现场设备未来会使用统一的无线协议吗？

　　无线网络安全

　　用户和供应商都担心安全问题，所以ISA100和WirelessHART协议利用内置的IEEE 802.15.4无线芯片所自带的AES-128加密算法对每条信息进行加密。在IAS100网络上，利用转动的加密密码，定期改变安全密钥，从而实现对安全的管理。在此期间，需要一个虚拟的入侵者，攻击网络加密密钥，这样就会自动产生新的密钥，并将其分发，从而避免真正的攻击。

　　WirelessHART将加密和数据完整性的校验方法限制在IEEE 802.15.4标准所允许的8种可能方法之一，而ISA100则使用了其中6种的组合。两个标准都默认使用32位信息完整性校验码，但是ISA100还提供了一种可组态的64位或124位信息完整校验码，在有些情况下可以提供政府或准政府组织所要需的更高安全等级。

　　在ISA100开发的过程中，用户向委员会提交了对于安全方法，或提供新的现场设备（无需专门处理或物理设施就能对仪表实现存取）的要求。利用PKI（公共密钥），ISA100可以实施无线安全措施，防止或允许新设备加入到网络中。安全性基于两方面因素：在服务开通前，准备一个白名单，确定在网络中必须安装的设备，用户必须具有相关的283位的授权。白名单及授权文件由厂家创建，通过可传输介质（CD, DVD, USB 闪存, SD卡等）提交给用户，并被安装在网络安全管理器上。

　　这样用户就没有必要对设备进行排除。当无线仪表在现场安装以后，会自动响应网络发出的要求，申请成为运行网络的一部分。该过程是安全的，因为使用了标准的283位公共/私人密钥方法，该方法不会通过无线传输任何未经加密的加入密钥，不采用不安全的操作程序向主系统传递密钥，也不通过手持终端来传递。WirelessHART使用物理连接的手持终端来获取网络地址以及安全密钥。ISA100通过红外端口，也提供类似的互操作功能。

图2 在工厂中，无线现场设备与处于重要位置的网关通讯。图片来源：Honeywell

　　WirelessHART和ISA100都支持“Mesh”网络，该网络可以扩展网络覆盖的范围，使其能够与建筑物中视线可及范围内的设备连接，为数据提供了一种比较有弹性的传递路径，从而提高可靠性。但是，网络用于同步控制回路时，只有ISA100能够在限制“Mesh”网深度的同时还可以利用“Duocast”技术，实现完全的弹性数据传递路径。由于在多层“Mesh”网中，信号在到达其目的地时，可能会导致不确定的延迟，所以在限制网络深度时，现场路由器应布置在单次传输就可到达的区域。利用弹性功能实现网络的可靠性，在弹性数据路径上传递的信息需要保持一致。内置于ISA100无线技术的“Duocast”特性，能够确保在弹性数据路径上传递的信息一致。WirelessHART能够在其“Mesh”网上将数据传递给多个路由器，但不是在同一时间间隔内。

　　当设备需要从“Mesh”网上的邻居获取数据时，在组态中，必须考虑通过“Mesh”网与DCS间传递数据可能需要较长时间的延迟。作为应对，ISA100支持设备及其邻近设备间的直接通讯。这种点对点的联系包括直接的无线通讯，与应用对象模型一起远程执行现场控制逻辑，而不需要DCS的介入，这与FF HSE的现场控制类似。

　　选择难题

　　过程控制现场仪表的用户，在选择安装哪种无线网络时面临着难题。他们通常有如下选择：

　　1. 不安装任何无线网络；

　　2. 仅安装ISA100无线网络；

　　3. 仅安装WirelessHART网络；

　　4. 一般情况下，每个工厂现场的DCS系统都会标准化到同一个平台中，因此安装可以与DCS集成的无线网络；

　　5. 只采购那些可以支持双启动模式的设备，这样在安装时就可将其组态为支持两种标准协议；

　　6. 安装其它标准，比如 WIA-PA, ZigBee, Wi-Fi,或专有网络。

　　每种选择，都有其自身现实的考虑，用户必须对其进行梳理。

　　1 或 6选项: 完全放弃使用无线现场仪表，而安装使用其它标准的设备，或安装供应商自有的网络，从某种程度上讲，如果想要从无线现场仪表的使用中获益，那这种做法无疑是不利于公司利益的。无论是WirelessHART还是ISA100，都是经现场证明的，具有很强的安全性能，可以保护用户隐私，预防外界入侵。

　　4选项: 在同一个公司内，同时安装ISA100和WirelessHART，取决于DCS供应商的支持，但是这牺牲了可供选择的无线网络的数量以及可以获得的经验。

　　5选项: 只采购那些可以支持双启动模式的设备，这些设备或者包含两种协议，或者可以初始化为任何一种设备，这两种方式只能满足降低库存的需求。但是由于对两种网络都需要支持和维护，因此这会在安装和维护的过程中产生更复杂的问题。

　　2和3选项: 单独安装任何一种协议的设备，都可能会限制公司为工厂现场选择最佳DCS系统的能力。

　　统一的无线网络标准？

　　尽管仪表供应商和一些最终用户可能会支持通过双启动模式实现双网络的设备，但是这不会实现所有最终用户的根本需求（最终建立统一工业标准）的远景目标。在无线工业网络中，ISA100有可能成为未来核心的技术，这和以太网TCP/IP和 Wi-Fi 成为IT网络的标准如出一辙。这就意味着，正如以太网TCP/IP和 Wi-Fi 是一种独立于应用的、基于因特网通讯的、为商业应用而设计的网络，ISA100是一种独立于应用的、基于因特网通讯的、为关键或非关键的工业自动化环境而设计的网络。只要应用使用的是基于IP协议的通用网络标准，就可以在任何标准网络上传递，前提是有足够的带宽分配给该任务。这已经在满足自动化工业的某些特定需求方面获得应用。

　　而且，和以太网TCP/IP一样，ISA100的应用独立于网络硬件。随着技术的发展，ISA100无线协议也随之发展，而不需要对基于这些网络技术的应用做改动。

　　设备供应商希望能够满足客户的需求，同时保持价格的竞争力。客户一般则希望能够从解决短期问题开始，但是大多数同时还希望能够为过程自动化开发出一种远期的架构。由于在早期产品中得到应用，因此WirelessHART目前可以满足短期需求，但是现在，有多个最终用户组织开始意识到这样一个事实：ISA100无线协议单独就可以满足远期无线架构的需求。

　　未来的趋势：开放、智能

　　早期无线仪表用户，关注的是从某些区域获得过程数据，而这些区域要么无法接线，要么虽然可以接线，但是费用比较高，或者是没有任何协议可以实现该应用。

　　决定使用WirelessHART来实现工厂无线网络的用户，将不得不依赖这样一个控制系统结构：基本没有智能化现场设备，没有实现现场控制的可能性，因而也无法从中获益。他们的DCS系统必须完成所有的信号处理和闭环控制。ISA100同样可以连接到这些HART现场设备，但是由于是开放的网络，使其可以在智能现场设备条件具备时，与之实现同步双向无线传输数据，而不需要对基础网络做任何改变。我们知道，目前的趋势是使用带智能现场设备和高度同步数据传输的FF网络。

　　领先的用户已经意识到，无线网络标准不仅仅必须是国际标准，而且还必须适用于苛刻的应用环境，比如在现场仪表中的无线FF和以太网服务器。只有高度安全的基于IP的协议可以实现该功能。也许ISA100无线协议更能够满足这些需求。