一、概述
工業(yè)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )WIA(Wireless Networks for Industrial Automation)技術(shù)是由中科院沈陽(yáng)自動(dòng)化所推出的具有自主知識產(chǎn)權的高可靠、超低功耗的智能多跳無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，該技術(shù)提供一種自組織、自治愈的智能Mesh網(wǎng)絡(luò )路由機制，能夠針對應用條件和環(huán)境的動(dòng)態(tài)變化，保持網(wǎng)絡(luò )性能的高可靠性和強穩定性。
工業(yè)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )WIA技術(shù)基于短程無(wú)線(xiàn)通信IEEE 802.15.4標準，使用符合中國無(wú)線(xiàn)委會(huì )規定的自由頻帶，解決工廠(chǎng)環(huán)境下遍布的各種大型器械、金屬管道等對無(wú)線(xiàn)信號的反射、散射造成的多徑效應，以及馬達、器械運轉時(shí)產(chǎn)生電磁噪聲對無(wú)線(xiàn)通信的干擾，提供能夠滿(mǎn)足工業(yè)應用需求的高可靠、實(shí)時(shí)無(wú)線(xiàn)通信服務(wù)。
通過(guò)使用工業(yè)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )WIA技術(shù)，用戶(hù)可以以較低的投資和使用成本實(shí)現對工業(yè)全流程的泛在感知，獲取傳統由于成本原因無(wú)法在線(xiàn)監測的重要工業(yè)過(guò)程參數，并以此為基礎實(shí)施優(yōu)化控制，來(lái)達到提高產(chǎn)品質(zhì)量和節能降耗的目標。
工業(yè)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )WIA技術(shù)主要應用于石油、石化、冶金、環(huán)保、污水處理等領(lǐng)域。
二、技術(shù)體系
工業(yè)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )WIA技術(shù)體系是由中國工業(yè)無(wú)線(xiàn)聯(lián)盟推出的具有自主知識產(chǎn)權的技術(shù)體系，形成了國家標準草案，并與Wireless HART、ISA100并列為主流的工業(yè)無(wú)線(xiàn)技術(shù)體系。
WIA網(wǎng)絡(luò )采用星型和Mesh結合的兩層網(wǎng)絡(luò )拓撲結構。第一層是Mesh結構，由網(wǎng)關(guān)設備及路由設備構成；第二層是星型結構，由路由設備及終端設備或手持設備構成。
網(wǎng)關(guān)：負責WIA網(wǎng)絡(luò )與工廠(chǎng)內的其它網(wǎng)絡(luò )的協(xié)議轉換與數據映射；
冗余網(wǎng)關(guān)：負責網(wǎng)關(guān)的熱備份；
網(wǎng)絡(luò )管理者：負責構建由路由設備構成的Mesh網(wǎng)絡(luò )；監測全網(wǎng)性能；
安全管理者：負責路由設備及終端設備的密鑰管理與安全認證；
WIA網(wǎng)絡(luò )的協(xié)議棧結構遵循ISO/OSI的層次結構，但只定義了物理層、數據鏈路層、網(wǎng)絡(luò )層、應用層。
WIA協(xié)議棧由協(xié)議層實(shí)體，包括數據鏈路層、網(wǎng)絡(luò )層、應用層（由應用支持子層、用戶(hù)應用進(jìn)程、設備管理應用進(jìn)程構成）、功能模塊及層實(shí)體間的數據接口和管理接口構成。數據鏈路層、網(wǎng)絡(luò )層和應用支持子層包含的功能模塊有：數據實(shí)體和管理實(shí)體。用戶(hù)應用進(jìn)程包含的功能模塊是多個(gè)用戶(hù)應用對象。設備管理應用進(jìn)程包含的功能模塊有：設備管理模塊、網(wǎng)絡(luò )管理模塊、安全管理模塊、網(wǎng)絡(luò )管理代理模塊、安全管理代理模塊、管理信息庫。
三、技術(shù)特征
高可靠自組織網(wǎng)絡(luò )
WIA網(wǎng)絡(luò )采用了以下措施保障工業(yè)環(huán)境中無(wú)線(xiàn)通信的高可靠性：
●TDMA避免了報文沖突
系統產(chǎn)用全網(wǎng)TDMA模式，并且全網(wǎng)的時(shí)間同步精度達到微秒級。
●跳頻通信方式提高了點(diǎn)到點(diǎn)通信的抗干擾能力
WIA技術(shù)使用多信道進(jìn)行通信，通過(guò)TDMA/CSMA混合接入模式支持周期性和非周期性通信負載，在DSSS的基礎上引入FHSS的思想，采用根據信道狀態(tài)自適應跳頻機制，可以有效地抑制突發(fā)性干擾，消除頻率選擇性衰減。
●自動(dòng)請求重傳保證了報文傳輸的成功率
WIA技術(shù)在鏈路層采用自動(dòng)請求重傳機制，保證了點(diǎn)到點(diǎn)的報文傳輸成功率，在應用層采用面向連接的（connection-oriented）數據傳輸技術(shù)，通過(guò)端到端的重傳機制保證數據傳輸的高可靠性。
●Mesh路由提高了端到端通信的可靠性
WIA技術(shù)在網(wǎng)絡(luò )層采用智能的Mesh網(wǎng)絡(luò )技術(shù)。每個(gè)設備至少有兩條可用的通信路徑，設備加入網(wǎng)絡(luò )后，可以自主選擇或由網(wǎng)絡(luò )管理者分配多條數據傳輸路徑。當一條路徑由于干擾被中斷，設備可以自動(dòng)切換到其它通信質(zhì)量較好的路徑。
● 設備冗余提高了系統的魯棒性
分層組織模式
WIA網(wǎng)絡(luò )采用集中式與分布式結合的系統管理方式，在路由設備組成的mesh網(wǎng)絡(luò )中采用了集中式的管理策略，提高了通信的可靠性和網(wǎng)絡(luò )的可擴展能力，保證了簇間通信資源的優(yōu)化配置及統一管理；在終端設備組成的多個(gè)星型網(wǎng)絡(luò )中采用了分布式的管理策略，簇首可以自主決定簇成員通信資源的分配，降低了終端設備協(xié)議的復雜性，提高了終端設備加入和退出網(wǎng)絡(luò )的靈活性。WIA網(wǎng)絡(luò )分層的組織模式，對網(wǎng)絡(luò )拓撲的維護更加靈活、快速。
超低能耗
WIA網(wǎng)絡(luò )支持由電池供電的終端設備，采用基于TDMA的全網(wǎng)同步的休眠喚醒模式，減少了串聽(tīng)和待機時(shí)間，使設備的占空比達到99%，平均電流達到微安級，在不更換電池的情況下能工作2年以上。
WIA網(wǎng)絡(luò )支持以降低通信開(kāi)銷(xiāo)為目的的報文合并，支持簇內的報文合并，通過(guò)簇首將多個(gè)簇成員的周期性報文合并，提高了報文中的有效數據比例，降低報文頭部的通信開(kāi)銷(xiāo)，從而有效地降低了網(wǎng)絡(luò )開(kāi)銷(xiāo)，延長(cháng)了電池壽命。
兼容無(wú)線(xiàn)HART標準
工業(yè)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )WIA技術(shù)在應用層支持HART命令和操作，兼容于現有的HART 工具，應用和系統集成技術(shù)。對于傳統HART儀表，WIA網(wǎng)絡(luò )在設備端和上位機端為用戶(hù)提供了接口，通過(guò)WIA網(wǎng)絡(luò )提供透明的數據傳輸服務(wù)。在設備端接口，WIA適配器串接到儀表與控制器間4~20mA的信號線(xiàn)上，通過(guò)HART命令與儀表交互。使用這種方式，WIA適配器與儀表是分離的，需要獨立封裝。在上位機端接口，WIA網(wǎng)關(guān)支持基于HART指令的數據傳輸可以通過(guò)串行和并行兩種方式接入4-20 mA鏈路中，通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信方式與上位機交互HART命令。
兼容IEEE802.15.4標準
WIA網(wǎng)絡(luò )在鏈路層兼容IEEE802.15.4的超幀結構，并對其進(jìn)行了擴展。WIA網(wǎng)絡(luò )維護兩種不同的超幀：網(wǎng)絡(luò )超幀和簇內超幀。網(wǎng)絡(luò )超幀用于骨干網(wǎng)的數據傳輸，保證了通信的可靠性和實(shí)時(shí)性。簇內超幀用于路由器與現場(chǎng)設備之間的通信，使得符合原IEEE802.15.4標準的設備可加入WIA網(wǎng)絡(luò )。
支持擴頻通信與窄帶通信
WIA網(wǎng)絡(luò )物理層工作頻帶的選擇符合中國《微功率（短距離）無(wú)線(xiàn)電設備的技術(shù)要求》，在其中的低頻頻帶支持窄帶通信，其優(yōu)點(diǎn)是通信距離遠，繞障能力好，同頻其它設備少，干擾較??；在高頻頻帶支持擴頻通信，其優(yōu)點(diǎn)是通信速率高，抗干擾能力強。
WIA網(wǎng)絡(luò )可同時(shí)支持擴頻通信與窄帶通信，并將它們無(wú)縫地集成到同一網(wǎng)絡(luò )中。
四、技術(shù)優(yōu)勢
●分層的組織模式，對網(wǎng)絡(luò )拓撲的維護更加靈活、快速； ●自適應的跳頻模式與自動(dòng)重傳機制，對保障通信的可靠性更加有效；
●支持網(wǎng)內報文聚合，有效地降低了網(wǎng)絡(luò )開(kāi)銷(xiāo)，延長(cháng)電池壽命；
●兼容IEEE802.15.4標準，可以使用現有商用器件，易于實(shí)現；
●兼容無(wú)線(xiàn)HART標準，支持HART命令，很容易升級傳統儀表，為其增添無(wú)線(xiàn)通信功能。
●用戶(hù)可以方便地使用、管理，無(wú)需較高的專(zhuān)業(yè)知識。