工業(yè)應(yīng)用中2.4GHz和5GHz無(wú)線局域網(wǎng)之間有何差異

工業(yè)應(yīng)用中2.4GHz和5GHz無(wú)線局域網(wǎng)之間有何差異？隨著無(wú)線技術(shù)在加工和制造行業(yè)應(yīng)用的不斷增加，工作在全球免費(fèi)的2.4GHzISM頻帶內(nèi)的IEEE802.11b/g/n產(chǎn)品安裝數(shù)量也不斷攀升。除無(wú)線局域網(wǎng)IEEE802.11b/g/n技術(shù)外，其它象藍(lán)牙、IEEE802.15.4/ZigBee/無(wú)線HART以及很多專利技術(shù)均工作在2.4GHz頻帶內(nèi)。如此多的技術(shù)擠在同一頻帶內(nèi)，干擾問(wèn)題就可能發(fā)生。為確保工業(yè)無(wú)線解決方案的穩(wěn)健性，基本有兩種解決方案：在工業(yè)2.4GHz設(shè)置中進(jìn)行詳細(xì)而廣泛的頻率規(guī)劃并使用專用的天線解決方案（如漏泄電纜），或者使用2.4GHz頻帶作辦公和IT通信之用，然后使用5GHz頻帶作制造和M2M通信之用。頻道的差異以及2.4和5GHz頻帶的使用無(wú)線局域網(wǎng)IEEE802.11b/g無(wú)線電使用2.4GHz頻帶(2.412–2.472GHz)，而IEEE802.11a無(wú)線電使用5GHz頻帶(5.180–5.825GHz)。IEEE802.11n無(wú)線電同時(shí)工作在這兩個(gè)頻帶內(nèi)。具體具有以下全球?qū)崿F(xiàn)屬性：·2.4GHzISM頻帶具有13個(gè)重疊頻道，均勻分布在頻率范圍內(nèi)，外加一個(gè)在日本使用的第十四頻道，中心頻率為2.484GHz。如此在2.4GHz頻帶內(nèi)，只有三個(gè)非重疊頻道。為了避免無(wú)線局域網(wǎng)連接設(shè)備之間發(fā)生干擾，這些頻道必須使用得十分高效。安裝時(shí)需要仔細(xì)進(jìn)行頻率規(guī)劃，或者使用如漏泄電纜這樣的昂貴裝置。換言之，建安成本很容易超過(guò)所安裝的實(shí)際無(wú)線設(shè)備的成本?！?GHzISM頻帶則被分割為稱為U-NII頻帶（非許可國(guó)家信息基礎(chǔ)設(shè)施）的子頻帶，通常稱作U-NII-1、U-NII-2、U-NII-2e和U-NII-3，其中U-NII-3在全球范圍內(nèi)不是免費(fèi)提供的。該頻帶共提供了23個(gè)非重疊頻道，其中四個(gè)根據(jù)所在地區(qū)的不同而可能會(huì)有所限制*。如今最常用的5GHz頻帶無(wú)線局域網(wǎng)使用U-NII-1頻帶(5.18-5.24GHz)，頻道36-48。但是，也有一些供應(yīng)商將范圍進(jìn)行了擴(kuò)充，從而包括U-NII-2/2e頻帶(5.26-5.70GHz)，頻道52-140。表1：5GHz頻率帶的U-NII頻帶表（引用自）。2.4GHz和5GHz標(biāo)準(zhǔn)的利與弊無(wú)線局域網(wǎng)IEEE802.11b/g/n技術(shù)成熟，設(shè)備安裝基數(shù)龐大，采用該技術(shù)的產(chǎn)品種類廣泛。除了使用廣泛外，2.4GHz頻帶具有在全球廣泛應(yīng)用的ISM頻帶內(nèi)工作的優(yōu)勢(shì)。而且，相比使用更高頻率5GHz頻帶的無(wú)線電來(lái)說(shuō)，使用相同的輸出功率時(shí)2.4GHz能夠?qū)崿F(xiàn)的范圍要更好。如此表所示，整個(gè)5GHzISM頻帶在全球范圍內(nèi)均不可用。此外，元器件和產(chǎn)品的可獲得性相對(duì)2.4GHz頻帶來(lái)說(shuō)仍受到某種程度的限制。5GHz頻帶的最大的優(yōu)勢(shì)就是23*個(gè)非重疊頻道，比2.4GHz頻帶多了20*個(gè)。既然沒(méi)有其它無(wú)線技術(shù)能“爭(zhēng)取”到無(wú)線頻率空間，那么這23*個(gè)可用的非重疊頻道就為簡(jiǎn)化無(wú)干擾頻率規(guī)劃和穩(wěn)定無(wú)線通信提供了可能。5GHz頻帶的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是通過(guò)更多的可用頻道數(shù)增加密度，這意味著同一無(wú)線電環(huán)境中可以接入更多的無(wú)線設(shè)備。5GHz頻帶雷達(dá)檢測(cè)–動(dòng)態(tài)頻率選擇(DFS)使用U-NII-2/2e頻帶（頻道52-140，頻率范圍5.260––5.725GHz）的無(wú)線局域網(wǎng)需要具有雷達(dá)檢測(cè)功能。處于動(dòng)態(tài)頻率選擇(DFS)功能工作背景中時(shí)，設(shè)備可以工作在主或從狀態(tài)下。作為從設(shè)備時(shí)（通常在網(wǎng)絡(luò)設(shè)施中有一個(gè)客戶端）的要求如下：·從設(shè)備在接收到主設(shè)備的相應(yīng)使能信號(hào)前不得發(fā)送數(shù)據(jù)。

·從設(shè)備在收到主設(shè)備指示時(shí)應(yīng)隨時(shí)停止所有數(shù)據(jù)傳輸。

·工作為從設(shè)備的設(shè)備只能工作在受工作為主設(shè)備的設(shè)備控制的網(wǎng)絡(luò)中。作為主設(shè)備時(shí)（通常為自組織方式網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)接入點(diǎn)或主控設(shè)備）的要求與作為從設(shè)備的要求是不同的。作為主設(shè)備時(shí)的要求如下：·主設(shè)備應(yīng)檢測(cè)雷達(dá)信號(hào)。

·主設(shè)備應(yīng)只在可用頻道上啟動(dòng)操作。

·在正常工作期間，主設(shè)備應(yīng)監(jiān)控工作頻道（服務(wù)中監(jiān)控）。

·如果主設(shè)備在執(zhí)行服務(wù)中監(jiān)控時(shí)檢測(cè)到雷達(dá)信號(hào)，應(yīng)立即指示其所有關(guān)聯(lián)設(shè)備停止在此頻道上進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。有些設(shè)備能夠以自組織方式進(jìn)行通信，無(wú)需附加到某個(gè)網(wǎng)絡(luò)。自組織設(shè)備形成一個(gè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信頻道，其中一個(gè)設(shè)備起作主設(shè)備作用，因此就需要滿足DFS要求以及作為主設(shè)備適用的所有要求。范圍和性能5GHz頻帶的無(wú)線電波長(zhǎng)只有2.4GHz頻帶波長(zhǎng)的一半。因此，使用5GHz頻帶的無(wú)線電模塊的范圍要比具有同輸出功率的2.4GHz無(wú)線電窄。具體窄多少難以預(yù)計(jì)，因?yàn)檫@取決于所要工作的位置的無(wú)線電狀態(tài)。而且各種材料對(duì)頻率的吸收也存在差異，反過(guò)來(lái)這也大為影響范圍。為了確定具體范圍，解決方案必須經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。5GHz頻帶的工廠測(cè)試顯示，在無(wú)障礙視線內(nèi)，范圍可以在50米到100米之間。障礙、干擾、材料和大數(shù)據(jù)包的使用都可能降低范圍的持續(xù)性。總結(jié)使用5GHz頻帶進(jìn)行無(wú)線局域網(wǎng)通信具有眾多優(yōu)勢(shì)并可以降低成本。通過(guò)增加23*個(gè)可能的無(wú)線局域網(wǎng)頻道，可以大大改善頻率規(guī)劃、密度（無(wú)線電覆蓋空間內(nèi)活動(dòng)無(wú)線設(shè)備的數(shù)量）以及安裝復(fù)雜性。另外一個(gè)好處就是可以空出2.4GHz頻帶作其它無(wú)線電技術(shù)之用。這些優(yōu)勢(shì)加上不斷增加的5GHz工業(yè)產(chǎn)品可獲得性，相信在不久的未來(lái)，5GHz頻帶的應(yīng)用將大大增加。到目前為止，工業(yè)應(yīng)用中5GHz頻帶的應(yīng)用或多或少地受到象更小接入點(diǎn)、更緊湊客戶端（基于與接入點(diǎn)相同的平臺(tái)）之類產(chǎn)品的限制。市面上已經(jīng)提供的產(chǎn)品有OEM無(wú)線模塊，適合集成到各種工業(yè)產(chǎn)品中，以及串行無(wú)線局域網(wǎng)