工厂高可靠i-WLAN解决方案

1、工业网络对无线的需求分析 

如图1所示，智能制造系统架构层级自下而上共五层，分别为设备层、控制层、车间层、企业层和协同层，高可靠i-WLAN解决方案适用于控制层和车间层。WLAN的优点无需赘述，特别适合工厂网络改造项目并大量节省布线成本，但无线通信的不稳定性也导致其目前在工厂中的应用非常受限。

WLAN技术在商用领域已经非常成熟，也有适合工厂用的工业级产品。通过各产品厂家测试发现，目前WLAN通信平均丢包率约为8%，通过重发机制可以降低到2%以下，但重发导致的数据帧延迟到达是设备层和控制层网络不能容忍的。无线AP设备端普遍采用双频（2.4G和5G）设计，无线Client端在双频之间还存在切换丢包问题。总体来说，现有无线局域网通信技术易受同频信号干扰、丢包率较高，不具备时间确定性和通信可靠性，在工业场景下的应用面临挑战。

2、WLAN over EOE技术

EOE（Ethernet over Ethernet）技术是在802.3标准体系下开发的新一代工业实时以太网通信技术，可以在通信的可靠性和时间敏感性方面弥补现有以太网通信的不足。

如图2所示，WLAN over EOE技术可以为工厂用户提供高可靠的i-WLAN解决方案：

（a）无线数据的多路径传输

EOE核心技术是数据的多路径传输，AP设备接入EOE网络，一份数据帧进入EOE网后会被复制成两份相同的数据帧，同时沿不同的路径向目标地址传输，目标节点只会保存最先到达且校验无误的帧，丢掉后面到达的帧。

（b）无线数据通信的时间敏感性

 EOE交换机采用双通道技术，将普通数据和实时数据分开传输，实时数据优先通过快速通道进行传输，可以保障数据传输的低延时和低抖动。双通道架构的设计不仅保障了普通数据要求的高带宽，而且能够为（设备层、控制层）对时间敏感的通信提供专属快速通道。

（c）无线AP-Client的双射频连接

无线AP基本都支持2.4G射频和5G射频，本方案无线AP和Client之间支持2.4G和5G双路射频同时连接，同一时刻保持两条热备射频链路，但数据只会选择其中一路射频传输。双射频连接的优势在于可以将数据的链路切换时间控制在毫秒级。

WLAN over EOE技术可以为无线通信提供数据的多路径传输，每条路径可以支持双射频连接，且快速通道可以保证实时数据的低延时传输，整体技术方案可以解决无线通信的不可靠问题，让高可靠的i-WLAN可以应用于控制层和车间层的通信。

3、控制层i-WLAN解决方案

传统工厂控制层采用PLC与I/O模块之间硬链接的闭环控制，硬链接的优点是通信可靠性高，缺点是需要布置大量线缆，不适合工厂升级改造项目。

如图3所示，在PLC与I/O之间建立高可靠的双路径无线传输系统，PLC发出的一份控制数据帧被EOE网复制成两份数据帧，通过两对AP-Client端传给EOE客户端，EOE客户端会保存转发最先到达的数据帧给I/O模块完成控制指令。四条热备射频链路和两份数据（双路径）传输可以为PLC与I/O之间的无线通信保驾护航。

4、车间层i-WLAN解决方案

MES即制造企业生产过程执行系统，是现代制造企业的核心应用，可以把ERP计划同车间作业现场控制联系起来。MES系统可以通过无线通信的方式完成对PLC的生产过程控制。

如图4所示，在MES系统与PLC之间建立高可靠的双路径无线传输系统。在双路径基础上可以升级为最多四路径的传输系统，为MES与PLC控制器通信提供超高可靠性的WLAN解决方案。