Độ tin cậy và tính ổn định của mạng Lan không dây dùng trong các hệ thống tự động hóa (P.1)

Tuy nhiên yêu cầu khác xa đối với mạng LAN trong công nghiệp so với môi trường văn phòng. Thay vì yêu cầu một mạng có băng thông rộng như môi trường văn phòng – để truy cập Internet nhanh hoặc truyền tải dữ liệu – thì ưu tiên hàng đầu của mạng LAN trong công nghiệp là độ tin cậy và tính ổn định của dữ liệu truyền. Các giao thức Ethernet và các ứng dụng công nghiệp hiện tại rất nhạy với nhiễu, một hệ thống đang được điều khiển không dây sẽ có thể bị ngắt quãng vì nhiễu sóng vô tuyến và như vậy sẽ không đảm bảo hoạt động tin cậy của hệ thống nữa.



Tiếp theo sau sự thành công trong các ứng dụng văn phòng, mạng Lan không dây – WLAN (Wireless Local Area Network) đang ngày càng được sử dụng phổ biến trong các lĩnh vực ứng dụng công nghiệp nhờ sự cải thiện đáng kể độ tin cậy và tính ổn định của nó thông qua các giao thức mới hoặc mở rộng như WLAN – Meshing. Các ứng dụng bao gồm cả hệ thống giao thông không người lái được kết nối với mạng dữ liệu mà không cần hệ thống dây dẫn phức tạp cũng sử dụng công nghệ truyền tải này. Một nhà máy sản xuất cũng có thể trở nên nhanh hơn, linh hoạt hơn và có chi phí sản xuất thấp hơn khi sử dụng mạng WLAN. Ngay cả một số các cơ cấu chấp hành và thiết bị đo cũng đã được trang bị các cổng kết nối chuẩn Ethernet hoặc TCP/ IP.

Tuy nhiên yêu cầu khác xa đối với mạng LAN trong công nghiệp so với môi trường văn phòng. Thay vì yêu cầu một mạng có băng thông rộng như môi trường văn phòng – để truy cập Internet nhanh hoặc truyền tải dữ liệu – thì ưu tiên hàng đầu của mạng LAN trong công nghiệp là độ tin cậy và tính ổn định của dữ liệu truyền. Các giao thức Ethernet và các ứng dụng công nghiệp hiện tại rất nhạy với nhiễu, một hệ thống đang được điều khiển không dây sẽ có thể bị ngắt quãng vì nhiễu sóng vô tuyến và như vậy sẽ không đảm bảo hoạt động tin cậy của hệ thống nữa.

Môi trường công nghiệp thừa chứa đựng những điều kiện truyền dẫn không thuận lợi cho sóng điện từ. Bởi vì các bộ phận kim loại có thể gây nhiễu hoặc ngăn cản đường truyền có ở khắp mọi nơi trong nhà máy. Một cách cụ thể hơn những bộ phận kim loại này sẽ phản xạ các sóng truyền dẫn làm suy hao hoặc phá hủy tín hiệu truyền. Thông thường để sử dụng mạng WLAN, người ta phải lắp đặt các thùng chứa chất lỏng, các điều kiện của sóng vô tuyến sẽ khó có thể thay đổi vượt mưc cho phép, làm cho diện phủ sóng mạng WLAN bị hạn chế và các bộ thu sóng vô tuyến sẽ khó tiếp nhận được tín hiệu truyền. Trong một số trường hợp còn có thể xẩy ra những vấn đề trầm trọng hơn khi có một nguồn nhiễu bất ngờ di chuyển vào trong đường truyền và làm gián đoạn đường truyền.


Mạng WLAN có dự phòng

Nhờ công cụ ăng ten mới, hiệu quả trong việc hạn chế sự phản xạ và nhiễu sóng của mạng LAN không dây nên mạng WLAN có thể được lắp đặt có dự phòng để nâng cao độ ổn định và tính sẵn sàng. Rất nhiều điểm truy cập trong công nghiệp hiện nay có hai giao diện sóng vô tuyến độc lập có thể; làm việc ở dải 2.4 hoặc 5 GHz. Việc thiết lập một mạng có diện phủ sóng tốt trên toàn khu vực có thể giảm thiểu được các sự cố xảy ra trong tương lai. Bên cạnh đó, trong các mạng WLAN, người quản trị mạng sẽ được cung cấp một phần mềm quản lí và giám sát đặc biệt để dò và loại bỏ các sự cố một cách sớm nhất. Đó cũng là những nguyên nhân tại sao ngày nay mạng WLAN ngày càng được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp. Bên cạnh đó thì công nghệ mạng LAN không dây đang ngày càng được cải thiện một cách nhanh chóng.

Làm cách nào để cải thiện độ ổn định của mạng WLAN luôn là một ván đề quan tâm hàng đầu trong các nghiên cứu về mạng WLAN. Bởi vỉ các kiến trúc mạng hình sao và mạch vòng nguyên thủy không bao giờ có khả năng chống nhiễu một cách triệt để. Việc phải tạo ra các mạng WLAN linh hoạt hơn và ổn định hơn xuất phát từ nhu cầu trong lĩnh vực quân sự: giữa thập kỷ 90 của thế kỷ trước công nghệ mạng hình mắt lưới đã được sử dụng để truyền tín thông trong các trận đánh DARPA (Defense Advandced Research Projects Agency, US Department of Defense) giới thiệu. Mục tiêu của mạng loại này là cung cấp nhiều điểm kết nối cho cùng một người dùng trong mạng. Các điểm kết nối trong mạng kiểu mắt lưới có khả năng giao tiếp đồng thời đến nhiều người dùng khác nhau để truyền dữ liệu. Hiệu suất của mạng tăng lên theo số lượng người dùng. Tại cùng một thời điểm việc có nhiều đường kết nối giữa hai điểm cho phép tang dung lượng băng thông trên mạng. Nếu đặc điểm đó được đưa vao trong mạng WLAN, ta có thể thêm các điểm kết nối mới vào trong mạng một cách linh hoạt và nhanh chóng. Và khi đó có thể dễ dàng bỏ qua các điểm kết nối có sự cố một cách nhanh chóng. Và khi đó có thể dễ dàng bỏ qua các điểm kết nối có sự cố một cách nhanh chóng bởi vì từng thiết bị riêng rẽ sẽ không cần phải nối dây đến mạng nữa.

Mạng có cấu trúc mắt lưới là mạng truy cập ngẫu nhiên tốt nhất cho nhiều người dùng trên mạng WLAN, cho phép ta cài đặt và quản lí mà không cần nối thêm dây, tất cả người dùng có thể di động, hỗ trợ cho cả thiết bị trong và ngoài nhà. Một bộ định tuyến rộng sẽ nhận dạng tất cả các sự cố trên đường truyền vfa chuyển các thiết bị sang điểm kết nối khác. Chức năng được gọi là “tự kết nối trở lại” này kết hợp với giao thức để tìm kiếm “đường tốt nhất” đặt ra những yêu cầu rất cao cho cả phần cứng và phần mềm của thiết bị với mức độ phụ thuộc vào lĩnh vực ứng dụngcuar mạng không dây.

Yêu cầu đối với mạng có cấu trúc dạng mắt lưới

Công nghệ mạng mắt lưới là một phần của mạng cảm biến không dây cung cấp câu trả lời cho những yêu cầu này. Tuy nhiên không có một đường truyền dữ liệu cố định, có dung lượng lớn nào được xác định trên mạng này cả. Công nghệ mắt lưới được sử dụng chủ yếu để tăng độ tin cậy của dữ liệu truyền từ các thiết bị đo phải làm việc nhiều năm trong điều kiện môi trường khắc nghiệt. Tiêu hao năng lượng thường là rất thấp do vậy thời gian sống và khả năng thời gian thực không còn là vấ đề đáng quan ngại. Các tiêu chí đó đều có thể đạt được khi dữ liệu đo được truyền đến các bộ thu trong khoảng thời gian xác định trước.

Mặt khác, mạng WLAN với chức năng là “mạng Ethernet trên không” có nhiệm vụ đảm bảo một đường truyền dữ liệu có dung lượng lớn, ổn định và không có nhiễu. Thời gian chuyển đổi tính toán lại cho một kết nối không thể được dài hơn để đảm bảo khả năng chuyển đổi mạng một cách nhanh chóng (Fast Roaming). Những ứng dụng như truyền giọng nói chỉ cho phép thời gian ngắt quãng tối đa là 50ms.

Một vấn đề quan trọng đối với việc sử dụng mạng WLAN là yêu cầu bảo mật thường rất cao, mọi kết nối đều cần phải được mã hóa. Công việc này được thực hiện tuân theo tiêu chuẩn IEEE 802.11. Mặc dù phương pháp này cung cấp an ninh dựa trên mức độ của VPN, vẫn phải có một sự trao đổi mấu chốt giữa từng kết nối mới.

(Còn tiếp)

->Read More...