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案例頻道作者： 百通赫思曼網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)國際貿(mào)易（上海）有限公司 張晗宜
隨著工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展，無線Wi-Fi技術(shù)的應(yīng)用也越來越普遍，其相關(guān)概念近些年成為業(yè)屆關(guān)注熱點。雖然，蜂窩移動通訊5G技術(shù)也經(jīng)常被提及，但傳統(tǒng)的Wi-Fi技術(shù)，不管是從成本角度，或者是從項目實施部署的難易度等方面考慮，無線Wi-Fi與蜂窩5G仍是一個互補的關(guān)系，并不能完全取代對方。筆者預(yù)測未來五年內(nèi)，無線Wi-Fi還將會是工業(yè)自動化領(lǐng)域中主流的無線通訊方式。
目前無線Wi-Fi典型的應(yīng)用場景有：倉儲物流、大 型機械無人化遠(yuǎn)程控制、自動化工廠（尤其是汽車制 造業(yè)）的AGV、手持掃碼設(shè)備，以及變電站、石油化工廠、管廊等行業(yè)的無人巡檢系統(tǒng)等。部署全廠工業(yè) Wi-Fi全覆蓋幾乎已經(jīng)成為趨勢。
無線Wi-Fi技術(shù)應(yīng)用痛點
那么，在部署和使用工業(yè)Wi-Fi的時候我們面臨的痛點都有哪些？
在當(dāng)前的自動化行業(yè)里，普遍缺乏對無線Wi-Fi應(yīng)用和技術(shù)有深入理解的工程師，即缺乏無線技術(shù)背景的人員和知識儲備。而一個完整的無線項目，從設(shè)計到實施再到后期運維，各個環(huán)節(jié)都會面臨很多的問題和挑戰(zhàn)。比如，無線Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計是否合理？應(yīng)該選擇哪些信道？無線帶寬設(shè)計是否能滿足實際應(yīng)用的需求？ 天線類型和安裝位置是否合理？應(yīng)該如何優(yōu)化漫游參數(shù)？現(xiàn)場是否有其他無線造成信號干擾？出現(xiàn)斷網(wǎng)故障時如何排查？等等。
工業(yè)無線項目實施建議
那么，我們應(yīng)該如何做好一個工業(yè)現(xiàn)場的無線項目呢？
前期的“無線現(xiàn)場勘察 Wireless Site Survey”及無線架構(gòu)設(shè)計是決定一個無線項目成敗的重中之重，其重要性、關(guān)鍵性甚至要排在無線產(chǎn)品選型之前。
其整個過程可分為如下步驟：
首先，現(xiàn)場無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境勘查，掃描現(xiàn)場無線 Wi-Fi在2.4GHz和5GHz頻率下，對應(yīng)各信道的占用情況，找到哪些信道已被占用，是否有信號干擾等。 圖1和圖2是干擾嚴(yán)重的現(xiàn)場和無干擾的現(xiàn)場的無線環(huán)境對比。
圖1 干擾嚴(yán)重的現(xiàn)場
圖2 無干擾的現(xiàn)場
其次，分析實際應(yīng)用對無線的帶寬、連接數(shù)、傳輸距離的技術(shù)需求，然后結(jié)合現(xiàn)場環(huán)境選擇信道和AP 點位并進(jìn)行實地PoC測試，從而得出符合應(yīng)用要求的無線設(shè)計。因為無線環(huán)境并不是一成不變的，新增產(chǎn)線或設(shè)備等情況都會造成物理空間環(huán)境的改變，從而影響和改變無線環(huán)境，由于這個變量的影響，還需要針對這些變化做相應(yīng)的調(diào)整和優(yōu)化，使得無線應(yīng)用環(huán)境一直保持 一個良好的狀態(tài)。圖3和圖4對比了實施無線現(xiàn)場勘察優(yōu)化前后信號覆蓋強度的對比。
圖3 優(yōu)化前
圖4 優(yōu)化后
因此，在選擇一款適合的無線產(chǎn)品時，用戶要避免陷入一個誤區(qū)：即過度強調(diào)或關(guān)注產(chǎn)品的“硬件參數(shù)”（這些固然也是很重要的），而忽略了去評估無線廠家在前面提到的那些“軟性”技術(shù)實力和技術(shù)服務(wù)的能力。
很多無線用戶忽視了在項目招標(biāo)技術(shù)要求中對直接可以反映無線現(xiàn)場使用效果的技術(shù)參數(shù)做出硬性要求，這些要求如表1（參數(shù)來源自某汽車客戶項目案例）所示。
表1 直接影響無線使用效果的技術(shù)參數(shù)
因為接受信號強度、信噪比、信道占用率、漫游 時間、延遲、丟包率這些真實反應(yīng)和決定無線使用效 果的參數(shù)將最終影響現(xiàn)場無線應(yīng)用的穩(wěn)定性，下面列舉2個例子：很多用戶經(jīng)常會關(guān)心一個AP最多可以連接 多少個客戶端，根據(jù)802.11無線Wi-Fi標(biāo)準(zhǔn)定義的最大 AID（Association Identifier）數(shù)值為2007，但真實 情況下不會有人使用一臺AP連接2007個客戶端，原因在于無線通訊為半雙工，即和我們生活中使用的對講機類似：同一時刻只有一個人可以“說話”，因此如果只有1個客戶端連接到一個AP，和有100個客戶端連接到一個AP，每個客戶端能夠分到使用信道的機會是完全不同的，所以這里的“信道占用率”就是反應(yīng)該信道使 用繁忙程度的指標(biāo)；第二個用戶關(guān)心的常見問題是帶 寬：事實上無線帶寬會由很多因素或參數(shù)決定，例如客 戶端離AP越近帶寬越高，越遠(yuǎn)則帶寬會變低。信道綁 定、長短幀間間隔、無線調(diào)制編碼方式等都會影響帶寬，這里用戶普遍的誤區(qū)是糾結(jié)無線帶寬能達(dá)到多大， 而往往忽視了現(xiàn)場應(yīng)用需要多少帶寬，即應(yīng)用本身會觸 發(fā)多少流量以及用戶數(shù)量決定了帶寬需求，只有明確了帶寬需求，再結(jié)合上述提到的那些參數(shù)去進(jìn)行無線設(shè)計及調(diào)整每個AP連接的客戶端數(shù)量才能滿足實際應(yīng)用對 帶寬的需求。
此外關(guān)于漫游時間、延遲、丟包率的結(jié)果判斷也 一定要在盡可能“真實”的環(huán)境下測試，即測試環(huán)境和 測試條件要盡量接近生產(chǎn)環(huán)境。如：AGV無線測試一定要真正“動”起來，因為“動”起來的AGV才是其真實的運行方式——伴隨著AGV在車間不同位置的移動而發(fā)生漫游行為。圖5是某國外大型汽車廠AGV在“靜態(tài)” 和“動態(tài)”情況下的對比測試結(jié)果：
圖5 “動態(tài)”和“靜態(tài)”測試結(jié)果對比
不難看出如果只是將AGV靜態(tài)擺放不動的情況下去測試無線并不能真實反應(yīng)出無線性能，因此建議用 戶一定要盡量接近真實生產(chǎn)環(huán)境去做無線測試（圖5中“動態(tài)”測試丟包率為4%，無法滿足實際需求，需要進(jìn)行優(yōu)化）。
結(jié)語
綜上所述，無線網(wǎng)絡(luò)在工業(yè)通訊領(lǐng)域中的大規(guī)模應(yīng)用已是大勢所趨，用戶需要通過定期的技術(shù)培訓(xùn)來培養(yǎng)和儲備具備無線知識的相關(guān)人才，在選擇產(chǎn)品時除了關(guān)注產(chǎn)品硬件性能之外，更應(yīng)該關(guān)注廠家的“軟性”技術(shù)服務(wù)能力，并且在項目前期做好勘察和無線架構(gòu)設(shè)計，從而使其工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)持續(xù)穩(wěn)定地為工業(yè)通訊傳輸提供服務(wù)。
摘自《自動化博覽》2021年5月刊
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號