企业网络有线与无线集成实施

王福刚

摘 要：无线传感器网络的不断应用进一步扩展了工业控制网络。与传统的工业控制网络相比，无线网络的特点是成本低，易于使用，易于维护，灵活性和可扩展性。

关键词：网络集成；有线网络；无线网络

1 前言

作为一种新兴的无线传感器网络技术，ZigBee由于其低功耗，低成本和低复杂性而被广泛应用于工业和生活的各个领域。其巨大的应用潜力使其成为理论和应用研究的热门话题。

2 企業有线无线网络集成意义

在工业应用中，监测温度，压力和流量等参数是确保安全有序生产的关键。大多数传统监测方法使用现场布线方法。在一些难以铺设或需要大规模铺设的工业场所中，传统的监测方法无疑具有主要缺点。无线网络的应用不仅节省了大量的线缆连接成本，还大大扩展了监控空间。但是，在未来，CAN，工业以太网和Profibus等现场总线网络仍将占据主要应用比例。这些通信网络是有线连接，无线网络的应用将不可避免地导致它们共存。因此，研究如何将工业无线网络与有线网络结合起来势在必行。这不仅需要理论支持，还需要在实际应用过程中实施，并研究一套完整的协议转换设备和方法。ZigBee无线网络技术因其低功耗，高可靠性和良好的稳定性而被用于构建工业设备的通信网络，可以更好地满足工业无线网络的要求。 ZigBee无线通信技术采用双向通信方式，功耗低，成本低，通信距离适中，复杂度低，数据传输速率低。主要用于远程监控，自动控制等。它用于各种嵌入式系统，支持地理定位。基于以上特点，ZigBee技术将有效应用于工业控制，消费电子，家庭和楼宇自动化设备，医疗设备，农业自动化等领域。作为一个成熟的工业控制网络，工业以太网已广泛应用于工业控制和监控。特别是在恶劣的环境中，管理人员需要进入作业现场来收集和查看设备数据。远程终端可以查看和确定站点数据，大大提高了便利性。

3 需求分析

3.1、无线接入点分布：该办公楼无线覆盖网络属于一个典型的分布型无线覆盖组网方式，每一层需要放置两个BWA601，分别位于每一层楼道的走廊两端。BWA601外接室内覆盖天线用以保证楼道内无盲区强信号覆盖，多设备覆盖是因为手机、PDA、PAD等无线终端内置无线天线的接收面和增益都比较小，功放功率比较低，所以中心设备要做到很强的信号强度才能保证正常连接上网。

3.2、微波损耗计算方式：在办公室环境，802.11b / g/n，2.4千兆赫，的近似衰减值：石膏板墙体：3dB玻璃幕墙与金属框架：6dB 煤渣砌块墙体：4dB 办公室的窗户：3dB 金属门：6dB砖墙+金属门：12.4dB其他因素会影响2.4GHz的射频信号范围，包括混凝土纤维板墙，铝墙板，管材和电线，微波炉和无绳电话。

3.3、无线组网方法：以为该办公楼原有有线网络，所以从机房通过竖井到每一层都有线路供无线BWA601接入使用，每一层的两端各使用一根原有线路连接到BWA601，BWA601外接室内覆盖天线固定在墙壁之上，天线朝向走廊，室内用户通过反射、穿射的无线信号上网。

3.4、无线网络规划：（1）信道：奇数楼层两个BWA601信道划分为1和9信道；偶数楼层两个BWA601信道划分为3和11信道，最大化减少每一层和任意层之间的同频干扰（2）SSID划分：每一层的两个AP的SSID（无线网络标示）按照“办公楼所属单位名称+所在楼层数+A”、“办公楼所属单位名称+所在楼层数+B”命名。（3）无线传输模式：该无线网络覆盖采用的是目前国际最新的802.11n 企业级无线接入基站，由于考虑到用户的笔记本和手持终端支持的接入模式不统一，可能有的支持802.11n，也有支持802.11g的，所以主设备的传输模式采用802.11n和802.11g兼容模式供用户接入，保证每个用户的正常接入上网（4）加密方式：每一层的无线加密方式和密钥可根据网络管理人员当地网络环境和实际情况确定，由于用户的流动、移动性比较强，建议加密但不绑定用户终端设备MAC地址。（5）设备供电：楼层内所有的BWA601设备统一采用PoE网线供电方式，不需要单独拉电源线供电，一定程度上节省人工开支和施工难度。

3.5、机房部分：机房内首先使用多口二层交换机，将楼内的所有BWA601汇聚到一起，连接到硬件防火墙之后再连接到一台中心网管路由器上。路由器可开启DHCP服务器对接入的用户自动分发IP地址、DNS地址上网（不建议手动分配IP地址，因为手持终端的静态IP地址配置操作比较繁琐）。6、网管平台：因为该网络为小型企业级无线网，使用网管路由器和二层交换机即可实现管理，无需另加后天无线BWA601管理平台，实际需要按照网络建设后网络环境要求而定。

4 无线网络

传感器节点密集排列在监控区域，通过无线通信形成多跳自组织智能测控网络。无线传感器网络技术的快速发展得益于现代通信技术，信号处理技术，嵌入式计算技术，传感测试技术，微机电技术和分布式处理技术的快速发展。无线传感器网络可以协作以收集无线网络覆盖范围内的被监视对象的数据和信息，在某些条件下处理所收集的信息，并最终通过无线网络将所需数据和信息发送给观看者。随着无线传感器网络的不断应用，人们对信息的访问不再受时间，地点和环境的限制。因此，WSN具有广泛的应用和前景，并广泛应用于工业，农业，汽车，航空航天，医疗，家庭，楼宇自动化等领域。分布式节点用于协调区域中的每个节点，以便节点自动分组，不需要手动干预和其他预设网络设施互联网。在实际过程中，使用的无线传感器网络节点高度部署，部署数量非常大。可以部署数千个或更多节点设备。无线传感器网络应用非常广泛，无线网络本身的拓扑结构正在迅速变化。一旦在初始阶段建立了网络，在后续阶段几乎不需要人为干预。因此，在设计无线传感器网络的硬件和软件时，必须注意容错，抗干扰和稳健设计。同时，无线通信协议也应具有一定的适应性和重新配置。它高度集成且紧凑，由于其大量的一次性部署，广泛的地理分布以及相对复杂和恶劣的部署环境，更换电池电源非常困难。为了使节点在电池电量有限的情况下长时间工作，节点使用低功率组件。此外，节点将进入休眠状态，使节点的能耗非常小。

5 有线无线网络架构

无线/有线网络具有不同的应用场景和用户。他们使用不同的协议技术，从最低的物理层到最高的应用层。因此，研究了网络集成技术。数据链路层，网络层，应用层和其他协议层存在差异。业界有线网络主要包括Profibus，CAN总线，FF（基本总线）总线和Modbus / TCP总线。每个网络使用的协议模型非常不同。为了使用不同的协议实现两个网络之间的集成，需要在协议之间进行转换。当网络发送消息时，它将信息转换为格式，打包并封装数据的有效负载，最后将其转换为另一个网络所需的格式。中间层包括传输层和数据链路层与应用层之间的网络层。在接收到基础数据帧之后，无线网络基于源MAC地址和目的地MAC地址确定是否需要协议转换。如果需要转换，则接收的数据帧将被分层并分离，然后封装到ieee802.15. 4数据帧中以进行无线网络段传输。由于协议转换涉及网络层和上层，协议转换设备网关用于实现无线/有线网络的集成。网关包括到无线/有线网络的硬件接口和用于有线和现场总线网络集成的协议栈，使得数据帧可以在网关设备中转换成数据格式以用于协议转换目的。考虑到网关数据处理的实时性，网关接入能力和信息转换错误率，网关设备用于实现异构网络的集成。无线模块通过硬件接口将数据发送到网关核心处理器，处理器根据通信转换协议将Zigbee消息转换为TCP。 IP数据包被发送到以太网端口，然后上传到有线网络。在实际应用中，网关设备的工作内容需要为：网关上电后，扫描空闲信道，创建网络，分配16位网络地址，添加节点设备；节点设备找到到网关的绑定请求信号。在接收到响应之后，发送地址请求信号。在接收到信号后，网关将节点地址分配给节点以完成节点设备的连接。网关处理器通过以太网端口将处理后的信息发送到工业以太网。用户可以通过远程用户界面访问网关收集的数据，监控和管理现场设备，完成不同网络之间的互联互通。传输的数据流主要是一对一的。工业无线网络的任务是数据监视，其特征在于当需要数据交换以最小化冗余信息的传输和传输信息的能量消耗时的完整数据融合，它有一个相应的通信接口。为了实现两个网络之间的互连，需要连接两个网络的通信接口来实现无线数据和有线数据的发送和接收。实现与字段节点的交互。换句话说，可以满足两个网络之间的互操作性。用户可以通过某种方式监控站点节点设备的信息，实时捕获和管理节点设备的参数数据的配置。

6 系统设计

系统的总体设计应首先分析系统的功能和非功能需求，非功能性要求包括系统功耗，材料等。规范和体系结构设计，从需求分析中提取规范，并根据描述详细描述系统体系结构，包括功能劃分和软件和硬件的选择；硬件和软件重新设计，包括硬件电路设计，软件编码和调试；最后，进行了系统集成测试，以设计和形成硬件和软件模块的组合。我通过实验测试发现了错误并改进了设计以及时解决错误。最后，对系统进行全面评估，以确定所设计的系统设备是否满足实际的功能应用要求。系统可靠性，功耗，应用容量和使用成本的综合要求非常全面。严格。嵌入式系统的设计采用自上而下的设计过程，网关系统应严格按照设计过程逐步实施系统设计。首先，根据系统要求选择核心处理器，然后根据选定的微处理器展开相应的功能模块。当嵌入式设备上电或执行复位功能时，通常从该地址初始化软件代码。通常，初始引导地址位于初始引导地址。引导加载程序主要负责硬件初始化，堆栈设置，内存空间映射创建，内核参数设置等。通过一系列工作，您可以为后续系统内核操作准备基本硬件环境。引导加载程序的选择和移植主要基于用户选择的微处理器的体系结构和外围设备的特定功能模块。本节的主要任务是修改，配置，修剪和移植嵌入式操作系统内核源代码。结合系统本身的硬件环境，源代码在一定程度上得到了修改，包括修改系统使用的晶体振荡器频率和内存分区表参数。此外，应该调整系统不需要的一些功能。例如，在配置内核支持的驱动程序模块时，可以消除未使用的SD卡和摄像头，从而节省系统内存。现在，应用服务器的部署通常连接到路由器或测试交换机，然后连接到客户端。此时，如果服务器未在路由器之间使用无线连接，则路由器之间的连接可能是应用服务器的性能瓶颈。由于此时大多数应用程序目前都有访问和分发问题，因此每个客户端ACTS充当流，通过路由器和电线连接到应用程序服务器。如果应用服务器在路由器之间没有窄通道，则聚合池可能包含河流。此时，可能会发生网络拥塞，从而影响应用服务器的性能。在相同条件下，有线网络的传输速度比无线网络的传输速度更快，更稳定。因此，如果应用程序服务器没有将路由器之间的连接切换到有线网络，这就像在应用服务器和路由器之间扩展河流并用河流替换它。然后它可以容纳更多的流。它还传输比无线网络更多的数据。服务器通常放在那里并经常移动。为此，也无需部署无线网络连接。因此，该文件得出结论，至少有一些关键应用程序服务器未连接到网络设备，如Oracle数据库服务器和路由器。在当前的技术水平下，有线网络具有其价值。在短时间内，无限的网络技术无法取代有线网络。如果要部署不受限制的网络，则无线路由器（通常称为无线接入点）至关重要。但是，企业通常需要边界路由器。换句话说，公司经常使用路由器通过光纤或ADSL拨号。

7 结束语

由于网关设备的测试只是在实验室和焊接车间环境中进行的简单功能测试和丢包率测试，测试项目相对简单，因此有必要添加一个完整而全面的测试项目来验证其可靠性和稳定性。目前，网关设备很难实现商业产品应用的目标。因此，需要添加大量节点设备以用于后续产品测试中的性能测试。

参考文献

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