千兆以太网:时机合适吗?
使用千兆以太网就像拥有世界上最快的汽车一样。正如目前大多数高速公路无法容纳高速行驶的汽车一样，大部分已安装的以太网设备无法利用千兆以太网速度，这比公认的快速以太网技术快10倍。
| 阅读。 |
使用千兆以太网就像拥有世界上最快的汽车一样。正如目前大多数高速公路无法容纳高速行驶的汽车一样，大部分已安装的以太网设备无法利用千兆以太网速度，这比公认的快速以太网技术快10倍。因此，千兆以太网的采用一直很缓慢，因为一些用户没有看到升级的明确理由。
然而，这种情况正在开始改变。一些以太网环境，如大型报纸印刷厂，需要高带宽，用户正在转换到千兆以太网。此外，随着速度在其他工业应用领域成为一个问题，越来越多的用户正在考虑并转而使用千兆以太网。而且，随着越来越多的应用程序需要千兆以太网，行业将逐步过渡，使千兆以太网成为既定标准。
几个挑战
然而，今天，在实现千兆以太网时需要考虑几个挑战:
互连问题。如何选择合适的设备?连接千兆以太网的最佳方式是什么?
安装和可靠性。千兆以太网安装困难吗?会不会产生干扰问题?
高带宽的挑战。许多应用程序目前并不需要额外的速度，因此很难证明转换为千兆以太网的费用是合理的。然而，越来越多的关键应用程序可以从中受益。
什么是千兆以太网?
以太网最早是由施乐公司(Xerox Corp.)在20世纪70年代的研究中开发出来的，20世纪80年代开始实施，并从此发展成为网络市场的主导。快速以太网协议的出现将数据传输速度从每秒10兆比特提高到每秒100兆比特。千兆以太网(Gigabit Ethernet)是一组网络协议，其开发目的是将速度提高到1000mbps。千兆以太网的最初标准是IEEE于1998年发布的光纤连接802.3z标准，1999年发布的UTP铜缆802.3ab标准。这两个标准现在更常被称为1000BASE-X。
| 该图说明了MAC(媒体访问控制器)层和PHY(物理接口收发器)层中的两个IEEE千兆以太网结构。 |
快速以太网已经是一种非常有效的技术，被广泛接受，并且几乎所有的网络设备和系统都可以使用它。千兆以太网使用快速以太网作为基础，但有几个关键的区别。例如，标准的以太网5类电缆有8根电线(4对)，但在基本的以太网10baseT (10Mbps)和快速以太网100Base T (100 Mbps)中，只使用4根(2对)电线，一根电线传输数据，另一根单独的电线接收数据。
在10Mbps的以太网中，一位数据被编码成一个传输符号，只使用两个电压级别;快速以太网使用4B/5B MLT-3编码方案，具有3个电压级别。然而，1000Base-T将两位数据编码成一个传输的PAM5符号，并使用所有八根电线(四对)双向发送和接收数据。虽然千兆以太网以与快速以太网(125 Mbaud)相同的符号速率运行，但它通过一次传输8位，使用5个电压级别和所有四个可用的线对同时传输和接收数据来达到1,000 Mbps的速度。
互连的问题
显然，数据速率的提高和先进的多级编码方案对铜缆的质量提出了更高的要求。这是由于更高的频率和信噪比。虽然快速以太网标准是为Cat 5电缆编写的，但用户可能需要考虑升级到较新的Cat 5e或Cat 6a电缆，以避免干扰问题。Cat 5e电缆足以用于千兆以太网，而Cat 6a提供了最大的内部干扰保护，也适用于未来的10千兆以太网应用。然而，一般的决定是使用屏蔽双绞线(STP)还是非屏蔽双绞线(UTP)。
STP布线在同一电缆对之间的串扰和对外部干扰的抗扰方面具有优势，但比非屏蔽铜电缆更昂贵，在美国不太常用。UTP电缆更便宜，更容易安装，但在500 MHz的新Cat 6a标准下肯定会达到极限。
一般来说，与快速以太网相比，千兆以太网的干扰问题更具挑战性。在为特别嘈杂的环境选择架构时，应该仔细考虑这个因素。避免这个问题的一个选择是使用光纤电缆，这将适用于快速以太网和千兆以太网系统。
使用光纤的千兆以太网有四种不同的物理层标准，以及基于电缆运行距离的几个子标准。同样重要的是要知道，光纤并不是一些人可能认为的万能疗法。由于内部色散效应，使用足以满足快速以太网的旧光纤变体将限制千兆以太网的长度。
无论使用光纤还是铜线，请注意安装实践也会极大地影响介质性能。将Cat 5e电缆视为电机控制中心的电源，肯定会影响网络的可靠性。然而，如果正确实现，千兆以太网应该不会出现干扰问题，并且将像快速以太网一样有效地运行，甚至更快。
同样重要的是，要确保千兆以太网中使用的交换机能够处理更高的速度。它们应该在所有端口上支持10,100和1,000 Mbps的速度，但有些交换机只在两个端口上支持所有这些速度，其余端口只支持10和100mbps。请注意，有些交换机只支持1,000 Mbps的速度，这必然会给您的设施中的所有设备带来向后兼容性问题，这些设备只能支持10和100 Mbps的速度。
整体吞吐量
一个好的做法是确保千兆以太网系统上使用的每个交换机的额定速率乘以交换机上的端口数量为2,000 Mbps。这确保了交换机能够以高达1,000 Mbps的速度双向传输数据，同时以高达1,000 Mbps的速度接收数据。
连接器是另一个问题。对于苛刻的工业应用，RJ45连接器不能单独使用。需要额外的外壳来保护连接器。对于苛刻的应用，M-12连接器是一个更好的选择，但它传统上只提供四个引脚。苛刻环境下的千兆以太网应用需要新的8引脚M-12连接器。
千兆以太网与大多数计算机兼容，可以提高高流量工业设备网络的性能。例如，如果连接的设备超过20台，千兆以太网可以将数据包通过交换机所需的时间减少10倍，从而消除数据拥塞问题。对于快速、实时的应用程序来说，这是一个关键的区别。
| 标准 | 标准首次发布 | 数据速率 | 拓扑结构 | 电缆类型 | 连接器技术 | Max。电缆段长度(米) | |
| HDX | 都不会 | ||||||
| 源:控制工程数据来自OvisLink公司 | |||||||
| 10 baset | 802.3 i - 1990 | 10 mbps的 | 明星 | 两对100欧姆Cat 3或更好的UTP | RJ45模块插孔(8引脚) | One hundred. | One hundred. |
| 100年base-tx | 802.3 u - 1995 | 100 mbps | 明星 | 两对100欧姆Cat 5 UTP | RJ45 8针UTP 9针d型STP | One hundred. | One hundred. |
| 100年base-fx | 802.3 u - 1995 | 100 mbps | 明星 | 两根光纤 | 双工SC连接器ST连接器和FDDI MIC连接器 | 412 | 2000 |
| 1000年base-lx | 802.3 z - 1998 | 1 gb | 明星 | LWL(1300海里)过 | 双工SC连接器 | ||
| -62.5 um MMF | 316 | 550 | |||||
| -50年嗯MMF | 316 | 550 | |||||
| -10年嗯SMF | 316 | 5000 | |||||
| 1000年base-sx | 802.3 z - 1998 | 1 gb | 明星 | SWL (850nm)结束 | 双工SC连接器 | ||
| -62.5 um MMF | 275 | 275 | |||||
| -50年嗯MMF | 316 | 550 | |||||
| 1000 base - t | 802.3 ab - 1999 | 1 gb | 明星 | 4对100欧姆5类或以上电缆 | 8针RJ45连接器 | One hundred. | One hundred. |
相关链接和在线工业以太网额外
更多来自2008年10月控制工程工程驱动以太网增刊:
实时以太网应用
不要破坏你的关系网
千兆以太网:时机合适吗?
Nesher水泥辊采用Modbus TCP，实时控制
实时工业以太网应用与SERCOS III, EtherCAT
sercos III以太网协议已经取代了传统网络，用于直接控制Rovema包装机上的I/O连接、监控子系统和其他现场总线设备。开放的，标准化的SERCOS III接口为Rovema提供了一个通用的驱动器和自动化接口，与许多制造商的驱动器和设备兼容。
-使用EtherCAT，倍福自动化，爆米花袋打开更好;
| 作者信息 |
| Ralf Kaptur是Molex自动化和电气产品部的产品经理。欲了解更多信息，请访问编辑部主任。 |
您是否具有本内容中提到的主题的经验和专业知识?您应该考虑为我们的CFE媒体编辑团队做出贡献，并获得您和您的公司应得的认可。点击在这里开始这个过程。
