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摘要：本文通過有線網絡和無線網絡的技術對比，闡明無線技術比之有線技術的技術優勢及推廣意義。并以目前在汽車制造現場應用的最為典型的三種無線通信形式（蜂窩Wi-Fi，波導通信，漏波電纜）為對象，重點闡述了各自不同的原理、硬件介質、適合的應用設備場景及不同的優缺點等技術特性，論證了無線網絡比之有線網絡更適應于目前智能化靈活生產的實際需求。

關鍵詞：Wi-Fi；波導通信；漏波電纜

近年來，隨著國家“中國制造2025”戰略的提出及不斷推進，在制造行業內，一線生產設備正逐步從自動化向更高端的智能化要求升級。尤其是在早已實現高度自動化的汽車制造行業，大量的智能化前沿技術正不斷地被應用于實際現場。其中最典型的一個案例就是無線通信技術。借助于無線技術布局靈活，空間占用少，移動性高等特點，它已成為了現場數據采集、交換、上傳、監控的首選方式，并且隨著近幾年無線技術自身的迅猛發展，先前一直被人們詬病及顧慮的穩定性與可靠性等性能也大大提高。因此比之布局較為固定死板的有線網絡技術，更能滿足目前汽車制造行業的實際現場需求。

1無線技術

1.1概述

依靠電磁波或紅外線等作為載體在空氣這一介質來傳播信號。由于利用的是不可見的介質，外界干擾更容易對其產生影響，且人為防護措施較難有效實施，所以信號的損耗是相對有線來說更不可控些。因此對于穩定性和可靠性要求非常高的工業場合，在21世紀之前，無線網絡技術應用的情況非常少，網絡通信依靠的還是長長的有線。近幾年，由于工業環境智能化水平的深入，現場對終端設備布局靈活性的需求不斷增多，無線網絡靈活的優勢大大凸顯了出來。另外根據工業環境對穩定性和可靠性方面的考量，幾種特殊的無線技術方式通過研究與相關測試成為了成熟的應用與產品解決方案，被各國工程師接受。其穩定性與可靠性也不再是人們擔心的問題。 

1.2分類

目前常見的工業級無線通信技術根據頻率不同分為2.4GHz與5GHz兩種，其與我們日常接觸的民用無線以太網通信技術是類似的。C=λ*f其中C：光速、f：頻率、λ：波長。從上述公式中可以看出光速一定，信號頻率與波長成反比關系，頻率越高，波長越多，波動特性就越不明顯，波的干涉與衍射能力就越差。穿透障礙物后頻率越高的波信號衰減得越厲害。因此在網絡強度要求相同的情況下，2.4GHz網絡覆蓋范圍要比5GHz更廣，相等面積的環境需求中，2.4GHz網絡所需的固定信號源相對較少，使用成本也相對低廉，是目前汽車行業主流的使用方案。當然一些高信號強度或者實時性要求比較高的場合，5GHz會是一個更好的方案。2.4GHz網絡信道分布如圖1。2.4G義上的頻率并不是落在2.4GHz這個點上，而是從2.412~2.484GHz，共分為14個信道。信道，也稱作頻道、通道，是以無線信號作為傳輸載體的數據信號傳輸通道。每個信道的有效寬度是20MHz。從上圖中可以每隔5個信道都是獨立互不交叉的，故習慣上取1,6,11三個互不重疊的信道做為2.4GHz的信道進行架設。5GHz由于在國際上形成統一的標準較晚，屬于一種新的協議，所以各個國家都使用不同的信道。每個信道的有效寬度也分為20MHz、40MHz、80MHz及160MHz，其互不干擾的信道較多，故不在這里詳細描述特性了。以下將重點介紹三種目前在汽車行業中使用最多的無線Wi-Fi通信技術。

2傳統開放式Wi-Fi

2.1技術原理概述

在汽車制造車間內，由一臺或多臺的無線AP(Access Point接入點)作為信號的固定發射端和接收端組成一個基本的無線網絡架構，無線客戶端安裝在最終用戶設備上，往往是移動的。同一網絡使用同一SSID號，移動的無線客戶端在若干個無線AP中通過漫游的方式進行數據切換。

2.2優點及缺點

優點：技術成熟簡單，協議開放，初期投資成本低廉，并且調整改造靈活。缺點：容易受到外界干擾。無論是2.4GHz還是5GHz 開放式Wi-Fi，其傳播介質都是空氣，處于開放的狀態，容易受到環境因素（溫度、濕度及電磁信號）的干擾。且工業現場環境復雜，存在很多障礙物會阻擋到無線信號的傳播。因此在無線網絡架設的前期規劃中需要考慮各方面的因素，并且在正式使用前還需要經過很多次的調試與修正方能達到最佳的效果。2.3典型應用案例Wi-Fi布局簡單，無其他輔助安裝工程量，適合于大范圍無線網絡的架設。目前汽車行業內，最典型的應用案例是車間內無人物流運輸小車AGC的應用。

3波導通信

波導通信是一種較新穎的無線通信方式。其有別于我們常見的Wi-Fi模式，是一種專門應用在特殊傳播環境下的無線通信方式。

3.1技術原理概述

波導通信的電磁波信號在一特殊的導軌中傳播，信號頻率在5-6GHz之間，由于是在特制環境中傳播，所以不易受到外部其他無線信號的干擾，大大提高了穩定性和可靠性。上文所述的特殊導軌專業名稱為Slotted rail即狹窄導軌(見圖2所示)，在波導通信中作為信號的傳播途徑。在導軌的一端或者某處，接入一個5GHz的信號源，信號只會在這一狹窄導軌中進行傳播，不會擴散至這一導軌以外的區域中。這樣既不會干擾其他信號也不會被其他信號干擾。Communication antenna即通信天線，是接收信號的一個載體，內部由一些信號回路組成，它安裝在實際移動的物體中，通過伸入slotted rail中，將導軌中的信號接收下來，傳遞給移動物體中的控制器中，從而實現無線通信。

3.2優點及缺點

優點：信號抗干擾能力強，穩定，網絡延時少，適合應用于網絡實時性要求高的場合。缺點：當然波導通信也有其明顯的缺點——需要安裝狹窄導軌，如此就會導致移動設備只能在固定的路徑中移動，靈活性大大的降低。所以一旦由于生產需要，變化路徑，那工程就比較復雜，周期也會延長，且核心技術都掌握在外國公司手中，成本相對開放式Wi-Fi來說較高。另外狹窄導軌還增加了不少的安裝空間，對于在地面移動的設備來說并不十分適合。因此，另一種新的無線通信方式應允而生，很好地彌補了這兩個短板，它就是漏波電纜。

3.3典型應用案例

波導通信最大的特點就是無線信號在狹窄導軌內傳播，這也決定了該技術只能應用在移動路徑固定的設備上，并且是在非地面區域。目前汽車生產環境中應用該技術最多的就是空中吊具EMS系統。

4漏波電纜

漏波電纜同波導通信一樣也是一種有別于傳統Wi-Fi樣式的通信方式，目前市場上運用的最多的是由德國西門子公司開發的RCoax系列產品。近幾年正逐步成為一種首選的主流無線通信方式。

4.1技術原理概述

如圖3所示，在特殊電纜中等距開出若干條縫隙，無線信號就從縫隙中泄漏出來，通過空氣向外傳播。若干條縫隙就好比幾根天線，信號強度會隨著距離的增大而衰減，接收端離電纜越遠，接收到的信號也越差。一般5GHz漏波電纜穩定的信號覆蓋范圍在30米左右的距離，信號最遠可以到50米。安裝在移動端上的接收設備在掃過這些電纜敷設的范圍時，采集到這些泄漏出來的無線信號，將信號傳送到控制器中，從而完成整個移動無線通信過程。

4.2優點及缺點

優點：信號強度穩定可靠性高，抗干擾能力強。缺點：受限電纜長度的原因，網絡的覆蓋空間范圍較小，只能應用于活動范圍固定且區域小的場合。由于漏波電纜不能被碾壓，所以一般采取埋地使用的方式。這就需要做開槽等一系列工作，成本較高。且一旦敷設完成，更改起來比較復雜，也不容易維護。

4.3典型應用案例

漏波電纜在技術原理和形式上介于無線Wi-Fi和波導通信之間，因此其在應用方面可以與其他兩種形式形成良好的互補。在汽車生產現場，目前應用的最典型的就是底盤拼裝AGV移動小車區域。

5三種無線通信方式性能對比

圖4表現的是以上所介紹的3種無線通信方式的信號強度與信號源距離變化之間的關系曲線圖。綠色代表是直線狹窄導軌中的波導通信信號，藍色是漏波電纜，棕紅色則是傳統開放式Wi-Fi。由圖可見，波導通信在50米的范圍內信號很穩定，波動很小。漏波和Wi-Fi信號波動很明顯。波導在距離發射端50米的距離，信號強度只產生了很少的衰減，約5db。漏波和Wi-Fi都會隨著距離的變大而產生明顯的衰減。其中傳統開放式Wi-Fi衰減得更厲害。可見從穩定性及可靠性來說。波導通信更勝于其他兩種方式。因此漏波電纜長度基本不超過50米。而傳統開放式Wi-Fi則會布局多個信號源在網絡中，防止信號衰減。

6結語

本文給出了3種汽車行業典型無線應用技術的原理，優缺點及典型應用案例的介紹。可見在自動化往智能化轉型的時代背景下，無線技術已經成為新種類設備用于通信的首選。其有著無可比擬的靈活及智能特性。隨著無線穩定性及可靠性的不斷提升，性能更加優良的無線技術會越來越多的應用于汽車行業。現場的傳感器，動力設備等等越來越多的數據會上傳到上層系統進行監控與診斷，甚至一些安全類設備，安全類信號會采用無線的形式。毫無疑問，汽車工業的“無線時代”已然來臨。

參考文獻：

[1]《SEW波導通信技術概述》SEW.

[2]《西門子漏波電纜技術管理及相關產品手冊》.SIEMENS.

作者：傅敏 單位：上汽通用汽車有限公司整車制造工程部