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讲座：OneWireless工业无线网络
国内仪器仪表专家方原柏先生，在“剑指工控”开设的《OneWireless工业无线网络讲座》，深入浅出解答OneWireless工业无线网络实际应用中的所有难题。
第一讲：讲座｜OneWireless工业无线网络（一）
第二讲：讲座｜OneWireless工业无线网络（二）
三
OneWireless系统构成(2)
2.3 各种类型ISA100.11a无线现场设备网络规划
2.3.1 小型ISA100.11a无线现场设备网络规划
对于只需要几台无线现场设备和不需要精心制作主干网络基础设施的ISA100.11a现场设备网络，建议使用小型网络。这些小型网络通常用于非关键、不需要快速刷新率的监控系统。实现小型ISA100.11a无线现场设备网络必需的组件是FDAP、WDM、无线现场设备、以浏览器访问OneWireless用户界面的台式机或笔记本电脑（见图2-10）。这个网络必要时可以扩展以包括多台FDAPs，从而达到理想的ISA100.11a网络覆盖。
图2-10 小型ISA100.11a无线现场设备网络
如果需要的话，FDAP可以通过以太网交换机连接到WDM。网络中的每台无线现场设备都设置为带路由功能，以便与其他无线现场设备相互通信，刷新率一般设置为30s或更长，形成一个ISA100.11a网状网络。无线现场设备可以发送本身数据以及为从邻近的无线现场设备接收到的数据路由，最终数据通过以太网交换机到达主机WDM。
2.3.2 中型ISA100.11a无线现场设备网络规划
中型ISA100.11a现场设备网络是小型系统的ISA100.11a现场设备网络拓扑结构的扩展，建议这种类型网络用于重要监测和控制网络，它提供的无线现场设备虽采用电池供电，但具有快速刷新率，可以达到像有线设备一样可靠的性能。这种类型的网络由于仍采用FDAP作为接入点设备，所以不提供Wi-Fi设备（如手持设备）或以太网设备（如数字安全摄像机）的无线覆盖。
图2-11 中型ISA100.11a现场设备网络
在图2-11中，多个FDAP用于扩展网络的容量，很多无线现场设备可以连接到不同的FDAP，从而建立支持数以百计无线现场设备的全厂ISA100.11a无线网络。安装更多数量的FDAP解决了需要使用电池供电的无线现场设备作为路由器的问题，从而使无线现场设备电池寿命更长。
2.3.3 中型ISA100.11a和IEEE802.11a/b/g网络规划
多功能应用的无线现场设备网络规划增加了多功能节点，将ISA100.11a和IEEE802.11a/b/g组合构成中型多功能应用的无线现场设备网络（见图2-12）。由于多功能节点同时支持与ISA100.11a现场设备网络连接、与IEEE802.11a/b/gWi-Fi设备网络连接及多功能节点相互无线通信的无线主干网络连接，在网络上实现使用无线手持设备的移动应用、增加工厂安全系统等很多功能，这种网络结构可在工厂中监测和控制数百台无线现场设备。
这种网络结构的组件是WDM、FDAP、多功能节点、无线现场设备和网络交换机。多种应用程序接入点，能够接纳ISA100.11a无线现场设备和IEEE 802.11a/b/g设备的通信，从而可设计一个全厂范围的多功能应用的无线网络。
图2-12 中型多功能应用的无线现场设备网络
这种类型的网络，还支持第三方无线接入点取代多功能节点（见图2-13）。
图2-13 带第三方接入点的ISA100.11a和IEEE802.11.a/b/g的网络
图2-13中，可将以太网电缆连接从第三方接入点移到FDAP，则FDAP具有ISA100.11a接入点的功能。
2.3.4 OneWireless网络连接到工厂控制网络规划
如果需要将OneWireless网络连接到工厂控制网络，则使用WDM的FDN的端口，WDM连接ISA100.11a无线现场设备网络（FDN），使用WDM的PCN端口，WDM连接工厂控制网络（PCN）（见图2-14）。第三方的TCP/IP接口的客户端（HART、OPC或Modbus）也可以通过PCN连接到WDM。
图2-14 连接到PCN的OneWireless无线网络
2.3.5 带Cisco节点的ISA100.11a无线现场设备网络规划
带Cisco节点的OneWireless无线网络采用了支持标准的思科（Cisco）组态和拓扑结构统一的无线网络技术，以实现一个高可用性的网络。
2.3.5.1 带Cisco节点设备的ISA100.11a无线现场设备中型网络规划
使用Cisco Aironet 1552S Outdoor AP节点设备、WDM、XYR6000变送器、WLAN控制器和管理型网络设备交换机，可以实现ISA100.11a无线现场设备网络和IEEE802.11a/b/g/nWi-Fi网络的组合。可选设备包括FDAP，它用在不需要Wi-Fi覆盖而只有ISA100.11a无线现场设备聚集的区域。使用Cisco Prime网络控制系统（NCS）来管理Cisco Aironet 1552S Outdoor AP节点设备和Cisco有线网络设备，这种类型的网络通常可实现了在装置中有数百台无线现场设备的监测和控制。
图2-15 ISA100.11a和IEEE802.11a/b/g中型网络
图2-15中，Cisco Aironet 1552S Outdoor AP节点设备被分为2类：根接入点（RAP）和网格接入点（MAP）。
网格接入点是Mesh网络的远程接入点，它作为ISA100.11a无线现场设备网络和IEEE802.11a/b/g/nWi-Fi网络的接入点，这是所有接入点的默认角色。网格接入点可以与相邻的网格接入点建立连接，每个网格接入点都可以发送和接收消息，并作为一个路由器为其相邻网格接入点转发消息。网格接入点通过其他网格接入点构成的无线网络在无线设备和主机应用之间实现数据传输，通过转发过程，数据可以找到通过中间网格接入点抵达目的地的最佳路径。与其他对等路由器型网络类似，由网格接入点构成的无线网络提供了多重冗余数据通信路径。如果一个链路因为任何原因而出现故障，网络会自动通过其他路径安排数据传输，直到数据抵达网关为止（比如通过一个网格接入点连接到主机应用通常所在的有线网络）。
根接入点通过光纤、有线以太网或电缆连接器连接到有线网络或服务器，作为到有线网络的“根”或“网关”，它必须在接入点配置时设定为根接入点。通信时，网格接入点通过网格接入点之间的路径或直接传送到根接入点。在这种网络拓扑结构中，接入点之间有许多冗余路径连接，因而特别可靠。
2.3.5.2 带Cisco节点的ISA100.11a无线现场设备大型网络规划
OneWireless无线现场设备大型网络采用了思科统一的无线网络技术，这包括使用冗余交换机、冗余的无线局域网控制器以及多重根接入点（RAP）和网格接入点（MAP），实现大型高可用性的网络。
随着网络规模的增大和MAP数量的增加，有必要使用多台RAP以保证无线网络所需的性能和吞吐量（见图2-16）。推荐RAP对MAP比值为20，这意味着，最多20个MAP可以共享相同的一次和二次RAP。当网络内连接的ISA100.11a设备总数超过WDM容量时，就需要多台WDM。
图2-16 带多台RAP Cisco节点设备的ISA100.11a无线现场设备大型网络
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作者简介
方原柏：湖北黄冈人，昆明有色冶金设计研究院电气自动化分院教授级高级工程师，衡器、自动化仪表、冶金自动化、仪器仪表用户、仪器仪表与自动化等杂志编委，昆明仪器仪表学会理事长，中国衡器协会技术专家委员会顾问，主要从事仪器仪表、控制系统的应用研究，曾出版“电子皮带秤的原理及应用”（1994年，冶金工业出版社）、“电子皮带秤”（2007年，冶金工业出版社）“流程行业无线通信技术及应用”（2015年化学工业出版社）、“有色金属生产过程自动化”（2015年，人民邮电出版社）四本专著，发表论文300篇。
