Introduction au protocole WirelessHART
Norme WirelessHART
La spécification de communication WirelessHART a été officiellement reconnue par la Commission électrotechnique internationale (CEI) en septembre 2008 et est devenue la norme internationale CEI pour les communications sans fil industrielles (CEI 62591). Elle répond aux exigences de l'industrie de transformation en matière de fiabilité, d'immunité aux interférences et de sécurité, ainsi que de flexibilité du réseau et de compatibilité pour les applications en usine en temps réel.
Les réseaux WirelessHART prennent en charge une grande variété d'appareils provenant de nombreux fabricants, et les produits doivent être classés en 5 types de produits différents :
Figure 1 Types de périphériques réseau WirelessHART
• Équipement de terrain : équipement de base qui réalise des fonctions de détection ou d'exécution sur site ;
• Adaptateur : Se connecte aux appareils de terrain HART existants pour activer les capacités de communication sans fil ;
• Passerelle : permet la communication entre les applications hôtes et les périphériques membres du réseau sans fil ;
• Gestionnaire de réseau : Responsable de la configuration du réseau, de l'organisation de la communication entre les périphériques réseau, de la gestion des tables de routage, et de la surveillance et du signalement de l'état du réseau sans fil ;
• Appareils portables : utilisés pour configurer, entretenir ou contrôler les équipements de l’usine.
couche de protocole
La pile de protocoles WirelessHART suit l'architecture du modèle de protocole OSI à 7 couches, comprenant la couche physique, la couche liaison, la couche réseau, la couche transport et la couche application.
Figure 2 Comparaison entre le modèle de protocole OSI à 7 couches et la structure du protocole WirelessHART
Couche physique
La couche physique WirelessHART est basée sur la norme IEEE 802.15.4-2006 DSSS 2,4 GHz. Elle définit les caractéristiques radiofréquences telles que le diagramme de rayonnement, la puissance du signal et la sensibilité du dispositif. WirelessHART fonctionne dans la bande de fréquences ISM libre de 2 400 à 2 483,5 MHz et son débit de transmission de données peut atteindre 250 kbit/s. Cette bande de fréquences est divisée en 16 canaux, numérotés de 11 à 26. L'écart de fréquence entre deux canaux adjacents est de 5 MHz.
couche liaison de données
L'une des caractéristiques distinctives de la norme WirelessHART est sa couche liaison de données basée sur la synchronisation temporelle. La durée de communication de cette couche est strictement définie à 10 ms, et la technologie TDMA est utilisée pour éviter les collisions et garantir une communication déterministe.
couche réseau et couche transport
Les couches réseau et transport fonctionnent de concert pour assurer une communication sécurisée et fiable entre les périphériques réseau. Afin de prendre en charge l'architecture de réseau maillé, chaque périphérique WirelessHART doit transmettre des données aux autres périphériques.
Couche application
La couche application est la couche supérieure de la norme WirelessHART. Elle définit les commandes, les réponses, les types de données et les rapports d'état des périphériques. Dans cette norme, la communication entre les périphériques et les passerelles repose sur des commandes et des réponses. La couche application est chargée d'analyser le contenu du message, d'en extraire le numéro de commande, d'exécuter la commande spécifiée et de générer une réponse.
Architecture de sécurité
Le réseau WirelessHART est un système réseau sécurisé. Les couches MAC et réseau de WirelessHART assurent toutes deux des services de sécurité. La couche MAC utilise une combinaison de contrôle de redondance cyclique (CRC) et de code d'intégrité de message (MIC) pour garantir l'intégrité des données de bout en bout. L'émetteur et le récepteur utilisent le mode CCM et l'algorithme de chiffrement par blocs AES-128 pour générer et vérifier le MIC. La couche réseau emploie différentes clés pour assurer le chiffrement de bout en bout et l'intégrité des données. Le système de sécurité WirelessHART définit quatre clés :
• En l'absence de clé réseau, la clé publique est utilisée pour générer le MIC de la couche MAC.
• La clé réseau est partagée par tous les périphériques réseau et utilisée par ces derniers pour générer des MIC au niveau de la couche MAC.
• Chaque périphérique réseau possède une clé d'accès réseau unique. Lors de la connexion d'un périphérique au réseau, cette clé est utilisée par l'administrateur réseau pour authentifier le nouveau périphérique demandant l'accès au réseau.
• Les clés de session sont créées par l'administrateur réseau. Chaque clé de session est unique pour la connexion de bout en bout entre deux périphériques réseau et sert à assurer le chiffrement de bout en bout et l'intégrité des données. Les clés de session se divisent en clés unicast et clés broadcast.
Produits de la série WirelessHART
Les produits sans fil intelligents de Microcyber utilisent la technologie sans fil WirelessHART, axée sur l'automatisation des processus. Dotés de caractéristiques telles que l'auto-organisation du réseau, l'auto-réparation, une faible consommation d'énergie et le chiffrement des données, ils garantissent un fonctionnement fiable ainsi qu'une installation rapide et flexible. Grâce à nos modules, passerelles, adaptateurs et transmetteurs de température sans fil, entre autres produits, nous réalisons rapidement la collecte de données, la surveillance des processus, l'exploitation, la maintenance et le diagnostic des équipements sur des sites industriels complexes. Les produits sans fil intelligents de Microcyber sont devenus la solution de communication sans fil industrielle de référence pour les clients finaux en Chine. Des entreprises de renommée internationale ont également rejoint notre réseau et nos produits sont largement utilisés dans les secteurs de la pétrochimie, de l'énergie électrique, de la métallurgie, de la construction mécanique et autres.
Point d'accès Internet industriel
Microcyber se consacre à la recherche et au développement, à la production, à la vente et à l'application intégrée de produits IoT industriels.
Microcyber est la première pile de protocoles de bus de terrain en Chine et la troisième au monde à obtenir une certification internationale, le premier instrument de bus de terrain en Chine à obtenir une certification internationale, la première application de démonstration de système de contrôle en réseau en Chine, la première fonction en Chine à obtenir une certification internationale, le premier produit HART sans fil en Chine à obtenir une certification internationale, etc.
Microcyber est l'un des principaux acteurs de grands projets nationaux de recherche et développement dans les domaines de l'Internet industriel des objets et de l'automatisation industrielle. Au fil des ans, nous avons mené à bien de nombreux projets nationaux majeurs, notamment le Plan national de recherche et développement de haute technologie (Plan 863), ainsi que le développement d'équipements de fabrication intelligents. Nous avons également réalisé des projets spéciaux et participé à d'autres plans nationaux de recherche et développement.
Microcyber a accumulé une riche expérience en matière de capacités techniques, de réalisations techniques et de réserves techniques, et dispose d'une solide équipe de R&D pour assurer le développement durable des produits de l'entreprise.
