无线网络的应用与研究毕业论文

在工业控制系统中，应用现场总线技术、以太网技术等，可实现系统的网络化，提高系统的性能和开放性，但是这些控制网络一般都是基于有线的网络。有线网络高速稳定，满足了大部分场合工业组网的需要。但是，有线网络只能沿着一维的线路传输数据，传输需要导体介质，因而带来规划布线、预设接口、线路检测、线路扩容等一系列和传输途径有关的工作，并且这些工作不可避免地具有破坏建筑、浪费接口、检修困难、扩展困难的弊病。在现代控制网络中，许多自动化设备要求具有更高的灵活性和可移动性，当工业设备处在不能布线的环境中或者是装载在车辆等运动机械的情况下，是难以使用有线网络的。与此相对应，无线网络向三维空间传送数据，中间无需传输介质，只要在组网区域安装接入点（Access Point）设备，就可以建立局域网；移动终端只要安装了无线网卡就可以在接收范围内自由接入网络。总之，在网络建设的灵活性、便捷性、扩展性方面，无线网络有独特的优势，因此无线局域网技术得到了发展和应用。随着微电子技术的不断发展，无线局域网技术将在工业控制网络中发挥越来越大的作用。 一、无线局域网简介 一般来说，凡是采用无线传输媒体的局域网都可称为无线局域网。这里的无线媒体可以是无线电波、红外线或激光。无线局域网（Wireless LAN）技术可以非常便捷地以无线方式连接网络设备，人们可随时、随地、随意地访问网络资源，是现代数据通信系统发展的重要方向。无线局域网可以在不采用网络电缆线的情况下，提供网络互联功能。 1.无线协议简介 无线局域网络协议标准建立至今已有较长时间，但由于无线局域网速度低、协议标准不统一、价格昂贵，用户为保护投资，不愿意使用无线网络，因此无线局域网并没有得到广泛应用。近几年来，随着速率较高的无线通讯协议开始推出，无线局域网得到快速发展。 是IEEE802标准委员会在1997年通过的第一个无线局域网的国际标准。1999年9月，该委员会又颁布了标准，包含了ISO／OSI模型的物理层和媒体访问控制层（MAC）。该标准工作在 GHz，传输速率可达11 Mbps。 标准将节点设备分为基站和客户站，各客户站相互间可直接通信，也可在基站的统一管理下进行通信。一个基站与一组客户站的连接称为基本服务集BSS（Basic Service Set），两个或多个BSS构成扩展服务集。标准规定了物理层的三种实现方法，即跳频扩展频谱方式FHSS、直接序列扩展频谱方式DSSS和红外技术IR。在MAC层采用CSMA／CA（载波侦听多路访问／碰撞避免）技术进行通信介质访问。为了尽量减少冲突。设计了独特的MAC子层，如图1所示。下面的一层叫做分布协调功能DCF（Distributed Coordination Function）子层，该子层使各个节点采用竞争的方式使用信道，向上提供争用服务。这种信道接入方式可能会导致冲突的发生，但是对信道的利用率较高。上面的一层叫做点协调功能PCF（Point Coordination Function） 图1 的MAC子层 子层，该子层使用集中控制的接入算法，基站以轮询的方式将通信权轮流交给各个客户站，从而避免了冲突的发生。但是基站需要周期性的轮询所有客户站，需要占用大量的时间，因此适用于中、小型网络。无线局域网的技术还在不断发展。美国Radia－ta和Atheros公司分别宣布将推出芯片组。的数据传输速率为54 Mbps。Atheros公司宣称，他们的芯片组在“Turbomode”（强化模式）下，速率可以达到72 Mbps。对来说，不仅仅是传输速率的提高，它将工作在5 GHz的频率上，从而避开了拥挤的 GHz频段。2001年11月15日，IEEE试验性地批准了一种新技术，该技术可以提升家庭、公司和公共场所的无线互联网接入速度，该技术使无线网络每秒传输速度也可达54 Mbps，比现在通用的要快5倍，并且和兼容。以上介绍的技术标准可通过下表1进行对比。 表1 技术标准、频率分配及传输速率 技术标准 制定年份 频率占用 最高速率 调制技术 1997 2Mbps FHSS 1999 11Mbps DSSS 1999 5GHz 54Mbps OFDM 2000 54Mbps DSSS

无线局域网是计算机网络与无线通信技术相结合的产物。通俗点说，无线局域网（Wireless local－area network，WLAN）就是在不采用传统电缆线的同时，提供传统有线局域网的所有功能，网络所需的基础设施不需要再埋在地下或隐藏在墙里，网络却能够随着实际需要移动或变化。之所以还称其是局域网，是因为会受到无线连接设备与电脑之间距离的远近限制而影响传输范围，所以必须要在区域范围之内才可以连上网路。 无线局域网的基础还是传统的有线局域网，是有线局域网的扩展和替换。它只是在有线局域网的基础上通过无线集线器、无线访问节点、无线网桥、无线网卡等设备使无线通信得以实现。与有线网络一样，无线局域网同样也需要传送介质。只是无线局域网采用的传输媒体不是双绞线或者光纤，而是红外线或者无线电波，且以后者使用居多。 红外线系统 红外线局域网采用小于1微米波长的红外线作为传输媒体，有较强的方向性，由于它采用低于可见光的部分频谱作为传输介质，使用不受无线电管理部门的限制。红外信号要求视距（直观可见距离）传输，并且窃听困难，对邻近区域的类似系统也不会产生干扰。在实际应用中，由于红外线具有很高的背景噪声，受日光、环境照明等影响较大，一般要求的发射功率较高，红外无线局域网是目前“100Mbit／s以上、性能价格比高的网络”可行的选择。 无线电波 采用无线电波作为无线局域网的传输介质是目前应用最多的，这主要是因为无线电波的覆盖范围较广，应用较广泛。使用扩频方式通信时，特别是直接序列扩频调制方法因发射功率低于自然的背景噪声，具有很强的抗干扰抗噪声能力、抗衰落能力。这一方面使通信非常安全，基本避免了通信信号的偷听和窃取，具有很高的可用性。另一方面无线局域使用的频段主要是S频段（～频率范围），这个频段也叫ISM（Industry Science Medical）即工业科学医疗频段，该频段在美国不受美国联邦通信委员会的限制，属于工业自由辐射频段，不会对人体健康造成伤害。所以无线电波成为无线局域网最常用的无线传输媒体。 除了传输介质有别于传统局域网外，无线局域网技术区别于有线接入的特点之一就是标准不统一，不同的标准有不同的应用。目前比较流行的有标准（包括 、 及等标准）、蓝牙（Bluetooth）标准以及HomeRF（家庭网络）标准等。

特点: ·支持IEEE 标准 ISM频段 ·支持高级用户验证，提供坚固的安全性WEP128，MAC地址控制 ·带符合IP 66/NEMA 4x标准的防水锈外壳，保护系统不被损坏 ·提供冷却风扇和加热器，防止系统过热和过冷 ·提供按钮和LED显示，可方便的设置温度 ·采用IP66防水接口，保护电源、LAN和无线接口 ·提供各种天线，用于增大传输距离 WLAN-9200是一款用于室外的增强11Mbps无线局域网网桥。它能够在无须任何物理布线的情况下，将多个远程站连接到局域网中。这样就节省了大量维护及组建相应电缆网络的成本。WLAN-9200带有一个坚固的外壳，可以防止水、酸、闪电、低温及高温对系统的破坏。由于这些特点，WLAN-9200工作极为稳定和可靠，是室外应用的理想选择。因此，WLAN-9200非常适合在布线困难的恶劣场所使用，如水库和建筑物。WLAN-9200与IEEE 标准兼容，具有各种强大功能。在提供高度安全保护（WEP：128位），DHCP客户、SNMP代理等的同时，能够提供11Mbps的高传输速度。此外，为了满足室外恶劣环境下的使用要求，WLAN-9200还提供了先进的系统保护功能：发光保护、冷却风扇、加热器、防水接口、工业设备箱、电源/LAN同轴电缆等。 成本低，安装简便 WLAN-9200可以将不同的分布式站点连接在一起，组成一个更宽范围的无线网络。它能够节省到远程地点的布线成本。WLAN-9200采用了专门的设计，用户可以方便快捷的将其装上或拆下。此外，WLAN-9200还提供了按钮和LED显示，用于显示和设置高/低温度。用户可以使用它快速组建自己的无线网络。为了能够在更远的范围内使用，WLAN-9200还提供了各种天线，用于延长传输距离。 可靠稳定的坚固设计 WLAN-9200采用了先进的设计，带有一个不生锈的防水外壳，能够对系统起到有效的保护。它符合IP 66/NEMA 4x标准，具有耐腐蚀、防紫外线、安全和自动灭火的特点。为了防止WLAN-9200内部过热或过冷，研华还在它的内部设计了一个冷却风扇和一个加热器，用户可以设置高/低温度设置。当工作温度高于或低于用户指定的温度时，冷却风扇或加热器就会开始工作。此外，WLAN-9200还提供了防水接口和防闪电保护，可以对电源，局域网和天线接口起到保护的作用。 远程站点之间的快速数据传输 WLAN-9200与高速无线局域网标准IEEE lb完全兼容，它提供11Mbps（在空气中）的速度，可以进行更快的数据传输。WLAN-9200在 ISM频段采用了DSSS技术，不会被噪声所干扰，使数据的传输更加安全和可靠。 保持通信的私有性 WLAN-9200采用了多种安全功能对您的无线网络进行保护（WEP128加密，MAC地址控制及口令安全）。通过采用先进的WEP128加密，您可以选择WEP密匙来保护您的数据，防止未授权的无线用户查看这些数据，只有接入点和无线适配器的可接入性，多种安全机制协同工作，能够有效防止对有线及无线网络的未授权访问。 系列无线调制解调器（RS-232/485接口） ADAM-4550是一款直序扩频无线调制解调器。它工作在的ISM波段上，该波段在全球都可以无需申请即可使用。通过RS-232或RS-485串口，ADAM- 4550可以以高达的速度与计算机或其它设备进行通信。 ADAM-4550以半双工的方式工作，并以1Mbps的速率进行无线数据传输。它具有100mW的输出功率，并且如果使用自带的小型天线，它的传输距离可达150米，如果使用研华的高增益室外天线，其传输距离可以超过20公里（视距）。 RS-485标准支持半双工通信。这意味着使用一对双绞线即可进行数据的发送和接收。通常由握手信号RTS（请求发送）来控制数据流的方向。但在ADAM-4550中带有一个专门的I/O电路，它可以用来侦测数据流向，在不需要握手信号的情况下自动切换传输方向。 ADAM-4550无线调制解调器提供了可靠的“点到点”或“点到多点”的网络无线连接。一个典型应用是将一个ADAM-4550模块通过RS-232与主计算机相连，将其它ADAM-4550模块放置在远程现场。每个ADAM-4550模块都可以通过RS- 4550网络与远程设备相连接。远程ADAM-4550模块将远程数据传送到主ADAM- 4550模块，而主ADAM-4550模块会通过无线传输向远程ADAM-4550模块发送控制命令。 规格 ·RS-232/RS-485传输速率（bps）：1200，2400，4800，9600，，，， ·RS-232接口接头：孔型DB-9 ·RS-485接口接头：插入式螺丝端子 支持AWG1-#12或2-#14-#22（到线径）电缆 ·无线传输速率：1Mbps ·无线传输频率：（标称值） ·无线传输功率：100mW（标称值） ·无线调制：直序扩频PSK ·无线收发器地址：可软件配置为254个不同的地址 ·通信距离：550英尺有效距离（在开阔地使用2dBi全向天线的情况下），实际距离取决于环境条件、天线类型及位置 ·工作温度：-10�0�2到70℃（14�0�2到158℉） ·电源要求：+10~+30VDC ·功耗：4W ·尺寸：60mm×120mm（”×”） 特点 ·可软件配置RS-232或RS-485，数据传输速率可达 ·在有外部天线及放大器的情况下，传输半径可超过20公里 ·内置看门狗定时器及自动RS-485数据流控制 ·扩频无线调制 ·工作在全球通用、无需申请的波段（） ·模块间的1Mbps无线数据传输速率 ·可软件配置无线收发器地址 ·方便的DIN导轨、面板或堆叠安装 ·带有存储通信设置的EEPROM ·支持点到点或点到多点的应用 ·透明的协议及用于确保数据完整性的10K缓存 ·用于故障诊断的电源及数据流指示灯 ·带无线连接测试的诊断软件 ·符合FCC Part15及ETSI 标准 六、结论 通过无线局域网对工业设备进行控制简单易行，但是成本稍高。目前，绝大多数无线控制如前所述采用的是系列协议，它与我们大多局域网所采用的以太网可以无缝连接，所以，对于用户层测控程序没有任何影响，只需对原有方案的物理层设备作简单的配置即可。例如选用上述的研华的无线产品替代原有的有线通讯装置，其它硬件及软件配置均不受影响。