• 功耗 ：無(wú)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(guò)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(guò)有效的天線設(shè)計(jì)和布置來(lái)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(jiǎn)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(guò)了傳輸，第二天可以重新發(fā)送。工業(yè)無(wú)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(lái)，WirelessHART（已被國(guó)際電工委員會(huì)批準(zhǔn)成為 IEC 62591）一直作為過(guò)程儀表、執(zhí)行器和其他*現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的廣泛部署的無(wú)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(wú)線標(biāo)準(zhǔn)，旨在為過(guò)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(chǎng)儀表而設(shè)計(jì)的。本文圖片來(lái)源 ：艾默生

WirelessHART 使用 IEEE 802.15.4 無(wú)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(chǎng)設(shè)備配合使用，以支持現(xiàn)場(chǎng)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(guò)中繼器實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)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(zhǎng)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(cè)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(wú)需任何形式的外部接線。還可以通過(guò)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(guò)程儀表應(yīng)用開發(fā)無(wú)線協(xié)議并通過(guò)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(guò)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(guò)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(wú)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(wú)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(zhǎng)，使其只能監(jiān)視變化非常緩慢的過(guò)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(wú)線協(xié)議的共存，以改變工業(yè)的未來(lái)。