IIoT无线传感网络部署的安全性与可靠性要求更高

虽然有线网络在工业应用上具传输效能与线路品质优势，但在严苛的环境下与IIoT趋势的大量传感终端布署上，有线网络的应用条件就相对逊于无线网络布署优势。HMS Industrial Networks

站在工业4.0转折的关键点，不仅在生产流程中导入自动化与智能化生产流程，其中实践工业4.0产业升级的重点即在于透过大量无线传感器布署、在生产过程蒐集实时蒐集关键生产节点信息，结合巨量数据分析优化生产过程，对于传感网络的布署要求更高...

要让产业进入工业4.0升级，自动化已经是最基本的要求，产业升级的重点在于如何将生产流程进阶到智能化生产，然而生产线自动化转换至智能化的关键就在于在各个生产节点的传感终端布署、数据实时撷取分析与后端生产流程巨量数据的分析、萃取关键信息的系统整合能力。

WSN网络布署  实践智能生产第一步

而生产线智能化成败关键，即产线第一手接触产线信息的传感终端，若在生产数据撷取、蒐集阶段所产生的数据就出现落差，或是各个终端数据传送至数据系统的过程有问题，整个产线智能化分析与生产优化的目标就会受到影响，甚至衍生更多问题。

为了达到智能化生产要求，透过低功耗处理器、传感器、智能低功耗无线传感网络(Wireless Sensor Network；WSN)中整合，再于产线重要生产流程节点中进行传感终端布署，在前述技术的紧密整合下，进而能将各种传感器设置于产线需要蒐集、分析数据的重要端点，稳定地回送传感信息至数据储存载体上，才算完成智能生产的第一步。

而在如生产机具、材料送件设备、液体/气体的汞阀门管线等设置传感器，其实在自动化生产线建置并不是新观念，基本上在发电厂、石化炼制设备厂房、冶金大型厂房早有相关传感应用布署的案例，至于衔接终端传感器的各式有线/无线网络应用也在自动生产应用上相当普遍，但早期传感器与传感器连结网络碍于技术限制，不仅传感器体积较大、相关传感终端的设置成本也相对较高，网络的可扩展性在技术限制上，也出现扩展不易的状况，即便相关技术已具备实用价值，但仍仅有在重点生产流程才布署对应传感器、数据撷取终端的应用方式。

尤其是过去这些传感技术、传感终端，大多以特殊网络连线方案进行设备布署，对于传感终端的连线可靠度与安全性要求相对较高，并无法使用一般网通技术替代，也让这些传感终端布署成本相对高许多，而在目前工业4.0应用方面，对于无线传感终端的网通技术不只要求更大的扩展弹性，在网通技术的可靠度与安全性并未打折，反而在IoT物联网要求下，对无线网通技术的功耗表现要求更高。

工业网络应用的可靠性、安全性仍为优先考量

一般来说，消费性电子的应用网络，大多仍以布署成本为优先考量，但在工业用途的网络建置需求，反而是安全性与可靠性列为优先考量的重点，尤其是针对工业生产应用的WSN无线传感网络，除要求布署上的弹性外，安全性与网络的可靠度仍是最重要的要求，而为了达到安全性与可靠度提升，多数做法是透过冗余(redundant)的系统配置方式，为可能出现故障问题的终端在不影响系统状态下进行复原。

在WSN中会在几种状况下使用redundant概念增网络的可靠度，例如，在每一个无线终端节点都能有两个以上的可通讯节点，即一个传感终端传回传感信息若通讯节点无法使用或故障，可透过另一通讯节点完成数据传输、或透过转发方式完成将数据传送到后端储存载体的目的。

这也是为什麽网状网络的布署方式，对于工业网络或物联网应用环境是相对具实用价值，尤其是每个传感终端节点都能与邻近终端节点进行通讯，进而组成网状网络，这种网状网络比点对点式的通讯网络的传送可靠度更高，而当网通设备或终端部分功能出现故障影响数据传输时，终端可以随时绕过不可用的传输路径、改用另一个邻近端点作为传输路径，防止数据传输受到中断。

透过冗余网络配置  大幅提高无线传输可靠度

除透过布署网状网络的多节点达到空间上的redundant概念外，另一种是使用无线网络的多个可用传输通道实现网络通道redundant的布署概念。例如，使用不同无线传输通道的跳频传送、达到每一次传输都可以用非特定数据通道进行，由系统自动选择最佳的无线传输通道来进行每次传感数据的回送工作，这尤其在工业应用环境更为适合，因为生产线通常伴随各种不同加工工序，例如，部分会有高温或高潮湿的加工环境，无线传输的环境相对更为严苛，不使用特定传输通道而应用跳频自动切换较佳的传输通道，也能达到无线传输网络的redundant目的。

此外，在工业生产环境下，无线通讯品质恶劣是可预期的问题，透过空间、通道冗余的布署方式，已可大幅提升网通环境的可靠度，但工业传感应用网络仍需实践连续、无故障的运作条件，才能满足工业应用的高标准要求，这对前述的网状网络的建置和维护方式也更为重要，尤其是无线应用网络要达到与有线布署的网络一样的高可靠度表现，关键的要素即需要搭配智能网通管理设计，这必须搭配可连续实时监控链路品质、搭配最佳化的动态网络拓朴，以利在高干扰、恶劣的工业生产环境下，仍可达到高稳定、持续不中断的终端无线传输应用。

整合进阶安全技术方案  提升WSN应用安全

而在工业的无线WSN应用的安全性也有几个重要的特性需要关注，例如，网络的保密性、传输信息的完整性、传输数据的真实性等。在保密性方面，传感终端传送的生产现场数据必须是仅有规划中的接收终端才能接取，WSN中传输的终端传感数据必须是不能被任何设备撷取、分析；完整性方面，必须要求所有终端发送的信息，必须在接收确认传送取得的数据为完整无误，内容无遭到窜改；真实性部分则是需验证所取得的数据数据，确实为该终端进行的数据传送而非透过重播或录制的伪冒信息。

为了达到安全性的要求，WSN必须整合多项进阶安全技术方案，例如透过繁复的加密演算法处理元数据，像是使用AES(Advanced Encryption Standard) 128或进阶加密技术，搭配金钥管理避免数据遭窜改、与确保数据完整性，同时针对每串数据进行信息完整性编码校验(Message Integrity Check；MIC)，并搭配存取控制清单(Access Control List；ACL)明确限制不同终端的存取权限，达到更高安全性的布署条件，这对IIoT(Industrial Internet of Things)的无线传感网络环境布署都是至关重要的考量重点。