Harting表示，快速通道以太网交换增强了自动化IT性能

图1:切换方式对自动化协议的影响。

图2:高优先级或相同优先级的协议对自动化协议的影响。

图3:输出端口低优先级协议对自动化协议的影响

图4:自动化IT系统景观

一致使用标准以太网IEEE 802.3网络有助于自动化IT。真正的自动化性能，如确定性数据传输，是必不可少的。标准以太网交换技术和具有新的快速通道交换技术的标准以太网使自动化消息优先于同一物理层上的其他流量。

工业用以太网

2000年爆发的以太网狂热包括对一个可以服务所有应用程序的网络寄予厚望。很快就发现，尽管以太网是正确的技术，但它并不能满足所有的自动化需求。发生了什么事?
当应用于自动化时，以太网的性能不足以完全取代现场总线系统。这导致了以太网的进一步发展和一些不兼容的工业以太网配置文件。

新的配置文件具有IEEE 802.3的共同点，但可能无法与其他或使用标准以太网的设备和应用程序进行互操作。通过改变OSI第2层的以太网，解决了性能问题。配置文件性能一般都很好。确定性、速度、拓扑和安装与现场总线系统类似，而现场总线系统是以太网广泛自动化使用所需的基准。

自动化IT方法始于2006年，目的是抵消对以太网标准的偏离，并为办公IT和工业自动化提供统一的通信平台。一个以太网可以作为一个标准的通信平台。

所有应用的平台:自动化IT

所有工业应用都可以通过统一的自动化IT以太网互连。这样做可以确保连接工厂车间和业务流程的各种应用程序(例如制造执行系统(MES)和企业资源规划(ERP)系统)之间的直接通信。统一避免了复杂的转换，加速了流程，提高了效率。

基于自动化IT的网络为客户提供了多种好处，例如更低的成本、简化的安装和更高的可用性。
以太网已经成为MES、ERP和其他使用以太网规范IEEE 802.3的办公IT通信的全球通信标准。

从2008年开始，浩亭快速通道交换网络组件将以太网的性能提升到自动化水平。该技术适用于不变的以太网协议，识别自动化协议，并确定地加速这些协议。

存储转发，直通以太网交换

采用直通交换技术而不是存储转发技术，大大提高了交换技术的性能。(参见图1。)
然而，这两种方法都不能保证确定性，因此对于许多自动化应用来说都是不够的。IEEE 802.1q的协议优先级也是无效的，因为自动化协议与具有相同或更高优先级的其他协议竞争。可能导致的延迟对于自动化来说是不可接受的。

两种延迟机制是：

—输入端口的延迟:如果输入端口的队列(内存)被与自动化协议相同或更高优先级的其他协议的流量饱和，则自动化消息会延迟。(参见图2。)这将导致自动化协议出现不可预测的延迟。

—输出端口瓶颈:如果交换机的输出端口消息饱和，高优先级的自动化协议也必须等待端口释放。(参见图3。)长度为1,500字节的低优先级消息离开输出端口。然后，高优先级的自动化消息必须等待长达125μsec的端口释放。

如果网络中的流量非常低，则只有以太网传输速率、消息长度和交换机延迟周期决定消息转换延迟。

在本例中，最小消息转换延迟约为160μsec。以太网网络负载的增加会导致输入端口的延迟，也会造成交换机输出端口的瓶颈。如果非常长的消息离开上述路由上的输出端口，并且如果高优先级的自动化消息离开同一端口上的开关，则自动化消息必须等待端口的释放。

这种影响可以在路由上重复最后以几毫秒的延迟结束。在一条线路中，这可能发生在一个交换机上，因为两个消息都走同一条路由。自动化消息总是跟随长消息，并且每次都必须等到长消息离开端口之后。没有超车车道。这种不良影响的可能性随着网络负载的增加而增加。

只有16个开关时，消息转换延迟会出现几毫秒。

快速通道交换的确定性以太网

浩亭快速通道交换解决了这个问题。快速通道交换机检测自动化协议，并优先于所有其他协议传递它们。通过这种方式，它使自动化优先于其他以太网应用程序。快速通道开关使用集成的直通方法加速所有检测到的自动化消息，并防止延迟。

自动化IT的好处 自动化IT与确定性浩亭快速通道切换: -能够融合信息技术和自动化网络，现在每个网络都与指定的基础设施相互连接; -消除不必要的冗余(图4)，在所有网络级别上使用标准以太网技术; —将所有设备集成为以太网接口; -提高以太网兼容自动化配置文件的性能; -可以服务于现场的所有应用，从安全到快速I/O通信; -消除IT通信和线路拓扑对自动化性能的负面影响; -给用户最大的应用自由;和 -消除了专门的传输性能规划和严格的网络区域划分规则。

此外，通过快速通道交换，自动化消息可以超过占用所需端口的其他消息，从而消除了“等待时间”。如果正在发送IT消息，并且端口被自动化消息占用，则以受控的方式终止IT消息的转发。直通方法无延迟地转发自动化消息。之后，被缓冲的IT消息继续。快速通道交换保证了比现场总线系统性能更高的消息转换延迟。

开关技术比较

在世界范围内，大量的设备都有通过存储转发模式连接的以太网接口。虽然并非所有以太网连接的设备都与自动化相关，但可以通过将新技术集成到新设备中来触发自动化创新。例子包括机器视觉和射频识别(RFID)——两者都不是源自经典的自动化。

创新的新设备，对标准以太网开放，可以集成用于工业用途。快速通道交换也可以用于支持标准以太网通信的自动化配置文件。

存储转发交换仅在扁平的办公室层次结构中提供高性能。QoS(服务质量)不能保证高优先级消息超过低优先级消息。使用各种线路拓扑的网络容量利用率和性能可以使用快速通道交换来改进。

以太网/IP和Profinet RT协议可以提高性能并简化设备设计。支持不同自动化配置文件的机械工程师和其他用户可以使用流量分析组件和统一设计来连接他们的设备。

快速通道交换将IT方法的优势与特殊流程相结合。独立的自动化技术生命周期可以与统一的以太网生命周期共存，从而提供额外的优势。使用以太网技术，自动化应用程序可以更快地结合新的发展，例如更宽的带宽或安全性。与以太网相比，现场总线网络的发展速度较慢，可能需要5到10年的时间。

Andreas Huhmann，内部战略顾问，CN和Stefan Korf产品经理，德国，是德国浩亭技术集团的一部分。通过andreas.huhmann@Harting.com和stefan.korf@Harting.com联系他们。

也可以参阅浩亭关于快速通道切换的PDF。

以及来自控制工程:插入工业以太网协议和以太网解释。

——主编马克·t·霍斯克控制工程;经浩亭技术公司许可改编。新闻通讯第17期，可在新闻中找到www.Harting-usa.com。

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