無線網(wǎng)絡(luò)中無線通信和有線通信的整合

文/徐茂春

任何形式的無線電計算機網(wǎng)絡(luò)均被稱之為無線網(wǎng)絡(luò)，在信息傳輸系統(tǒng)中，無線網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用越來越廣泛。對于無線網(wǎng)絡(luò)而言，無線通信是組網(wǎng)的核心技術(shù)之一，而在某些情況下，為提高無線網(wǎng)絡(luò)的運行安全性和可靠性，并確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性，也會應(yīng)用有線通信。鑒于此，可在無線網(wǎng)絡(luò)中，對無線通信與有線通信進行整合，充分發(fā)揮出二者的優(yōu)勢，增強無線網(wǎng)絡(luò)的整體性能。

1 有線與無線通信的特點

1.1 有線通信

有線通信是以媒介為載體實現(xiàn)信息的有效傳送，媒介一般為電纜或光纜，將信息以電信號或光信號的形式從一個通信端口傳遞到另一端口。在通信過程中，通信成本受媒介的影響程度較大，尤其對于長距離的有線通信而言，需要安裝通訊設(shè)備、電纜或光纜，增加了有線通信的建設(shè)成本。但是，有線通信依靠電纜或光纜等實體介質(zhì)傳遞信息，能夠保證信息傳輸?shù)姆€(wěn)定性，降低外界對信息傳輸?shù)母蓴_。如，將金屬屏蔽層包裹在電纜外層，可消除干擾。與無線通信相比，有線通信在短距離信息傳輸中的優(yōu)勢更加明顯，具體表現(xiàn)在信號傳輸質(zhì)量高、傳輸速度快和傳輸安全性強等方面。

1.2 無線通信

無線通信是無需借助媒介，主要以電磁波的形式傳播信息。電磁波的頻率為300MHz—300GHz，當(dāng)前使用最為廣泛的電磁波為2.4GHz和5GHz。相比較有線通信而言，無線通信無需建設(shè)光纜、電纜等設(shè)施，可節(jié)省硬件設(shè)備建設(shè)成本。同時，無線通信可滿足超長距離通信需求，信息傳遞更加自由。但是，無線通信的穩(wěn)定性較差，為解決這一問題，需要在超長距離傳輸中設(shè)置中繼站，提高信息傳遞穩(wěn)定性。無線通信易受相同或相近頻段的無線電波影響，降低信息傳輸速度。此外，在人流量大、信息較為集中的區(qū)域，無線通信的信號會隨之漸弱，甚至出現(xiàn)無信號狀態(tài)，如商場、火車站、演唱會等地，即使增大了信號覆蓋面積，也會降低信號接收強度。

無線通信技術(shù)發(fā)展速度較快，以局域網(wǎng)技術(shù)和蜂窩技術(shù)為基礎(chǔ)，常用的蜂窩技術(shù)包括TACS、AMPS、CDMA、GSM等。當(dāng)前，我國第四代移動通信技術(shù)已經(jīng)普及應(yīng)用，第五代移動通信技術(shù)正投入商業(yè)化運行，標(biāo)志著我國無線通信技術(shù)步入了世界領(lǐng)先行列。在局域技術(shù)方面，最為常見的技術(shù)包括WLAN、Wi-Fi、IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)等。在近距離的無線通信中，主要應(yīng)用Zigbee、Bluetooth、RFID等技術(shù)，可滿足特殊場所的無線通信需求。如，無人超市使用RFID技術(shù)可自動讀取商品信息，無人機利用無線圖像傳輸將圖像回傳至控制中心等，這些技術(shù)的應(yīng)用為物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)奠定了基礎(chǔ)，為人們提供了更便捷的生活方式。

2 無線網(wǎng)絡(luò)中無線通信與有線通信的整合途徑

2.1 通信整合的意義

無線通信與有線通信各具優(yōu)點，在無線網(wǎng)絡(luò)中無線通信不可完全替代有線通信，而是要實現(xiàn)兩者的優(yōu)勢互補，提升無線網(wǎng)絡(luò)通信的可靠性，提高信息傳輸速率，降低通信成本，減少硬件設(shè)施的建設(shè)投入。如，大型生產(chǎn)公司可利用無線通信與有線通信相結(jié)合的方式，連接辦公室和車間的網(wǎng)絡(luò)，發(fā)揮出無線通信與有線通信的各自優(yōu)勢，使網(wǎng)絡(luò)覆蓋到公司各個區(qū)域，保障信息安全、高速傳輸。

2.2 無線網(wǎng)絡(luò)中的有線通信方式

2.2.1 適配器連接

在無線網(wǎng)絡(luò)中，有線HART設(shè)備與適配器之間的連接需采用有線通信方式，具體包括以下連接方式：

（1）在HART設(shè)備的螺紋接線口直接安裝HART適配器的外連接螺紋，以縮短接線；

（2）將附件安裝在HART適配器上，利用附件與HART設(shè)備進行連接，確保適配器天線的安裝位置最佳，與直接安裝方式相比，需增長接線距離；

（3）采用分枝方式有限連接多點HART設(shè)備的與適配器，保證適配器支持多個設(shè)備，接線距離更長。

2.2.2 通信協(xié)議接入

利用有線通信技術(shù)手段將無線轉(zhuǎn)接模塊接入第三方設(shè)備，如XYR400E無線轉(zhuǎn)接模塊可通過有線通信轉(zhuǎn)接到有RS-232、RS-485的第三方設(shè)備。第三方設(shè)備主要包括攝像機、掃描儀、分析儀、PLC、流量計算機等，在有線通信接入之后，可利用無線專接模塊中的多功能節(jié)點實現(xiàn)無線通信，在控制系統(tǒng)中輸入第三方設(shè)備信息，用以操作第三方設(shè)備。例如，國內(nèi)某公司自主研發(fā)的一款WIA-PA無線網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品中，加入無線透傳模塊，這是針對RS485現(xiàn)場總線研制開發(fā)的無線組網(wǎng)方案，其能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)場總線與無線通信之間的透傳，可將PLC的現(xiàn)場總線通過有線通信的方式，加入到無線透傳模塊當(dāng)中，由此可實現(xiàn)PLC一點到多點的數(shù)據(jù)通信，大幅度提升了PLC的控制效果。又如，美國著名的Honeywell公司研發(fā)的多功能節(jié)點設(shè)備，具有Modbus TCP/IP接口，能夠?qū)τ芯€設(shè)備進行接入，利用各個節(jié)點中的無線通信，可將第三方設(shè)備的相關(guān)信息傳給工廠的控制系統(tǒng)。上述實例，均為通信協(xié)議接入的典型范例。

2.2.3 接入點與網(wǎng)關(guān)連接

雖然無線通信網(wǎng)絡(luò)接入點與網(wǎng)關(guān)之間實現(xiàn)了無線連接，但是仍有很多無線通信網(wǎng)絡(luò)采用有線連接方式實現(xiàn)兩者連接。在網(wǎng)絡(luò)規(guī)?；瘧?yīng)用的形勢下，一般將其劃分為由若干個小型網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)，用有線方式連接小型網(wǎng)絡(luò)的接入點與網(wǎng)關(guān)，使無線現(xiàn)場設(shè)備節(jié)點利用幾“跳”便可通過網(wǎng)關(guān)到達主機，提高網(wǎng)絡(luò)的通信速率，保證網(wǎng)絡(luò)通信的穩(wěn)定性。例如，美國著名的Emerson電氣公司旗下的一家過程控制公司，在無線網(wǎng)絡(luò)中采用了簇方式，將智能無線網(wǎng)關(guān)分成兩個部分，一部分是WIOC，另一部分是遠程鏈路，設(shè)置兩個I/O接口實現(xiàn)控制系統(tǒng)局域網(wǎng)的有線連接，而遠程鏈路采用無線連接。兩個部分之間則是以導(dǎo)線進行互連，最遠的傳輸距離可以達到200m左右，這是一種非常典型的無線網(wǎng)絡(luò)中，無線通信與有線通信的整合應(yīng)用。

2.2.4 接入點間有線互連

在無線現(xiàn)場數(shù)據(jù)回傳中，一般采用Wi-Fi設(shè)備相互連接多功能節(jié)點設(shè)備，這些多功能節(jié)點設(shè)備提供了有線以太網(wǎng)的通信接口，使得有線以太網(wǎng)可有效連接單一設(shè)備或兩種不同類型的設(shè)備。相比較無線連接方式而言，利用有線以太網(wǎng)方式連接多功能節(jié)點實現(xiàn)無線現(xiàn)場數(shù)據(jù)的回傳，可提高數(shù)據(jù)集成速度，改善通信帶寬的不足。

2.2.5 視頻信號連接

無線視頻傳輸具備終端攝像頭移動便捷的優(yōu)勢，使攝像頭不受布線的局限。在項目建設(shè)初期，無線視頻傳輸?shù)膬?yōu)勢得以充分顯現(xiàn)。但是，在新建項目運行過程中，不建議采用無線傳輸方式占有無線骨干網(wǎng)絡(luò)，這樣會降低視頻數(shù)據(jù)傳遞速度，嚴(yán)重影響視頻信號的清晰度。為此，應(yīng)在部分視頻信號接收中采用有線連接方式，既保證視頻信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性，也保證無線骨干網(wǎng)絡(luò)運行的可靠性。例如，國內(nèi)某公司在對無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進行組建時，網(wǎng)絡(luò)中包含過程參數(shù)的采集和視頻監(jiān)控。其中相關(guān)數(shù)據(jù)以儀器儀表進行采集，通過有線的方式進行傳輸；而視頻監(jiān)控中攝像機的近距離通信為有線接入，遠距離通信為Wi-Fi無線通信。

2.3 通信整合的現(xiàn)場調(diào)整方法

2.3.1 過程調(diào)整

在無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，如果系統(tǒng)的通信能力無法滿足整個系統(tǒng)的通信要求，則可在系統(tǒng)中設(shè)置一個節(jié)點調(diào)整系統(tǒng)，增強無線網(wǎng)絡(luò)的通信能力。如，在某工業(yè)企業(yè)的無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，某一區(qū)域的通信距離為6km，由于通信設(shè)備覆蓋半徑為4km，無法達到通信全覆蓋的要求，所以可在距離通信設(shè)備4km范圍內(nèi)增加一個節(jié)點，實現(xiàn)該區(qū)域的有效通信。

2.3.2 檢測后的調(diào)整

在無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建成后，要進行系統(tǒng)試運行測試，檢測系統(tǒng)是否處于穩(wěn)定、可靠的運行狀態(tài)，并根據(jù)試運行檢測結(jié)果調(diào)整系統(tǒng)，消除影響運行穩(wěn)定性的不利因素。如，在狀態(tài)檢測中發(fā)現(xiàn)區(qū)域的通信距離過長，通信質(zhì)量偏低，則要對該區(qū)域的無線網(wǎng)絡(luò)通信進行全面檢測，根據(jù)檢測結(jié)果調(diào)整無線網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備。

3 結(jié)論

綜上所述，無線通信具有靈活的移動性和可擴展性，其整體成本相對較低，但無線通信的安全性并不是很高，并且信號傳輸存在延遲的情況。而有線通信在信號傳輸方面更加穩(wěn)定，保密性和安全性較高，由于需要鋪設(shè)網(wǎng)線，從而增大了組網(wǎng)成本，并且在使用上還會受到空間因素的制約。鑒于此，可在無線網(wǎng)絡(luò)中，對無線通信與有線通信進行整合，這樣能夠發(fā)揮出二者各自的優(yōu)勢，取長補短，有助于增強無線網(wǎng)絡(luò)的性能。