高可靠工业无线局域网解决方案

1、工业WLAN需求分析

      根据权威机构HMS发布的2018年工业网络市场份额预测报告，无线通信正重新定义工业网络场景，无线通信目前占工业网络总市场份额的6%，年增长率为32%，其中WLAN通信技术份额为4%。 无线技术越来越多地被机器制造商用来实现创新自动化架构以及新的连接和控制解决方案。

      未来企业智能工厂的建设，离不开多种通信方式接入下的智能网络，而WLAN技术在802.11标准下已经发展的非常成熟，能够为工厂随时随地提供网络服务，且大大减少布线成本。但WLAN技术用于工业场景，还存在一些难以克服的问题，比如通信质量会受到干扰导致通信丢包率较高。对于那些对无线可用性有较高要求的场合，比如地铁、AGV、天车、立体仓库等有移动设备需要通信的场合，需要高可靠的i-WLAN解决方案。

2、工业无线通信发展现状

      无线局域网产品生产厂商在了解工业用户对WLAN建设的需求后，在传统商用WLAN产品基础上采用以下几种方法改造和优化产品，以适应工业级使用要求：

（1）采用高等级金属材质，增强防雷设计，提高防水防尘等级

（2）增大无线AP的发射功率（微型基站），扩大信号覆盖范围

（3）根据实际工厂环境，优化无线AP的部署位置，减小信号盲区

（4）采用外接天线，通过调整天线角度增强某一方向上的信号强度

       工业级WLAN产品不能解决设备在移动过程中的无线接入点切换问题，且无线通讯链路易受到同频信号和其它电磁信号的干扰。

图1  eLTE工业无线专网方案

      如图1所示，H公司eLTE解决方案通过部署分布式AirNode(小型基站)，实现园区大范围网络无缝覆盖。基于4.5G LTE技术，eLTE能在5.8GHz开放频段上提供可靠的LTE无线连接，实现了传统Wi-Fi的易部署能力与LTE高性能的完美结合。

       eLTE工业无线专网建设和运营维护成本高昂，不适合工厂和小规模无线应用需求的用户部署。AirNode覆盖下无盲区，移动设备可实现无缝切换，但切换动作仍然存在（切换=数据丢失）。基站建设也会带来征地和辐射等一系列问题。

图2  S公司高可用性i-WLAN网络架构

       如图2所示，S公司开发了iPRP工业并行冗余协议。RNA交换机可以将收到的帧复制成两份，复制的PRP帧通过两个网络（LAN A 和 LAN B）发送至接入点。接入点接收 PRP 帧，通过两个不同的无线链路以不同的信道发送至接收方。客户端1和客户端2同时连接至不同的接入点，这两个客户端也通过支持VLAN的交换机互连，并与RNA相连。RNA 会转发到达的第一个帧，并丢弃第二个 PRP 帧。同时冗余伙伴（AP间或客户端间）彼此进行通信，以防止两个冗余 PRP 帧到达RNA的时间相差过大。

       方案所有设备都必须为S公司产品，市场价格较高。通过多建立一条热备链路，数据实现双链路冗余，设备小范围移动丢包率大幅降低，设备大范围移动场景下不适用。交换机配置工作复杂，Client端物理形态小型化面临挑战。

3、恩易通EOE多路径传输技术

       EOE（Ethernet over Ethernet）技术是在802.3标准体系下开发的新一代工业以太网通信技术，其核心技术之一是数据帧在网络中进行多路径传输。通过搭建复合（蜘蛛网）型拓扑网络，在源地址和目标地址之间建立多条传输路径，一份帧复制成多份帧同时沿不同的路径向目标地址传输，目标节点只会保存（或转发）优先到达的帧，丢掉后面到达的所有帧。

4、恩易通i-WLAN解决方案

       EOE交换技术在以太网基础上支持多路径传输，为标准无线产品提供无切换、多路径冗余的网络平台。网络平台支持WiFi、LoRa、5G、ZigBee和蓝牙等，如图3所示，以WiFi为例整体网络架构分为两层。

       在分布式AP接入点之上部署EOE网络，EOE网络的拓扑方式和EOE交换机数量可以根据用户对网络冗余性的要求、接入点AP数量进行灵活的设计。EOE交换机可以兼容标准以太网设备，将源数据帧一份变成两份相同的帧在EOE网络中同时沿不同的两条路径传给两个AP接入点。

图3  恩易通高可靠i-WLAN网络架构

       在两个Client端和移动设备之间部署一个EOE多路径接入模块，接入模块兼容标准以太网设备，将从两个Client端收到的两份相同的帧变成一份（丢弃一份）后再传给移动端应用设备。

       当应用设备在移动过程中，2.4G-Client连接2.4G-AP接入点，5G-Client连接5G-AP接入点。当2.4G-Client需要进行切换连接到下一个2.4G-AP接入点时，5G-Client和5G-AP没有切换动作，仍在保持通信。反之当5G-Client需要进行切换连接到下一个5G-AP接入点时，2.4G-Client和2.4G-AP没有切换动作，仍在保持通信。

（1）对于移动端设备，感知不到网络切换（切换不丢数）

（2）2.4G和5G互为热备链路，能够更好抗同频信号干扰

（3）标准移动设备（手机、电脑、PAD等）兼容接入

（4）方案兼容第三方标准的AP和CLient设备