以太網(wǎng)VS現(xiàn)場總線

相對各種現(xiàn)場總線老前輩（CAN/Profibus/Modbus…）來說，工業(yè)以太網(wǎng)是個新生事物。現(xiàn)場總線已經(jīng)在工業(yè)界存在這么多年而且便宜又好用，那么為什么還需要工業(yè)以太網(wǎng)呢？

上面這張圖上目前主流高性能現(xiàn)場總線與以太網(wǎng)傳輸速率的對比，在以太網(wǎng)壓倒性的波特率下，即使在以太網(wǎng)傳輸小數(shù)據(jù)包通信開銷極大的情況下，仍然能吊打Profibus且略勝Sercos-II. 與CAN這樣波特率僅能達(dá)到1MHz的總線相比，吞吐量更是完勝。簡單來說，工業(yè)以太網(wǎng)的出現(xiàn)順應(yīng)了以下幾個趨勢：

物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的爆發(fā)對現(xiàn)場側(cè)的數(shù)據(jù)吞吐量提出了越來越高的要求；

以太網(wǎng)在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中幾近獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷，用量的巨大導(dǎo)致了以太網(wǎng)性能越來越高，成本越來越低；

物端接入互聯(lián)網(wǎng)的需求尤其是web的崛起，需要現(xiàn)場總線能和互聯(lián)網(wǎng)具有更好的互通性，兼容以太網(wǎng)意味著更好的互聯(lián)性，且能復(fù)用大量以太網(wǎng)的硬件設(shè)備；

那么以太網(wǎng)這么好，為什么不能把以太網(wǎng)直接用到現(xiàn)場呢？問題在于實(shí)時性。以太網(wǎng)是為通用通訊設(shè)計的，為了防止共享通信介質(zhì)導(dǎo)致的訪問沖突，以太網(wǎng)采用了CSMA/CD的沖突解決方案，并具有沖突重傳的機(jī)制，這些機(jī)制帶來的延遲導(dǎo)致了通用以太網(wǎng)并不具有實(shí)時性。工業(yè)以太網(wǎng)的出現(xiàn)正是為了解決這個問題。

工業(yè)以太網(wǎng)主要玩家

IMS和ARC調(diào)研表明大約四分之三的工業(yè)以太網(wǎng)使用Ethernet/IP、PROFINET、或Modbus/TCP（用戶組織ODVA已經(jīng)表明它將被集成到Ethernet/IP網(wǎng)絡(luò)中），其次為POWERLINK和EtherCAT。SERCOSIII盡管市場份額較小， 但是在高速運(yùn)動控制領(lǐng)域扮演著非常重要的角色。其中Profinet是指上具有三個標(biāo)準(zhǔn)：Profinet、Profinet RT、Profinet IRT，分別應(yīng)對軟實(shí)時、硬實(shí)時、等時同步實(shí)時的需求場合。

這幾個工業(yè)以太網(wǎng)分別由以下幾個組織維持：

其協(xié)議的開放性如下，其中PowerLink是主從站全部開源。其它協(xié)議的主從站要通過不同渠道或者授權(quán)。

實(shí)時性實(shí)現(xiàn)路線

在實(shí)現(xiàn)方法上，這幾個主要玩家在以太網(wǎng)的不同層次上解決實(shí)時問題：

基于TCP/IP:在應(yīng)用層解決實(shí)時問題，而使用以太網(wǎng)的傳輸層和鏈路層，這種方法顯然對標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)具有很好的兼容性，但是只能實(shí)現(xiàn)軟實(shí)時，因為CSMA/CD機(jī)制的原因，實(shí)時性能不高；使用這種方式的有Profinet和Ethernet/IP。

標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)幀：鏈路層基于標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)，而傳輸層不采用TCP/IP，通常采用主站控制所有從站對介質(zhì)的訪問時間/順序，通過時分復(fù)用的方式來避免訪問沖突。這種方式可以直接使用以太網(wǎng)的硬件，而通過修改傳輸層來實(shí)現(xiàn)實(shí)時性；使用這種方式的有PowerLink、Profinet RT。

修改的以太網(wǎng)幀：不使用標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)幀結(jié)構(gòu)，而是進(jìn)行優(yōu)化和修改以達(dá)到更高的性能。通常需要借助專用的硬件來實(shí)現(xiàn)，比如ASIC或FPGA。使用這種方式的包括Ethercat、SERCOS III、Profinet IRT。

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總結(jié)

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