的网络层标准，其通过提供有确定范围的时延、丢包和时延抖动参数的数据路径，为应用提供一个可靠的网络环境。DetNet主要采用了资源预留、确定路径、无缝冗余三大技术，实现向用户提供拥塞控制、确定路径、确定性的延迟和抖动、多路径传输、分组编码保护等主要服务。工业有线网络2.工业有限网络协议图34数据包复制和消除（上）确定性网络数据包延迟计算模型（下）(4)确定性网络DetNetDetNet网络为DetNet流在路由路径的每个节点上预留足够的缓存和带宽资源，保证DetNet流不会因为缓存不够而出现丢包。DetNet对DetNet流的传输路径计算采用相对固定的路由路径技术，它一方面为资源预留技术提供了基础的保障，同时路径的固定也为延迟的精确计算提供了可能，是保证确定性延迟和抖动的基础。同时，DetNet通过无缝冗余技术，即多路径传输的方式，保证在工作路径发生故障时，依然有备份的数据流通过其他路径正确、实时地传输到目标节点。工业有线网络2.工业有限网络协议图35 TSN与SDN(4)确定性网络DetNet确定性网络由确定性网络使能的终端和节点组成。所有启用确定性网络的节点都连接到子网，其中点对点链接也被认为是简单的子网。这些子网提供确定性网络兼容服务，以支持确定性业务流。子网的例子包括IEEE802.1时间敏感网络（TSN）和光传送网（OTN）。多层确定性网络系统也是可能的，例如将其中一个确定性网络作为子网为更高层的确定性网络系统提供服务。一个简单的确定性网络概念如图2.36所示：工业有线网络2.工业有限网络协议图36确定性网络参考架构(4)确定性网络DetNet此外，DetNet系列技术还包括排队整形技术和流标识技术。排队整形技术用于解决排队带来的时延问题，通过排队和传输选择算法，由中央控制器计算每个节点的时延，并计算它们对每个新增DetNet流提供的缓存容量，从而更好的调度和控制节点和终端系统。流标识技术用来区分网络中的确定性流和非确定性流，以及带有不同QoS标准的确定性流。工业有线网络2.工业有限网络协议图37L2/L3混合参考网络(4)确定性网络DetNet—优势DetNet技术的优势在于其在网络的L3层来保证网络业务的确定性传送。DetNet重点针对多子网的L3实时互联。它在TSN现有机制，如资源预留、冗余路径、队列整形等基础上，针对L3设备如路由器、防火墙、服务器等进行接口调度融合或机制与算法的L3上移，以保障严格的跨域子网之间的确定性网络服务。随着智能工厂的发展，远程控制的需求将逐渐显现，而目前的工作控制网络主要局限在局域网的范围，不能满足跨局域网的确定性业务传输需求，而DetNet则可以很好地解决跨域的问题。目前，DetNet技术主要应用到交通、工业、电信等领域。目录工业以太网02工业现场总线01工业有线网络03《工业互联网基础》/工业互联网系列课程工业无线网络04工业无线网络1.工业无线网络概述未来工业互联网，为满足工厂要素全面互联，生产灵活调配的需求，以及一些新的无人操作的诉求（如远程巡检等），对于无线网络有更迫切的需求。工厂内无线网络，将更多采用创新技术，在工业领域逐步渗透，呈现从信息采集到生产控制，从少量部署到广泛应用的发展趋势。工业无线网络2.工业无线网络技术工业无线网络2.工业无线网络技术工业无线网络2.工业无线网络技术（1）近距离非蜂窝通信—WiFi--AC+FITAP集中式部署AC统一给FITAP批量下发配置，因此不需要对AP逐个进行配置，大大降低了WLAN的管控和维护成本。同时，因为用户的接入认证可以由AC统一管理，所以用户可以在AP间实现无线漫游。对于小范围Wi-Fi覆盖的场景，本身所需AP数量较少，如果额外部署一台AC的话，会导致整体无线网络成本较高。这种场景下，如果没有用户无线漫游的需求，建议部署FATAP；如果希望同时满足用户无线漫游的需求，建议部署云AP。图38AC+FITAP集中式部署工业无线网络2.工业无线网络技术（1）近距离非蜂窝通信—ZigBee图39ZigBee组网方式组网方式：在一个ZigBee网络中有一个FFD充当该网络的协调器(coordinator)。协调器负责维护整个ZigBee网络的结点信息，同时还可以与其他ZigBee网络的协调器交换数据。通过各网络协调器的相互通信，可以得到覆盖更大范围、超过65000个结点的ZigBee网络。工业无线网络2.工业无线网络技术蓝牙技术，WiFi，ZigBee三者比较蓝牙技术WiFiZigBee传输范围10米左右20-200米2-20米优势组网简单移动性强低功耗和自组网端口接入数量每个网络端口可以最多接入6.5万多个端口10个端口10个端口适应领域可穿戴，智能家具领域在办公室及家庭的环境下物联网、智能家居、工业控制缺点抗干扰能力不强，稳定性差容易受到外界的干扰网络稳定性差2.工业无线网络技术工业无线网络2.工业无线网络技术（2）远距离无线通讯—GPRS图40GPRS系统原理GPRS(GeneralPacketRadioService)是通用分组无线服务技术的简称，是GSM手机用户可以使用的移动数据服务，属于第二代移动通信中的数据传输技术。GPRS以分组方式传输，因此利用者负担的费用以该传输数据为单位计算，并不使用该信道整体，理论上是廉价的。GPRS的传输速率提高到56kbps或114Kbps。GSM系统只能交换电路域的数据，最高传输率为9.6kbit/s，难以满足数据服务的需要，为此，欧洲电信标准委员会(ETSI)发布了GPRS(通用分组无线电服务)。工业无线网络2.工业无线网络技术（2）远距离无线通讯—GPRS图41 GPRS通讯过程分组交换技术是计算机网络上的重要数据传输技术，为了实现从以往的语音服务到新兴数据服务的支持，GPRS在原来的GSM网络上重叠支持高速分组数据的网络，向用户提供WAP阅览(互联网页面阅览)、E-mail等功能，GPRS是介于2G和3G之间的技术，也称为2.5G。后面有EDGE，叫2.75G。这些为实现从GSM到3G的平稳过渡奠定了基础。在实际应用中，工业物联网领域还是有不少关于GPRS的应用，典型因应用如图2.38。之所以用途较广，一方面是GPRS成本低，一方面是GPRS网络建设时间长，网络稳定，技术成熟；这也是移动迟迟没宣布关闭GSM网络的原因。工业无线网络2.工业无线网络技术（2）远距离无线通讯—Lora工业无线网络2.工业无线网络技术（2）远距离无线通讯—LoraLoRaWAN的网络架构，如图2.42：EndNodes：终端节点，一般基于SX127x、SX126x开发，终端设备根据下行窗口打开的时间分为为A