工业以太网的研究现状及展望
工业互联网的发展现状与未来发展趋势
工业互联网的发展现状与未来发展趋势一、引言随着信息技术的进步和工业化的不断发展，工业互联网逐渐成为了当前热门话题之一。
工业互联网，简称IIoT（Industrial Internet of Things），是指通过物联网技术将传感器、设备、系统、网络等工业设施连接在一起，实现数据的采集、交换和应用，以提高工业生产的效率、降低成本。
本文将探讨工业互联网的发展现状与未来发展趋势。
二、工业互联网的发展现状1. 应用领域的扩展工业互联网的应用领域正在不断扩展。
除了传统的制造业和工业自动化领域外，现在还涉及到能源、交通、医疗、农业等多个行业。
在能源领域，工业互联网可以帮助实现能源的效能化管理和优化调度，提高能源利用效率。
在交通领域，工业互联网可以实现车辆之间的互联互通，提升交通流畅度和安全性。
在医疗领域，工业互联网可以实现医院设备的监测和管理，提高医疗服务的质量和效率。
在农业领域，工业互联网可以实现农田的远程监测和智能化管理，提高农作物产量和质量。
2. 技术创新的推动工业互联网的发展得益于信息技术的不断创新。
云计算、大数据、人工智能、区块链等新兴技术的发展，为工业互联网提供了强有力的支撑。
云计算可以提供高性能的计算和存储资源，满足工业互联网对大数据处理和分析的需求。
大数据技术可以对海量数据进行挖掘和分析，为工业生产的优化提供支持。
人工智能技术可以实现对工业设备的自动化控制和故障预测，提高生产效率和设备可靠性。
区块链技术可以实现工业数据的安全交换和存储，保护工业互联网系统的安全性和隐私性。
三、工业互联网的未来发展趋势1. 数字化转型的加速工业互联网在未来将推动企业数字化转型的加速。
传统企业通过引入工业互联网技术，实现生产环节的信息化、自动化和智能化，将会提高企业的生产效率和竞争力。
企业可以通过工业互联网将生产设备、销售渠道、供应链等各个环节进行整合，实现全方位的信息共享和协同作业。
此外，企业还可以通过工业互联网搭建平台，与供应商、客户等多方进行在线交流和合作，实现信息的共享和价值的共创。
工业互联网发展现状与趋势分析
工业互联网发展现状与趋势分析随着物联网技术的不断发展，工业互联网作为其重要分支也得到了广泛的关注和应用。
工业互联网是指利用物联网技术，实现机器之间、人机之间和机器与云端之间的实时通信和数据共享，从而实现生产流程的自动化、精细化和智能化。
本文将围绕着工业互联网的发展现状与趋势，进行分析和探讨。
一、工业互联网的发展现状1.技术创新驱动当前，工业互联网的发展主要依靠技术创新的驱动。
工业互联网涉及的技术领域涵盖广泛，包括工业物联网、云计算、人工智能等。
在这些技术的支撑下，工业互联网实现了工业设备的连接、数据的采集、分析和反馈，并通过智能化控制和优化，推动企业生产流程的升级和改进。
2.应用广泛普及工业互联网已经不再是一个新生兴起的概念，而是开始在各个领域得到广泛的应用和普及。
它不仅可以用于制造业，还可以应用于交通、医疗、农业等各个领域。
随着技术的成熟和应用的广泛，工业互联网被认为是产业升级的重要工具和手段。
3.市场需求增长迅速随着社会经济的发展和产业升级的需要，工业互联网的市场需求呈现出快速增长的态势。
据市场调研机构的数据显示，未来几年内全球工业互联网市场规模将会呈现出持续增长的趋势，预计到2025年，市场规模将达到数万亿美元的规模。
二、工业互联网的发展趋势1.产业升级的趋势工业互联网在与传统制造业相结合的背景下，推动了制造业的数字化、智能化升级。
未来，随着制造业的数字化和智能化发展程度的不断提升，工业互联网将成为实现产业升级和改变产业格局的重要力量。
2.生态合作的趋势在工业互联网建设过程中，生态合作的趋势愈发明显。
随着技术的发展和应用的普及，单一的企业或产品已经无法满足市场的需求。
企业之间需要建立起紧密的协作关系，形成互惠共赢的合作模式，从而达到资源整合、优化利用和节约成本的目的。
3.安全保障的趋势工业互联网作为企业生产流程数字化的重要工具，需要面临的最大挑战之一就是安全问题。
当前，网络攻击、信息泄露等安全问题已经成为制约工业互联网发展的主要瓶颈。
2024年工业以太网交换机市场规模分析
2024年工业以太网交换机市场规模分析引言工业以太网交换机是工业控制网络中不可或缺的关键设备之一，它具备高速、高可靠性和低延迟的特点，广泛应用于工业自动化领域。
本文将对工业以太网交换机市场规模进行分析，探讨其发展趋势和市场前景。
市场规模工业以太网交换机市场规模的计算主要根据市场需求和销售统计数据进行估算。
根据过去几年的数据分析，工业以太网交换机市场呈现稳步增长的趋势。
据市场研究公司的报告显示，2020年工业以太网交换机市场规模达到XX亿美元，相比2019年增长了X％。
预计在未来几年内，市场规模还将继续扩大。
需求驱动因素工业以太网交换机市场规模扩大的主要驱动因素包括：1. 工业自动化需求增加随着工业自动化水平不断提升，工业以太网交换机在工业自动化领域的需求不断增加。
工业以太网交换机能够实现各种设备之间的实时通信和数据传输，提高生产效率和自动化水平，因此得到了广泛应用。
2. 物联网的崛起物联网技术的兴起使得工业以太网交换机市场需求进一步扩大。
工业以太网交换机作为物联网的基础设施之一，能够连接和管理大量传感器和设备，实现智能化控制和管理，应用范围涵盖了智能制造、能源管理、智慧城市等领域。
3. 5G技术的发展5G技术的普及和应用也对工业以太网交换机市场规模产生积极影响。
5G的低延迟和高速传输特性使得工业以太网交换机在工业控制网络中具备更强的通信能力和可靠性。
市场前景根据市场分析和趋势预测，工业以太网交换机市场有着广阔的前景和潜力。
主要表现在以下几个方面：1. 新兴市场的增长新兴市场对工业以太网交换机的需求日益增长。
特别是在亚太地区，由于工业自动化水平的迅速提升和大规模基础设施建设的推动，工业以太网交换机市场增长十分迅速。
2. 技术创新的推动随着科技的不断进步和创新，工业以太网交换机的性能和功能也在不断提升。
新一代工业以太网交换机将更加注重网络安全、可靠性和管理性能，满足工业自动化领域对高效、可持续发展的需求。
2024年工业以太网交换机市场需求分析
2024年工业以太网交换机市场需求分析1. 市场概述随着工业自动化的发展和智能制造的兴起，工业以太网交换机作为连接和传输工业网络数据的关键设备，在市场上逐渐得到广泛应用。
工业以太网交换机具有高效稳定、实时性强、可靠性高等特点，适用于工业环境中复杂的数据通信需求。
本文将对工业以太网交换机市场的需求进行分析。
2. 市场需求分析2.1 工业自动化需求驱动市场增长随着工业自动化程度的不断提高，对数据通信的需求也越来越高。
工业以太网交换机具备高带宽、低延迟和高可靠性等特点，能够满足工业自动化环境中大量数据的传输需求。
工业以太网交换机以其优异的性能，成为工业自动化领域中不可或缺的设备，推动了市场需求的增长。
2.2 智能制造加速工业以太网交换机市场发展智能制造作为当前工业领域的重要发展方向，对数据通信的需求更加迫切。
工业以太网交换机在工业互联网中起到连接和传输数据的关键作用，为实现智能制造提供了坚实的基础设施。
智能制造的推动下，工业以太网交换机市场迎来了快速的发展。
2.3 工业互联网安全需求促进市场增长随着工业互联网的兴起，工业网络的安全问题日益凸显。
工业以太网交换机通过支持网络安全功能，能有效保护工业网络的数据和设备免受网络攻击。
企业对工业互联网安全的重视，推动了工业以太网交换机市场的增长。
2.4 新兴应用领域需求拉动市场发展除了传统的工业自动化应用外，新兴应用领域也对工业以太网交换机提出了需求。
例如智慧城市、智能交通、物联网等领域的发展，都需要大量的数据通信和网络连接。
工业以太网交换机的高效稳定性和可靠性，使其成为这些新兴应用领域的重要设备，带动了市场的增长。
3. 市场前景展望随着工业自动化和智能制造的进一步发展，工业以太网交换机市场有望持续增长。
未来，工业以太网交换机将继续向高带宽、低延迟、高安全性和可靠性的方向发展，以满足不断增长的工业网络数据传输需求。
同时，新兴应用领域的发展也将进一步拉动市场需求的增长。
2023年我国工业以太网交换机市场发展现状分析
我国工业以太网交换机市场发展现状分析国内工业以太网交换机市场中，电力和轨道交通是工业交换机的重点应用领域，占到市场的70%。
中国工业以太网交换机市场活跃着大约50家厂商。
中国工业以太网交换机市场的外资厂商在15家左右，台资厂商3-4家，本土厂商30家左右。
本土厂商中以地方品牌居多。
目前参加国内工业以太网交换机市场竞争的企业可分为两类：第一类是专业的工业以太网交换机生产厂商。
以赫思曼、摩莎、东土科技、罗杰康、卓越信通等为代表的专业厂商是国内工业以太网交换机市场的主要企业。
这类企业由于抢占了市场先机，进展速度较快，涉及行业较广，市场份额较高。
赫思曼由于在电力等行业拥有优势资源，其国内市场占有率排名第一的地位短时期内不会消失变化。
但是赫思曼产品价格偏高，将来将面临摩莎、东土科技、罗杰康等企业的挑战。
其次类是以西门子、施耐德为代表的大型系统集成商。
西门子、施耐德等系统集成商既是工业以太网交换机生产企业，又是工业以太网交换机使用企业。
然目前该类企业没有对交换机产品做重点推广，但依旧在国内工业以太网交换机市场上有较大影响。
随着国内工业以太网交换机市场的快速成长，今后几年进入该领域的企业将逐步增多，市场竞争日趋激烈。
将来一段时间内，新进企业仍会以欧美、台湾企业为主，国内企业由于技术、资金等因素限制，进入该领域仍旧存在较大困难。
而市场对工业以太网交换机的性能方面有哪些基本需求呢?市场对工业交换机产品的要求自动化是目前全球工业制造业进展的主流趋势，一系列自动化设备产业市场快速扩大。
一个完整的自动化生产线都包括PLC、系统掌握软件、工业机器人等，而这些组成部份都需要工业以太网相联，构成统一整体。
工业以太网即一种高效的局域网络，它是现代工业自动化生产体系中的重要组成部份，不管是传感器数据传输、还是生产设备掌握等等，这些都需以太网来构成基本的掌握网络。
这也是为什么工业以太网在自动化生产中的应用越来越广泛的重要缘由之一。
中国工业以太网市场现状及未来发展趋势分析
中国工业以太网市场现状及未来发展趋势分析工业以太网是用于工业控制系统的以太网。
工业以太网是目前全球工业自动化控制网络通信技术最先进的解决方案。
工业以太网技术通过IEEE802.3标准为技术基础，应用在工业测量和控制现场，工业以太网具有可靠性、实用性、安全性等特点，是连接智能传感器、智能测量控制装置形成物联网的基础。
工业以太网交换机是以IEEE802.3标准为技术基础，具有环网冗余、零丢包、电磁兼容等技术特点，主要为工业现场的设备组建局域网，能广泛应用于工业现场的交换机产品。
工业以太网交换机产品主要应用于轨道交通、风力发电、工业自动化、配电自动化等领域。
工业以太网行业上游行业为电子元器件行业，天线、集成电路以及传感器等供行业，上游行业为工业以太网行业提供设备生产所需的原材料。
工业以太网行业下游应用广泛，包括智能电力、智能零售、智慧城市以及智能制造领域，下游市场的规模发展为工业以太网提供了良好的市场增量空间。
工业以太网的技术基础及应用方式多是基于商用以太网发展而来的，在全球主导的有线网络将数据传输技术的基础上，根据工业领域的特点要求，采用以太网通信协议作为基本技术发展而生。
工业以太网市场需求十分广泛，无论是新建一条现代化的制造生产线，还是对旧有设备的改造，都会大量使用工业以太网。
工业以太网交换机是构成工业通信网络的核心设备，以工业以太网为架构的工业控制通信系统包含工业以太网交换机、工业集线器、工业传输转换模块和工业连接器、光缆和电缆等。
近些年，国内工业以太网相关企业研发投入力度加大，部分龙头企业相关硬件材料陆续投入市场，包括网络交换芯片、天线等核心产品均出现国产替代，有效降低了工业以太网交换机的生产成本，加速了国内工业以太网交换机的产量规模。
2018年全国工业以太网交换机产量约174.5万台，同比增长31.99%。
东土科技、映翰通以及卓越信通是国内工业以太网交换机主要生产厂商，其中东土科技进入工业以太网市场较早，市场占有率相对更高。
工业互联网的发展及其影响分析
工业互联网的发展及其影响分析随着信息技术的快速发展，互联网的应用已经深刻地改变了人们的生活和社会的运作方式。
在此基础上，工业互联网应运而生，成为了重要的技术手段之一，为制造业注入了新的生命力。
本文将探讨工业互联网的发展现状、对制造业的影响及其未来发展趋势。
一、工业互联网的发展现状工业互联网是指工业控制现场、工程维护、电子商务、供应链管理、金融、数据处理等各个领域之间，通过统一的互联网数据平台、网络及物联网技术进行数据交换、通信、协作的网络。
它是新一代工业革命中的核心技术，正成为现代制造业的基础架构之一。
目前，全球范围内工业互联网的发展状况正在加速，该行业在政策、技术和应用等方面都有了持续发展。
特别是在中国，政府倡导“中国制造2025”及“互联网+”等战略，推动了工业互联网实践应用的不断推进。
工业互联网应用领域包括可穿戴设备、智能照明、智能电网、智能物流、智能家电、智能建筑等方向，其中涵盖了制造业、农业、能源、物流等行业。
二、工业互联网对制造业的影响1.智能化生产通过工业互联网能够实现智能制造，促进制造业向高端、智能、绿色转型升级。
在制造业中，人工智能、机器学习、物联网、5G等技术的应用已经改变了现有的生产模式，实现智能化生产。
智能制造通过互联网技术和物联网技术实现全球协同、技术匹配、资源整合等多方面的优势和提升。
在中小企业的制造过程中，工业互联网也能建立信息化合作协同平台，推动中小企业实现制造业转型升级，从而增强了企业的核心竞争力。
2.智能化物流物流是制造业中不可或缺的一个环节。
通过工业互联网的丰富技术手段，可以更好地对仓库物流、货物监控、运输管理、配送等环节进行精细化管理。
因此工业互联网不仅提高了物流效率，也提高了制造企业在物流上的控制能力，保证了资源优化的利用。
3.智能化维修保养工业互联网能够在设备机械维修保养方面发挥重要作用，它不仅可以监测设备设施的运行状况，还能预测设备机械的运行故障，提前进行维修保养，从而保证制造业生产过程中的有效性、可靠性和完整性。
2024年工业以太网交换机市场前景分析
2024年工业以太网交换机市场前景分析引言工业以太网交换机是一种用于工业现场网络通信的设备，被广泛应用于现代工业领域。
在当前信息时代的背景下，工业以太网交换机市场正呈现出蓬勃发展的趋势。
本文将对工业以太网交换机市场的前景进行分析。
市场概况工业以太网交换机作为工业现场网络通信的核心设备，已经取代了传统的串行通信方式，并且在设备性能、网络拓扑、网络通信协议等方面实现了重大突破，提高了工业生产的效率和可靠性。
目前，工业以太网交换机市场正逐渐壮大，并且在各个行业中的应用也越来越广泛。
市场动因1. 工业自动化的普及随着工业自动化的普及，对工业以太网交换机的需求量不断增加。
工业以太网交换机在工业自动化过程中起到了关键的作用，能够实现设备之间的高速、可靠通信，提高生产效率和质量。
2. 物联网的发展随着物联网技术的发展，越来越多的设备和系统需要接入工业网络。
工业以太网交换机作为工业网络的核心设备，能够提供稳定的网络通信环境，满足物联网应用的需求。
3. 通信技术的进步随着通信技术的进步，工业以太网交换机的性能得到了提升。
高速传输、大容量缓存、支持复杂协议等特性，使工业以太网交换机能够满足现代工业应用对通信设备的高要求。
市场前景1. 市场规模扩大随着工业自动化和物联网的迅猛发展，工业以太网交换机市场规模将进一步扩大。
根据市场调查机构的预测，未来几年内，工业以太网交换机市场的年均增长率将保持在较高水平。
2. 市场竞争加剧由于市场前景广阔，越来越多的企业涌入工业以太网交换机市场，市场竞争将进一步加剧。
企业需要不断创新，提升产品性能和质量，以获得更大的市场份额。
3. 技术发展方向未来，工业以太网交换机的发展方向将主要体现在以下几个方面： - 高速传输技术：随着工业应用对数据传输速度的要求越来越高，工业以太网交换机将会推出更高速的传输技术，以满足市场需求。
- 网络安全技术：随着工业网络的重要性不断提高，工业以太网交换机将加强网络安全技术，保障工业系统的安全运行。
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工业以太网的研究现状及展望1陈积明 王智 孙优贤(浙江大学工业控制研究所,杭州 310027)摘要简单介绍了以太网的发展现状并针对以太网在工业应用中的不足综合了现阶段国内外的研究提出了一些解决方案同时分析了工业以太网的发展前景关键词QoS 交换式以太网 VLAN 虚拟冲突 环冗余 OPC1 前言在现代工业控制中由于被控对象测控装置等物理设备的地域分散性以及控制与监控等任务对实时性的要求工业控制内在地需要一种分布实时控制系统来实现控制任务[1]在分布式实时控制系统中不同的计算设备之间的任务交互是通过通信网络以信息传递的方式实现的为了满足任务的实时要求要求任务之间的信息传递必须在一定的通信延迟时间内从信息传送到信息接收之间的全部通信延迟称作端对端的通信延迟它主要包括产生延迟排队延迟传输延迟和发送延迟四方面的因素其中排队延迟由通信网络的MAC层决定工业通信网络的采用不仅为实现过程分布控制提供了现实可行的条件而且对系统的实时性提出了强烈的要求为了满足工业控制中对时间限制的要求通常采用具有确定的有限排队延迟的专用实时通信网络典型的实时通信网络就是现场总线它是应用在生产现场在微机化测量控制设备间实现双向串行多节点的数字通讯系统又称为开放式数字化多点通讯的低层控制网络被誉为自动化领域的计算机局域网[2]它把各个分散的测量控制设备转换为网络节点以现场总线为纽带连接成为可以互相通信沟通信息共同完成自控任务的网络化控制系统由于现场总线适应了工业控制系统向分散化网络化和智能化发展的方向并且促使目前的自动化仪表DCS和可编程控制器(PLC)等产品面所临体系结构和功能结构的重大变革导致工业自动化产品的又一次更新换代现行的现场总线有FF PROFIBUS WorldFIP P-NETCAN和LONWORK等[3]尽管现场总线获得了巨大的成功然而现场总线这类专用实时通信网络具有成本高速度低和支持的应用有限等缺陷如何利用COTS Commercial off-the shelf技术来满足工业控制需要是目前迫切需要解决的问题[4]其中如何把Ethernet应用到工业已经成为工业控制和实时通信研究的热点Ethernet作为一种成功的网络技术进入市场已经将近二十年了在办公自动化和工业界获得了广泛的应用因为Ethernet具有成本低稳定和可靠等诸多优点Ethernet已经成为最受欢迎的通信网络之一然而由于Ethernet 的MAC层协议是CSMA/CD各个节点采用1坚持BEB Binary Exponential Back-off算法处理冲突具有排队延迟不确定的缺陷无法保证确定的排队延迟使之无法在工业控制中得到有效的使用随着IT技术的发展Ethernet的发展也取得了本质性的飞跃先后产生高速Ethernet和千兆Ethernet 产品和国际标准以及即将出现的十千兆Ethernet产品和国际标准针对Ethernet的排队延迟不确定性Ethernet又增加了双工通信技术交换技术信息优先级等来提高提高实时性同时Ethernet又改进了容错技术Ethernet的新变化已经引起工业通信系统供应商和用户的高度重视他们迫切需要知道Ethernet是否满足工业控制的要求采用Ethernet能够带来哪些好处和需要解决哪些问题现在在美国成立了工业自动化通信网络联盟Industrial Automation Network Alliance, IANOA其主要目的在于建立Ethernet为工业控制中的通讯标准[5]在欧洲成立了IANOA的联盟其主要目的推广Ethernet在工1基金项目国家自然科学基金资助项目编号6008401业自动化领域和嵌入式系统领域的应用在全球成立了工业Ethernet联盟Industrial Ethernet Alliance IEA其目的是建立工业控制界的Ethernet产品标准Ethernet的进一步飞速发展也引起现场总线领域极大的注意力FF已经放弃原有的H2标准把高速Ethernet作为H2的替代使高速Ethernet成为高速现场总线的新标准现在FF的高速Ethernet High Speed Ethernet HSE已经成为国际标准2 工业以太网的研究现状国内外学者近年来在工业以太网的研究工作中表明新技术的介入和具有实时功能的以太网协议的产生使工业以太网将逐步成为工业控制网络的主流技术碰撞冲突产生的带宽问题和排队时延的不确定性问题在理论上都得到了不同程度的解决工业以太网的现阶段的研究在以下的方向上取得了初步的成果同时有待更进一步的深入研究2.1 服务质量QoS有各种参数特征比如流量时延时间数据不稳定和丢失率等主要用来反映工业过程控制中的实时性能不同的用户有不同的实时性要求对于实时和非实时应用其要求是大不一样在实时性应用中单个的数据包必须不超过某个确定延时时间如果包来得太迟它就没有应用价值这种类型典型的应用是工业现场摄像头的影碟数据或者时间关键的控制信号传送等这种应用中迟到的包和丢失的包一样都会引起麻烦而在非实时应用中能够利用延时到达的数据包目前QoS体系有两种标准化的结构即IEEE定义的802.1p/Q标准和IETF定义的集成服务结构[6]IEEE802.1p/Q协议结合排队机理时允许交换机对现场数据进行优先级设置和流向指示IEEE扩充了MAC帧所带的用户优先字段这个字段有三个字符宽可以用来区分8种不同优先级的数据量因此定义了一种简单的优先级调度的方法单个队列严格按照优先级来操作最高优先级先发送802.1p/Q可以在廉价的硬件中实现它是向网络增加QoS功能的第一步但是它没有允许控制和管理机制所以如果相同优先级的数据流同时发送那么网络就会过负荷如果高优先级数据量充满整个网络那么它会阻碍其它的低优先级数据IETF定义了一种不同的方法集成服务结构建立在OSI三层的协议上通过探测流量的IP协议的帧头字段来实现集成服务开发了加权公平排队方法不但考虑了数据包个数而且考虑它们的长度这种方法把带宽分给了不同的类别通讯量属于同一个优先级的数据包将被放入同一个队列至于哪些数据在哪个队列被处理要由应用和网络之间的信号机制来商议这种方法保留了队列的空间如果资源不够的话用户请求会受到拒绝重新发出一个低级的QoS的请求或者给用户显示错误的信息IETF集成服务结构需要路由器区分通过不同数据流的包用地址和端口号来标记流量同时采用允许控制使实现某些服务参数成为可能QoS机制保证了工业现场相对较少的时间关键的时延容忍度很低的数据量比如控制信号的实时性2.2 交换式以太网交换式以太网是在源端和交换设备的目标端之间提供一个直接快速的点到点连接从交换机流入的数据包直接从和它相连的目的站接口流出交换机主要用来把网络分成不同的冲突域同时对网络进行扩展这种网络的性能主要由传输和接收的元件的性能决定通过网段的微化增加了每个网段的吞吐量和带宽为每个用户提供了独占的点到点链路这样在体系结构上和简单的点到点的连接完全一样每个设备都有一个专用的单独信道连接到另一个设备因此不需要竞争底层传输信道建立了真正意义上的地理位置分散的网络网络的带宽问题得到了妥善解决现场设备1现场设备2图1 交换式以太网交换式以太网的交换技术分为存储转发式直通式和无碎片直通式[7]在存储转发式交换技术中引入了高速缓存器作为发送帧的输出缓冲器端口之间传输速率的差异可以进行缓冲所以这种方式支持高速端口可以连接在不同传输速率的介质上但是这种方式由于需要对帧进行差错校验和其他的一些服务如协议转换所以缓冲器必须把数据帧完整的接受下来为此产生了时延直通方式比较快不作差错校验直接把帧转发到正确的端口而无碎片直通式在二者之间作了些权衡交换式以太网克服了传统以太网的缺点大大提高了网络性能使原来的共享式带宽变成了独占式带宽较好的解决了带宽问题2.3 虚拟冲突虚拟冲突是在CSMA/CD 协议的基础上所作的修改一定程度上提高了CSMA/CD 的性能[8]这种冲突仅适用于星形的拓扑结构这个协议的关键在于限制冲突的时间保证好帧的传送从而确保冲突的站点中有一个能够完成帧的传送其它站点都处于冲突状态如果同一时间有多个帧同时到达就需要由仲裁来进行选择一次成功的传送和下次传送之间的时间间隔应该大于网络的环路延时增加虚拟冲突后事件发生的顺序如下图2示A站发送B站也发送冲突B站放弃发送A站发送完成B开始发送图2 带虚拟冲突的CSMA/CDA 站首先发一个帧中继器接收这个帧并把它分配个其他端口B 站在接受到A 站的帧之前开始传送B 站的信号送到中继器但是被中继器忽略B 站在传送期间收到A 站的数据信号认为发生了冲突故停止发送A 站完成成功传送之后它的数据信号被其他各站接受等待若干字节的时间后B 站重发数据利用虚拟冲突实现的网络能够承载多媒体业务可以实现信道的完全利用保证数据传送的公平性提供优先级机制控制时延2.4虚拟局域网VLAN 基于网络交换技术建立跨越不同物理局域网段不同类型网络的各站之间的逻辑局域网段称为VLAN [9]这种方法事实上也就是把交换机的某些端口的集合作为VLAN 的成员一个VLAN 集合的成员可以存在于不同的交换机每个VLAN 具有唯一标识的网号各站在所发出的每个帧的帧头地址中采用了帧标识处理法在帧经过交换式网络时都携带这个标识由于各站所发出的帧头源地址中指明了MAC 地址和具有唯一的表示帧在VLAN 所定义的端口中传播只有极小的时延其他的VLAN 收不到广播信息减少了不必要的广播流量有效的控制了广播风暴一般一个交换器可以建立几十个VLAN 但是VLAN 的自动化程度很低灵活性差一个网络站点从一个端口移到另一个端口时如果这两个端口不属于同一个VLAN 则需要重新配置网络2.5 可靠性以太网的环冗余是由Hirschmann 首先提出一定程度上解决了以太网的容错问题提高了以太网的可靠性[6]通过形成非常清晰和有效的冗余结构用户能够获得非常高的网络利用率冗余模式构造了一个简单环如图3所示这个环保证了即使失败情况下的数据的安全传输以太网构造网状结构时即使在好几个站点同时发送失败地情况下也能够提供网络的整体功能图3 交换机环冗余在交换式以太网中冗余的管理能够实现很高的网络的可用性交换式高速以太网启用环冗余的反应时间少于300毫秒这意味着在一个设备出错后网络可以在300毫秒后可以再次被利用许多快速的冗余算法为适应环冗余不断出现即使在需要重新配置网络的时候这些算法和以太网环布局也能保证继续进行生产操作这种方法还使得在网络还在运作时也能保持和扩大网络2.6 OPC 技术以太网是操作OSI 的最底下两层的协议而TCP/IP 主要用来操作传输层和网络层的协议事实上以太网和TCP/IP 能够处理不同的协议能力很强但是也因此引起互操作问题因此需要一个开放标准的应用层协议不同厂商的应用层的协议都是在小规模范围内存在不同产品的现场互操作性差以太网和软件相合点就是OPC 技术OPC 技术是实现控制系统现场设备级与过程管理级进行信息交互实现控制系统开放的关键技术OPC 以OLE/COM 机制为应用程序的通讯标准采用了客户/服务器模式硬件接口开发工作由厂家来完成以服务器形式提供给客户同时规定了一系列的软件数据交换标准接口和规程解决了过程控制系统与其数据源的数据交换问题OPC 技术在工业以太网中的出现大大改进了工业过程控制系统的开放性和互操作性[10]此外采用OPC 技术在异构计算机环境实现工业过程控制系统变得更为简单如图4所示人机接口现场设备1现场设备2图4 过程控制的计算机异构环境另外,流量控制自适应负载平衡等实时机制也极大地提高了Ethernet 满足工业控制需求的能力使之有能力进入实时工业控制领域这些方面在今后是非常值得关注和研究3 结束语过程控制工业和自动化工业从嵌入式系统到现场总线控制系统都认识到了以太网和TCP/IP的重要性以太网和TCP/IP作为世界上最为广泛应用的网络协议它将成为过程级和控制级的主要的传输技术带TCP/IP协议的标准的以太网接口现在已经在智能设备和I/O模块中使用它能够与工厂信息管理系统进行直接的无缝的连接而无需任何专用设备因此可以说工业以太网在工业通讯网络中的使用将构建了从底层的现场设备到先进与优化控制层企业管理决策层的综合自动化网络平台从而可以消除企业内部的各种自动化孤岛 但是,就现在的研究状况而言以太网还不适合所有的工业自动化设备对于简单的执行器和传感器电子学还可以有很大的发展空间半导体工业将会给市场带来更小集成度更高的器件另外以太网连接简单的终端设备体现不出它的优越性以太网还没有在传输介质上提供模拟电压的方针以太网在进入工业控制领域的过程中将逐步成熟以太网是在很广的范围内已经被证明了技术作为二十一世纪未来工业网络的首选它将在控制和现场设备级成为标准的高速工业网络参考文献[1] Hermann Kopetz. 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