http://m.casecurityhq.com 2024-06-03 15:52 《中華工控網(wǎng)》原創(chuàng)
近幾年,單對(duì)以太網(wǎng)(SPE)這一技術(shù)愈加頻繁被提及。在今年的德國(guó)漢諾威工業(yè)博覽會(huì)上,眾多企業(yè)和組織展示了一系列最新的SPE相關(guān)技術(shù)及產(chǎn)品。作為一項(xiàng)開放、經(jīng)濟(jì)高效且面向未來的技術(shù),從標(biāo)準(zhǔn)制定、支持組織以及兼容產(chǎn)品等各個(gè)方面來看,單對(duì)以太網(wǎng)似乎迎來了大規(guī)模應(yīng)用的一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)。
什么是單對(duì)以太網(wǎng)?
所謂單對(duì)以太網(wǎng),顧名思義,就是相較于先前需要兩對(duì)雙絞線傳輸數(shù)據(jù)的快速以太網(wǎng)或需要四對(duì)雙絞線的千兆以太網(wǎng),單對(duì)以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸只需要一對(duì)雙絞線(單對(duì)),甚至支持通過數(shù)據(jù)線(PoDL)供電,也就是僅需兩根線纜即可提供數(shù)據(jù)和電力的傳輸,這為現(xiàn)場(chǎng)層緊湊型設(shè)備、傳感器和執(zhí)行器的接線帶來了全新機(jī)遇。
這種纖薄、輕巧但功能強(qiáng)大的連接解決方案使工業(yè)能夠在現(xiàn)場(chǎng)層面實(shí)現(xiàn)數(shù)字化,因此被視為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的一項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)施。
事實(shí)上,SPE已經(jīng)算不上一項(xiàng)很新的技術(shù),其源于博通的Broad-Reach技術(shù)。早在十幾年前,汽車行業(yè)一直使用的控制器局域網(wǎng) (CAN) 總線由于相對(duì)較低的帶寬和有限的擴(kuò)展能力而滿足不了軟件定義車輛和智能網(wǎng)聯(lián)車的要求,于是,汽車制造商開始轉(zhuǎn)向 SPE技術(shù)。
但在較長(zhǎng)的一段時(shí)間里,SPE在汽車行業(yè)之外名聲不顯,后來工業(yè)領(lǐng)域一看,喲,這項(xiàng)技術(shù)很對(duì)我們的胃口啊,幾乎滿足了數(shù)字化轉(zhuǎn)型背景下工業(yè)通信的所有要求。于是,越來越多的工業(yè)企業(yè)開始采用并推廣這一技術(shù)。
其中的道理也不難理解。在工業(yè)數(shù)字化時(shí)代,伴隨著工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展,之前現(xiàn)場(chǎng)層采用總線技術(shù)的設(shè)備越來越難以滿足大數(shù)據(jù)傳輸要求,同時(shí)也需要各種協(xié)議轉(zhuǎn)換設(shè)備來接入到上層工業(yè)以太網(wǎng),不僅僅增加了網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性,同時(shí)也增加了系統(tǒng)集成的工作量和成本。而SPE 只需單對(duì)線纜,即可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離數(shù)據(jù)傳輸和以太網(wǎng)供電,將以太網(wǎng)覆蓋范圍擴(kuò)展至工業(yè)現(xiàn)場(chǎng),實(shí)現(xiàn)設(shè)備全連接,構(gòu)建起真正統(tǒng)一的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)。
(工業(yè)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的演進(jìn) 圖源:MOXA)
SPE基于當(dāng)今已成為標(biāo)準(zhǔn)的無網(wǎng)關(guān)IP協(xié)議和通信架構(gòu)——IEEE 802.3 Ethernet。憑借在相同的協(xié)議語言和統(tǒng)一接口的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)所有通信參與者的無縫連接,SPE成為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)4.0的推動(dòng)者,與傳統(tǒng)以太網(wǎng)解決方案相比具有諸多優(yōu)勢(shì):
......
技術(shù)的發(fā)展離不開國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的制定,SPE得到了國(guó)際電氣和電子工程師協(xié)會(huì)(IEEE)的大力支持,IEEE 802.3定義了SPE標(biāo)準(zhǔn),該標(biāo)準(zhǔn)描述了通過單對(duì)導(dǎo)線進(jìn)行以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)募夹g(shù)框架,不同之處在于數(shù)據(jù)傳輸速率和距離,以適合不同的應(yīng)用場(chǎng)景。
目前已經(jīng)發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)包括IEEE 802.3cg(10BASE-T1L和10BASE-T1S)、IEEE 802.3bw(100BASE-T1)、IEEE 802.3bp (1000BASE-T1),正在制定的一些主要SPE標(biāo)準(zhǔn)則有IEEE 802.3cy(MultiGigBASE-T1)、IEEE 802.3da(10BASE-T1S)等。而IEC 63171標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了兼容此類SPE標(biāo)準(zhǔn)的連接器規(guī)格。
(SPE標(biāo)準(zhǔn) 圖源:菲尼克斯電氣)
這些標(biāo)準(zhǔn)涵蓋了從低速率到高速率的多種需求,適用于工業(yè)自動(dòng)化、汽車制造、物聯(lián)網(wǎng)等各種不同的應(yīng)用場(chǎng)景。未來,隨著標(biāo)準(zhǔn)的不斷發(fā)展,SPE的應(yīng)用前景將更加廣闊。
持續(xù)的技術(shù)創(chuàng)新和標(biāo)準(zhǔn)化工作正在推動(dòng)SPE技術(shù)的成熟和普及,越來越多的傳感器、電纜、連接器、測(cè)量設(shè)備、芯片、交換機(jī)、終端設(shè)備制造商等正在為加速SPE在全球的應(yīng)用,構(gòu)建未來 SPE 生態(tài)系統(tǒng)而努力。
2019年,由浩亭、TE Connectivity、Softing等聯(lián)手推動(dòng)的SPE工業(yè)合作伙伴網(wǎng)絡(luò)(SPE Industrial Partner Network)成立,這是一個(gè)專門致力于推廣單對(duì)以太網(wǎng)在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的合作伙伴網(wǎng)絡(luò)。目前,該網(wǎng)絡(luò)包括了50多家領(lǐng)先的工業(yè)自動(dòng)化和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)公司,致力于共同開發(fā)和推廣基于SPE的解決方案,推動(dòng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施和市場(chǎng)教育。
2020年,隨著菲尼克斯電氣、魏德米勒、R&M、福祿克網(wǎng)絡(luò), 以及德力格能之間的技術(shù)合作不斷加強(qiáng),SPE系統(tǒng)聯(lián)盟成立。該聯(lián)盟將來自不同行業(yè)和應(yīng)用領(lǐng)域的領(lǐng)先技術(shù)公司聚集在一起,整合各自的SPE專業(yè)知識(shí)并針對(duì)性地開展交流。該聯(lián)盟的目標(biāo)是在盡可能多的市場(chǎng)和應(yīng)用中建立單對(duì)以太網(wǎng)解決方案,并創(chuàng)建通用的市場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)。目前,包括德特威勒、東土科技、微芯科技、羅森伯格、西克、威力工業(yè)網(wǎng)絡(luò)、Draka/Prysmian集團(tuán)和University 4 Industry等公司及機(jī)構(gòu)也正式加入該聯(lián)盟。
作為一項(xiàng)無縫、緊湊、高性能且經(jīng)濟(jì)高效的未來網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),SPE的市場(chǎng)規(guī)模不容小覷,而且潛力巨大。
根據(jù)IEEE的估計(jì),到2030年,所有市場(chǎng)的SPE節(jié)點(diǎn)市場(chǎng)潛力為2.5億個(gè),其中工廠自動(dòng)化領(lǐng)域?yàn)?000萬個(gè),這也與SPE系統(tǒng)聯(lián)盟的預(yù)測(cè)一致,而且隨著市場(chǎng)滲透率的快速提高,這一數(shù)字甚至可能高達(dá)1.8億個(gè)節(jié)點(diǎn),其中的驅(qū)動(dòng)力主要來自于過程自動(dòng)化和樓宇自動(dòng)化等其他工業(yè)細(xì)分市場(chǎng)。
(SPE市場(chǎng)節(jié)點(diǎn)預(yù)測(cè),圖源:SPE系統(tǒng)聯(lián)盟)
可以說,SPE正在重新塑造網(wǎng)絡(luò)連接的未來。隨著技術(shù)的成熟、標(biāo)準(zhǔn)化的完善和市場(chǎng)的進(jìn)一步開拓,它的影響力將在未來幾年內(nèi)顯著增長(zhǎng),但它能否顛覆傳統(tǒng)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的連接規(guī)則,并在市場(chǎng)上占據(jù)主導(dǎo)地位,我們拭目以待!