Inleiding tot het WirelessHART-protocol
WirelessHART-standaard
De WirelessHART-communicatiespecificatie werd in september 2008 officieel erkend door de International Electrotechnical Commission (IEC) en werd de internationale IEC-standaard voor industriële draadloze communicatie (IEC 62591). De specificatie voldoet aan de eisen van de procesindustrie op het gebied van betrouwbaarheid, anti-interferentie en anti-interferentie in realtime fabriekstoepassingen. Ook worden eisen gesteld aan beveiliging, netwerkflexibiliteit en compatibiliteit.
WirelessHART-netwerken ondersteunen een breed scala aan apparaten van verschillende fabrikanten. Producten kunnen worden ingedeeld in 5 verschillende producttypen:
Figuur 1 WirelessHART-netwerkapparaattypen
• Veldapparatuur: basisuitrusting die op locatie detectie- of uitvoeringsfuncties realiseert;
• Adapter: Sluit aan op bestaande HART-veldapparatuur om draadloze communicatiemogelijkheden mogelijk te maken;
• Gateway: maakt communicatie mogelijk tussen hosttoepassingen en apparaten die lid zijn van het draadloze netwerk;
• Netwerkbeheerder: verantwoordelijk voor de netwerkconfiguratie, het regelen van de communicatie tussen netwerkapparaten, het beheren van routeringstabellen en het bewaken en rapporteren van de status van het draadloze netwerk;
• Draagbare apparaten: worden gebruikt om bedrijfsmiddelen te configureren, onderhouden of controleren.
Protocollaag
De WirelessHART-protocolstack volgt de OSI 7-laags protocolmodelarchitectuur. Deze omvat de fysieke laag, linklaag, netwerklaag, transportlaag en applicatielaag.
Figuur 2 Vergelijking tussen het OSI 7-laags protocolmodel en de WirelessHART-protocolstructuur
Fysieke laag
De fysieke laag van WirelessHART is in principe een fysieke laag gebaseerd op IEEE 802.15.4-2006 2,4 GHz DSSS. Deze laag definieert RF-kenmerken zoals signaalpatroon, signaalsterkte en apparaatgevoeligheid. WirelessHART werkt in de vrije ISM-frequentieband van 2400 ~ 2483,5 MHz en de datatransmissiesnelheid kan oplopen tot 250 kbit/s. Deze frequentieband is verdeeld in 16 kanalen en genummerd van 11 tot 26. De frequentieafstand tussen twee aangrenzende kanalen is 5 MHz.
Datalinklaag
Een onderscheidend kenmerk van de WirelessHART-standaard is de datalinklaag gebaseerd op tijdsynchronisatie. De communicatietijd van de WirelessHART-datalinklaag is strikt gedefinieerd als 10 ms, en TDMA-technologie wordt gebruikt ter ondersteuning van botsingsvermijding en deterministische communicatie.
Netwerklaag en transportlaag
De netwerklaag en transportlaag werken samen om veilige en betrouwbare communicatie voor netwerkapparaten te bieden. Om de Mesh-netwerkstructuur te ondersteunen, moet elk WirelessHART-apparaat gegevens doorsturen naar andere apparaten.
Applicatielaag
De applicatielaag is de bovenste laag van de WirelessHART-standaard, die verschillende apparaatopdrachten, reacties, gegevenstypen en statusrapporten definieert. In de WirelessHART-standaard is de communicatie tussen apparaten en gateways gebaseerd op opdrachten en reacties. De applicatielaag is verantwoordelijk voor het parsen van de berichtinhoud, het extraheren van het opdrachtnummer, het uitvoeren van de opgegeven opdracht en het genereren van een reactie.
Beveiligingsarchitectuur
Het WirelessHART-netwerk is een beveiligd netwerksysteem. Zowel de MAC-laag als de netwerklaag van WirelessHART bieden beveiligingsdiensten. De MAC-laag gebruikt een combinatie van cyclische redundantiecontrole (CRC) en berichtintegriteitscode (MIC) om hop-to-hop data-integriteitsdiensten te bieden. Zowel de zender als de ontvanger gebruiken de CCM-modus en het AES-128 blokversleutelingsalgoritme om MIC te genereren en te verifiëren. De netwerklaag gebruikt verschillende sleutels om end-to-end encryptie en data-integriteitsdiensten te bieden. Het WirelessHART-beveiligingssysteem definieert vier sleutels:
• Als er geen netwerksleutel is, wordt de openbare sleutel gebruikt om de MIC op de MAC-laag te genereren.
• De netwerksleutel wordt gedeeld door alle netwerkapparaten en wordt door netwerkapparaten gebruikt om MIC's op de MAC-laag te genereren.
• De netwerktoegangssleutel is uniek voor elk netwerkapparaat. Wanneer een apparaat zich bij het netwerk aansluit, wordt de netwerktoegangssleutel door de netwerkbeheerder gebruikt om het nieuwe apparaat dat netwerktoegang aanvraagt, te verifiëren.
• Sessiesleutels worden aangemaakt door de netwerkbeheerder. Een sessiesleutel is uniek voor de end-to-end verbinding tussen twee netwerkapparaten en wordt gebruikt om end-to-end encryptie en data-integriteitsservices te bieden. Sessiesleutels kunnen verder worden onderverdeeld in unicastsleutels en broadcastsleutels.
Producten uit de WirelessHART-serie
De slimme draadloze producten van Microcyber maken gebruik van WirelessHART draadloze technologie, gericht op procesautomatisering. Het heeft de kenmerken van een zelforganiserend netwerk, zelfherstel, laag stroomverbruik, data-encryptie, enz., wat zorgt voor een betrouwbare werking en flexibele en snelle installatie. Met onze draadloze modules, draadloze gateways, draadloze adapters, draadloze temperatuurtransmitters en andere producten kunnen we snel dataverzameling, procesbewaking, bediening van apparatuur, onderhoud en diagnose van complexe industriële locaties realiseren. De slimme draadloze producten van Microcyber zijn uitgegroeid tot de voorkeursoplossing voor industriële draadloze communicatie voor particuliere eindklanten. Ook internationaal gerenommeerde bedrijven hebben zich aangesloten bij de samenwerking en worden veelvuldig gebruikt in de petrochemie, elektriciteitssector, metaalindustrie, machinebouw en andere sectoren.
Industrieel internettoegangspunt
Microcyber richt zich op onderzoek en ontwikkeling, productie, verkoop en geïntegreerde toepassing van industriële IoT-producten.
Microcyber is de eerste fieldbusprotocolstack in China en de derde ter wereld die een internationale certificering heeft doorstaan, het eerste fieldbusinstrument in China dat een internationale certificering heeft doorstaan, de eerste demonstratietoepassing van een netwerkbesturingssysteem in China en de eerste functie in China die een internationale certificering heeft doorstaan, het eerste draadloze HART-product in China dat een internationale certificering heeft doorstaan, etc.
Microcyber is een van de belangrijkste uitvoerende eenheden van belangrijke nationale wetenschaps- en technologieprojecten op het gebied van het industriële internet der dingen (IoT) en industriële automatisering. In de loop der jaren hebben we een aantal grote nationale wetenschaps- en technologieprojecten uitgevoerd, waaronder het Nationaal Plan voor Onderzoek en Ontwikkeling op het gebied van Hightech (Plan 863) en de ontwikkeling van intelligente productieapparatuur. Speciale projecten en andere nationale wetenschaps- en technologieplannen.
Microcyber heeft ruime ervaring opgebouwd op het gebied van technische mogelijkheden, technische prestaties en technische reserves. Bovendien beschikt het bedrijf over een sterk R&D-team dat de duurzame ontwikkeling van de producten van het bedrijf beschermt.
