مقدمة إلى بروتوكول WirelessHART
معيار WirelessHART
تم اعتماد مواصفات الاتصال اللاسلكي WirelessHART رسميًا من قبل اللجنة الكهروتقنية الدولية (IEC) في سبتمبر 2008، وأصبحت المعيار الدولي للاتصالات اللاسلكية الصناعية (IEC 62591). وهي تلبي متطلبات الصناعات التحويلية فيما يتعلق بالموثوقية، ومقاومة التداخل، والأمان، ومرونة الشبكات، والتوافق في تطبيقات المصانع التي تعمل في الوقت الفعلي.
تدعم شبكات WirelessHART مجموعة واسعة من الأجهزة من العديد من الشركات المصنعة، ويجب تصنيف المنتجات إلى 5 أنواع مختلفة:
الشكل 1 أنواع أجهزة شبكة WirelessHART
• المعدات الميدانية: المعدات الأساسية التي تحقق وظائف الاستشعار أو التنفيذ في الموقع؛
• المحول: قم بالتوصيل بأجهزة HART الميدانية الموجودة لتمكين إمكانيات الاتصال اللاسلكي؛
• البوابة: تُمكّن الاتصال بين تطبيقات المضيف والأجهزة الأعضاء في الشبكة اللاسلكية؛
• مدير الشبكة: مسؤول عن تكوين الشبكة، وترتيب الاتصال بين أجهزة الشبكة، وإدارة جداول التوجيه، ومراقبة حالة الشبكة اللاسلكية والإبلاغ عنها؛
• الأجهزة المحمولة باليد: تُستخدم لتكوين أصول المصنع أو صيانتها أو التحكم بها.
طبقة البروتوكول
تتبع حزمة بروتوكولات WirelessHART بنية نموذج بروتوكول OSI ذي الطبقات السبع، والتي تشمل الطبقة الفيزيائية، وطبقة الربط، وطبقة الشبكة، وطبقة النقل، وطبقة التطبيق.
الطبقة المادية
تُعدّ الطبقة الفيزيائية لبروتوكول WirelessHART طبقةً فيزيائيةً مبنيةً على معيار IEEE 802.15.4-2006 2.4GHz DSSS. تُحدّد هذه الطبقة خصائص الترددات اللاسلكية، مثل نمط الإشارة وقوتها وحساسية الجهاز. يعمل بروتوكول WirelessHART ضمن نطاق تردد ISM الحرّ من 2400 إلى 2483.5 ميجاهرتز، ويمكن أن تصل سرعة نقل البيانات فيه إلى 250 كيلوبت/ثانية. يُقسّم هذا النطاق الترددي إلى 16 قناةً مرقمةً من 11 إلى 26، وتبلغ المسافة الترددية بين كل قناتين متجاورتين 5 ميجاهرتز.
طبقة ربط البيانات
من السمات المميزة لمعيار WirelessHART طبقة ربط البيانات القائمة على مزامنة الوقت. ويُحدد وقت الاتصال في طبقة ربط البيانات في WirelessHART بدقة عند 10 مللي ثانية، وتُستخدم تقنية TDMA لدعم تجنب التصادم والاتصال الحتمي.
طبقة الشبكة وطبقة النقل
تعمل طبقة الشبكة وطبقة النقل معًا لتوفير اتصال آمن وموثوق لأجهزة الشبكة. ولدعم بنية شبكة Mesh، يُطلب من كل جهاز WirelessHART إعادة توجيه البيانات إلى الأجهزة الأخرى.
طبقة التطبيق
تُعدّ طبقة التطبيق الطبقة العليا في معيار WirelessHART، وهي تُحدّد مختلف أوامر الأجهزة، والاستجابات، وأنواع البيانات، وتقارير الحالة. في معيار WirelessHART، يعتمد التواصل بين الأجهزة والبوابات على الأوامر والاستجابات. وتتولى طبقة التطبيق مسؤولية تحليل محتوى الرسالة، واستخراج رقم الأمر، وتنفيذ الأمر المُحدّد، وإنشاء الاستجابة.
هندسة الأمن
شبكة WirelessHART هي نظام شبكي آمن. توفر كل من طبقة التحكم في الوصول إلى الوسائط (MAC) وطبقة الشبكة في WirelessHART خدمات أمنية. تستخدم طبقة MAC مزيجًا من فحص التكرار الدوري (CRC) ورمز سلامة الرسالة (MIC) لتوفير خدمات سلامة البيانات بين نقاط التوجيه. يستخدم كل من المرسل والمستقبل وضع CCM وخوارزمية تشفير الكتل AES-128 لإنشاء رمز MIC والتحقق منه. تستخدم طبقة الشبكة مفاتيح متعددة لتوفير خدمات التشفير الشامل وسلامة البيانات. يحدد نظام أمان WirelessHART أربعة مفاتيح:
• عندما لا يكون هناك مفتاح شبكة، يتم استخدام المفتاح العام لإنشاء MIC لطبقة MAC.
• يتم مشاركة مفتاح الشبكة بين جميع أجهزة الشبكة ويستخدم بواسطة أجهزة الشبكة لإنشاء رموز MIC على مستوى طبقة MAC.
• مفتاح الوصول إلى الشبكة فريد لكل جهاز على الشبكة. عند انضمام جهاز جديد إلى الشبكة، يستخدم مدير الشبكة مفتاح الوصول هذا للتحقق من هوية الجهاز الجديد الذي يتقدم بطلب الوصول إلى الشبكة.
• يقوم مدير الشبكة بإنشاء مفاتيح الجلسة. مفتاح الجلسة فريدٌ للاتصال المباشر بين جهازي شبكة، ويُستخدم لتوفير خدمات التشفير التام وسلامة البيانات. يمكن تقسيم مفاتيح الجلسة إلى مفاتيح أحادية البث ومفاتيح بث عامة.
منتجات سلسلة WirelessHART
تستخدم منتجات مايكروسايبر اللاسلكية الذكية تقنية WirelessHART اللاسلكية التي تركز على أتمتة العمليات. تتميز هذه المنتجات بخصائص الشبكة ذاتية التنظيم، والإصلاح الذاتي، واستهلاك الطاقة المنخفض، وتشفير البيانات، مما يضمن التشغيل الموثوق والتركيب السريع والمرن. من خلال وحداتنا اللاسلكية، وبواباتنا اللاسلكية، ومحولاتنا اللاسلكية، وأجهزة إرسال درجة الحرارة اللاسلكية، وغيرها من المنتجات، يمكننا تحقيق جمع البيانات، ومراقبة العمليات، وتشغيل المعدات، وصيانتها، وتشخيص أعطال المواقع الصناعية المعقدة بسرعة وكفاءة. أصبحت منتجات مايكروسايبر اللاسلكية الذكية الحل الأمثل للاتصالات اللاسلكية الصناعية للعملاء المحليين. كما انضمت شركات عالمية مرموقة إلى قائمة شركائنا، وتُستخدم منتجاتنا على نطاق واسع في مجالات البتروكيماويات، والطاقة الكهربائية، والتعدين، وتصنيع الآلات، وغيرها.
نقطة وصول الإنترنت الصناعية
تلتزم شركة مايكروسايبر بالبحث والتطوير والإنتاج والمبيعات والتطبيق المتكامل لمنتجات إنترنت الأشياء الصناعية.
يُعد Microcyber أول حزمة بروتوكولات ناقل المجال في الصين والثالثة في العالم التي تحصل على شهادة دولية، وأول جهاز ناقل مجال في الصين يحصل على شهادة دولية، وأول تطبيق تجريبي لنظام التحكم الشبكي في الصين، وأول وظيفة في الصين تحصل على شهادة دولية، وأول منتج HART لاسلكي في الصين يحصل على شهادة دولية، إلخ.
تُعدّ شركة مايكروسايبر إحدى الوحدات الرئيسية المسؤولة عن تنفيذ مشاريع علمية وتقنية وطنية هامة في مجالات إنترنت الأشياء الصناعية والأتمتة الصناعية. على مرّ السنين، اضطلعنا بعدد من المشاريع العلمية والتقنية الوطنية الكبرى، بما في ذلك الخطة الوطنية للبحث والتطوير في مجال التقنيات المتقدمة (خطة 863)، وتطوير معدات التصنيع الذكية، بالإضافة إلى مشاريع خاصة وخطط علمية وتقنية وطنية أخرى.
لقد راكمت شركة مايكروسايبر خبرة غنية في القدرات التقنية والإنجازات التقنية والاحتياطيات التقنية، ولديها فريق بحث وتطوير قوي لحماية التنمية المستدامة لمنتجات الشركة.
