Introduzione al protocollo WirelessHART
Standard WirelessHART
La specifica di comunicazione WirelessHART è stata ufficialmente riconosciuta dalla Commissione Elettrotecnica Internazionale (IEC) nel settembre 2008 ed è diventata lo standard internazionale IEC per il wireless industriale (IEC 62591). È in grado di soddisfare i requisiti dell'industria di processo in termini di affidabilità, anti-interferenza e anti-interferenza nelle applicazioni di fabbrica in tempo reale. Sono inoltre richiesti requisiti di sicurezza, flessibilità di rete e compatibilità.
Le reti WirelessHART supportano un'ampia gamma di dispositivi di numerosi produttori e i prodotti devono essere classificati in 5 diverse tipologie:
Figura 1 Tipi di dispositivi di rete WirelessHART
• Attrezzatura da campo: attrezzatura di base che realizza funzioni di rilevamento o esecuzione in loco;
• Adattatore: collegarsi ai dispositivi di campo HART esistenti per abilitare le funzionalità di comunicazione wireless;
• Gateway: consente la comunicazione tra le applicazioni host e i dispositivi che sono membri della rete wireless;
• Responsabile di rete: responsabile della configurazione della rete, dell'organizzazione della comunicazione tra i dispositivi di rete, della gestione delle tabelle di routing e del monitoraggio e della segnalazione dello stato di salute della rete wireless;
• Dispositivi portatili: utilizzati per configurare, manutenere o controllare le risorse dell'impianto.
Livello di protocollo
Lo stack di protocollo WirelessHART segue l'architettura del modello di protocollo OSI a 7 livelli, che comprende il livello fisico, il livello di collegamento, il livello di rete, il livello di trasporto e il livello applicativo.
Figura 2 Confronto tra il modello di protocollo OSI a 7 livelli e la struttura del protocollo WirelessHART
strato fisico
Il livello fisico WirelessHART è fondamentalmente un livello fisico basato sullo standard IEEE 802.15.4-2006 DSSS a 2,4 GHz. Questo livello definisce le caratteristiche RF come il pattern del segnale, la potenza del segnale e la sensibilità del dispositivo. WirelessHART opera nella banda di frequenza ISM libera da 2400 a 2483,5 MHz e la sua velocità di trasmissione dati può raggiungere i 250 kbit/s. Questa banda di frequenza è suddivisa in 16 canali ed è numerata da 11 a 26. La spaziatura di frequenza tra due canali adiacenti è di 5 MHz.
Livello di collegamento dati
Una caratteristica distintiva dello standard WirelessHART è il livello di collegamento dati basato sulla sincronizzazione temporale. L'intervallo di tempo di comunicazione del livello di collegamento dati WirelessHART è rigorosamente definito a 10 ms e la tecnologia TDMA viene utilizzata per supportare la prevenzione delle collisioni e la comunicazione deterministica.
Livello di rete e livello di trasporto
Il livello di rete e il livello di trasporto collaborano per garantire comunicazioni sicure e affidabili tra i dispositivi di rete. Per supportare la struttura della rete Mesh, ogni dispositivo WirelessHART deve inoltrare i dati ad altri dispositivi.
Livello applicativo
Il livello applicativo è il livello superiore dello standard WirelessHART e definisce vari comandi, risposte, tipi di dati e report di stato dei dispositivi. Nello standard WirelessHART, la comunicazione tra dispositivi e gateway si basa su comandi e risposte. Il livello applicativo è responsabile dell'analisi del contenuto del messaggio, dell'estrazione del numero di comando, dell'esecuzione del comando specificato e della generazione di una risposta.
Architettura di sicurezza
La rete WirelessHART è un sistema di rete sicuro. Sia il livello MAC che il livello di rete di WirelessHART forniscono servizi di sicurezza. Il livello MAC utilizza una combinazione di controllo di ridondanza ciclico (CRC) e codice di integrità del messaggio (MIC) per fornire servizi di integrità dei dati hop-to-hop. Sia il mittente che il destinatario utilizzano la modalità CCM e l'algoritmo di crittografia a blocchi AES-128 per generare e verificare il MIC. Il livello di rete utilizza diverse chiavi per fornire servizi di crittografia end-to-end e integrità dei dati. Il sistema di sicurezza WirelessHART definisce quattro chiavi:
• Quando non è presente alcuna chiave di rete, la chiave pubblica viene utilizzata per generare il livello MAC MIC.
• La chiave di rete è condivisa da tutti i dispositivi di rete e utilizzata dai dispositivi di rete per generare MIC a livello MAC.
• La chiave di accesso alla rete è univoca per ciascun dispositivo di rete. Quando un dispositivo si unisce alla rete, la chiave di accesso alla rete viene utilizzata dal gestore di rete per autenticare il nuovo dispositivo che richiede l'accesso alla rete.
• Le chiavi di sessione vengono create dal gestore di rete. Una chiave di sessione è univoca per la connessione end-to-end tra due dispositivi di rete e viene utilizzata per fornire servizi di crittografia end-to-end e integrità dei dati. Le chiavi di sessione possono essere ulteriormente suddivise in chiavi unicast e chiavi broadcast.
Prodotti della serie WirelessHART
I prodotti wireless intelligenti di Microcyber utilizzano la tecnologia wireless WirelessHART, focalizzata sull'automazione dei processi. Presenta le caratteristiche di rete auto-organizzante, auto-riparante, basso consumo energetico, crittografia dei dati, ecc., garantendo un funzionamento affidabile e un'installazione flessibile e rapida. Grazie ai nostri moduli wireless, gateway wireless, adattatori wireless, trasmettitori di temperatura wireless e altri prodotti, possiamo realizzare rapidamente la raccolta dati, il monitoraggio dei processi, il funzionamento delle apparecchiature, la manutenzione e la diagnosi di siti industriali complessi. I prodotti wireless intelligenti di Microcyber sono diventati la soluzione di comunicazione wireless industriale preferita dai clienti finali domestici. Anche aziende di fama internazionale si sono unite alla cooperazione e sono state ampiamente utilizzate nei settori petrolchimico, dell'energia elettrica, metallurgico, della produzione di macchinari e in altri settori.
Punto di accesso a Internet industriale
Microcyber è impegnata nella ricerca e sviluppo, nella produzione, nella vendita e nell'applicazione integrata di prodotti IoT industriali.
Microcyber è il primo stack di protocollo fieldbus in Cina e il terzo al mondo ad aver ottenuto la certificazione internazionale, il primo strumento fieldbus in Cina ad aver ottenuto la certificazione internazionale, la prima applicazione dimostrativa di un sistema di controllo in rete in Cina e la prima funzione in Cina ad aver ottenuto la certificazione internazionale, il primo prodotto HART wireless in Cina ad aver ottenuto la certificazione internazionale, ecc.
Microcyber è una delle principali unità operative di importanti progetti scientifici e tecnologici nazionali nei settori dell'Internet delle cose industriale e dell'automazione industriale. Nel corso degli anni, abbiamo intrapreso numerosi importanti progetti scientifici e tecnologici nazionali, tra cui il Piano nazionale di ricerca e sviluppo ad alta tecnologia (Piano 863) e lo sviluppo di apparecchiature di produzione intelligenti. Abbiamo inoltre partecipato a progetti speciali e ad altri piani scientifici e tecnologici nazionali.
Microcyber ha accumulato una vasta esperienza in termini di capacità tecniche, risultati tecnici e riserve tecniche e dispone di un solido team di ricerca e sviluppo per proteggere lo sviluppo sostenibile dei prodotti dell'azienda.
