SETTEMBRE 2014
FIELDBUS & NETWORKS
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WirelessHart: la struttura
Lo standard Hart (Highway Addressable Remote Transducer) ampia-
mente diffuso, secondo quanto confermato da Hart Communication
Foundation, che parla di oltre 30 milioni di dispositivi di campo com-
patibili Hart installati e in servizio in tutto il mondo (anno di riferi-
mento 2010), ha rappresentato in realtà un passo intermedio nella
transizione dalle comunicazioni analogiche a quelle digitali. Infatti,
nella comunicazione Hart viene modulato un segnale in corrente
alternata sovrapposto a un segnale in corrente continua 4-20 mA
(figura 1). Poiché il segnale di comunicazione è simmetrico, quindi
non influisce sulla portante 4-20 mA, i due segnali possono essere
utilizzati simultaneamente, permettendo di eseguire operazioni di
configurazione e diagnostica, mentre il dispositivo interessato fun-
ziona autonomamente nel loop di controllo.
Oggi si è giunti alla fase successiva nell’evoluzione del protocollo
Hart: WirelessHart. Lo standard è basato direttamente sul protocollo
Hart, senza prevedere alcun percorso di trasferimento via cavo del
segnale. Il protocollo utilizza infatti una banda RF di 2,4 GHz (priva di
licenza e utilizzata in tutto il mondo) quale mezzo trasmissivo, banda
utilizzata anche per numerose tecnologie radio, comprese Wlan,
Bluetooth e Zigbee. Al fine di evitare collisioni sulla banda di fre-
quenza 2,4 GHz, WirelessHart esegue una ricerca speciale di canali
non utilizzati nell’ambito di questa banda di frequenza, mantenendo
sotto controllo interferenze reciproche tra le tecnologie radio. Nello
specifico, per evitare interferenze viene utilizzata la nota tecnologia
Fhss (Frequency Hopping Spread Spectrum). Tutti i 15 canali sono
utilizzati in parallelo, come specificato nello standard Ieee 802.15.4,
che rappresenta il livello fisico del protocollo, e WirelessHart sfrutta
questa tecnica di trasmissione per ‘saltare’ da uno di questi canali
all’altro in maniera pseudocasuale attraverso un codice prestabilito.
Inoltre, i canali già in uso vengono oscurati per evitare collisioni con
altri sistemi di comunicazione wireless.
WirelessHart utilizza una rete ‘flat mesh’ in cui tutte le stazioni radio
(dispositivi di campo) formano la rete. Ogni stazione funge contem-
poraneamente da sorgente e da ripetitore di segnale. Il trasmet-
titore, che origina la comunicazione, invia un messaggio a quello
immediatamente limitrofo, che provvede a inoltrare il messaggio
e così via finché il messaggio di origine non raggiunge il ricevitore
remoto desiderato. In altre parole, ogni dispositivo sulla rete mesh
può essere utilizzato come ripetitore/router per messaggi da altri di-
spositivi. Un dispositivo deve semplicemente inoltrare il messaggio
al successivo più vicino. Una rete a maglia di questo tipo, oltre che
ampliare la copertura, offre percorsi di comunicazione ridondanti,
potenziando così l’affidabilità del servizio. Oltre a ciò, nella fase di
inizializzazione vengono stabiliti percorsi alternativi: nel caso sia
impossibile trasmettere il messaggio su un determinato percorso
(per esempio a causa di un ostacolo o di un ricevitore difettoso),
il messaggio viene automaticamente indirizzato su di un percorso
alternativo (routing dinamico - figura 2).
La comunicazione sulla rete wireless è coordinata dal sistema Tdma
(Time Division Multiple Access), che sincronizza i partecipanti della
rete in finestre temporali da 10 ms, dove ogni dispositivo può uti-
lizzare la rete per questa durata. Questo permette di creare una
rete particolarmente affidabile (senza collisioni) e riduce i tempi di
anticipo e quelli di ritardo nei quali una stazione deve restare attiva.
Infine, il livello MAC assegna a ogni dispositivo di rete un indirizzo
a 64 bit o a 16 bit nella versione breve.
WirelessHart: i componenti
La rete WirelessHart è costituita da componenti che svolgono spe-
cifiche funzioni (figura 3).
I dispositivi di campo WirelessHart si occupano della connessione
diretta con il processo o con i componenti dell’impianto. In questo
caso anche i dispositivi di campo Hart convenzionali possono essere
trasformati in dispositivi di campo WirelessHart quando vengono
Figura 2 - Routing dinamico dei percorsi in una rete WirelessHart
Figura 3 - Panoramica di una rete WirelessHart e relativi componenti
Fonte:.ytimg.com
