[发明专利]增强无线网络中的安全性

说明书

技术领域

本发明总的来说涉及无线通信，更具体地说，涉及使无线网络中的运行 安全。

背景技术

在过程控制行业中，已知的是，使用标准通信协议使得由不同制造商制 出的设备能够以易于使用和实现的方式彼此通信。过程控制行业中使用的一 个众所周知的通信标准是高速可寻址远程发射机(HART)通信基础协议， 通常称为HART协议。一般而言，HART协议支持专用导线或导线组上的数 字和模拟混合信号，在专用导线或导线组上，在线过程信号(如控制信号、 传感器测量值等)作为模拟电流信号(例如范围从4到20毫安)被提供， 并且其中诸如设备数据、对设备数据的请求、配置数据、警报以及事件数据 等等之类的其它信号，作为叠加或复用到与模拟信号相同的导线或导线组上 的数字信号被提供。然而，HART协议当前需要使用专用、硬线通信线路， 这导致需要在加工厂内大量布线。

在过去几年里，已经存在一种将无线技术结合到以某种有限方式包括过 程控制行业的各种行业中的发展趋势。然而，在过程控制行业中，存在限制 无线技术的完全结合、接受和使用的巨大障碍。具体来说，过程控制工业需 要十分可靠的过程控制网络，因为信号的丢失可能导致工厂失去控制，从而 导致灾难性的后果，包括爆炸、致命化学制剂或气体的释放等等。例如， Tapperson等人的美国专利No.6,236,334公开了在过程控制行业中将无线通 信作为副的或备用通信路径使用或用于发送非关键性的或冗余的通信信号。 而且，在通常可以适用于过程控制行业的无线通信系统的使用上已经取得了 许多进展，但是该无线通信系统尚未以在加工厂内允许或提供可靠的并且在 某些情况下完全无线的通信网络的方式应用于过程控制行业。例如，美国专 利申请公开No.2005/0213612、2006/0029060和2006/0029061公开了与一般 无线通信系统相关的无线通信技术的各个方面。

显著抑制无线通信在过程控制行业中的发展和应用的一个因素是改装 与无线通信网络一起使用的遗留设备(legacy device)的困难。在某些情况 下，设备根本不能被改装并且需要用新的无线准备好的模型来取代。而且类 似地，由于向无线通信的转变而致使许多支撑设施被弃用。换句话说，无线 网络不能容易地扩展有线网络。特别与过程控制行业有关的另外的挑战是现 有的有线设施的高成本以及可以理解的操作员不情愿完全用无线基础设施 取代有线基础设施。同时，无线网络通常要求静态天线或接入点以发送和接 收无线电信号，从而可能要求昂贵的基础设施，这使得向无线通信的转变不 太令人满意。因此，尽管一些操作员可以认识到进行过程测量和控制的无线 方法的优点，但是许多人还是不情愿拆除现有的设施、让完全可以运行的有 线设备退役并且购买无线设备。

造成无线标准在过程控制行业中的扩散比预期的要慢的另一因素是对 诸如过程控制系统中的技术员或操作员之类的用户的影响。在典型的过程控 制系统运行期间，用户可以远程访问用于配置、监测和控制这些设备的各种 功能的目的的独立设备。例如，为了使得能够通过HART协议访问和交换信 息，根据预定的寻址方案为设备分配唯一的地址。用户和为过程控制行业中 的操作员和技术员开发的软件应用程序已经开始依赖于可用的无线标准不 能支持的高效寻址方案。因此，在过程控制行业中向无线标准的转变被普遍 期望需要采用新的寻址方案、更新相应的软件应用程序并为员工提供另外的 培训。

另外，这些现有无线标准中的一些标准，例如IEEE 802.11(x)WLAN， 并不满足过程控制行业的所有需求。例如，设备传达通常可以具有不同传播 延迟限制的过程和控制数据。通常，在过程控制行业中交换的关键数据中的 一些可以要求高效、可靠、及时的传递，其不能总是由现有的无线协议来保 证。而且，因为过程控制行业中使用的以一些模块用于控制非常敏感和潜在 危险的过程活动，所以适于该行业的无线标准需要提供不容易在已知无线网 络中使用的冗余通信路径。最后，一些过程控制设备可以对高功率无线电信 号敏感并且可以要求无线电传输被限制或保持在受控良好的功率水平。同 时，可用无线标准通常依赖于发送相对较强的信号以覆盖大的地理区域的天 线或接入点。