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        無線HART標準是面向過程測量、過程控制和資產管理全面應用的一種可靠的無線協議。基于成熟的HART協議，無線HART可以讓用戶在保持現有設備、工具和系統一致性的基礎上，快速方便地獲得無線技術帶來的好處。
　　開發無線HART技術的工業領導廠商的設計初衷是為了滿足過程工廠無線網絡運行的獨特要求，其基本性能包括：
　　●利用網狀網絡（mesh networking）、跳頻和時間同步通信等技術保證了無線抗干擾能力，也可以與其他無線網絡的共存。
　　●通過加密、驗證、認證、關鍵詞管理和其他開放的工業標準級最佳實踐保障網絡通信的安全性和私密性。
　　●通過智能數據發布（Smart Data Publishing）和其他技術提供高效能耗管理，可以為無線設備提供電池供電、太陽能供電和其他低能耗選擇。
　　正是基于這些特性，無線HART被認為是在未來ISA100的多項無線標準里面，能夠滿足用戶無線過程自動化網絡需求的最佳方案之一。
　　本文將總結無線HART的關鍵要點，包括以幾個決策選項作為無線過程自動化應用對無線HART的選擇依據。

　　介紹
　　2007年9月，無線HART標準作為HART 7.0規范中的一部分進行了正式發布，這成為過程運行無線技術快速發展時代的一個重要里程碑。無線HART不但為過程應用提供一種可靠的專用無線協議，而且也為用戶提供了一種行業認可的標準，使其在進行無線應用決策時有選擇的依據。

        什么是無線HART？
　　無線HART是一種針對過程自動化應用的無線網狀網絡通信協議。其目的是讓用戶在保持現有設備、工具和系統一致性的基礎上，為HART協議增加無線功能。
　　每一個無線HART網絡包括三個主要構成：
　　●連接過程或工廠設備的無線現場裝置
　　●實現現場裝置與上位主應用程序通信的網關，主應用程序則與高速骨干網或其他現有工廠級網絡連接。
　　●負責網絡配置、設備間通信調度、報文路由管理和網絡狀態診斷的一個網絡管理器。這個網絡管理器可以集成到網關、主應用程序或過程自動化控制器當中。

　　無線HART協議符合IEEE .4標準，工作頻率為專用于工業、科技和醫療應用的寬帶信道。該頻率采用直接序列擴頻技術和跳頻技術來保證安全和可靠性，并采用時分多址（TDMA）的同步、隱式報文控制通信技術進行網絡設備通信。這一技術已經在廣泛的過程控制工業中進行了成熟的現場試驗和實際的工廠安裝。
　　網狀網絡的每一個裝置都可為其他裝置的報文提供路由功能。換句話說，一個裝置無需直接與網關通信而只需要將其發送的報文傳遞到最近的下一個裝置。這樣就擴展了網絡范圍，并增加了冗余通信路由能力，最終增強了網絡可靠性。網絡管理器根據隱式報文、有效性和可靠性要求決定冗余路由途徑。為了保證冗余路由途徑保持開放和暢通，報文將持續在冗余路徑之間進行切換選擇。就如Internet技術中那樣，如果一條報文無法通過某一路由到達目的地，它將自動重新路由到一條正確的冗余路徑上，而且數據不會丟失。
　　網狀拓撲也讓添加或者刪除網絡裝置變得容易。只要一個裝置與網絡中其他裝置屬于同一類別，就能夠直接進行通信。
　　為了實現面向不同應用要求的靈活性，無線HART協議支持多報文模式，包括過程和控制數值的單向發布模式，異常自動通知模式、自組織分組（Ad hoc）網絡請求/響應模式和大數據集的自分段塊傳輸模式。這些功能使得通信系統可以根據應用要求進行定制，從而降低了能耗。
　　標準化的協議
　　作為一項基于標準的技術，無線HART體現了過程自動化和工業無線領域的最佳理念和成果，為過程工業應用中來自多家供應商的智能測量和控制裝置提供了很好的互操作性。
　　無線HART規范創立的第一個面臨的選擇就是，是創建一個全新的協議還是建立在已具有良好基礎的HART協議之上？HART通信基金會（HCF）成員很快意識到，基于原有的HART協議進行無線通信技術開發是最快捷、最容易、風險最低的方法，也是最終用戶更容易接受和實施的無線解決方案。
　　●適用性：HART技術的目的是幫助用戶解決過程測量和控制問題，這些問題無論對有線還是無線技術都是一樣的。如今有線HART裝置的廣泛應用表明，HART通信技術可以解決絕大多數的過程應用問題。HART協議主要支持
　　●熟悉度：全球至少安裝了2400萬個HART裝置，這些現場用戶已經具備了HART工具、培訓知識和相應的實際工作經驗。比起采用全新的無線協議，HART無線協議規范所帶來的變動更小。
　　●使用簡便：HART技術之所以得到普遍應用，很大的原因在于它便于實施和使用，因此可以幫助用戶很快得到無線技術帶來的好處。
　　●技術支持和穩定性：大量的安裝基礎和相當數量的HART產品提供商的存在，加上HART通信基金會（HCF）的大力推廣，為該協議的使用提供了保障。
　　●時間節省：將無線功能加到現有協議中而不是重新開始設計全新的協議的做法，大大縮短了系統開發時間，能夠迅速得到采用。同時，還有利于原有的HART有線產品設備制造商快速提供無線裝置產品。
　　●低風險：在現有協議基礎上的無線規范可以大大減少技術實現或者開發過程中不可預見的問題，也讓用戶能夠盡快用上可靠的無線技術。
　　采用HART無線技術還可以提供新標準或其他無線標準無法獲得的好處。目前大量已安裝的HART裝置中，由于其主系統不能訪問數字化HART數據，很多儀表診斷功能已經失效。無線HART的適配器功能提供了一種與資產管理系統、歷史數據庫等其他工具的通信機制，從而讓這些診斷數據發揮作用。這一需求的釋放使得制造商們愿意快速開發出無線HART產品，也讓用戶愿意采用無線技術。
　　工作的正確工具
　　無線技術可以在很多場合進行應用，無論是物理上無法或難以進行的測量要求，還是工廠級的資產與人員跟蹤、安全和工人生產效率監控的要求。
　　然而，無線HART規范工作組也認識到，沒有一種技術能夠適合所有的應用。因此工作組的開發重點是面向那些沒有合適無線標準的關鍵過程自動化應用場合。
　　與有線HART一樣，無線HART技術支持全部過程監控應用，包括：設備和過程監視、環境監視、能源管理、法規遵循、資產管理、預測性維護、先進診斷、閉環控制等等。

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　　HART通信基金會的會員企業通過來自最終用戶的實際應用經驗，為無線HART協議的最終制定提供了各種支持。
　　無線技術是有線儀表的補充而非替代，工廠經常會同時都有二者的應用。無線HART技術的向下兼容性，包括HART指令結構和設備描述語言DDL的兼容，都使得它很容易實現用同一工具支持有線和無線裝置。
　　無線HART已不僅僅能提供互換性，而且是提供真正的互操作性。也即是說，用戶可以任意選擇最佳的無線HART設備而無需考慮供應商的問題，兼容設備可以在一個系統中共同工作，而且在主系統層進行互換也不會損失某些功能，就像今天的HART設備那樣。
　　現場總線基金會（FF）和PROFIBUS組織已經與HART通信基金會共同簽署了一項協議，準備為無線網關開發一個通用的接口規范。其目標是保證每個組織的現有協議版本能夠實現完整的兼容性。
　　事實上，如今每一個過程自動化需求都有相應的有線HART產品支持和滿足。無線HART為HART設備的通信提供了另一種簡單途徑。
　　可靠性
　　無線HART具有幾項針對工廠環境的可靠通信特性，適用于高密度基礎設施環境、大型運輸車或設備的移動環境，周圍條件常變的環境，以及射頻、電磁干擾較大的環境等。

　　冗余網狀路由（空間分集）--無線HART網狀拓撲的自組織和自愈特性使網絡長期擁有自主可靠性和魯棒性。當有干擾或者其他物體阻隔通信線路時，該網絡立即自動路由傳送數據以保持暢通。由于無線HART采用了冗余網狀拓撲的優化路徑，所以可以在整個網絡實現可靠性。

　　跳頻（頻率分集）--與其他使用頻段的技術一樣，無線HART也會受到來自其他網絡信號源的干擾。為解決這一問題，無線HART協議實現了IEEE .4頻率標準下16個信道之間的跳頻，靈活地解決了干擾的問題而不是進行暴力破解。同時，還可以采用每次發送前的空閑信道評估（CCA）技術和信道"黑名單"技術避免特定區域的干擾，也同時將對其他網絡的干擾降到最低。

　　時間同步通信（時間分集）--所有設備間的通信在一個預設時間窗內進行，實現了高可靠（無碰撞）、高能效和可伸縮通信，增強了互操作性和易用性。每條報文都有一個優先級定義以保證合適的服務質量QoS傳輸要求。固定的時間片劃分也可以讓網絡管理者為任何應用創建一個無需用戶干預的優化網絡。相對的，如果采用可變時間片或者非同步通信方式，則會造成復雜的用戶配置、低質量的QoS、高能耗和不可靠的通信結果。

　　其他技術諸如直接序列擴頻（DSSS）技術（編碼分集）和可調發射功率（功率分集）可以幫助無線HART哪怕處于各種其他無線網絡環境之中也能實現可靠的通信。
　　無線HART有專門針對其他網絡共存情況下的設計，甚至包括那些不遵循IEEE 802標準系列的網絡。它不但自己具有容錯性，還考慮了其他網絡的影響，可以在干擾情況下保證正常工作，能夠高效地利用帶寬，同時避免造成對其他網絡的干擾。
　　安全性
　　無線HART采用了強健的安全網絡技術保證網絡和數據始終處于保護之下。這些技術包括：
　　●加密--128位加密手段保護數據不被截獲
　　●驗證--信息完整性檢測碼驗證每個數據包
　　●魯棒運作--跳頻和網狀基礎結構可以減緩網絡擁堵和拒絕服務（DoS）攻擊的情況
　　●密鑰管理--旋轉密鑰可以避免未認證設備加入網絡通信
　　●認證--未經認證的裝置不允許進入網絡中
　　無線HART安全特性采用了符合當今工業標準的最佳實踐技術，而且考慮了未來的開放式工業標準對安全的升級要求。
　　供電
　　無線HART允許用戶和裝置設計人員根據要求選擇最佳的供電方式。包括長壽命電池、太陽能電池、線性電源和回路電源。
　　真正"無線"的設備是沒有有線電源的，才可以提供最大的靈活性和更低的安裝成本，但這樣需要將能源的消耗降到最低以延長電池壽命或者利用其他非連線的電源，如太陽能。
　　這就是為什么無線HART開發組要認真平衡每一項潛在需求對電源的要求。因此，整個協議都追求低電能運行，我們以智能數據發布和異常通知功能為例：
　　●智能數據發布--HART協議一直是可以通過"猝發方式(Burst mode) "來發布過程數據的。智能數據發布則強化了這一功能，只有在過程條件改變或者用戶應用要求信息提供的時候才發布數據，從而大大提高了通信和電源效率。
　　●異常通知--當設備需要維護、設備配置變更或者發生影響操作的事件時，用戶可以自動獲得異常情況通知。這一通知只是當異常事件發生時才會"推送"給用戶，系統就不需要輪詢每一個設備來隨時確認其正常運行，從而大大減少了能耗--因為每次輪詢發送的信息包都要耗費電池能量。

    無線HART與SP100
　　多種標準關注某一技術的不同層面或者共同合作開發同一技術的情況屢見不鮮。由于無線HART專門用于過程測量和控制應用，它自然也可用于工廠和其他過程操作中，而這些應用中同樣還存在其他無線技術（如基于WiFi的骨干網、射頻識別、工廠安全）
　　因此，HCF和ISA合作研究無線HART協議與ISA100系列標準的互支持工作就具有重要意義。事實上，無線HART和SP100的工作組有很多相同的成員。二者共同幫助用戶獲得無線技術的好處是值得提倡的。
　　SP100工作組也會基于無線HART的工作成果，將無線HART協議吸收到更廣泛的ISA無線系列標準之中。相對ISA100的眾多工作目標，工作組的近期重點則是無線過程自動化網絡。至今，工作組在進行過程無線操作的魯棒應用方面決策時，很大程度地考慮了與無線HART標準技術規范的一致性。
　　將無線HART規范吸收到ISA100系列標準能為用戶獲得無線HART帶來的所有優勢，而且能夠加快ISA100的開發工作，是ISA100開發組可以將精力集中在工廠應用的工具和最佳實踐開發上面，例如無線物理安全監視、語音通信和移動工人支持工具等。
　　在ISA100的標準框架下，無線HART協議為實現用戶的無線過程自動化網絡需求提供了最佳的解決途徑。無線HART工作組也考慮了其他解決途徑，例如跨無線網絡的隧道數據技術，但后來意識到，這些技術手段都在能源使用、復雜性和功能簡化方面存在不同的本質缺陷。作為有線與無線協議之間的接口，隧道并非一種有效的技術途徑，因為其數據包的打包過程會耗費更多的電源，而且需要用戶學習和支持兩種協議。
　　其他數字總線協議的無線版本，例如基金會總線或PROFIBUS，不太可能這么快出現，因為需要對整個協議進行大量的重新設計。如果需要訪問其他總線設備，可以基于無線HART網絡之上進行通信訪問。正如之前所講到的，HCF、FF和PNO已經達成協議準備開發一個無線網關的通用接口規范。這種通用規范將采用網關協議轉換的方式而非隧道方式，網關的電氣和計算供電是足夠的。
　　支持
　　成立于1993年的HART通信基金會（HCF）是HART協議的技術擁有者和監管者，并為HART技術應用提供全球支持。HCF負責管理和控制HART標準，包括新技術開發和工業應用推廣。最終用戶可以放心地使用這一由基金會長期支持和維護的技術。