以太網(wǎng)是應(yīng)用最普遍的局域網(wǎng)技術(shù)，取代了其他局域網(wǎng)技術(shù)如令牌環(huán)、FDDI和ARCNET。為增進(jìn)大家對(duì)以太網(wǎng)的認(rèn)識(shí)，本文將對(duì)以太網(wǎng)的傳輸介質(zhì)以及以太網(wǎng)應(yīng)用與工業(yè)控制時(shí)存在的問題予以介紹。如果你對(duì)以太網(wǎng)具有興趣，不妨繼續(xù)往下閱讀哦。

一、以太網(wǎng)的傳輸介質(zhì)

10G以太網(wǎng)的傳輸介質(zhì)如下：

10G高速以太網(wǎng)可以滿足新的容量需求，解決了低帶寬接入、高帶寬舒翼伯瓶頸問題，擴(kuò)大了應(yīng)用范圍，并與以前的所有以太網(wǎng)兼容。

一般，全雙工的以太網(wǎng)協(xié)議并無傳輸距離的限制，在實(shí)際應(yīng)用中是物理層技術(shù)限制了最大傳輸距離，但是可通過采用高性能的收發(fā)器或鏈路擴(kuò)展器來延長(zhǎng)以太網(wǎng)鏈路長(zhǎng)度，因此，以太網(wǎng)技術(shù)也可以應(yīng)用到MAN和WAN，而且采用以太網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建的MAN和WAN的費(fèi)用比采用ATM/SONET技術(shù)構(gòu)建的類似的系統(tǒng)降低約25%。正是這些因素促使以太網(wǎng)從局域網(wǎng)擴(kuò)展到MAN.WAN并建立工作速率為10Gb/s的可靠、高速的數(shù)據(jù)網(wǎng)。這樣網(wǎng)絡(luò)將基于單一的核心技術(shù)，易于管理，費(fèi)用低廉。在10Gb/s的高速數(shù)據(jù)速率下，以太網(wǎng)作為WAN技術(shù)可避免協(xié)議轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)WAN與LAN.MAN無縫連接，并與DWDM光網(wǎng)絡(luò)無縫兼容。

因此10G高速以太網(wǎng)的物理傳輸介質(zhì)一般會(huì)采用光纖，當(dāng)物理介質(zhì)采用單模光纖時(shí)，傳輸距離可達(dá)300KM，采用多模光纖時(shí)，可達(dá)40KM

單模光纖(SingleModeFiber)：中心玻璃芯很細(xì)(芯徑一般為9或10μm)，只能傳一種模式的光纖。其模間色散很小，適用于遠(yuǎn)程通訊，但還存在著材料色散和波導(dǎo)色散，這樣單模光纖對(duì)光源的譜寬和穩(wěn)定性有較高的要求，即譜寬要窄，穩(wěn)定性要好。單模光纖相比于多模光纖可支持更長(zhǎng)傳輸距離，在100Mbps的以太網(wǎng)以至1G千兆網(wǎng)，單模光纖都可支持超過5000m的傳輸距離。

單模傳輸距離遠(yuǎn)，多模傳輸帶寬大，單模不會(huì)發(fā)生色散，質(zhì)量可靠、單模通常使用激光作為光源，貴，而多模通常用便宜的LED、單模價(jià)格比較高、多模價(jià)格便宜，近距離傳輸可以

當(dāng)物理層技術(shù)限制了最大傳輸距離時(shí)，我們還可以通過采購高性能眉目如畫器或鏈接擴(kuò)展器來延長(zhǎng)以太網(wǎng)鏈路

收發(fā)器是信號(hào)轉(zhuǎn)換的一種裝置，通常是指光纖收發(fā)器。光纖收發(fā)器的出現(xiàn)，將雙絞線電信號(hào)和光信號(hào)進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換，確保了數(shù)據(jù)包在兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)間順暢傳輸，同時(shí)它將網(wǎng)絡(luò)的傳輸距離極限從銅線的100米擴(kuò)展到100公里(單模光纖)。

光纖收發(fā)器在數(shù)據(jù)傳輸上打破了以太網(wǎng)電纜的百米局限性，依靠高性能的交換芯片和大容量的緩存，在真正實(shí)現(xiàn)無阻塞傳輸交換性能的同時(shí)，還提供了平衡流量、隔離沖突和檢測(cè)差錯(cuò)等功能，保證數(shù)據(jù)傳輸時(shí)的高安全性和穩(wěn)定性。

二、以太網(wǎng)應(yīng)用于工業(yè)控制時(shí)存在的問題

傳統(tǒng)的以太網(wǎng)是一種商用網(wǎng)絡(luò)，要應(yīng)用到工業(yè)控制中還存在一些問題，主要有以下幾個(gè)方面。

(1) 存在實(shí)時(shí)性差，不確定性的問題

傳統(tǒng)的以太網(wǎng)采用了CSMA/CD的介質(zhì)訪問控制機(jī)制，各個(gè)節(jié)點(diǎn)采用BEB(Binary Exponential Back-off)算法處理沖突，具有排隊(duì)延遲不確定的缺陷，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)要通過競(jìng)爭(zhēng)來取得信息包的發(fā)送權(quán)。通信時(shí)節(jié)點(diǎn)監(jiān)聽信道，只有發(fā)現(xiàn)信道空閑時(shí)，才能發(fā)送信息;如果信道忙碌則需要等待。信息開始發(fā)送后，還需要檢查是否發(fā)生碰撞，信息如發(fā)生碰撞，需退出重發(fā)，因此無法保證確定的排隊(duì)延遲和通信響應(yīng)確定性，不能滿足工業(yè)過程控制在實(shí)時(shí)性上的要求，甚至在通信繁忙時(shí)，還存在信息丟失的危險(xiǎn)，從而限制了它在工業(yè)控制中的應(yīng)用。

(2) 工業(yè)可靠性問題

以太網(wǎng)是以辦公自動(dòng)化為目標(biāo)設(shè)計(jì)的，并沒有考慮工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的適應(yīng)性需要，如超高或超低的工作溫度，大電機(jī)或其他大功率設(shè)備產(chǎn)生的影響信道傳輸特性的強(qiáng)電磁噪聲等。以太網(wǎng)如在車間底層應(yīng)用，必須要解決可靠性的問題。

(3) 以太網(wǎng)不提供電源，必須有額外的供電電纜

工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制網(wǎng)絡(luò)不僅能傳輸通信信息，而且要能夠?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備傳輸工作供給電源。這主要是從線纜鋪設(shè)和維護(hù)方便考慮，同時(shí)總線供電還能減少線纜，降低布線成本。

(4) 以太網(wǎng)不是本質(zhì)安全系統(tǒng)

(5) 安全性問題

以太網(wǎng)由于使用了TCP/IP協(xié)議，因此可能會(huì)受到包括病毒、黑客的非法入侵與非法操作等網(wǎng)絡(luò)安全威脅。沒有授權(quán)的用戶可能進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)的控制層或管理層，造成安全漏洞。對(duì)此，一般可采用用戶密碼、數(shù)據(jù)加密、防火墻等多種安全機(jī)制加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的安全管理，但針對(duì)工業(yè)自動(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò)安全問題的解決方案還需要認(rèn)真研究。

(6) 現(xiàn)存的控制網(wǎng)絡(luò)與新建以太控制網(wǎng)絡(luò)的集成問題

上述這些問題中，實(shí)時(shí)性、確定性及可靠性問題是長(zhǎng)期阻礙以太網(wǎng)進(jìn)入工業(yè)控制領(lǐng)域的主要障礙。為了解決這一問題，人們提出了工業(yè)以太網(wǎng)的解決辦法。

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