如何看待工業匯流排和通用乙太網之間的差別

通訊網路和地鐵、高速公路是一樣的，都是為了實現物理節點之間的相互連接和交互而構建起來的公共基礎設施，它本身是一種共享服務。所不同的是，交通路網上運送的是人和物品，而通訊網路上傳輸的是數據信息。

使用公共網路背後的驅動力其實非常簡單，就是為了能夠用更為經濟的手段在更多節點之間建立連接，承載更多的交互內容，幫助優化因節點數量、載荷容量的增加而帶來的時間、空間和人力、資金...等方面的成本投入。

PicSource：DHL

為了能夠向節點用戶提供「包裹」遞送服務，需要為網路系統中各個「職能部門」定義極為清晰的功能職責，並明確它們在「包裹」的交接和遞送過程中相互協調與配合的動作機制，也就是所謂的網路通訊協議組。

PicSource：Rockwell Automation

網路通訊協議一定是面嚮應用場景的。節點用戶群的應用需求在很大程度上影響著通訊協議的內容構成；反過來，網路通訊協議的特徵屬性也基本上決定了其所適用的應用場合。而我們常說的工業匯流排與通用乙太網協議之間的不同之處，也正是由於各自所服務的用戶群體在應用需求上的巨大差異而造成的。

通用乙太網需要解決的是數量眾多且位置極為分散的節點之間連接和交互的問題。與公路運輸體系類似，它從一開始就把端到端包裹遞送的靈活性和易用性作為其系統運行機制（也就是協議）的核心與重點之一。同時由於在通用乙太網上傳輸的大部分都僅僅是用於展示、呈現或記錄的數據信息，其並沒有在協議機制中對「包裹」的送達時間做嚴格的約定。儘管網路中任意兩個節點之間都隨時能夠進行數據交互，但信息抵達的時間卻很可能因為潛在的「擁堵」風險而無法得到保證。

PicSource：Siemens

而工業通訊網路所需要連接的應用節點，是產線設備上各種不同類型的功能部件，其首要任務是幫助設備完成正常的生產運行操作，因此數字通訊技術能夠在工業現場應用的一個重要前提，就是能夠讓數據「包裹」的遞送達到足夠的可靠性級別。

PicSource：Underground |London

這就需要在其通訊協議中對數據「包裹」的遞送約定一個時間機制，類似於軌道交通系統，為其設定一個各職能部門（如：網路交換機...）都必須嚴格遵守的時刻表，以確保它能夠在規定的時間內抵達目標節點。

可以說，有無時間敏感機制，是工業匯流排與通用乙太網協議之間一個非常重要的差別。

PicSource：Fedex

在網路通訊協議組中，還需要有一套用於表述和識別「包裹」應用信息的參數編譯和解析機制。這不僅是為了方便系統中的各個「職能部門」協調、規劃和辨識「包裹」的配送路徑，並將其在規定時間內送達目的地，同時也是要讓「包裹」內容與應用指令在收發兩端都做到語意的快速轉換。這個過程非常類似我們在收發郵件時按照特定格式讀寫運單標籤和文本內容的過程。

PicSource：ABB Freelance 800F

由於工業通訊網路和通用乙太網二者所面對的設備對象和應用場景的巨大差異，使得它們不得不在其通訊協議中採用完全不同的應用埠和數據模型。例如，通用乙太網一般處理的都是各類商用 IT 設備之間的數據通訊，而工業通訊網路則需要幫助實現產線和設備層面的人機交互，並參與其動作指令的操作和執行。通用乙太網協議中對於應用參數的解析模型根本無法幫助各類工業設備實現在網路系統中的相互辨識。

PicSource：CIP Object Model

同時，由於工業系統中所涉及到的設備元件類型非常之多，並且在操作使用的過程中經常需要對其數據進行反覆調用，因此，為了提升系統應用設計、集成和實施的總體效率，一般的工業網路都會在其協議中為各類不同的設備和應用對象約定其數據模型的結構樣式和解析方法。這其實就是工業匯流排和通用乙太網之間的另一項重要差異。其中一個比較典型的例子就是 EtherNet/IP 中的 CIP 模型。

所以，總的來說，傳統工業匯流排與通用乙太網在通訊協議上的區別，主要體現在這樣兩個層面：

「包裹」的遞送機制

內容的表達和解析

而造成這種局面其背後的原因，歸根結底還是在於它們在設備對象和應用場景這兩個方面本身所存在的需求差異。

長期以來，面向商用/民用領域的通用乙太網技術，一直都很難在工業製造環境中幫助設備實現可靠的應用連接，這促使工業領域的技術廠商們不得不基於自身技術實力和特定的場景、需求，設計和規劃屬於自己的網路通訊協議。從單機小範圍連接，到產線級大型網路；從早期的專屬現場匯流排，到後來基於乙太網物理介質；從三層網路的架構布局，到一網貫穿的無縫集成。我們不僅見證了各類工業通訊技術在功能、載荷、連接數量...等各種性能需求推動下，始終不斷迭代進化的發展進程，同時也目睹了多種匯流排協議長期並存、江湖割據的市場局面。

PicSource：LeanBI

不過，工業匯流排和乙太網技術發展到今天，不論是從節點連接數量還是交互內容的承載能力（速度、帶寬）來看，都已經遠遠超出了其早期的設計構想。不同協議的網路系統之間，也已經因為各自體量的迅速擴張，而開始在其邊界處相互產生了各種接觸、交互，甚至跨越和融合。

PicSource：Siemens.com/press | TSN

在這種情況下，各種工業匯流排之間以及它們與通用乙太網之間長期存在的這些協議層面的技術差異，就立刻成為了製造系統在整合與升級過程中一個巨大的障礙和瓶頸。例如：不利於系統之間的互操作、較高的跨網橋接成本、延緩運營系統的信息化進程...等等。

當然，這就是後話了...

以上內容純屬作者本人觀點，如有雷同，純屬巧合。

如有疑問，歡迎隨時通過本公眾號與我們聯繫。

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！