ISA100.11a标准是工业无线传感器网络领域的一个关键规范,它由国际自动化学会ISA下属的ISA100工业无线委员会制定,旨在为工业环境下的无线系统提供标准化的规程和技术。该标准涵盖了工业无线网络架构、共存性、健壮性以及与有线现场网络的互操作性等多个方面。ISA100.11a标准旨在以较低的复杂度、合理成本和低功耗提供适当的通信数据速率,以支持工业现场应用。
ISA100.11a标准的目标是将传感器以无线方式集成到各种应用中,其网络层的主要工作采用IPv6协议的骨干网以及骨干网与DL子网间的转换。网络层负责网络层帧头的装载和解析、数据报文的分片和重组、IPv6帧头的HC1压缩方案以及6LoWPAN的路由技术等。
ISA100.11a标准在全球范围内应用,遵循欧洲、日本、加拿大和美国相关规范,但在一些特定地区可能存在政策和法规限制,通过针对性配置设备,可避免这些限制。该标准遵循ANSI标准化流程,立足于用户需求,提供多功能支持,适用于多种工业应用。
在2009年4月24日,ISA100.11a标准以高票通过ISA100委员会阶段投票,并提交国际电工委员会IEC/SC65,期望成为IEC国际标准。通过该标准的设备越来越多地应用于工程实际,形成了设备产业集群。2007年市场调研显示,ISA100技术将受到高度关注和影响,成为工业无线技术的重要组成部分。
ISA100.11a标准的特点包括面向多种工业应用、在工厂内或附近使用、全球部署、支持从非关键应用到关键应用的多个等级、不同厂家设备的互操作性、支持共存和增加可靠性的方式、提供简单应用层和隧道协议、针对工业威胁提供安全方法、以及支持网状和星型结构的现场设备能力。
ISA100.11a标准协议体系结构遵循ISO/OSI七层结构,只使用了物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层等五层,与以太网相同。每一层定义了数据服务实体和管理服务实体,通过两种服务访问点提供数据传输和管理服务。应用层包括应用子层、用户应用进程和设备管理器进程,提供读、写、发布、执行、隧道、报警、报警接收等七种服务。
传输层提供端到端通信服务,支持IPv6,并管理传输层帧头、安全和管理信息库。数据链路层包括IEEE 802.15.4的MAC子层、ISA100.11a的MAC扩展层和数据链路层上层,负责时间同步、跳信道、通信调度、点对点重传、TDMA和CSMA信道访问机制等。物理层主要功能包括激活和休眠射频收发器、发射功率控制、信道能量检测、链路质量指示、空闲信道评估等。
网络拓扑方面,ISA100.11a支持星型和网状拓扑,星型拓扑结构实现简单、实时性高,适用于单跳范围。网状结构拓扑灵活,便于配置和扩展,具有良好的稳定性。骨干网作为高速网络,可以减少数据时延,所有现场设备通过骨干路由器接入骨干网,形成ISA100.11a DL子网。设备类型方面,定义了上位机控制系统、网关、骨干路由器、现场设备(包括终端节点和现场路由器)以及手持设备等角色。
目前,ISA100.11a标准在工业无线市场得到广泛认可,横河电机和霍尼韦尔等大公司已开发出中等规模的系统解决方案,最多可接入500个终端设备节点。
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