WirelessHARTプロトコルの概要
WirelessHART規格
WirelessHART通信仕様は、2008年9月に国際電気標準会議（IEC）によって正式に承認され、産業用無線の国際規格（IEC 62591）となりました。プロセス産業における信頼性、耐干渉性、そしてリアルタイム工場アプリケーションにおける耐干渉性の要件を満たすことができます。セキュリティ、ネットワークの柔軟性、そして互換性の要件も満たします。
ワイヤレスHART ネットワークは、多数のメーカーのさまざまなデバイスをサポートしており、製品は次の 5 つの製品タイプに分類されます。
図1 WirelessHARTネットワークデバイスの種類
• フィールド機器：現場でのセンシングや実行機能を実現する基本機器。
• アダプタ: 既存の ハート フィールド デバイスに接続して、ワイヤレス通信機能を有効にします。
• ゲートウェイ: ホスト アプリケーションとワイヤレス ネットワークのメンバーであるデバイス間の通信を可能にします。
• ネットワーク マネージャー: ネットワーク構成、ネットワーク デバイス間の通信の調整、ルーティング テーブルの管理、ワイヤレス ネットワークの健全性の監視とレポートを担当します。
• ハンドヘルド デバイス: プラント資産の構成、保守、または制御に使用されます。
プロトコル層
WirelessHARTプロトコルスタックは、OSI 7層プロトコルモデルアーキテクチャに準拠しています。物理層、リンク層、ネットワーク層、トランスポート層、アプリケーション層が含まれます。
図2 OSI 7層プロトコルモデルとWirelessHARTプロトコル構造の比較
物理層
WirelessHART物理層は、基本的にIEEE 802.15.4-2006 2.4GHz DSSSに基づく物理層です。この層は、信号パターン、信号強度、デバイス感度などのRF特性を定義します。WirelessHARTは2400～2483.5MHzのISM自由周波数帯域で動作し、データ伝送速度は最大250kbit/sです。この周波数帯域は16チャネルに分割され、11～26の番号が付けられています。隣接する2つのチャネル間の周波数間隔は5MHzです。
データリンク層
WirelessHART規格の特徴的な点は、時間同期に基づくデータリンク層です。WirelessHARTデータリンク層の通信タイムスロットは厳密に10msと定義されており、衝突回避と確定的な通信をサポートするためにTDMA技術が採用されています。
ネットワーク層とトランスポート層
ネットワーク層とトランスポート層は連携して、ネットワークデバイスに安全で信頼性の高い通信を提供します。メッシュネットワーク構造をサポートするために、各WirelessHARTデバイスは他のデバイスにデータを転送する必要があります。
アプリケーション層
アプリケーション層はWirelessHART規格の最上位層であり、様々なデバイスコマンド、レスポンス、データ型、ステータスレポートを定義します。WirelessHART規格では、デバイスとゲートウェイ間の通信はコマンドとレスポンスに基づいています。アプリケーション層は、メッセージの内容の解析、コマンド番号の抽出、指定されたコマンドの実行、そしてレスポンスの生成を担います。
セキュリティアーキテクチャ
WirelessHARTネットワークは安全なネットワークシステムです。WirelessHARTのMAC層とネットワーク層の両方がセキュリティサービスを提供します。MAC層は、巡回冗長検査（CRC）とメッセージ整合性コード（MIC）を組み合わせて、ホップツーホップのデータ整合性サービスを提供します。送信側と受信側の両方がCCMモードとAES-128ブロック暗号化アルゴリズムを使用してMICを生成および検証します。ネットワーク層は、エンドツーエンドの暗号化とデータ整合性サービスを提供するために、さまざまな鍵を使用します。WirelessHARTセキュリティシステムは、次の4つの鍵を定義します。
• ネットワーク キーがない場合は、公開キーを使用して マック 層の MIC が生成されます。
• ネットワーク キーはすべてのネットワーク デバイスで共有され、ネットワーク デバイスによって マック 層で MIC を生成するために使用されます。
• ネットワークアクセスキーは各ネットワークデバイスに固有のものです。デバイスがネットワークに参加すると、ネットワーク管理者はネットワークアクセスキーを使用して、ネットワークアクセスを申請する新しいデバイスを認証します。
• セッションキーはネットワーク管理者によって作成されます。セッションキーは、2つのネットワークデバイス間のエンドツーエンド接続に固有のものであり、エンドツーエンドの暗号化とデータ整合性サービスを提供するために使用されます。セッションキーはさらに、ユニキャストキーとブロードキャストキーに分類されます。
WirelessHARTシリーズ製品
マイクロサイバーのスマートワイヤレス製品は、プロセス自動化に重点を置いたWirelessHART無線技術を採用しています。自己組織化ネットワーク、自己修復、低消費電力、データ暗号化などの特徴を備え、信頼性の高い運用と柔軟で迅速な設置を保証します。当社の無線モジュール、無線ゲートウェイ、無線アダプター、無線温度トランスミッターなどの製品を通じて、複雑な産業現場のデータ収集、プロセス監視、設備操作、保守、診断を迅速に実現できます。マイクロサイバーのスマートワイヤレス製品は、国内のエンドユーザーにとって最適な産業用無線通信ソリューションとなっています。国際的に著名な企業も協力関係に加わり、石油化学、電力、冶金、機械製造などの分野で広く利用されています。
産業用インターネット アクセス ポイント
マイクロサイバー は、産業用 IoT 製品の研究開発、生産、販売、統合アプリケーションに取り組んでいます。
マイクロサイバー は、中国初、世界で 3 番目に国際認証を取得したフィールドバス プロトコル スタックであり、中国初、国際認証を取得したフィールドバス 機器であり、中国初、ネットワーク制御システムのデモ アプリケーションであり、中国初、国際認証を取得した機能であり、中国初、国際認証を取得したワイヤレス ハート 製品などです。
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