网络知识

 
这是一份经过整合、梳理后的AGV/AMR系统网络搭建与调试全景指南。我们将从硬件架构、无线技术、通信协议、关键指标到避坑实战，进行全方位的系统性介绍。

AGV/AMR 系统网络基础全景指南

前言：网络即神经

在自动化物流系统中，AGV（自动导引车）不像固定机械臂有网线连接。无线网络是AGV与调度系统（RCS）之间唯一的通信桥梁。
  • 网络断联 = AGV“脑死亡”（停车/急停）。
  • 网络高延迟 = AGV“反应迟钝”（路径规划不及时、交通死锁）。

第一部分：硬件架构与物理层 (Hardware & Architecture)

构建稳定网络的物理基础。

1. 核心硬件组成

  • 服务端 (Server): 运行RCS调度系统和WMS系统的服务器。
  • 交换机 (Switch): 网络的中枢。
    • 推荐： 支持 PoE (Power over Ethernet) 供电的千兆交换机。一根网线同时解决AP的数据传输和供电，减少布线复杂度。
  • AP (Access Point - 无线接入点): 将有线信号转为Wi-Fi信号。
    • 红线： 必须使用工业级AP（如Aruba, Cisco, Moxa, 华为企业级等）。严禁使用家用路由器。
    • 特性： 抗干扰强、支持快速漫游、宽温工作。
  • CPE (Customer Premise Equipment - 无线客户端): 安装在AGV车体内的无线模块。
    • 作用： 它是AGV的“耳朵”，接收AP信号转为网口信号给AGV主控（PLC/工控机）。

2. 网络拓扑规划

  • 独立局域网 (LAN): AGV网络应与工厂办公网物理隔离或逻辑隔离。
  • VLAN (虚拟局域网): 如果必须共用交换机，务必划分VLAN。防止办公区下载视频占用带宽，导致AGV掉线。
  • IP地址分配：
    • 严禁 DHCP (动态IP): 防止IP变动导致调度系统找不到车。
    • 必须 Static IP (静态IP): 全网统一规划，例如：
      • 服务器: 192.168.1.10
      • AP组: 192.168.1.20~50
      • AGV组: 192.168.1.101~200

第二部分：无线通信核心技术 (Wireless Technology)

解决“信号怎么传”的问题。

1. 频段选择：5GHz 是唯一解

  • 2.4GHz: 干扰源太多（蓝牙、微波炉、其它设备），信道拥挤（仅3个独立信道）。AGV项目慎用。
  • 5GHz: 信道丰富（互不干扰），速度快，延迟低。首选推荐。
    • 注意： 5G穿透力弱，需通过增加AP密度解决覆盖问题。

2. 漫游 (Roaming) —— AGV的生命线

AGV在移动时，必须从一个AP切换到另一个AP。
  • 快速漫游 (Fast Roaming - 802.11r/k/v): 工业标准。将切换时间压缩在 <50ms 以内，保证TCP连接不断开。
  • 同频组网 (零漫游): 特殊技术，所有AP使用同一信道，AGV感觉不到切换。适合对延迟极度敏感的场景。

第三部分：通信协议详解 (Communication Protocols)

解决“车和系统怎么对话”的问题。由底层到应用层分为四个层级。

1. 传输层协议 (基础搬运工)

  • TCP (Transmission Control Protocol):
    • 特点： 可靠、面向连接、有确认机制（ACK）。
    • 应用： 99%的AGV控制指令（如“去A点”、“举升货架”）。必须确保指令送达，不能丢包。
    • 机制： 心跳包 (Heartbeat) —— 保持长连接，一旦心跳断开（如3秒无响应），AGV触发急停保护。
  • UDP (User Datagram Protocol):
    • 特点： 极快、无连接、允许丢包。
    • 应用： 视频流监控、激光雷达原始数据。偶尔丢几帧画面不影响运行，但不能卡顿。

2. 工业控制协议 (与设备对话)

用于AGV与PLC、电梯、自动门交互。
  • Modbus TCP:
    • 特点： 简单、通用、主从模式。
    • 应用： AGV读写电池数据、AGV请求自动门开启（写寄存器）。
    • 缺陷： 轮询机制（Polling）占用带宽，需控制查询频率（建议 >200ms）。
  • PROFINET / Ethernet/IP:
    • 应用： 需要接入工厂西门子/罗克韦尔总控系统时使用，通常需要加装工业网关。

3. 物联网/IT协议 (现代主流)

  • MQTT (Message Queuing Telemetry Transport):
    • 特点： 轻量级、发布/订阅模式、带宽占用极低。
    • 应用： 大规模AMR集群。
    • QoS机制：
      • QoS 0 (发了不管)：位置上报。
      • QoS 1/2 (确保送达)：任务下发。
  • HTTP / REST API:
    • 应用： WMS与RCS之间的任务接口调用。不适合AGV实时的运动控制。

4. 行业标准协议

  • VDA 5050:
    • 定义： 德国汽车工业协会推出的接口标准（基于MQTT的JSON格式）。
    • 价值： 实现跨品牌调度。只要车体支持VDA 5050，同一个系统可以指挥不同厂家的车。

协议选择速查表

场景
推荐协议
核心理由
RCS下发控制任务
TCP / MQTT (QoS 2)
指令绝对不可丢失
AGV高频状态上报
MQTT / UDP
节省带宽，降低网络拥堵
与电梯/自动门交互
Modbus TCP
兼容传统PLC设备
视频监控回传
UDP / RTSP
实时性优先，允许少量花屏

第四部分：网络质量验收标准 (KPIs)

如何判断AGV网络是否合格？请关注以下指标：
  1. 信号强度 (RSSI):
      • 标准： 全路径 > -65dBm（注意：-50优于-70）。
      • 后果： 低于-70dBm会导致丢包率飙升。
  1. 延迟 (Latency):
      • 标准： 平均 < 20ms。
      • 后果： 超过100ms可能触发系统超时误报。
  1. 丢包率 (Packet Loss):
      • 标准： < 0.5%。
      • 后果： 连续丢包会导致AGV急停或“迷路”。
  1. 抖动 (Jitter):
      • 标准： 延迟波动要在小范围内，不能忽快忽慢。

第五部分：避坑指南与最佳实践 (Troubleshooting)

1. 物理环境避坑

  • 金属是杀手： 仓库货架、金属设备会反射和屏蔽信号（多径效应）。
  • 对策：
    • 天线安装： AGV天线必须引出车体外部，垂直向上，且处于全车最高点。
    • AP布局： 巷道内AP应安装在正上方，保证与AGV天线之间无遮挡（Line of Sight）。

2. 信道规划 (Channel Planning)

  • 蜂窝式布局： 相邻AP必须使用不同信道（如 36, 44, 149, 157），避免同频干扰。
  • 禁忌： 不要开启AP的“自动信道选择”功能，手动固定信道最稳妥。

3. 开发层避坑

  • TCP粘包： 开发者需定义明确的包头包尾，防止多条指令粘在一起。
  • 心跳超时设置： 不要设置得太敏感。建议：心跳间隔1秒，超时判定3秒（允许丢2个包）。

4. 故障排查三板斧

  1. Ping测试： ping AGV_IP -t，观察长时间运行下的丢包和延迟峰值。
  1. 漫游日志： 查看AP后台日志，确认AGV切换AP时是否断开连接，耗时是否超过100ms。
  1. Wireshark抓包： 深入协议层，查看是否有大量的TCP重传（Retransmission），这是网络质量差的直接证据。