工業(yè)網(wǎng)絡(luò)中的快速Ethernet(05-100)

　　隨著人們希望和必須采用Internet 協(xié)議基通信的要求增加,對(duì)于工業(yè)Ethernet方案的需要也在增加。工業(yè)用戶不再僅僅滿足于RS-232或RS-485數(shù)據(jù)傳輸。他們需要Ethernet連接器帶來(lái)的好處。Ethernet把每個(gè)數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)視為IP地址或Web頁(yè),使其成為工業(yè)用戶的理想通信平臺(tái)。隨著當(dāng)今Ethernet成為最廣泛采用的可用網(wǎng)絡(luò),將來(lái)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)會(huì)包含更多的Ethernet。

　　工業(yè)Ethernet首要和最明顯的要求是它必須提供可靠和可測(cè)的數(shù)據(jù)傳遞。對(duì)于工業(yè)應(yīng)用,在OSILayer1(物理層)和Layer2(數(shù)據(jù)鏈路)存在不同的問(wèn)題和方案。網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)(如Modbus TCP/IP, Ethernet IP,Profibns)采用Layers3和熟悉的OSI網(wǎng)絡(luò)模式尋址可測(cè)的數(shù)據(jù)傳遞?？烧J(rèn)為Ethernet為這些標(biāo)準(zhǔn)的使用工具,其最終應(yīng)用決定最好的協(xié)議。

　　構(gòu)成星配置

　　當(dāng)Ethernet引入到工業(yè)裝置時(shí),往往用星配置中現(xiàn)有的開(kāi)關(guān)或插口,從多端口開(kāi)關(guān)到很多終端分配信息包。用戶有時(shí)所需的節(jié)點(diǎn)多于多端口開(kāi)關(guān)可得到的節(jié)點(diǎn),或需要放置分布數(shù)據(jù)系集節(jié)點(diǎn)所處的距離大于開(kāi)關(guān)處所提供的100米。銅線Ethernet(10BASE-T,100BASE-FX)標(biāo)定信號(hào)傳輸距離為100米。

　　有時(shí)更長(zhǎng)距離的傳輸采用光纖100BASE-FX,通?？蓴U(kuò)展到2000米。替代傳統(tǒng)星配置的一種方法是增加Ethernet節(jié)點(diǎn)的一個(gè)菊花鏈網(wǎng)絡(luò)(圖1)。借助菊花鏈采用銅線網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展距離,勝過(guò)安裝光纖基系統(tǒng)的成本問(wèn)題。但是,有兩個(gè)問(wèn)題需要解決。第一個(gè)問(wèn)題是經(jīng)過(guò)多開(kāi)關(guān)的數(shù)據(jù)延遲,第二個(gè)問(wèn)題是安裝中環(huán)路產(chǎn)生的危險(xiǎn)(這會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)失效)。

 

　　圖1 傳統(tǒng)星配置與基于菊花鏈網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)配置的比較

　　定時(shí)

　　在工業(yè)應(yīng)用中,用較高級(jí)的協(xié)議(如IEEE1588)可能增加信息延遲和決定性的傳遞,在Ethernet網(wǎng)絡(luò)中采用UDP(用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議)IP信息包。通常,感測(cè)節(jié)點(diǎn)用IEEE1588時(shí)鐘,有兩種方法：一種方法是在數(shù)據(jù)被采集時(shí)刻產(chǎn)生時(shí)間標(biāo)記;另一種方法是比較IEEE1588時(shí)鐘時(shí)間與特定的觸發(fā)時(shí)間來(lái)產(chǎn)生一個(gè)采集觸發(fā)?？偟膩?lái)說(shuō),100Mbit/s Ethernet提供合適的吞吐量傳遞消息到時(shí)基,所以,理論上保證這種傳遞。

　　環(huán)路的引入在工業(yè)中也是一個(gè)可以解決的問(wèn)題。若多通路中經(jīng)多余的消息通路導(dǎo)致在一個(gè)節(jié)點(diǎn)上重疊信息包的接收,則多通路可能使Ethernet網(wǎng)絡(luò)失效?；诖嗽?在傳統(tǒng)Ethernet網(wǎng)絡(luò)中不允許環(huán)路和多余通路。然而,當(dāng)今大多數(shù)智能開(kāi)關(guān)采用跨越樹(shù)來(lái)從事多余通路和促使數(shù)據(jù)指向合適的方向。

　　跨越菊花鏈的樹(shù)結(jié)構(gòu)

　　若在每個(gè)菊花鏈節(jié)點(diǎn)上實(shí)現(xiàn)跨越樹(shù),則一個(gè)非常健全冗余Ethernet網(wǎng)絡(luò)采用的形式允許通路冗余。這使得工業(yè)網(wǎng)絡(luò)具有多個(gè)可用的通路,在任何時(shí)間僅有一個(gè)通路有效?？缭綐?shù)協(xié)議工作是靠閉鎖選擇的多余通路,但是,若斷開(kāi)或切斷一條纜線,也能夠快速地改變通路,總的來(lái)說(shuō),節(jié)點(diǎn)級(jí)的跨越樹(shù)允許重新配置節(jié)點(diǎn)間的通路。