如何設計工業以太網的實時性

實時表示系統在一個確定時間內處理外部事件。確定性意味著系統具有一個可預知的響應。實時通信的一般要求：

確定性的響應；

標準應用的響應時間=5ms；

以太網實時通信應對設備處理器造成小的負擔，因此處理器的主要任務是處理用戶程序而不是通訊翻譯的工作，同時應減量減少通訊時間。圖1表明了哪些因素影響通訊周期。

實現通信的一種方式使用標準通信協議，例如TCP/IP或者UDP/IP等，然而使用它們會帶來缺點：幀過載會增加幀的長度，因而會引起線路上傳輸時間的增加見圖2。此外，對應的通信棧需要占用處理器相對長一點的計算時間，因而會導致發送周期增加。

通過對發送器和接收器的通訊棧的優化，可以使更新率有相當大的改觀，而且處理器負載也會相應減少。然而，對通信棧的運行時間的優化也就意味著此時的TCP/IP通訊棧不再是一種標準協議，而只是一種專門的實現方式了，對UDP/IP實現的使用也是同樣。

然而第三層和第四層的協議只是適合部分的周期交換數據，對于這種應用，建議使用遵照ieee802.3制定優化第二層協議。這是唯一的局限就是：由于沒有使用第三層協議，所以就會失去路由功能。但是作為工業一級以太網設計中盡量不要設計路由器，因為這會大大降低通信速度。

例如profinet就使用了優化的通信通道進行實時通信，因此保證了一個網絡中不同站點之間在一個極短的時間段內進行時間要求苛刻的數據傳輸。

通過軟件方案或者使用特殊的硬件，可以在傳統的以太網控制器上實現實時通信通道。該通道基于ISO/OSI參考模型的第二層見表1。此處數據包的尋址不是通過IP地址來實現的，而是使用接受設備的MAC地址。實時通信允許精確限定（預測）傳輸時間，并能保證其它標準協議TCP/IP可以在同一個網絡上使用而不會產生問題。