SCALANCE W使用指南

時(shí)間：2021-10-26作者：上海騰希電氣技術(shù)有限公司瀏覽：699

1   iQoS

1.1  概述

無線通訊是未來自動化的發(fā)展趨勢之一，應(yīng)用越來越廣泛。西門子推出SCALANCE W用于工業(yè)無線局域網(wǎng)的通訊，具有安全、可靠、耐用的特點(diǎn)?？梢蕴娲芯€，實(shí)現(xiàn)可靠的通信連接。不過在使用SCALANCE W的無線接入點(diǎn)AP和客戶端之間實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)架構(gòu)的通訊的過程中，AP和客戶端基于DCF的方式進(jìn)行。也就是客戶端與AP之間通過協(xié)商，某一時(shí)刻只能有一個(gè)客戶端與AP進(jìn)行通訊，其它的客戶端只能等待直到該客戶端與AP完成通訊后，其它客戶端之間再次競爭與AP建立連接進(jìn)行通訊。

iQoS就是接入點(diǎn)AP給某一客戶端或某些客戶端預(yù)留一定的帶寬。這種預(yù)留是給被預(yù)留的客戶端的數(shù)據(jù)通訊預(yù)留了一段周期。這種技術(shù)對于要想獲得固定的響應(yīng)時(shí)間是非常有效的。對于非被預(yù)留帶寬的客戶端來說，不會保證其數(shù)據(jù)響應(yīng)的時(shí)間，尤其是網(wǎng)絡(luò)負(fù)載很大的情況下，AP只是保證預(yù)留客戶端的響應(yīng)時(shí)間。對于通訊要求響應(yīng)時(shí)間嚴(yán)格的情況下，注意數(shù)據(jù)報(bào)文的大小，計(jì)算時(shí)需要添加報(bào)文頭，例如S7通信，TCP報(bào)頭，IP報(bào)頭等等。對于SCALANCE W的無線接入點(diǎn)AP來說，可以預(yù)留的客戶端的個(gè)數(shù)較多為4個(gè)。這種技術(shù)保證了響應(yīng)時(shí)間。
 

1.2  網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D 

根據(jù)圖 1的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D設(shè)置PG/PC的IP地址，使用PST軟件設(shè)置SCALANCE W788的IP地址。另外可以使用PG/PC通過IE瀏覽器來直接連接調(diào)試SCALANCE W。




圖 1：網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

1.3  網(wǎng)絡(luò)組態(tài)及參數(shù)設(shè)置

 

組態(tài)IP地址為192.168.9.88的SCALANCE W788-2RR為AP，其SSID設(shè)為DG-SIEMENS WLAN，組態(tài)另外兩個(gè)SCALANCE W788-1RR為客戶端1和客戶端2，連接到AP上進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。

首先，iQoS功能僅在SCALANCE W788作為接入點(diǎn)AP時(shí)才能使用，而且不能操作在iPCF模式下。如圖 2所示，設(shè)置iQoS功能如下所示：

在IFeatures——>iQoS——>WLAN1標(biāo)簽下單擊New按鈕，彈出如下界面，設(shè)置MAC地址為客戶端1的MAC地址。


圖 2

 

如圖 3所示設(shè)定響應(yīng)時(shí)間為15ms，這個(gè)時(shí)間表示了從AP到客戶端的數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間。激活使能鍵后，這樣就在AP中為客戶端1的數(shù)據(jù)通信保留了帶寬——200kbit/s。其狀態(tài)值為“CC”，即客戶端1是設(shè)定為對響應(yīng)時(shí)間有嚴(yán)格要求的客戶端，而且滿足了設(shè)定的帶寬和響應(yīng)時(shí)間的要求。


圖 3

 

同時(shí)如圖 4所示，我們可以查看Information——>iQoS標(biāo)簽下客戶端的相關(guān)iQoS數(shù)據(jù)。**個(gè)數(shù)據(jù)狀態(tài)“NCS”代表客戶端2對響應(yīng)時(shí)間和較小帶寬沒有嚴(yán)格要求，*二個(gè)數(shù)據(jù)狀態(tài)“CC”代表客戶端1對響應(yīng)時(shí)間和較小帶寬有嚴(yán)格要求。


圖 4

 

 2   iPCF

2.1  概述

首先我們描述在無線網(wǎng)絡(luò)中處理數(shù)據(jù)通信的兩種方法：DCF和PCF。

在分散協(xié)調(diào)功能DCF中，所有的節(jié)點(diǎn)始終“對自己負(fù)責(zé)”。只有當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)的頻率上不存在待處理的信號，并且接收器在收到了發(fā)給自己的信息后，發(fā)出一個(gè)發(fā)送成功的確認(rèn)信號給發(fā)送器后，這個(gè)節(jié)點(diǎn)才開始進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送。

DCF不保證在較大的時(shí)間間隔內(nèi)能傳送特定的數(shù)據(jù)量。因此，DCF主要適合于異步數(shù)據(jù)傳輸(例如電子郵件或網(wǎng)絡(luò)瀏覽)。使用DCF并不能防止出現(xiàn)隱藏節(jié)點(diǎn)問題。

另外，通過使用RTS/CTS方法，可以增加某些DCF網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)吞吐量。兩個(gè)發(fā)送器同時(shí)試圖使用頻率，可使用RTS/CTS方法避免沖突。想要發(fā)送一個(gè)或大量數(shù)據(jù)的發(fā)送器在發(fā)送數(shù)據(jù)幀之前首先登記自己行為，方法為先發(fā)送一個(gè)短的發(fā)送請求“RTS”通知自己的發(fā)送請求。只有當(dāng)它收到一個(gè)清除發(fā)送“CTS”響應(yīng)信號時(shí)，才實(shí)際發(fā)送數(shù)據(jù)幀。借助于這種方法，可以大大減少重復(fù)發(fā)送，因?yàn)樵诎l(fā)送大的數(shù)據(jù)包之前就檢測到了沖突。

點(diǎn)協(xié)調(diào)功能PCF是描述802.11標(biāo)準(zhǔn)定義的一種接入方法；但是并不強(qiáng)制執(zhí)行該方法。該方法可以避免DCF方法的一些不利因素。

在PCF中，并非所有的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)都有同等的權(quán)力，而是只有一個(gè)或者多個(gè)接入點(diǎn)作為網(wǎng)絡(luò)中的*管理者。一個(gè)接入點(diǎn)為其它節(jié)點(diǎn)(即客戶端)分配時(shí)隙，在這些時(shí)隙內(nèi)將頻率保留給這些客戶，它們可以不受干擾地發(fā)送信息。

PCF能夠?yàn)榭蛻舴峙涠ㄆ诘木W(wǎng)絡(luò)接入并確保在特定的時(shí)期傳輸數(shù)據(jù)。因此，PCF較適合于需要連續(xù)數(shù)據(jù)流的應(yīng)用。但是如果通信需要的話，可以在時(shí)隙內(nèi)將網(wǎng)絡(luò)在DCF和PCF之間切換。

由SIEMENS開發(fā)的“工業(yè)點(diǎn)協(xié)調(diào)功能”iPCF可以替代PCF，它解決了與PCF有關(guān)的許多問題并允許快速漫游。快速漫游是指客戶端從一個(gè)無線區(qū)域快速切換到另一個(gè)無線區(qū)域的過程，在這個(gè)過程中，客戶端的退出和重新登錄即“移交”發(fā)生得非?？?，可以滿足通信的實(shí)時(shí)性要求。

在iPCF中，接入點(diǎn)以非常短的時(shí)間間隔定期輪詢其無線覆蓋區(qū)域內(nèi)的客戶端?？蛻舳丝梢缘怯涀约合胍l(fā)送長數(shù)據(jù)幀的要求，但是只有在得到接入點(diǎn)的允許之后才開始發(fā)送。

這些屬性帶來了下來影響：

1)         可以將接入點(diǎn)配置為以非常高的頻率執(zhí)行輪詢。這將可以確保非常短的響應(yīng)時(shí)間——確定性的傳輸。

2)         較大的、對時(shí)間要求不高的信息的傳輸被延遲，直到出現(xiàn)空閑的周期時(shí)間。

3)         由于輪詢周期非常短，如果客戶端失去了與其接入點(diǎn)AP的聯(lián)系，它可以*發(fā)現(xiàn)這一情況，并且可以*與一個(gè)替代的接入點(diǎn)重新建立連接。從一個(gè)接入點(diǎn)切換到另個(gè)接入點(diǎn)典型的“移交”時(shí)間為20 ms ～ 30 ms，因此近似于PCF所需周期的十分之一。

4)         通過簡化重新登錄或身份驗(yàn)證方法可以進(jìn)一步加速移交過程。

iPCF為要求實(shí)時(shí)性較高(幾十毫秒范圍)的工業(yè)應(yīng)用提供WLAN功能。該領(lǐng)域還包括PROFINET IO設(shè)備的無線連接。iPCF的劣勢是不能兼容非iPCF組件?；旌暇W(wǎng)絡(luò)(其中的部分組件通過DCF/PCF進(jìn)行連接)不再能夠使用iPCF。

“快速漫游”是指當(dāng)一個(gè)移動網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)從一個(gè)無線區(qū)域移動到另一個(gè)無線區(qū)域時(shí)，快速地重新建立連接。傳統(tǒng)的漫游方法在這種情況下重建連接通常需要幾百毫秒的時(shí)間；這個(gè)數(shù)值對于很多應(yīng)用都太大了。

為了避免這種情況，W788-1RR和W788-2RR接入點(diǎn)和W747-1RR客戶端模塊使用“iPCF”方法，它是PCF的一種改進(jìn)。

移交時(shí)間就是通信在一個(gè)無線區(qū)域內(nèi)中斷到在另一個(gè)無線區(qū)域內(nèi)恢復(fù)之間經(jīng)歷的時(shí)間。iPCF將移交時(shí)間降低到小于50 ms，因此可以確保整個(gè)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)幾乎不間斷的通信，也包括移動節(jié)點(diǎn)，如圖 5所示。這種方法改變了數(shù)據(jù)幀的協(xié)議結(jié)構(gòu)，不再允許同時(shí)存在DCF (“分布式協(xié)調(diào)功能”)。所有的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)不得不使用iPCF，不能再使用混合網(wǎng)絡(luò)。


圖 5：通過RCoax電纜實(shí)現(xiàn)快速漫游

 

2.2  網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D



圖 6：網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

 

2.3  網(wǎng)絡(luò)組態(tài)及參數(shù)設(shè)置

 

首先在STEP7管理器中組態(tài)S7-300 CPU與ET200S PN的Profinet IO 通信。

 


圖 7


雙擊以太網(wǎng)線PROFINET-IO System（100），打開屬性設(shè)置，設(shè)置較新時(shí)間為128ms。


圖 8

 

根據(jù)圖 6的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D設(shè)置PG/PC的IP地址，使用PST軟件設(shè)置SCALANCE W788的IP地址。另外可以使用PG/PC通過IE瀏覽器來直接連接調(diào)試SCALANCE W。首先組態(tài)SCALANCE W788作為無線接入點(diǎn)AP模式。如圖 9所示，在IFeatures——>iPCF標(biāo)簽下使能iPCF功能，點(diǎn)擊“Set values”會彈出對話框，系統(tǒng)將會自動設(shè)置iPCF的默認(rèn)模式。


圖 9

 

如圖 10所示，包括通信速率和較大數(shù)據(jù)長度等參數(shù)。


圖 10

 

設(shè)置客戶端，如圖 11所示，必須設(shè)置想要連接的無線接入點(diǎn)AP的SSID，因?yàn)樵凇癈onnect to ANY SSID”模式下，iPCF無法使用。


圖 11

 

設(shè)置iPCF功能，如圖 12和圖 13所示，點(diǎn)擊“Set values”會彈出對話框，系統(tǒng)將會自動設(shè)置iPCF的默認(rèn)模式。


圖 12

 



圖 13

 

因?yàn)榭蛻舳诉B接了ET200S PN，和帶PN口的S7-300 CPU進(jìn)行PN IO通信，所以MAC模式設(shè)置為Layer 2 Tunnel，如圖 14所示，這個(gè)模式也同樣適用于客戶端連接有多個(gè)ET200S PN的通信。


圖 14

 

這時(shí)，對無線接入點(diǎn)AP和客戶端進(jìn)行重啟后，會發(fā)現(xiàn)S7-300 CPU與ET200S PN建立了Profinet IO通信。

 

 3   強(qiáng)制漫游

3.1  概述

強(qiáng)制漫游是指在IP連接斷掉的情況下循環(huán)監(jiān)控一個(gè)特定的IP地址。強(qiáng)制漫游是通過ICMP報(bào)文實(shí)現(xiàn)的（Echo請求/回復(fù)或Ping功能）。當(dāng)IP連接斷掉時(shí)，即從通信方?jīng)]有ping包返回，這時(shí)一個(gè)取消認(rèn)證的報(bào)文幀將會發(fā)送到所有WLAN的客戶端，相應(yīng)的WLAN接口被禁止。

IP連接繼續(xù)被監(jiān)控，并且只要無線接入點(diǎn)AP接收到從通信方返回的ping包，那么WLAN接口被使能。這種機(jī)制可以監(jiān)控在無線客戶端和服務(wù)器之間的連接。如果不能經(jīng)過無線接入點(diǎn)訪問服務(wù)器，那么客戶端就被取消認(rèn)證并且無線接入點(diǎn)的WLAN接口被禁掉。客戶端開始漫游然后連接到一個(gè)不同的服務(wù)器能夠訪問的無線接入點(diǎn)。只要**個(gè)無線訪問點(diǎn)能夠再次到達(dá)服務(wù)器，它就重新使能WLAN接口。

注意：在IP連接斷掉時(shí)的強(qiáng)制漫游不能在同樣的WLAN接口上與iPCF或WDS聯(lián)合使用。

 

3.2  網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D


圖 15：網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

 

3.3  網(wǎng)絡(luò)組態(tài)及參數(shù)設(shè)置

 

S7-300 CPU通過交換機(jī)與作為AP的SCALANCE W788-1RR和SCALANCE W788-2RR進(jìn)行有線局域網(wǎng)LAN連接，ET200S PN直接連接到SCALANCE W客戶端上。根據(jù)圖 15的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D設(shè)置PG/PC的IP地址，使用PST軟件設(shè)置SCALANCE W788的IP地址。另外可以使用PG/PC通過IE瀏覽器來直接連接調(diào)試SCALANCE W。

如圖 16所示，首先設(shè)置PC的以太網(wǎng)地址為192.168.9.158/24，與所連接以太網(wǎng)設(shè)備都在同一個(gè)網(wǎng)段上。組態(tài)SCALANCE W788-1RR的IP地址為192.168.9.82/24。



圖 16

 

如圖 17所示，在System標(biāo)簽下，組態(tài)SCALANCE W788-1RR作為無線接入點(diǎn)AP模式。設(shè)置相應(yīng)的國家代碼以及系統(tǒng)名稱等參數(shù)。


圖 17

 

同樣組態(tài)SCALANCE W788-2RR為AP點(diǎn)，IP地址為192.168.9.88/24，如圖 18所示，其SSID與**個(gè)AP是相同的，都設(shè)置為DG-SIEMENS WLAN。


圖 18

 

同時(shí)組態(tài)工作在客戶端模式的SCALANCE W788，如圖 19所示。


圖 19

 

因?yàn)榭蛻舳诉B接了ET200S PN，和帶PN口的S7-300 CPU進(jìn)行PN IO通信。如圖 20所示，MAC模式設(shè)置為Layer 2 Tunnel，這個(gè)模式也同樣適用于客戶端連接有多個(gè)ET200S PN的通信。


圖 20

 

如圖 21所示，使客戶端連接到SSID為DG-SIEMENS WLAN的網(wǎng)絡(luò)上。


圖 21

 

 

這時(shí)如圖 22所示，客戶端與**個(gè)AP點(diǎn)已經(jīng)建立起了連接。


圖 22

 

如圖 23所示，設(shè)置SCALANCE W788-1RR工作在強(qiáng)制漫游模式下，打開IFeatures——>Forced Roaming標(biāo)簽項(xiàng)，設(shè)置目標(biāo)IP地址為PLC的IP地址，其他參數(shù)采用默認(rèn)設(shè)置。


圖 23

如圖 24所示，*二個(gè)無線接入點(diǎn)AP的客戶端列表為空：


圖 24

 

這時(shí)，當(dāng)有線連接的AP點(diǎn)出現(xiàn)電纜斷線等故障時(shí)，它所連接的客戶端會自動漫游到無線信號強(qiáng)度較強(qiáng)的*二個(gè)AP點(diǎn)，這樣可以保證連接的可靠性。

當(dāng)拔掉與**個(gè)AP點(diǎn)的工業(yè)以太網(wǎng)連接后，可以看到S7-300 CPU與ET200S PN 的PN IO通信仍然保持。如圖 25所示，客戶端被強(qiáng)制漫游到*二個(gè)AP點(diǎn)。


圖 25

 

如圖 26所示，此時(shí)另一個(gè)AP的認(rèn)證記錄里多了兩條客戶端進(jìn)行重新登錄的內(nèi)容。


圖 26


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