測試經(jīng)過
測試是在艾默生的工廠內(nèi)進(jìn)行的。測試包括2臺思科的1510戶外網(wǎng)狀式接入器，1臺艾默生1420無線網(wǎng)關(guān)分別與思科1510網(wǎng)狀式接入器以及8臺艾默生智能無線現(xiàn)場儀表相連。此外，還有一些艾默生的Wi-Fi接入器擺在測試網(wǎng)絡(luò)的附近。
我們將網(wǎng)絡(luò)性能分析工具（Iperf）連到需要測試的接入器，并在Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行數(shù)據(jù)裝載。網(wǎng)絡(luò)電話（VoIP）采用的是思科7921IP電話和裝有聲音軟件的Intermec CK60移動通訊平臺。
網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)計(jì)是在802.15.4網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行監(jiān)測的，Iperf網(wǎng)絡(luò)測試工具則用于檢測802.11b/g網(wǎng)絡(luò)的流量。lperf用戶端通過802.11g連接。我們定期監(jiān)測lperf數(shù)據(jù)的輸出，以判斷對802.11b/g網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)有的帶寬的總體影響。
我們選擇了3種頻道1、6、11在802.11b/g網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行測試。802.15.4網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備數(shù)據(jù)更新頻率設(shè)置在每15秒（常規(guī)配置）。
在測試期間，從802.15.4網(wǎng)關(guān)到802.11 b/g網(wǎng)格訪問點(diǎn)近似于1 m，從大多數(shù)802.15.4設(shè)備到任何地點(diǎn)為30 cm 至1 m。如此可以盡可能地創(chuàng)造最不利的測試環(huán)境條件下給定和已知的射頻特性。
測試結(jié)果
802.11b/g對802.15.4.的影響。在整個(gè)測試過程中，802.15.4現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)的可靠性保持在100%。僅管802.11b/g的干擾引起一小部分的來自于802.15.4網(wǎng)絡(luò)設(shè)備信號的損失，但是艾默生的現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)具有一些功能（例如重新連接和路徑多樣性）可以抵沖這種損失，使整個(gè)數(shù)據(jù)的可靠性不至于受到太大影響。
802.15.4對802.11b/g的影響。在基線測試期間不存在802.15.4通訊量時(shí)，802.11 b/g網(wǎng)絡(luò)（用Iperf進(jìn)行監(jiān)視）的吞吐量在4 MB/s至8 MB/s范圍內(nèi)變化；存在802.15.4通訊量時(shí)，吞吐量在整個(gè)測試期間也在此圍內(nèi)變化。基于測試結(jié)果和已知的射頻干擾（重疊通道、輸出功率），測試802.11 b/g網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)吞吐量發(fā)生的絕大部分變化，很可能是由處于周圍環(huán)境中、但不屬于測試組成部分的其它802.11 b/g訪問點(diǎn)所引起的。
在進(jìn)行IP上聲音測試時(shí)，使用帶IP聲音應(yīng)用程序和Cisco 7921電話的Intermec CK60便攜式計(jì)算機(jī)。在測試環(huán)境條件下，在802.15.4通訊量引入測試環(huán)境的整個(gè)測試過程中，未檢測出對音質(zhì)有任何影響。
無線應(yīng)用問題
802.11 b/g對802.15.4的影響 － 任何在802.11 b/g網(wǎng)格訪問點(diǎn)不大于1 m范圍內(nèi)的802.15.4設(shè)備，其路徑穩(wěn)定性影響取決于距離和應(yīng)用帶寬。對數(shù)據(jù)包出錯(cuò)率的影響為數(shù)據(jù)包出錯(cuò)率 ＝ BWU * 20% 式中，BWU為802.11 b/g網(wǎng)格訪問點(diǎn)的應(yīng)用帶寬，20%系數(shù)為經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
例如，若802.11 b/g平均應(yīng)用帶寬為20%（對于典型Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)，這個(gè)數(shù)字屬于較高水平），則單個(gè)路徑穩(wěn)定性的影響為4%。這一數(shù)據(jù)包出錯(cuò)率水平還不足以大到影響總體802.15.4網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)可靠性。這是因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)協(xié)議具有內(nèi)置的自動重試功能，盡管造成使某些數(shù)據(jù)包遺失，但仍能保持非常高的數(shù)據(jù)穩(wěn)定性。而且，路徑多樣性和通道跳躍功能有助于使這種干擾影響不復(fù)存在。
以前進(jìn)行的研究和測試表明：在802.11 b/g網(wǎng)格訪問點(diǎn)10 cm范圍內(nèi)的靜態(tài)通道802.15.4設(shè)備受到明顯的影響，其原因在很大程度上應(yīng)歸于802.11 b/g無線電的大功率輸出。但在Emerson Smart Wireless（智能無線）解決方案中并未發(fā)現(xiàn)，其原因是這項(xiàng)解決方案使用通道跳躍，以便在干擾周圍移動�！昂谏斜怼敝丿B通道是這次測試中未使用的一項(xiàng)技術(shù)，故設(shè)備未使用這些通道，這也是緩解問題的一種方法。
802.15.4對802.11 b/g的影響 － 802.15.4網(wǎng)絡(luò)會對802.11 b/g網(wǎng)絡(luò)有影響，這個(gè)影響正比于其通道使用性。通道使用性是網(wǎng)絡(luò)中總帶寬應(yīng)用和通道駐留時(shí)間的函數(shù)。通道使用性范圍從典型網(wǎng)絡(luò)0％一直到由線路供電設(shè)備組成的大型網(wǎng)絡(luò)100％不等。
對于在802.11 b/g訪問點(diǎn)范圍內(nèi)的每一臺設(shè)備，對吞吐量的最大可能影響為 802.11 b/g帶寬減少 = 25% * BWU * 4/15 式中，25%系數(shù)為經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)；4/15為1個(gè)802.11 b/g通道占用的802.15.4通道數(shù)量。接近802.15.4網(wǎng)關(guān)的帶寬應(yīng)用可能近似于大型網(wǎng)絡(luò)的41％。41％這個(gè)系數(shù)來自在10 ms時(shí)間間隔內(nèi)，可以產(chǎn)生最大尺寸數(shù)據(jù)包（128個(gè)字節(jié)）的2.4 GHz 802.15.4網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)率。
假設(shè)802.11 b/g設(shè)備接近802.15.4/WirelessHART網(wǎng)關(guān)，則最不利影響為25% * 41％* 4/15 ＝ 2.73％，即減少20 Mbps（典型吞吐量）至19.45 Mbps。即使是對時(shí)間極其敏感的應(yīng)用，如VolP通訊，這個(gè)減少幅度也可以忽略不計(jì)；且測試證明未出現(xiàn)性能下降現(xiàn)象。
此項(xiàng)測試旨在描述在使用IEEE 802.11b/g設(shè)備和IEEE 802.15.4設(shè)備中，用戶可能遇到的最不利條件。在實(shí)際安裝中，不大可能這兩類網(wǎng)絡(luò)均大于40%帶寬應(yīng)用。即使在此項(xiàng)測試的極端條件下，這兩類網(wǎng)絡(luò)也未發(fā)現(xiàn)明顯影響。由于進(jìn)入網(wǎng)關(guān)的最大通訊量在較低功率水平（功率多樣性）上進(jìn)行，在實(shí)際應(yīng)用中已顯示對網(wǎng)絡(luò)並無影響。
總結(jié)
無線技術(shù)的飛速發(fā)展已消除人們以前對過程運(yùn)行中使用無線技術(shù)存有的任何疑慮。尤其是Emerson和Cisco的無線結(jié)構(gòu)體系，如通道跳躍和網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)等，可以減少或防止802.11與802.15.4技術(shù)之間潛在的共存性問題。
這種在實(shí)際條件下的結(jié)構(gòu)體系測試證明：即使在極端應(yīng)用條件下，共存性問題在事實(shí)上也是非常小的。從這些發(fā)現(xiàn)中可以得出下列結(jié)論：過程工業(yè)用戶可以完全相信這項(xiàng)技術(shù)一定能夠成功。實(shí)際上，可能會有許多充足的理由來開始設(shè)計(jì)新的無線技術(shù)應(yīng)用。
本文只涉及射頻兼容性，但其它問題，如安全性和網(wǎng)絡(luò)管理等，也是網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)應(yīng)予關(guān)注的問題。Cisco和Emerson提出一個(gè)解決方案的范圍，涉及基于各種項(xiàng)目環(huán)境的這些問題。Cisco和Emerson還將發(fā)表白皮書，介紹工廠環(huán)境中無線網(wǎng)絡(luò)過程工業(yè)用戶的典型應(yīng)用范例。若要求其它信息，請?jiān)L問www.EmersonProcess.com/SmartWireless，或與Emerson或Cisco銷售代表聯(lián)系。
參考文獻(xiàn)
[1] IEEE 標(biāo)準(zhǔn)802.15.4-2006，第15.4部分：小功率無線人員區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（WPAN）的無線載體訪問控制（MAC）和物理層（PHY）技術(shù)條件
[2] IEEE 標(biāo)準(zhǔn)802.15.2-2003，第15.2部分：無線人員區(qū)域網(wǎng)絡(luò)與其它運(yùn)行于未許可頻帶的無線設(shè)備之間的共存性
[3] Dust Networks，時(shí)間同步化網(wǎng)格協(xié)議（TSMP）技術(shù)概述，2006年6月20日
鏈接：www. dustnetworks.com/docs/TSMP_Whitepater.pdf
[4] WirelessHART技術(shù)規(guī)范
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Aironet 為Cisco Systems, Inc.的商標(biāo)。Wi-Fi為Wi-Fi Alliance的商標(biāo)。WirelessHART為HART Communications Foundation的商標(biāo)。所有其他商標(biāo)為各自持有人的財(cái)產(chǎn)。
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