作者： 百通赫思曼網(wǎng)絡(luò )系統國際貿易（上海）有限公司 張晗宜

隨著(zhù)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展，無(wú)線(xiàn)Wi-Fi技術(shù)的應用也越來(lái)越普遍，其相關(guān)概念近些年成為業(yè)屆關(guān)注熱點(diǎn)。雖然，蜂窩移動(dòng)通訊5G技術(shù)也經(jīng)常被提及，但傳統的Wi-Fi技術(shù)，不管是從成本角度，或者是從項目實(shí)施部署的難易度等方面考慮，無(wú)線(xiàn)Wi-Fi與蜂窩5G仍是一個(gè)互補的關(guān)系，并不能完全取代對方。筆者預測未來(lái)五年內，無(wú)線(xiàn)Wi-Fi還將會(huì )是工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中主流的無(wú)線(xiàn)通訊方式。

目前無(wú)線(xiàn)Wi-Fi典型的應用場(chǎng)景有：倉儲物流、大 型機械無(wú)人化遠程控制、自動(dòng)化工廠(chǎng)（尤其是汽車(chē)制 造業(yè)）的AGV、手持掃碼設備，以及變電站、石油化工廠(chǎng)、管廊等行業(yè)的無(wú)人巡檢系統等。部署全廠(chǎng)工業(yè) Wi-Fi全覆蓋幾乎已經(jīng)成為趨勢。

無(wú)線(xiàn)Wi-Fi技術(shù)應用痛點(diǎn)

那么，在部署和使用工業(yè)Wi-Fi的時(shí)候我們面臨的痛點(diǎn)都有哪些？

在當前的自動(dòng)化行業(yè)里，普遍缺乏對無(wú)線(xiàn)Wi-Fi應用和技術(shù)有深入理解的工程師，即缺乏無(wú)線(xiàn)技術(shù)背景的人員和知識儲備。而一個(gè)完整的無(wú)線(xiàn)項目，從設計到實(shí)施再到后期運維，各個(gè)環(huán)節都會(huì )面臨很多的問(wèn)題和挑戰。比如，無(wú)線(xiàn)Wi-Fi網(wǎng)絡(luò )的設計是否合理？應該選擇哪些信道？無(wú)線(xiàn)帶寬設計是否能滿(mǎn)足實(shí)際應用的需求？ 天線(xiàn)類(lèi)型和安裝位置是否合理？應該如何優(yōu)化漫游參數？現場(chǎng)是否有其他無(wú)線(xiàn)造成信號干擾？出現斷網(wǎng)故障時(shí)如何排查？等等。

工業(yè)無(wú)線(xiàn)項目實(shí)施建議

那么，我們應該如何做好一個(gè)工業(yè)現場(chǎng)的無(wú)線(xiàn)項目呢？

前期的“無(wú)線(xiàn)現場(chǎng)勘察 Wireless Site Survey”及無(wú)線(xiàn)架構設計是決定一個(gè)無(wú)線(xiàn)項目成敗的重中之重，其重要性、關(guān)鍵性甚至要排在無(wú)線(xiàn)產(chǎn)品選型之前。

其整個(gè)過(guò)程可分為如下步驟：

首先，現場(chǎng)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )環(huán)境勘查，掃描現場(chǎng)無(wú)線(xiàn) Wi-Fi在2.4GHz和5GHz頻率下，對應各信道的占用情況，找到哪些信道已被占用，是否有信號干擾等。 圖1和圖2是干擾嚴重的現場(chǎng)和無(wú)干擾的現場(chǎng)的無(wú)線(xiàn)環(huán)境對比。

圖1 干擾嚴重的現場(chǎng)

圖2 無(wú)干擾的現場(chǎng)

其次，分析實(shí)際應用對無(wú)線(xiàn)的帶寬、連接數、傳輸距離的技術(shù)需求，然后結合現場(chǎng)環(huán)境選擇信道和AP 點(diǎn)位并進(jìn)行實(shí)地PoC測試，從而得出符合應用要求的無(wú)線(xiàn)設計。因為無(wú)線(xiàn)環(huán)境并不是一成不變的，新增產(chǎn)線(xiàn)或設備等情況都會(huì )造成物理空間環(huán)境的改變，從而影響和改變無(wú)線(xiàn)環(huán)境，由于這個(gè)變量的影響，還需要針對這些變化做相應的調整和優(yōu)化，使得無(wú)線(xiàn)應用環(huán)境一直保持 一個(gè)良好的狀態(tài)。圖3和圖4對比了實(shí)施無(wú)線(xiàn)現場(chǎng)勘察優(yōu)化前后信號覆蓋強度的對比。

圖3 優(yōu)化前

圖4 優(yōu)化后

因此，在選擇一款適合的無(wú)線(xiàn)產(chǎn)品時(shí)，用戶(hù)要避免陷入一個(gè)誤區：即過(guò)度強調或關(guān)注產(chǎn)品的“硬件參數”（這些固然也是很重要的），而忽略了去評估無(wú)線(xiàn)廠(chǎng)家在前面提到的那些“軟性”技術(shù)實(shí)力和技術(shù)服務(wù)的能力。

很多無(wú)線(xiàn)用戶(hù)忽視了在項目招標技術(shù)要求中對直接可以反映無(wú)線(xiàn)現場(chǎng)使用效果的技術(shù)參數做出硬性要求，這些要求如表1（參數來(lái)源自某汽車(chē)客戶(hù)項目案例）所示。

表1 直接影響無(wú)線(xiàn)使用效果的技術(shù)參數

因為接受信號強度、信噪比、信道占用率、漫游 時(shí)間、延遲、丟包率這些真實(shí)反應和決定無(wú)線(xiàn)使用效 果的參數將最終影響現場(chǎng)無(wú)線(xiàn)應用的穩定性，下面列舉2個(gè)例子：很多用戶(hù)經(jīng)常會(huì )關(guān)心一個(gè)AP最多可以連接 多少個(gè)客戶(hù)端，根據802.11無(wú)線(xiàn)Wi-Fi標準定義的最大 AID（Association Identifier）數值為2007，但真實(shí) 情況下不會(huì )有人使用一臺AP連接2007個(gè)客戶(hù)端，原因在于無(wú)線(xiàn)通訊為半雙工，即和我們生活中使用的對講機類(lèi)似：同一時(shí)刻只有一個(gè)人可以“說(shuō)話(huà)”，因此如果只有1個(gè)客戶(hù)端連接到一個(gè)AP，和有100個(gè)客戶(hù)端連接到一個(gè)AP，每個(gè)客戶(hù)端能夠分到使用信道的機會(huì )是完全不同的，所以這里的“信道占用率”就是反應該信道使 用繁忙程度的指標；第二個(gè)用戶(hù)關(guān)心的常見(jiàn)問(wèn)題是帶 寬：事實(shí)上無(wú)線(xiàn)帶寬會(huì )由很多因素或參數決定，例如客 戶(hù)端離AP越近帶寬越高，越遠則帶寬會(huì )變低。信道綁 定、長(cháng)短幀間間隔、無(wú)線(xiàn)調制編碼方式等都會(huì )影響帶寬，這里用戶(hù)普遍的誤區是糾結無(wú)線(xiàn)帶寬能達到多大， 而往往忽視了現場(chǎng)應用需要多少帶寬，即應用本身會(huì )觸 發(fā)多少流量以及用戶(hù)數量決定了帶寬需求，只有明確了帶寬需求，再結合上述提到的那些參數去進(jìn)行無(wú)線(xiàn)設計及調整每個(gè)AP連接的客戶(hù)端數量才能滿(mǎn)足實(shí)際應用對 帶寬的需求。

此外關(guān)于漫游時(shí)間、延遲、丟包率的結果判斷也 一定要在盡可能“真實(shí)”的環(huán)境下測試，即測試環(huán)境和 測試條件要盡量接近生產(chǎn)環(huán)境。如：AGV無(wú)線(xiàn)測試一定要真正“動(dòng)”起來(lái)，因為“動(dòng)”起來(lái)的AGV才是其真實(shí)的運行方式——伴隨著(zhù)AGV在車(chē)間不同位置的移動(dòng)而發(fā)生漫游行為。圖5是某國外大型汽車(chē)廠(chǎng)AGV在“靜態(tài)” 和“動(dòng)態(tài)”情況下的對比測試結果：

圖5 “動(dòng)態(tài)”和“靜態(tài)”測試結果對比

不難看出如果只是將AGV靜態(tài)擺放不動(dòng)的情況下去測試無(wú)線(xiàn)并不能真實(shí)反應出無(wú)線(xiàn)性能，因此建議用 戶(hù)一定要盡量接近真實(shí)生產(chǎn)環(huán)境去做無(wú)線(xiàn)測試（圖5中“動(dòng)態(tài)”測試丟包率為4%，無(wú)法滿(mǎn)足實(shí)際需求，需要進(jìn)行優(yōu)化）。

結語(yǔ)

綜上所述，無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )在工業(yè)通訊領(lǐng)域中的大規模應用已是大勢所趨，用戶(hù)需要通過(guò)定期的技術(shù)培訓來(lái)培養和儲備具備無(wú)線(xiàn)知識的相關(guān)人才，在選擇產(chǎn)品時(shí)除了關(guān)注產(chǎn)品硬件性能之外，更應該關(guān)注廠(chǎng)家的“軟性”技術(shù)服務(wù)能力，并且在項目前期做好勘察和無(wú)線(xiàn)架構設計，從而使其工業(yè)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )持續穩定地為工業(yè)通訊傳輸提供服務(wù)。

摘自《自動(dòng)化博覽》2021年5月刊