结合新旧无线工业网络

它可以扩展现有的无线网络，并集成新技术和网络拓扑，以提高在高度坚固环境中的性能。一项新发布的标准IEEE 802.11ad或“WiGig”似乎很快就会提供一种新的三频段Wi-Fi选项。使用60 GHz，新标准将提供高达7 Gbit/s的理论最大吞吐量。在7 Gbit/s的速度下，你可以记录下工厂、植物或火山的一切活动，同时在1080像素的高清电视上观看这一切。

2009年12月，冰岛Eyjafjallajokull火山(图1)的地震仪开始报告地震活动稳步增加。远程GPS设备观察到当地的景观正在向南移动。邻近河流的流量计和温度计显示，水位和水温均有所上升。到了3月，一次小型喷发开始了，裂缝、熔岩流和山洪暴发使该地区的地面旅行变得越来越危险。到4月中旬，火山喷发变得如此强大，以至于火山的火山灰云也导致航空运输中断，西欧各地的乘客和货物被困近一周。然而，经过这一切，冰岛气象局的工作人员能够继续从他们的远程设备收集和分析数据。他们是怎么做到的?

新的网络拓扑

工业网络最初是硬连线串行系统。他们完成了任务，但他们的射程可以测量到数千米。安全监测一座活火山需要更大的范围。由于地震活动、熔岩流和山洪暴发，在火山环境中，硬连线是有问题的。

于是冰岛气象局开始无线通讯。它的工作人员安装了远程蜂窝式调制解调器，通过以太网、USB或串行连接使各种传感器联网，然后通过蜂窝式电话网络传输数据。太阳能电池板为各种设备和备用电池供电(图2)，因此不需要依赖脆弱的电线。Eyjafjallajökull最终爆炸了，但是网络存活了下来。

混合新旧网络

请注意，不需要购买特殊的传感器。无论远程设备是旧的还是新的，无论它们需要通过Modbus还是TCP/IP进行通信，蜂窝路由器都很乐意适应它们。由于媒体转换，来自几乎任何设备的几乎任何数据流现在都可以集成到现代网络中，并通过更新的媒体和协议进行传输。它不仅可以将网络边缘扩展到火山;创建跨越整个地球的网络拓扑是可能的。

直到最近，蜂窝网络还不能在所有应用中都作为有线网络的替代品。3G系统可以提供几Mbit/s的数据速率，这是非常有用的。但新的4G LTE标准规范要求，高移动性设备的峰值数据速率最高可达100mbit /s，低移动性设备的峰值数据速率最高可达1gbit /s。更有趣的是，3G的消息延迟可能是几百毫秒，而LTE的消息延迟可能是几十毫秒。有了这样的吞吐量，4G LTE蜂窝网络将能够成为远程电缆的真正替代品。手机运营商正在逐步减少2G服务，为4G LTE数据网络的预期爆炸式增长腾出空间。

Wi-Fi的改进

蜂窝网络需要购买数据套餐。因此，对于本地无线连接来说，部署Wi-Fi通常更具成本效益。但是，直到最近，Wi-Fi的潜力还受到多路径传播等问题的限制。由于无线电波往往会被阻挡它们的一切事物(从树木到停放的汽车)吸收或反射，因此传输的信号到达接收器的时间不同，而且没有顺序。无线电频率越高，情况就越糟。

另一方面，较低的频率提供更少的带宽，需要更大的天线和更大的功率来产生有用的增益。

IEEE 802.11n Wi-Fi标准解决了这些问题。它的多输入多输出(MIMO)技术在无线连接的发射和接收端都部署了多个天线，并将数据分成许多空间流。数据流通过单独的天线传输，并由接收设备中的相应天线收集，其中机载软件使用信号处理算法来纠正和解释传入数据。当以这种方式处理时，多路径传播成为一种优势而不是问题。

MIMO 802.11n设备也采用像空间波束成形这样的预编码和后编码技术来帮助它们彼此通信。空间波束成形修改信号的相位和相对幅度，在波前产生相消干涉的模式，从而简化了接收端的解释。802.11n标准还在MAC层增加了帧聚合，并通过将多个数据帧分组为一个更大的帧，使指定管理信息的频率降低。由于有效负载数据占总数据量的比例较高，因此提高了吞吐量。802.11n标准还在物理层(PHY)上增加了40 MHz信道。这是旧的20mhz标准下可用带宽的两倍。

MIMO设备有多个无线电和多个天线，从理论上讲，它比只有一个无线电和天线的设备需要更多的功率。因此，MIMO设备以突发方式传输数据，并在空闲期间使自己处于非活动状态，从而大大减少了对电力的需求。

这一切的结果是，Wi-Fi的覆盖范围和可靠性都有了显著提高。当与远程回程的蜂窝网络相结合时，整个网络拓扑现在可以是无线的。

无线网络安全

当网络包含像蜂窝系统这样的共享或公共连接时，用户不具有与私有和管理系统相同的端到端控制。一种解决方案是虚拟专用网(VPN)隧道。VPN隧道两端的用户必须通过身份验证才能建立隧道，数据在发送之前必须经过加密。这为用户提供了与私有网络相同的功能和安全性。

而这仅仅是个开始。一项新发布的标准IEEE 802.11ad或“WiGig”可能很快使新的三频段Wi-Fi选项可用。使用60 GHz，新标准将提供高达7 Gbit/s的理论最大吞吐量。在7 Gbit/s的速度下，你可以记录下植物、工厂或火山的一举一动，同时用1080p高清电视观看整个现场直播。

- Mike Fahrion, B&B Electronics产品管理总监，专注于数据通信，拥有20年的设计和应用经验。他负责公司基于串行、以太网、无线和USB通信技术的无线和有线网络坚固的M2M连接解决方案的开发。Fahrion在为远程、恶劣或不受控制的环境中部署在网络“边缘”的设备提供可靠连接解决方案方面具有专业知识。法里恩是一位演说家和作家，他写了一份自称政治不正确的时事通讯“eConnections”，每月有超过5万名订阅者。Fahrion持有爱荷华州立大学(Iowa State University)学士学位。编辑:马克T.霍斯克，内容经理，CFE媒体，控制工程、mhoske@cfemedia.com．

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www.bb-elec.com

www.globalelove.com/wireless

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