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作者： 百通赫思曼網絡系統國際貿易（上海）有限公司 張晗宜

隨著工業物聯網的高速發展，無線Wi-Fi技術的應用也越來越普遍，其相關概念近些年成為業屆關注熱點。雖然，蜂窩移動通訊5G技術也經常被提及，但傳統的Wi-Fi技術，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仍是一個互補的關系，并不能完全取代對方。筆者預測未來五年內，無線Wi-Fi還將會是工業自動化領域中主流的無線通訊方式。

目前無線Wi-Fi典型的應用場景有：倉儲物流、大 型機械無人化遠程控制、自動化工廠（尤其是汽車制 造業）的AGV、手持掃碼設備，以及變電站、石油化工廠、管廊等行業的無人巡檢系統等。部署全廠工業 Wi-Fi全覆蓋幾乎已經成為趨勢。

無線Wi-Fi技術應用痛點

那么，在部署和使用工業Wi-Fi的時候我們面臨的痛點都有哪些？

在當前的自動化行業里，普遍缺乏對無線Wi-Fi應用和技術有深入理解的工程師，即缺乏無線技術背景的人員和知識儲備。而一個完整的無線項目，從設計到實施再到后期運維，各個環節都會面臨很多的問題和挑戰。比如，無線Wi-Fi網絡的設計是否合理？應該選擇哪些信道？無線帶寬設計是否能滿足實際應用的需求？ 天線類型和安裝位置是否合理？應該如何優化漫游參數？現場是否有其他無線造成信號干擾？出現斷網故障時如何排查？等等。

工業無線項目實施建議

那么，我們應該如何做好一個工業現場的無線項目呢？

前期的“無線現場勘察 Wireless Site Survey”及無線架構設計是決定一個無線項目成敗的重中之重，其重要性、關鍵性甚至要排在無線產品選型之前。

其整個過程可分為如下步驟：

首先，現場無線網絡環境勘查，掃描現場無線 Wi-Fi在2.4GHz和5GHz頻率下，對應各信道的占用情況，找到哪些信道已被占用，是否有信號干擾等。 圖1和圖2是干擾嚴重的現場和無干擾的現場的無線環境對比。

圖1 干擾嚴重的現場

圖2 無干擾的現場

其次，分析實際應用對無線的帶寬、連接數、傳輸距離的技術需求，然后結合現場環境選擇信道和AP 點位并進行實地PoC測試，從而得出符合應用要求的無線設計。因為無線環境并不是一成不變的，新增產線或設備等情況都會造成物理空間環境的改變，從而影響和改變無線環境，由于這個變量的影響，還需要針對這些變化做相應的調整和優化，使得無線應用環境一直保持 一個良好的狀態。圖3和圖4對比了實施無線現場勘察優化前后信號覆蓋強度的對比。

圖3 優化前

圖4 優化后

因此，在選擇一款適合的無線產品時，用戶要避免陷入一個誤區：即過度強調或關注產品的“硬件參數”（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”技術實力和技術服務的能力。

很多無線用戶忽視了在項目招標技術要求中對直接可以反映無線現場使用效果的技術參數做出硬性要求，這些要求如表1（參數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參數

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和決定無線使用效 果的參數將最終影響現場無線應用的穩定性，下面列舉2個例子：很多用戶經常會關心一個AP最多可以連接 多少個客戶端，根據802.11無線Wi-Fi標準定義的最大 AID（Association Identifier）數值為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”就是反應該信道使 用繁忙程度的指標；第二個用戶關心的常見問題是帶 寬：事實上無線帶寬會由很多因素或參數決定，例如客 戶端離AP越近帶寬越高，越遠則帶寬會變低。信道綁 定、長短幀間間隔、無線調制編碼方式等都會影響帶寬，這里用戶普遍的誤區是糾結無線帶寬能達到多大， 而往往忽視了現場應用需要多少帶寬，即應用本身會觸 發多少流量以及用戶數量決定了帶寬需求，只有明確了帶寬需求，再結合上述提到的那些參數去進行無線設計及調整每個AP連接的客戶端數量才能滿足實際應用對 帶寬的需求。

此外關于漫游時間、延遲、丟包率的結果判斷也 一定要在盡可能“真實”的環境下測試，即測試環境和 測試條件要盡量接近生產環境。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生漫游行為。圖5是某國外大型汽車廠AGV在“靜態” 和“動態”情況下的對比測試結果：

圖5 “動態”和“靜態”測試結果對比

不難看出如果只是將AGV靜態擺放不動的情況下去測試無線并不能真實反應出無線性能，因此建議用 戶一定要盡量接近真實生產環境去做無線測試（圖5中“動態”測試丟包率為4%，無法滿足實際需求，需要進行優化）。

結語

綜上所述，無線網絡在工業通訊領域中的大規模應用已是大勢所趨，用戶需要通過定期的技術培訓來培養和儲備具備無線知識的相關人才，在選擇產品時除了關注產品硬件性能之外，更應該關注廠家的“軟性”技術服務能力，并且在項目前期做好勘察和無線架構設計，從而使其工業無線網絡持續穩定地為工業通訊傳輸提供服務。

摘自《自動化博覽》2021年5月刊