工業無線網路wia標准體系與關鍵技術

『壹』 WIA-PA的介紹

WIA-PA(Wireless Networks for Instrial Automation Process Automation 面向工業過程自動化的工業無線網路標准技術)標準是中國工業無線聯盟針對過程自動化領域制定的 WIA 子標准，是基於 IEEE 802.15.4 標準的用於工業過程測量、監視與控制的無線網路系統。

『貳』 短距離無線通信 如Zigbee 和工業無線通信如WIA之間的區別。他們是不是都能用在工業控制

短距離無線通信 如Zigbee 和工業無線通信是不同的通信協議棧，都可以用在工業上，但是是不是適合用在工業控制上就不好說，工業控制要求的不是低速率、低功耗，而是實時性、高可靠

『叄』 工業互聯網的應用技術包括什麼

工業互聯網的本質和核心是通過工業互聯網平台把設備、生產線、工廠、供應商、產品和客戶緊密地連接融合起來。

工業互聯網的關鍵核心技術主要涵蓋「一硬(工業控制)+一軟(工業軟體)+一網(工業網路)+一安全(工業信息安全)」四大基礎技術，「邊緣智能+工業大數據分析+工業機理建模+工業應用開發」四大關鍵技術，以及「開源平台+開源社區」兩大殺手鐧技術。

工業互聯網首先是全面互聯，在全面互聯的基礎上，通過數據流動和分析，形成智能化變革，形成新的模式和新的業態。互聯是基礎，工業互聯網是工業系統的各種元素互聯起來，無論是機器、人還是系統。

互聯解決了通信的基本，更重要的是數據端到端的流動，跨系統的流動，在數據流動技術上充分分析、建模。伯特認為智能化生產、網路化協同、個性化定製、服務化延伸是在互聯的基礎上，通過數據流動和分析，形成新的模式和新的業態。

這是工業互聯網的基理，比現在的互聯網更強調數據，更強調充分的連接，更強調數據的流動和集成以及分析和建模，這和互聯網是有所不同的。工業互聯網的本質是要有數據的流動和分析。

工業互聯網平台可以參考SAP思愛普提出的工業4.0解決方案，作為ERP的鼻祖，德國公司SAP在工業管理數字化方面的創新走在非常前沿。SAP 將為企業提供所需的簡化、創新和加速功能，幫助他們制定數字化業務戰略。在 SAP 的協作式價值與創新框架內，企業將能充分利用這些功能。

『肆』 自動化工業無線網路（WIA-PA）

不錯，用ZIGBEE模塊可以組建無線網路。

『伍』 工業物聯網涉及哪些技術

工業是物聯網應用的重要領域。具有環境感知能力的各類終端、基於泛在技術的計算模式、移動通信等不斷融入到工業生產的各個環節，可大幅提高製造效率，改善產品質量，降低產品成本和資源消耗，將傳統工業提升到智能工業的新階段。物聯網在工業領域的主要應用環保監測及能源管理、工業安全生產管理、製造業供應鏈管理、生產過程工藝優化、中國計算機報制圖等等方面。物聯網在工業應用領域的應用，構成了「工業物聯網」，它是廣域的物聯網的具體化的實例，也是最容易被世人接受的物聯網。工業物聯網的核心理念是交叉學科的組合，涉及到信息安全、網路通信、自動化，是跨學科的，其特徵為：嵌入式、互通和實時性、經濟性和便利性。

工業用感測網路層：即以二維碼、RFID、感測器為主，實現對「物」或環境狀態的識別以及感知信號的攝入；
傳輸網路層：即通過現有的互聯網、廣電網、通信網或者下一代互聯網(1Pv6)，實現數據的傳輸和計算，尤其是現在流行的概念：雲計算：
應用網路層：即輸入輸出控制終端，包括電腦、手機等終端等等。
從整體上來看，物聯網還處於起步階段，而工業物聯網的真正達到實用化、大規模應用，必須解決如下關鍵技術問題：
工業用感測器：工業用感測器是一種檢測裝置，能夠測量或感知特定物體的狀態和變化，並轉化為可傳輸、可處理、可存儲的電子信號或其他形式信息。工業用感測器是實現工業自動檢測和自動控制的首要環節。在現代工業生產尤其是自動化生產過程中，要用各種感測器來監視和控制生產過程中的各個參數，使設備工作在正常狀態或最佳狀態，並使產品達到最好的質量。可以說，沒有眾多質優價廉的工業感測器，就沒有現代化工業生產體系，更談不上工業物聯網。
工業無線網路技術：工業無線網路是一種由大量隨機分布的、具有實時感知和自組織能力的感測器節點組成的網狀(Mesh)網路，綜合了感測器技術、嵌入式計算技術、現代網路及無線通信技術、分布式信息處理技術等，具有低耗自組、泛在協同、異構互連的特點。工業無線網路技術是繼現場匯流排之後工業控制系統領域的又一熱點技術，是降低工業測控系統成本、提高工業測控系統應用范圍的革命性技術，也是未來幾年工業自動化產品新的增長點，已經引起許多國家學術界和工業界的高度鶯視。
工業過程建模：沒有模型就不可能實施先進有效的控制，傳統的集中式、封閉式的模擬系統結構已不能滿足現代工業發展的需要。工業過程建模是系統設計、分析、模擬和先進控制必不可少的基礎。

『陸』 掃描儀的Twain 標准, WIA 標準是指什麼

TWAIN是一項重要的介面標准，為軟體開發商和硬體設備生產廠商之間提供了一個統一的規范，以有效地避免系統及設備之間的不兼容問題。

WIA，是Windows ImageAcquisition的縮寫，可直接翻譯為：Windows圖像採集系統。這是windows XP加入的一個新功能，該功能主要包括了indowsXP對圖像設備的支持以及對圖像信息的處理編輯等功能。

圖像採集圖像經過采樣、量化以後轉換為數字圖像並輸入、存儲到幀存儲器。圖像處理是指，用計算機對圖像進行分析，以達到所需結果的處理，又稱影像處理，一般是指數字圖像處理。圖片採集處理系統主要功能包括單片機控制ISP-PLD器件，實現對攝像頭的圖像高速採集與存儲，單片機圖像壓縮與PC機串列通信實現圖像數據的傳輸，在PC機端實現圖像處理和顯示等。

(6)工業無線網路wia標准體系與關鍵技術擴展閱讀：

圖像處理的時間消耗與處理任務的復雜程度密切相關，如果處理僅限於圖像顯示等簡單工作，無論採用軟體或是硬體處理所消耗的時間均很少，不會對系統實時性產生明顯影響；

但是，若處理工作復雜，涉及大量的數值運算(特別是浮點運算)，如：圖像旋轉、圖像匹配、目標識別等，此時消耗的處理時間與處理方式密切相關，硬體方式(上述方案二和三)由於採用支持數字運算的專用處理器結構設計，能大大提高數值運算速度和圖像處理效率，與軟體處理方式相比，速度和效率優勢非常明顯。

『柒』 工業級無線路由器和普通無線路由器的區別

工業級無線路由器和普通無線路由器有如下幾個區別：

1. 應用場景

四信工業級無線路由器主要應用在智能交通、環境監控、安防監控、安防無線移動檢測、工業大數據傳輸、金融行業、電力行業、水利行業等，支持-30℃+75℃寬溫應用。而普通路由主要是家庭室內使用，所以在對環境的適應性要求並不高，溫度僅要求0~55℃即可。

2. 模塊配置及設計工藝

工業級無線路由器採用堅固耐用的工業外觀設計，IP30防護，內置高性能的工業級32位通信處理器無線模塊，以嵌入式實時操作系統為軟體支撐平台，可同時連接串口設備、乙太網設備或WIFI設備等。這也導致兩種路由價格上會相差很多。

3. 安全性差異

四信工業級無線路由器要多很多安全規則設定和更高級的防火牆，如支持APN/VPDN專網，同時設備具有IPSEC、PPTP、L2TP、GRE、OPENVPN多種VPN連接， 具有VPN客戶端、服務端等功能而。普通路由甚至有些都沒有防火牆，數據安全性較低。

4. 信號穩定性

工業級無線路由器可為復雜系統提供可靠組網與穩定通信，在同等環境中，信號靈敏度更強。

5. 介面配置

四信工業級無線路由器支持可同時提供RS232、RS485、RS422、乙太網、WIFI、USB等介面，可同時連接串口設備、乙太網設備和WIFI設備，實現數據透明傳輸和路由功能。普通路由器主要介面有WAN、LAN、WIFI等介面

6. 計費方式

工業上用的最多的是無線路由器，通過使用SIM卡插卡使用，具有流量控制、流量記錄、實時網路速度顯示功能。普通無線路由器可以看作一個轉發器，將家中牆上接出的寬頻網路信號通過天線轉發給附近的無線網路設備（筆記本電腦、支持wifi的手機。以及所有帶有WIFI功能的設備）。

『捌』 isa100.11a的ISA100.11a標准

ISA100.11a是四種最常見的無線感測器網路標准之一，另外的三種分別是Zigbee, WirelessHART, WIA-PA。
其由國際自動化學會(ISA)下屬的ISA100工業無線委員會制定 ，該委員會致力於通過制定一系列標准、建議操作規程、起草技術報告來定義工業環境下的無線系統相關規程和實現技術ISA100.11a標準的主要內容包括工業無線的網路構架、共存性、健壯性、與有線現場網路的互操作性等，其定義的工業無線設備包括:感測器、執行器、無線手持設備等現場自動化設備。ISA100.11a標准希望工業無線設備以低復雜度、合理的成本和低功耗、適當的通信數據速率去支持工業現場應用。
ISA100.11a標準的目標是將各種感測器以無線的方式集成到各種應用中，所以IP技術與無線技術融合的想法促使ISA100.11a網路層的主要工作是採用IPv6協議的骨幹網以及骨幹網與DL子網間的轉換上。網路層主要負責網路層幀頭的裝載和解析，數據報文的分片和重組，IPv6幀頭的HC1壓縮方案以及6LoWPAN的路由技術等。
ISA100.11a在遵循歐洲、日本、加拿大和美國相關規范的前提下，可以在全世界范圍內應用。如果一些地區的政策和法規不允許實現某些特徵(如加解密演算法的使用和無線電頻譜使用限制等)，可通過對ISA100.11a設備進行針對性的配置，使其不具備這些特徵。
ISA100.11a標准遵循公認的ANSI標准化流程，標準的制定過程一直立足於用戶的需求。ISA100.11a標準是用於工業感測器和執行器網路的多功能標准，它可以為眾多應用提供可靠、安全的運行方案。ISA100.11a通過簡單的無線基礎結構能夠支持多種協議: HART，Profibus，Modbus，FF 等；ISA100.11a支持多種性能水平，以滿足工業自動化的多種不同的應用需求，Ifu不僅僅局限於過程工業。與WirelessHART、WIA-PA標准相比，ISA100.11a標准具有以下一些特色和優勢: (1)隧道和映射技術，ISA100.11a能夠便利地、簡單地通過無線介質傳輸各種應用協議；(2)骨幹網路由機制，通過高效的骨幹網更為直接的傳遞數據信息，這樣可以減少數據無線傳輸的跳數，在網路規模較大其優勢尤其明顯；(3)靈活的時隙長度和超幀長度。
2009年4月24口，ISA100.11a標准以81.0%的贊成率通過了ISA100委員會的階段投票。隨後，ISA100委員會正式向國際電工委員會IEC/SC65提交了IEC PAS文件草案的表決稿，以期望成為IEC國際標准。該階段投票的通過說明ISA100.11a標准草案已經基本成熟。隨後，基於ISA100.11a標準的設備將越來越多地被應用於工程實際，最終形成ISA100.11a標準的設備產業集群。
世界著名市場調研公司ONWorld的2007年度調研報告表明「55%的人計劃採用ISA100技術，40%的人說計劃支持無線HART」。由此可見，ISA100.11a是將會成為最受關注、最有影響力的工業無線技術之一，針對ISA100.11a技術的研究和開發工作正如火如荼的進行。但是，由於ISA100.11a標准使用自然語言描述，並涉及很多關鍵技術，實現者對於協議的不同理解會導致不同的協議實現，甚至有時會是錯誤實現。因此，ISA100標准產業化的前提條件之一是所有產品必須通過嚴格的一致性、互操作性等測試和認證，來檢測被測協議實現與協議規范的符合程度。 ISA100.11a標準是第一個開放的、面向於多種工業應用的標准，其主要特徵如下:
(1)提供過程工業應用服務，包括工廠自動化；
(2)在工廠內/工廠附近使用；
(3)全球部署；
(4)提供等級1(非關鍵)到等級5的應用；
(5)保證不同廠家設備的互操作性；
(6)跳信道的方式支持共存和增加可靠性；
(7)使用一個簡單的應用層提供本地和隧道協議，以實現廣泛的可用性；
(8)針對IEEE 802.15.4-2006[19]安全的主要工業威脅，提供簡單、靈活、可選的安全方法；
(9)現場設備具有支持網狀和星型結構的能力。 ISA100.11a標准協議體系結構遵循ISO/OSI的七層結構，但只使用了其中的物理層(Physical Layer, PHY)、數據鏈路層(Data Link Layer, DLL)、網路層(Network Layer, NL)、傳輸層(Transport Layer, TL)和應用層(Application Layer, AL)等五層，在這一點上與乙太網是相同的。
圖2.1ISA100.11a標准協議體系結構
如圖2.1所示，每一層定義了兩種服務實體：數據服務實體(Data Entity, DE)和管理服務實體(Management Entity, ME)。DE用於為上層提供數據傳輸服務，ME用於提供管理服務。相應地有兩種服務訪問點(Service Access Point, SAP): 數據服務實體訪問點(DESAP)和管理服務實體訪問點(MESAP)。上層通過DESAP使用下層提供的數據傳輸服務；又定義了一個具有管理功能的實體：設備管理應用進程(Device Management Application Process, DMAP)，來統一地訪問各層的MESAP，從而對協議棧各層進行管理和配置。系統管理器下發的管理信息都通過設備的DMAP對本設備的每一層進行管理和配置。在一個設備中，DMAP會設置一個專門的通道通向較低的協議層，目的是對這些層的操作提供直接的控制，並且能對診斷和狀態信息提供直接的介面。
應用層包括應用子層、用戶應用進程和設備管理器進程。用戶應用進程是一個設備內的所有應用對象的總和。在ISA100.11a網路中，一個設備只能通過應用子層(ASL)提供的數據服務訪問點與其它設備進行通信。應用子層不包含任何用戶應用，只在那些應用和網路服務間提供介面，即給用戶應用進程和設備管理進程提供各種服務，ISA100.11a中共有7種服務，分別為讀服務、寫服務、發布服務、執行服務、隧道服務、報警服務、報警接收服務。
傳輸層提供端到端的通信服務，負責傳輸層幀頭的裝載和解析，傳輸層的安全和管理信息庫的管理。傳輸層支持UDP協議，為了實現設備與其他網路的統一編址和網路的互通，傳輸層支持IPv6。
數據鏈路層包括①IEEE 802.15.4的MAC子層、②ISA100.11a的MAC擴展層和③數據鏈路層上層。IEEE 802.15.4的MAC子層通過數據服務訪問點(ML-DESAP)和管理服務訪問點(ML-MESAP)給ISA100.11a的MAC擴展層提供了服務介面。ISA100.11a的MAC擴展層主要負責時間同步、跳信道和通信調度，提供點對點的重傳機制，TDMA和CSMA信道訪問機制，在兩個對等的ISA100.11a的MAC擴展層實體之間提供一個可靠的通信鏈路。數據鏈路子層(DLL)子層通過數據服務訪問點(DLDE SAP)給網路層提供服務介面，通過管理服務訪問點(DL-MESAP)給系統管理器或設備管理應用進程(DL-MESAP)提供了服務介面。DLL子層主要負責DLL幀頭的裝載和解析、DLL層的安全、ISA100.11a DL子網內的路由、鄰居發現及 ISA100.11a的MAC擴展層的時間同步、跳信道和通信調度能夠正常工作。
物理層通過物理層數據服務訪問點(PL-DESAP)和物理層管理服務訪問點(PL-MESAP)給IEEE 802.15.4的MAC子層提供了服務介面。物理層主要功能有激活和休眠射頻收發器，發射功率控制，信道能量檢測(ED)，檢測接受數據包的鏈路質量指示(Link Quality Indication, LQI)，空閑信道評估(Clear Channel Assessment, CCA)和收發數據。 為滿足工業應用的需求，ISA100.11a支持多種網路拓撲，如星型拓撲、網狀拓撲等。星型網路拓撲結構，容易實現，實時性高，但僅限單跳范圍。網狀結構拓撲結構靈活，便於配置和擴展，同時具備良好的穩定性。為了擴大網路覆蓋面積，在ISA100.11a網路結構中引入了骨幹網，骨幹網是一個高速網路，可以減小數據時延。所有現場設備通過骨幹路由器接入骨幹網，現場設備和骨幹路由器組成的網路為ISA100.11a DL子網。ISA100.11a DL子網不含骨幹網就組成了ISA100.11a網路。如果ISA100.11a網路中沒有骨幹網，ISA100.11a DL子網包括現場設備和網關，等同於ISA100.11a網路。
如果ISA100.11a網路中有骨幹網，ISA100.11a DL子網只包含現場設備和骨幹路由器， 而ISA100.11a網路包含所有相關DL子網骨幹路由器和網關。 該協議定義了以下5種類型的設備角色:
(1)上位機控制系統，是用戶、工程師與ISA100.11a系統實現交互的平台。
(2)網關(Gateway)，提供了上位機和網路的介面，也是與其它工廠級網路的介面。一個ISA100.11a網路系統中可以存在有多個網關。
(3)骨幹路由器(Backbone Router, 即BBR)，是ISA100.11a骨幹網路的基礎設施，負責骨幹網中的數據路由。ISAl00.11a骨幹網上的通信協議可以是無線協議，如WiFi；也可以是有線協議，如標准乙太網。即，ISA100.11a的骨幹網是其它高性能的網路。
(4)現場設備，有①終端節點設備 和②現場路由器 兩種。終端節點設備一般帶有感測器/執行器。現場路由器除了具有感測器/執行器外，還具有路由功能，可以在ISA100.11a DLL子網內，路由終端節點設備的數據。
(5)手持設備(Handheld Device)，是訪問ISA100.11a系統的設備，用於現場維護與配置設備。 在工業無線市場上取得了廣泛的認可，特別是橫河電機(Yokogawa) 和霍尼韋爾(Honeywell) 兩大巨頭已經開發出了ISA100.11a中等規模的系統解決方案，單一系統中最大可以接入500個終端設備節點。

『玖』 WIA-PA的簡介

WIA-PA標準是具有我國自主知識產權、符合我國工業應用國情的一種無線標准體系。
WIA-PA標準是由863先進製造技術領域《工業無線技術及網路化測控系統研究與開發》項目(2007AA041201)提出的。參加該項目的有中科院沈陽自動化研究所、北科大、浙大、重慶郵電大學、上海工業自動化儀表研究院等 。 WIA-PA 網路由主控計算機、網關設備、路由設備、現場設備和手持設備5 類物理設備構成。此外還定義了兩類邏輯設備：網路管理器、安全管理器，在實現時可位於網關或者主控計算機中。
WIA-PA 網路採用星型和網狀結合的兩層網路拓撲結構，如圖所示，第一層的網狀結構由網關和路由設備組成；第二層的星型結構由路由設備及現場設備或手持設備組成。 WIA-PA 網路協議遵循ISO/OSI 的七層結構，但只定義了數據鏈路層、網路層、應用層，如圖所示 。