EN 

(812) 449-56-20
8-800-770-70-17

arman@arman-engineering.ru

8-800-770-70-17

Wi-Fi в промышленных средах

16 июля 2015

Термин Wi-Fi в настоящее время стал настолько обыденным, знакомым и доступным в самом прямом смысле, что, пожалуй, никто серьезно не задумывался о том, что на самом деле стоит за этим понятием. Сегодня можно дать следующее общее определение: Wi-Fi-это название популярной беспроводной сетевой технологии, которая использует радиоволны для того, чтобы обеспечить беспроводной высокоскоростной доступ в Интернет, локальные сети и другие сетевые соединения. Сам термин «Wi-Fi»- это сокращение от « Wireless Fidelity», что можно интерпретировать как «достоверная беспроводная передача информации»

И действительно, современный человек сталкивается с аббревиатурой Wi-Fi или словосочетанием «беспроводная передача данных», которое в основном и связывают с термином Wi-Fi, буквально на каждом шагу. Так, например, уже практически любой современный смартфон оснащен модулем Wi-Fi. В любом современном мегаполисе уже практически невозможно найти зоны, где вы бы не смогли воспользоваться возможностью, например, выйти в Интернет по Wi-Fi… Но если оглянуться чуть-чуть назад, то появление и начало развития направления беспроводной передачи данных произошло совсем недавно. Так в 1985 году, согласно постановлению Федеральной Комиссии Связи США (the U.S. Federal Communications Commission), было разрешено использование полос радиочастотного спектра на частотах 900 МГц, 2.4 ГГц и 5.8 ГГц для нелицензированного пользования. Фирмы-производители начали с необыкновенной скоростью построение беспроводных устройств и сетей, чтобы воспользоваться преимуществами нового радиочастотного спектра и покорить рынок. Но без общего действующего стандарта беспроводной связи все эти попытки оставались раздробленны, т.к. устройства от различных производителей редко были совместимы, и об интеграции такого оборудования с целью построения локальных сетей и, тем более, сетей общего пользования говорить было практически невозможно. В конце концов, основные лидеры отрасли предложили общий стандарт 802.11, который был одобрен Институтом Инженеров по Электротехнике и Радиоэлектронике (Institute of Electrical and Electronics Engineers IEEE) в 1997 году. А два года спустя группа крупных компаний сформировала Wireless Ethernet Compatibility Alliance (WECA), который позднее был переименован и известен сейчас как Wi-Fi Альянс (Wi-Fi Alliance).


Wi- Fi Alliance ( http://www.wi-fi. org ) это глобальная некоммерческая организация, созданная для продвижения новых стандартов беспроводной связи и осуществляющая сертификацию и проверку совместимости устройств со стандартами разработанными Институтом Инженеров по Электротехнике и Радиоэлектронике IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers). Общее количество компаний спонсоров и членов Альянса более 550 (http://www.wi-fi.org/about/member-companies ).

IEEE 802.11 – набор стандартов связи для коммуникации в беспроводной локальной сетевой зоне. Существует на данный момент 29 стандартов.

Конечные пользователи и предприятия по всему миру используют Wi-Fi на основе наиболее распространенных стандартов 802.11a/b/g/n, обеспечивающих подключение и доступ в Интернет, плюс высокую скорость передачи данных для огромного количества устройств, в том числе ноутбуков, смартфонов, планшетов и других. Однако, когда среда, в которой могли бы работать все эти устройства становится агрессивной, сложной и опасной для пользователей, то и требования, предъявляемые к комплексным программно-аппаратным системам, становятся еще более жесткими и еще более сложными. И игнорировать эти требования просто невозможно.

Сегодня в Российской Федерации действует следующий регламент пользования и применения устройств радиодиапазона, использующийся для Wi-Fi, определенный Правительством РФ в Постановлении о порядке регистрации радиоэлектронных средств и высокочастотных устройств (в редакции от 22.12.2011 г.) и Решением Государственной Комиссии по радиочастотам при Министерстве информационных технологий и связи РФ о выделении полос радиочастот малого радиуса действия (в редакции от 19.12.2012 г.):
- безлицензионное использование частот и возможность не регистрировать абонентские и другие устройства при размещении и внутри, и вне помещений возможно при соблюдении следующих требований:
1. Использовать вне помещений можно только устройства на частотах 2,5 ГГц.
2. Высота их подвеса менее 10 м.
3. Допустимая мощность передатчика не более 100мВт.
4. Абонентские устройства не подлежат регистрации при мощности передатчика также менее 100 мВ

Рассмотрим основные примеры тех промышленных сред, с которыми мы, в основном, сталкиваемся в проектах компании "Арман".

Решения и устройства, которые уже сегодня широко используют возможности Wi-Fi, решают задачи удаленного мониторинга и измерений, телеметрии и позиционирования, видеонаблюдения и других интегрированных систем, обеспечивающих необходимые производственные процессы и одновременно необходимый уровень охраны труда, техники безопасности и защиты окружающей среды.

Основные преимущества при использовании беспроводных решений:

· Снижение проектных затрат

Возможна, например, существенная экономия расходов на прокладку кабеля

· Сокращение графика исполнения проекта и рисков

· Доступ к данным и возможность связи в труднодоступных зонах

· Повышение эффективности и более обоснованного принятия решений за счет быстрого поиска неисправностей/аварий и их дальнейшего устранения.

Это самые очевидные плюсы в защиту использования беспроводных технологий в промышленности. Безусловно, каждое отдельно взятое направление или сектор будет иметь характерный список этих преимуществ в дополнение к уже перечисленным.

Какая же разница между промышленным исполнением беспроводных решений и стандартным беспроводным решением? Казалось бы их не так много… Фундаментальная архитектура и принципы – все те же… Но основная разница - в исполнении устройств и решений, которые подтвердят надежную работу в агрессивных и опасных средах не хуже любого проводного решения, т.е. обеспечат решение вопросов работоспособности и надежности оборудования, гарантирующих безопасность для человека по всем возможным требованиям, включая взрывозащищенность.

Для решения требования надежности беспроводных промышленных решений необходимо обеспечить возможность резервирования/дублирования с уровня оконечного устройства и до уровня сетевой инфраструктуры.


Резервирование на уровне оконечного устройства

Один беспроводной интерфейс стандарта 802.11a/b/g.


Один беспроводной интерфейс стандарта 802.11a/b/g/n с поддержкой MIMO (Multiple Input Multiple Output — метод пространственного кодирования сигнала, позволяющий увеличить полосу пропускания канала, при котором передача данных осуществляется с помощью N антенн и их приёма М антеннами). Увеличена скорость и радиус приёма.


Два независимых беспроводных интерфейса (любого стандарта) для реализации Linux bonding (объединение сетевых интерфейсов) – переключение в пределах 200ms


Два независимых беспроводных интерфейса (любого стандарта) для реализации SCTP multihoming (Stream Control Transmission Protocol — «протокол передачи с управлением потоком». Multihoming – использование множественных интерфейсов) – переключение без потерь и задержек.

Резервирование на уровне точек доступа

Каждое оконечное устройство ГУ покрывается двумя независимыми точками доступа на непересекающихся частотных каналах.

ETSI (Institute of Electrical and Electronics Engineers) позволяет использовать до 13 каналов

Резервирование на уровне питания

Все элементы сети запитываются от двух не зависимых UPS, которые запитаны выделенными линиями. Все беспроводные точки доступа получают питание от коммутатора поверх кабеля данных, к которому уже подключены, используя технологию PoE (Power over Ethernet).

 

Резервирование на уровне сетевой инфраструктуры

Резервирование осуществляется за счёт физического дублирования устройств коммутации и протоколов, детектирующих недоступность элемента и перенаправляющих трафик на резервное устройство.

 

Следующим важным вопросом, решаемым при построении беспроводных сетей промышленного типа, является вопрос сетевой безопасности, который, как и в случае с резервирование решается, начиная с оконечного устройства, а именно с уровня доступа:

· Hiding the wireless SSID – скрыть широковещательное оповещение имени сети. В этом случае на оконечном устройстве вручную настраивается имя сети.

· MAC Filters – контроль MAC адреса устройства.

· 802.1x EAP (Extensible Authentication Protocol) - Расширяемый Протокол Аутентификации, протокол контроля доступа и аутентификации. Сервер аутентификации проверяет каждое оконечное устройство перед тем, как оно сможет воспользоваться сервисами, которые предоставляет ему точка доступа.

· WPA2 (Wi-Fi Protected Access) - технология аутентификации и шифрования трафика на радио участке .

Вопрос обеспечения общесетевой безопасности более сложный и применим ко всем элементам сети, службам и пользователям. Это тема отдельного подробного рассмотрения.

Другим обязательным и важным вопросом и одновременно необходимым этапом любого проекта по построению беспроводной сети является радио-обследование (Site Survey). Основная цель радио-обследования это получение достаточного объема информации, чтобы определить количество и позиции Точек Доступа (AP – Access Point ) для предоставления требуемого покрытия внутри всей целевой зоны. В рамках практически любого такого обследования решаются задачи по определению и преодолению физических препятствий и эффектов, связанных с распространением радиоволн:

· Поглощения или абсорбирования радиосигнала - частичное поглощение энергии волны при прохождении её через препятствие (стена, шкаф, потолок).

· Отражение волны от поверхности объекта (изменение траектории распространения);

· Эффект многолучёвости – отражённый сигнал может прейти в противофазе с исходным сигналом, в результате результирующий сигнал будет равен нулю.

· Рассеивание – сигнал, проходя через облако пыли, влажный воздух, осадки, задымлённость, частично отражается, в результате ослабевая.

· Определение возможностей обеспечения беспрепятственной линии прямой видимости между передатчиком и приемником. Так 60-80% пространства вокруг прямого тракта между передатчиком и приемником должно быть свободно от преград – эта зона называется зоной Френеля (F1). Это обеспечивает максимальную дистанцию покрытия зоны Wi-Fi.

· Определение зона посторонних электромагнитных излучений, создаваемых промышленным оборудованием, которое может создать чрезвычайно высокий уровень "шума", что не позволит оборудованию беспроводной связи работать в условиях уверенного приема и без потерь передачи данных.

Требования и сложность радио-обследования объекта всегда будут варьироваться в зависимости от самого объекта и его характеристик.

Использование современных стандартов беспроводных технологий в линейке собственных продуктов российского производителя оборудования под маркой Armtel является одним из стратегических направлений развития всей линейки продуктов этого партнёра "Арман".

С современными технологиями возможности построения систем и сетей беспроводного доступа и передачи данных в самых сложных промышленных средах сильнее, чем когда-либо. Также вопросы, которые традиционно преследуют варианты беспроводных предложений, в настоящее время сводятся к минимуму (требования основных регуляторов по радиодоступу и предоставлению решений и услуг беспроводной передачи данных). Промышленные предприятия могут теперь создавать сети передачи данных в самых суровых условиях окружающей среды со всеми преимуществами, которые предоставляют беспроводные системы передачи данных Wi-Fi. И наша задача обеспечить предложение необходимых продуктов и решений для этого.

Рынку уже представлено цифровое переговорное устройство DW IP wi-fi