图1  WirelessHART仪器设备能够在世界各地畅通无阻地使用和运行

无线通讯技术协议WirelessHART在工业领域中不断得到推广应用，因为其为企业提供了经济的、舒适且非常坚固耐用、功能范围更大的优势；是一种能在各种设备环境中简单使用的通讯技术。在这一技术协议的基础之上是WirelessHART无线通讯功能。

WirelessHART技术在机床设备制造中开启了新的应用领域：长期以来，在机床设备制造中因技术或费用的原因很难实现的应用和系统，都可以利用WirelessHART无线通讯技术来实现。同时，它也使得采用了传统HART技术的现场总线系统中的仪器设备，能够利用Wireless无线网络实现无线通讯。WirelessHART的仪器设备使用的是与传统HART技术仪器设备相同的4～20mA电流，可以用相同的控制软件进行工作。

WirelessHART使用的是共享的2.4GHz工业、科技和医疗行业使用的频段，从而使得WirelessHART仪器设备能够在世界各地畅通无阻地使用和运行（图1）。它所使用的无线通讯设备符合IEEE 802.15.4标准要求，保障了工作时的可靠性，坚固耐用且节约能源。在最大输出功率为10mW时，一般的WirelessHART无线通讯设备的传输距离在室外可达100m，室内可达30m。由于所有的仪器设备都可以作为路由器使用，因而明显提高了无线通讯网络的覆盖面。

图2  WirelessHART网络工作的可靠性很高，因为它在信息源与目标设备之间不止有一条通讯通道

可靠通讯的DSSS和FHSS

为了保障可靠的无线数据传输，WirelessHART中使用的是DSSS和FHSS两种方法。整个2.4GHz频段的带宽被分为16个频道，每个频道的带宽为5MHz。DSSS（直接序列扩频）提供了在整个带宽范围内利用所有通道的信号传输模式，因此改善了窄带宽信号干扰的能力。在FHSS（调频扩谱技术）中，无线通讯使用的频道是不断变化的。由于其他无线通讯系统，例如Wi-Fi或者蓝牙系统也是在2.4GHz带宽范围内工作的，因此在使用FHSS方式时应避免频道的冲突，利用同轴电缆与系统连接。

而TDMA（时分多址接入技术）中定义了利用网络系统传输信号的时间窗口。此时，传输数据的时间被分解为10ms的时隙单位，一组信息构成了一个超帧。这样，就构成了周期性循环的超帧框。两个WirelessHART仪器设备之间就可以在特定的超帧内相互通讯了。在一个时隙内，两个仪器设备按一个频率通道相互通讯，从而有效避免了各个仪器设备间信号的冲突。当一对仪器设备相互联系时，所有其他的仪器设备都处于停止工作的状态，从而节约了大量的能源。由于这一系统没有现场总线仪器设备与网关之间的直接通讯和联系，因此现场总线仪器设备到网关之间的支路都可以省略了。在这里，时隙作为网关是智能化地分配给每一个现场总线仪器的。

提高信号传输的可靠性

网状路由是基于网状拓扑理论上的网络信息传输技术，其含义是：网络中的任何一个仪器设备都可以与其他在通讯距离以内的仪器设备相互通讯。毫无疑问这是非常重要的：利用一个个仪器设备扩展了网络的通讯范围，因为每一个仪器设备都可以作为路由器发挥作用，能够把传递的信息从信息源传输到目标仪器设备中。在一个网状路由网络中，其仪器设备无需与网关设备有直接的联系。每一个WirelessHART仪器设备都具有向路由器传输接收到信息的能力，这也就保障了所传递的信息能够可靠地到达指定的网关。

图3  WirelessHART在各个层次中有多种安全保护机制：加密技术，数据集成保护技术，现场总线仪器设备的真伪鉴别技术和可靠的拒绝服务攻击的能力

另外，它也提高了网络工作的可靠性。网状路由网络提供了很好的冗余备份性能，实现了把一个个现场总线仪器设备都直接与网关连接起来所无法达到的工作可靠性。它能够自动与通讯环境、仪器设备工作环境进行适配，保障可靠地将信息数据传递到网关。其工作原理为：所传递的信息数据包从一个仪器设备传递到另一个仪器设备，直至到达最后的目的地。

WirelessHART网络具有自我修复的能力：当网络中的一个节点发生故障时，或者出现通讯干扰时，整个网络仍然能够正常工作。一般情况下，这就使得通讯网络有着很高的可靠性，因为从信号发生源到信号接收目标之间不止有一条通讯通道（图2）。

WirelessHART提供了非常适合于在恶劣工业化环境中使用的简单、可靠和安全的无线通讯技术。

WirelessHART在各个层次中有多种安全保护机制：加密技术，数据集成保护技术，现场总线仪器设备的真伪鉴别技术和可靠的拒绝服务攻击的能力（图3）。作为工业化应用的第一个Wireless无线通讯技术标准，WirelessHART已成功地通过了国际应用组织NAMUR的测试，获得了工业化监控领域中的应用许可。

HART指令

在HART 7技术规范中对WirelessHART的定义做出了规定，并构成HART主-从服务器协议的一个部分。在这一协议中，规定HART应用中的指令、应答和数据类型以及相应的状态报告。在一个WirelessHART数据包中，至少有主-从设备之间的一个询问、一个应答。

作为WirelessHART技术重要的组成部分，WirelessHART仪器设备支持与传统的HART技术协议相同的指令结构和仪器设备描述方式。也就是说：在WirelessHART无线网络中使用的仪器设备也可以像当前已经在机床设备制造领域中广泛使用的HART协议的设备、软件和辅助管理系统一样，利用现有的软件工具进行配置和维护。