現場設備未來會使用統一的無線協議嗎？

　　無線網絡安全

　　用戶和供應商都擔心安全問題，所以ISA100和WirelessHART協議利用內置的IEEE 802.15.4無線芯片所自帶的AES-128加密算法對每條信息進行加密。在IAS100網絡上，利用轉動的加密密碼，定期改變安全密鑰，從而實現對安全的管理。在此期間，需要一個虛擬的入侵者，攻擊網絡加密密鑰，這樣就會自動產生新的密鑰，并將其分發，從而避免真正的攻擊。

　　WirelessHART將加密和數據完整性的校驗方法限制在IEEE 802.15.4標準所允許的8種可能方法之一，而ISA100則使用了其中6種的組合。兩個標準都默認使用32位信息完整性校驗碼，但是ISA100還提供了一種可組態的64位或124位信息完整校驗碼，在有些情況下可以提供政府或準政府組織所要需的更高安全等級。

　　在ISA100開發的過程中，用戶向委員會提交了對于安全方法，或提供新的現場設備（無需專門處理或物理設施就能對儀表實現存取）的要求。利用PKI（公共密鑰），ISA100可以實施無線安全措施，防止或允許新設備加入到網絡中。安全性基于兩方面因素：在服務開通前，準備一個白名單，確定在網絡中必須安裝的設備，用戶必須具有相關的283位的授權。白名單及授權文件由廠家創建，通過可傳輸介質（CD, DVD, USB 閃存, SD卡等）提交給用戶，并被安裝在網絡安全管理器上。

　　這樣用戶就沒有必要對設備進行排除。當無線儀表在現場安裝以后，會自動響應網絡發出的要求，申請成為運行網絡的一部分。該過程是安全的，因為使用了標準的283位公共/私人密鑰方法，該方法不會通過無線傳輸任何未經加密的加入密鑰，不采用不安全的操作程序向主系統傳遞密鑰，也不通過手持終端來傳遞。WirelessHART使用物理連接的手持終端來獲取網絡地址以及安全密鑰。ISA100通過紅外端口，也提供類似的互操作功能。

圖2 在工廠中，無線現場設備與處于重要位置的網關通訊。圖片來源：Honeywell

　　WirelessHART和ISA100都支持“Mesh”網絡，該網絡可以擴展網絡覆蓋的范圍，使其能夠與建筑物中視線可及范圍內的設備連接，為數據提供了一種比較有彈性的傳遞路徑，從而提高可靠性。但是，網絡用于同步控制回路時，只有ISA100能夠在限制“Mesh”網深度的同時還可以利用“Duocast”技術，實現完全的彈性數據傳遞路徑。由于在多層“Mesh”網中，信號在到達其目的地時，可能會導致不確定的延遲，所以在限制網絡深度時，現場路由器應布置在單次傳輸就可到達的區域。利用彈性功能實現網絡的可靠性，在彈性數據路徑上傳遞的信息需要保持一致。內置于ISA100無線技術的“Duocast”特性，能夠確保在彈性數據路徑上傳遞的信息一致。WirelessHART能夠在其“Mesh”網上將數據傳遞給多個路由器，但不是在同一時間間隔內。

　　當設備需要從“Mesh”網上的鄰居獲取數據時，在組態中，必須考慮通過“Mesh”網與DCS間傳遞數據可能需要較長時間的延遲。作為應對，ISA100支持設備及其鄰近設備間的直接通訊。這種點對點的聯系包括直接的無線通訊，與應用對象模型一起遠程執行現場控制邏輯，而不需要DCS的介入，這與FF HSE的現場控制類似。

　　選擇難題

　　過程控制現場儀表的用戶，在選擇安裝哪種無線網絡時面臨著難題。他們通常有如下選擇：

　　1. 不安裝任何無線網絡；

　　2. 僅安裝ISA100無線網絡；

　　3. 僅安裝WirelessHART網絡；

　　4. 一般情況下，每個工廠現場的DCS系統都會標準化到同一個平臺中，因此安裝可以與DCS集成的無線網絡；

　　5. 只采購那些可以支持雙啟動模式的設備，這樣在安裝時就可將其組態為支持兩種標準協議；

　　6. 安裝其它標準，比如 WIA-PA, ZigBee, Wi-Fi,或專有網絡。

　　每種選擇，都有其自身現實的考慮，用戶必須對其進行梳理。

　　1 或 6選項: 完全放棄使用無線現場儀表，而安裝使用其它標準的設備，或安裝供應商自有的網絡，從某種程度上講，如果想要從無線現場儀表的使用中獲益，那這種做法無疑是不利于公司利益的。無論是WirelessHART還是ISA100，都是經現場證明的，具有很強的安全性能，可以保護用戶隱私，預防外界入侵。

　　4選項: 在同一個公司內，同時安裝ISA100和WirelessHART，取決于DCS供應商的支持，但是這犧牲了可供選擇的無線網絡的數量以及可以獲得的經驗。

　　5選項: 只采購那些可以支持雙啟動模式的設備，這些設備或者包含兩種協議，或者可以初始化為任何一種設備，這兩種方式只能滿足降低庫存的需求。但是由于對兩種網絡都需要支持和維護，因此這會在安裝和維護的過程中產生更復雜的問題。

　　2和3選項: 單獨安裝任何一種協議的設備，都可能會限制公司為工廠現場選擇最佳DCS系統的能力。

　　統一的無線網絡標準？

　　盡管儀表供應商和一些最終用戶可能會支持通過雙啟動模式實現雙網絡的設備，但是這不會實現所有最終用戶的根本需求（最終建立統一工業標準）的遠景目標。在無線工業網絡中，ISA100有可能成為未來核心的技術，這和以太網TCP/IP和 Wi-Fi 成為IT網絡的標準如出一轍。這就意味著，正如以太網TCP/IP和 Wi-Fi 是一種獨立于應用的、基于因特網通訊的、為商業應用而設計的網絡，ISA100是一種獨立于應用的、基于因特網通訊的、為關鍵或非關鍵的工業自動化環境而設計的網絡。只要應用使用的是基于IP協議的通用網絡標準，就可以在任何標準網絡上傳遞，前提是有足夠的帶寬分配給該任務。這已經在滿足自動化工業的某些特定需求方面獲得應用。

　　而且，和以太網TCP/IP一樣，ISA100的應用獨立于網絡硬件。隨著技術的發展，ISA100無線協議也隨之發展，而不需要對基于這些網絡技術的應用做改動。

　　設備供應商希望能夠滿足客戶的需求，同時保持價格的競爭力。客戶一般則希望能夠從解決短期問題開始，但是大多數同時還希望能夠為過程自動化開發出一種遠期的架構。由于在早期產品中得到應用，因此WirelessHART目前可以滿足短期需求，但是現在，有多個最終用戶組織開始意識到這樣一個事實：ISA100無線協議單獨就可以滿足遠期無線架構的需求。

　　未來的趨勢：開放、智能

　　早期無線儀表用戶，關注的是從某些區域獲得過程數據，而這些區域要么無法接線，要么雖然可以接線，但是費用比較高，或者是沒有任何協議可以實現該應用。

　　決定使用WirelessHART來實現工廠無線網絡的用戶，將不得不依賴這樣一個控制系統結構：基本沒有智能化現場設備，沒有實現現場控制的可能性，因而也無法從中獲益。他們的DCS系統必須完成所有的信號處理和閉環控制。ISA100同樣可以連接到這些HART現場設備，但是由于是開放的網絡，使其可以在智能現場設備條件具備時，與之實現同步雙向無線傳輸數據，而不需要對基礎網絡做任何改變。我們知道，目前的趨勢是使用帶智能現場設備和高度同步數據傳輸的FF網絡。

　　領先的用戶已經意識到，無線網絡標準不僅僅必須是國際標準，而且還必須適用于苛刻的應用環境，比如在現場儀表中的無線FF和以太網服務器。只有高度安全的基于IP的協議可以實現該功能。也許ISA100無線協議更能夠滿足這些需求。