无线实现的安全考虑

成功无线实现的考虑因素包括射频技术、安全性、抗干扰性、灵敏度、电源管理以及将无线嵌入到现有OEM技术中的能力。然而，在将任何无线技术应用于工业环境的因素中，安全性被广泛视为工业无线采用的最大障碍。

工业无线最常用的频段是902-928 MHz, 2.4-2.4835 GHz和5.725-5.85 GHz。在这些频段中最常用的两种扩频调制方法是跳频扩频(FHSS)和直接序列扩频(DSSS)。

FHSS无线电不是在静态频谱段上传输，而是伪随机地改变载波频率，在发送数据时快速跳过多个信道。通过跳过不同的频率来避免干扰，每个频率都有不同的干扰效果或特性。通过为其传输分配特定的时隙和频率，这为FHSS提供了无冲突的访问。

DSSS通过将窄带源信号与伪随机噪声信号相乘来扩展窄带源信号。由此产生的信号然后在一个大范围的连续频率上传播。这在传输中引入了冗余，即使在传输过程中部分数据损坏，接收器也能恢复原始数据。

总的来说，扩频与固定频率许可的无线电传输相比有三个显著的优势。首先，用户不需要FCC许可证。第二，特别是与FHSS相关的，是它对干扰缺乏敏感性。这在工业厂房环境中至关重要，因为机械和其他设备会在非常广泛的频率范围内产生干扰。第三，也与FHSS有关，是更好的安全性。

由于无线电通信时，它们的通信频率变化很快(每秒多达1000次)，因此FHSS使传输很难被检测到，从而提供了额外的安全层。对于外界的听众来说，传输看起来就像散布在频谱上的噪音，在任何一个给定的频率上都只有一个小信号。通过128位和256位高级加密标准(AES)获得额外的数据安全性。

数据完整性高

除了安全性之外，数据完整性也至关重要。与现有的有线数据传输一样，包协议确认是由错误检查支持的。错误检查的目的是确保扩频无线电接收到的数据在被确认为正确传输之前不会从其缓冲区转发，从而保证接收到的数据与发送的数据完全相同。为了实现这一点，生成循环冗余校验(CRC)，为数据包提供唯一的数字签名。

接收器的灵敏度规格也很重要。接收器越灵敏，发射的信号就越弱，而且仍然可以通过。换句话说，发射器和接收器之间的距离和障碍物可能更大。接收器灵敏度令人困惑的一个原因是，它是用一种称为分贝(dB)的测量单位来表示的。分贝是以对数(指数)表示的比率。10:1的比例是10db, 2:1的比例是3db。1:1的比例为0 dB，小于1:1的比例用负数表示。例如，1:2的比例等于-3 dB。因为接收器灵敏度表明无线电能够成功接收到的信号有多微弱，所以功率越低越好。这意味着负数的绝对值越大，灵敏度越好。

视线

安全可靠的无线电连接是否需要清晰的视线?没有，但是不疼。无线电波以不同程度的衰减穿过各种各样的物体。无线电波从天线传播的区域被称为菲涅耳区。就像把石头扔进水池里产生的波一样，无线电波也会受到障碍物的影响，根据障碍物的性质及其与无线电波的相互作用，无线电波可能会被反射、折射、衍射或散射。当没有视线时，信号通常就是这样到达接收器的。然而，这种效应会减弱信号，并影响无线电在没有视线的情况下如何工作。正确使用天线和调整输出功率的能力可以在很大程度上帮助克服这些问题并使信息通过。工业质量的定向和高增益全向天线允许无线电通信长距离通过拥挤的工业设施。同时，使用低增益天线可以防止无线电信号偏离不需要的距离或方向。

灵活性是另一个重要的考虑因素，尤其是因为有线网络将用户锁定在一个特定的协议中。有了规划良好的体系结构，就可以在同一通信层上操作多个协议，从而提高用户的灵活性。任何无线设备都需要连接到现有的控制系统。将信息输入无数现有的控制系统并非易事。开关闭合和4- 20ma信号是普遍可翻译的。数字输入以更低的成本允许更多的数据流，但通常会给任何系统增加一定程度的复杂性。Modbus和OPC服务器在需要大数据流的地方提供了不同程度的接受度。

还请注意，用于工业应用的产品应使用工业额定组件，因此在典型的工业温度范围(-40至75°C)内可靠地运行。极端温度在许多应用中是常见的。此外，这些产品通常比消费设备构造更好，在冲击和振动条件下仍能可靠地运行。

最后，在某些危险环境中运行需要进行本质安全认证。大多数工业无线调制解调器都带有适当的认证，允许在易燃或易爆气体、液体或蒸气存在的情况下进行无线电操作。拥有这样的认证也是有益的，因为用户可以对单一类型的设备进行标准化，并将其用于许多应用程序，而不管环境如何。

了解无线实现中的安全性和完整性参数将有助于新的和现有的无线用户充分利用无线的主要应用领域:无线I/O、安全性、站点安全性、劳动力移动性、移动资产和材料跟踪，以及增加现场网络的范围。

Gary Williams是英维思运营管理公司无线EMEA的首席顾问和实践主管。

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