五个主流以太网技术比较(2)

各系统使用三种不同的方法来实现实时性：

●         一个主站控制网络上的时隙。在POWERLINK环境，主站授权每个节点独立发送数据，在EtherCAT和SERCOS III网络，集束帧报文的传输跟随主站的时钟。

●        PROFINET IRT使用同步开关控制通信过程。

●        EtherNet / IP通过采用CIP Sync同步分发IEEE1588兼容的时钟信息给整个网络。

PROFINET通信

PROFINET（“过程现场网络”）按照对确定性的等级需求不同而采用不同的实现方法：

PROFINET RT通常用于软实时或没有实时性要求的应用场合，而PROFINET IRT则针对硬实时应用。该技术由Siemens和Profibus用户组织PNO的成员公司共同开发，它是基于以太网之上的PROFIBUS DP以及PROFINET I / O的成功应用-指定所有I / O控制器之间的数据传输以及参数化，诊断，和网络的布局。为了覆盖不同的性能等级，PROFINET使得各协议和服务可自由采用生产者/消费者原则。高优先级的有效载荷数据通过以太网协议并以以太网帧VLAN的优先次序直接发送，而诊断和配置数据发送使用UDP/ IP。这使系统实现循环周期时间约10毫秒的I / O应用。对于时钟同步周期时间要求低于毫秒及运动控制应用，则提供PROFINET IRT，它实现了一个分时复用的硬件同步开关－所谓的动态帧包装（DFP），为用户提供一个新的PROFINET循环时间的优化设计并于2009年发布此特性。

POWERLINK通信

POWERLINK最初由B&R开发并于2001年使用，Ethernet POWERLINK标准化组织（EPSG）是一个独立的用户组织并且遵循民主章程，自2003年以来，负责该技术的进一步发展。POWERLINK是一个完全免专利费的技术，独立于供应商，采用纯软件方式的协议，却可达到硬实时的性能。在2008年，EPSG提供了该技术的开源版本。POWERLINK集成了完整的CANopen机制，并充分满足IEEE 802.3以太网标准，即该协议提供了所有标准的以太网功能特点包括交叉通信和热插拔，允许网络以任意方式进行拓扑。

它是如何工作？

POWERLINK使用时隙和轮询混合方式来实现数据的同步传输。为进行协调，网络中指定PLC或工业PC作为管理节点（MN）。该管理节点运行周期性时隙的调度并据此来同步所有网络设备，并控制周期性数据通信。所有其他设备运行为受控节点（CN）。在每个同步周期阶段，MN以固定的时间序列逐次向CN发送 “轮询请求桢PReq”。每个CN以PRes方式立即响应这个请求并传输数据，所有其他节点可以侦听这个响应。一个POWERLINK的周期包括三个部分。在开始阶段，MN发送了循环启动SoC帧给网络中的所有节点，以同步网络中的所有设备。抖动大约20纳秒。

周期性同步数据交换发生在第二个阶段，多路复用技术在这个阶段中可用于优化网络带宽。第三个阶段的标志是异步启动信号SoA，用于传输大容量，非时间苛刻的数据包。例如：用户数据或TCP / IP帧，均可在异步阶段进行传输。 

POWERLINK分为实时和非实时域。在异步阶段的数据传输支持标准的IP帧，通过路由器将实时域和非实时域数据隔离以确保数据安全。 POWERLINK非常适合各种自动化应用，包括I / O，运动控制，机器人任务，PLC与PLC间的通信，以及显示任务。

多种共享特性：CANopen和POWERLINK OSI模型

Ethernet/IP通信

2000年初始发布，EtherNet / IP是一个开放的工业标准,它由艾伦－布拉德利（罗克韦尔自动化）和ODVA的开发（开放DeviceNet供应商协会）。“工业以太网协议”本质上是一个CIP（通用工业协议）－已被使用的ControlNet和的DeviceNet上的以太网的数据传输协议。 EtherNet / IP通常是在美国市场上得到非常好的应用，主要是使用罗克韦尔控制系统。

它如何工作？

EtherNet / IP在标准以太网硬件上运行，并同时使用TCP/ IP和UDP/ IP进行数据传输。由于生产者/消费者模式为CIP协议所支持，EtherNet / IP采用不同的通信机制来处理，例如周期性轮询，时间或事件触发，多波或简单的点对点连接，CIP应用协议分为“隐性的”I / O消息和“显性的”用于配置和数据采集的请求/应答报文。当显性信息嵌入到TCP帧，实时应用数据通过UDP发送，因为后者格式更紧凑且开销小。形成一个中心星型网络拓扑结构，交换机通过点对点挂钩连接方式防止数据碰撞。EtherNet / IP网络通常实现10mS左右的软实时性能， 而CIP Sync和CIP Motion及精确的节点同步则通过在IEEE 1588标准定义的分布式时钟方法可以达到极低的循环周期和抖动，使得它能够用于伺服电机的控制与驱动。