• 功耗 ：無線功能需要電源,，增加功能會(huì)增加整體功耗，從而縮短電池壽命,。

• 帶寬 ：發(fā)送少量數(shù)據(jù)（例如一個(gè)過程變 量）更易于設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn),；增加帶寬會(huì)增加功耗,。 

• 更新頻率 ：設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)的頻率是多少,？每天 1 次還是每分鐘 6 次,？發(fā)送頻率乘以帶寬即可獲得總功耗,。 

• 距離 ：增加傳輸距離需要更大的功率,，但是可以通過有效的天線設(shè)計(jì)和布置來優(yōu)化,。 

• 雙向性 ：如果僅傳輸數(shù)據(jù)，設(shè)備設(shè)計(jì)相對(duì)就比較簡單,，耗電也更少,，但可實(shí)現(xiàn)的功能也受到限制 ； 

• 可靠性 ：關(guān)鍵數(shù)據(jù)需要一種帶回執(zhí)驗(yàn)證的傳輸機(jī)制,?；蛘咚仨氃俅伟l(fā)送數(shù)據(jù)，直到成功為止,。 

• 安全性 ：只有預(yù)期的接收者才能理解數(shù)據(jù),。

水表報(bào)告設(shè)備發(fā)送的數(shù)據(jù)包非常小,，也許每個(gè)月只需發(fā)送一次，因此電池可以使用 10 年,。它不具有雙向功能,，如果接收系統(tǒng)錯(cuò)過了傳輸，第二天可以重新發(fā)送,。工業(yè)無線應(yīng)用則介于兩者之間,，需要找到一個(gè)合適的平衡點(diǎn)。 

十多年來,，WirelessHART（已被國際電工委員會(huì)批準(zhǔn)成為 IEC 62591）一直作為過程儀表,、執(zhí)行器和其他*現(xiàn)場設(shè)備的廣泛部署的無線協(xié)議服務(wù)于工業(yè)用戶（圖 1）。它優(yōu)化了針對(duì)特定和關(guān)鍵應(yīng)用的折衷方案,，是一種安全,、多供應(yīng)商、可互操作的無線標(biāo)準(zhǔn),，旨在為過程監(jiān)控和自動(dòng)化應(yīng)用提供高可靠,、低延遲的連接。

▎圖 1 ：WirelessHART *是為支持現(xiàn)場儀表而設(shè)計(jì)的,。本文圖片來源 ：艾默生

WirelessHART 使用 IEEE 802.15.4 無線電技術(shù),，該技術(shù)具有確定性的調(diào)度，再加上頻率,、時(shí)間和路徑的多樣性,，可以以極低的功耗實(shí)現(xiàn)可靠、確定的數(shù)據(jù)傳輸,。當(dāng)更新周期為 30 秒時(shí),，WirelessHART 儀表電池的預(yù)期壽命為 10 年，并且它還支持低延遲向下通信,，且不會(huì)犧牲電池壽命,，還可與大多數(shù)現(xiàn)有的手持式現(xiàn)場設(shè)備配合使用，以支持現(xiàn)場校準(zhǔn)和診斷,。 

它傳輸范圍相對(duì)較短，但是其自組織網(wǎng)狀技術(shù)可以將消息從一臺(tái)儀表傳遞到另一臺(tái)儀 表,，或通過中繼器實(shí)現(xiàn)長距離傳輸或避免網(wǎng)絡(luò)中斷,。該網(wǎng)絡(luò)的短距離和低帶寬可延長電池使用壽命,，即使更新頻率較高也是如此,。電池還可以為傳感器供電,，例如用于測量壓力或溫度的傳感器,，該傳感器同樣低功耗,。這樣就可以將壓力,、溫度和其它變送器安裝在同一裝置中,，無需任何形式的外部接線,。還可以通過添加適配器將任何啟用了 HART 協(xié)議的儀表,，轉(zhuǎn)換為 WirelessHART,。

為過程儀表應(yīng)用開發(fā)無線協(xié)議并通過所有認(rèn)證程序,，是一項(xiàng)耗時(shí)且費(fèi)錢的工作,。在進(jìn)入工業(yè)儀表領(lǐng)域之前,，開發(fā)人員通常會(huì)考察其它可能的應(yīng)用,。

一些較復(fù)雜的過程分析儀可能會(huì)產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)，并使用工業(yè)以太網(wǎng)或 WiFi 輸出,，但是由于能耗太高不適合使用電池供電,。許多儀表還尚未使用互聯(lián)網(wǎng)連接和 IP 地址,。從物聯(lián)網(wǎng)（IoT）涌現(xiàn)的技術(shù),，例如 LoRaWAN,，正被作為連接工業(yè)、建筑自動(dòng)化甚至住宅傳感器的方式在各種應(yīng)用中推廣,。

根據(jù) LoRa 聯(lián)盟對(duì)該協(xié)議的描述,，LoRaWAN 的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)是以星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)部署的,，其中網(wǎng)關(guān)在終端設(shè)備和中央網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器之間中繼消息。網(wǎng)關(guān)通過標(biāo)準(zhǔn) IP 連接到網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器,，并充當(dāng)透明網(wǎng)橋,，只是將 RF 數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)換為 IP 數(shù)據(jù)包，反之亦然,。無線通信充分利用 LoRa 物理層的遠(yuǎn)程特性,，在終端設(shè)備和一個(gè)或多個(gè)網(wǎng)關(guān)之間進(jìn)行單點(diǎn)鏈接。所有模式都可以實(shí)現(xiàn)雙向通信,，并且支持多信道尋址,，以在執(zhí)行諸如固件無線升級(jí)或其它批量發(fā)布消息之類的任務(wù)時(shí)，提供支持以便有效利用頻譜,。

一些工業(yè)級(jí)的 LoRaWAN 設(shè)備已經(jīng)上市,， 宣稱其產(chǎn)品的傳輸范圍為 1 英里,。但是,，這種覆蓋范圍是以犧牲電池壽命為代價(jià)的,，即使信息更新時(shí)間間隔為 1 小時(shí),，承諾的壽命也只有4 年,。更新間隔較長,，使其只能監(jiān)視變化非常緩慢的過程變量,。

現(xiàn)在,，5G 正在走向工業(yè)領(lǐng)域,。大多數(shù)討論都集中在針對(duì)智能手機(jī)和平板電腦的增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶（eMBB）應(yīng)用上,，與針對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)媒體和超高清視頻的 4G 相比有了重大改進(jìn),。eMBB 支持高達(dá) 20 Gbps 的數(shù)據(jù)速率，其流量是 4G 系統(tǒng)的 10,000 倍,。而 5G 的另外兩個(gè)領(lǐng)域引起了工業(yè)用戶的關(guān)注 ：

許多設(shè)備供應(yīng)商和終端用戶公司都期待著 WirelessHART 等工業(yè)協(xié)議與 5G 以及可能的其他無線協(xié)議的共存，以改變工業(yè)的未來,。