以太網(wǎng)用于運動控制的三個原因

以太網(wǎng)正成為工業(yè)應用中日益重要的網(wǎng)絡,。就運動控制而言,，以太網(wǎng)、現(xiàn)場總線以及其他技術（如組件互連）歷來都是相互競爭的，用以在工業(yè)自動化和控制系統(tǒng)中獲得對一些苛刻要求的工作負載的處理權限,。運動控制應用要求確定性（保證網(wǎng)絡能夠及時將工作負載傳送至預定的節(jié)點）,，這是確保位置保持所必需的，這進而又將確保驅動器的精確停止,、適當?shù)募铀?減速以及其他任務,。

標準的IEEE 802.3以太網(wǎng)從未達到這方面的要求。即使全雙工交換和隔離域淘汰了過時的CSMA/CD數(shù)據(jù)鏈路層,，但它還是缺乏可預測性,。此外，典型堆棧中的TCP/IP的高度復雜性并未針對實時流量的可靠傳送進行優(yōu)化,。因此,，現(xiàn)場總線以及帶有基于ASIC的PCI卡的PC控制架構一直是常見的運動控制解決方案。
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以太網(wǎng)幀的概述：

以太網(wǎng)的幀是數(shù)據(jù)鏈路層的封裝,，網(wǎng)絡層的數(shù)據(jù)包被加上幀頭和幀尾成為可以被數(shù)據(jù)鏈路層識別的數(shù)據(jù)幀（成幀）。雖然幀頭和幀尾所用的字節(jié)數(shù)是固定不變的,，但依被封裝的數(shù)據(jù)包大小的不同,，以太網(wǎng)的長度也在變化，其范圍是64～1518字節(jié)（不算8字節(jié)的前導字）,。

/域

（Collision）：在以太網(wǎng)中,，當兩個數(shù)據(jù)幀同時被發(fā)到物理傳輸介質上，并完全或部分重疊時,，就發(fā)生了數(shù)據(jù),。當發(fā)生時，物理網(wǎng)段上的數(shù)據(jù)都不再有效,。

域：在同一個域中的每一個節(jié)點都能收到所有被發(fā)送的幀,。

影響產生的因素：是影響以太網(wǎng)性能的重要因素，由于的存在使得傳統(tǒng)的以太網(wǎng)在負載超過40%時,，效率將明顯下降,。產生的原因有很多，如同一域中節(jié)點的數(shù)量越多,，產生的可能性就越大,。此外，諸如數(shù)據(jù)分組的長度（以太網(wǎng)的比較大幀長度為1518字節(jié)）,、網(wǎng)絡的直徑等因素也會影響的產生,。因此，當以太網(wǎng)的規(guī)模增大時,，就必須采取措施來控制的擴散,。通常的辦法是使用網(wǎng)橋和交換機將網(wǎng)絡分段,，將一個大的域劃分為若干小域。

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由于在這些接口上,，數(shù)據(jù)的速率真正達到了10Gbps左右，因此對于測試的帶寬要求更高,。雖然SFP+的規(guī)范中對于測試設備的帶寬要求在12GHz以上,，但是考慮到示波器的頻響方式不同，以及現(xiàn)代的芯片比標準制定時都有更陡的邊沿,，使用實時示波器進行測量時建議使用20GHz以上的帶寬,。圖7.30是用實時示波器進行SFP+接口測試的例子。

為了提高數(shù)據(jù)速率,，IEEE還在10G以太網(wǎng)的接口標準上提出了用4路10G信號傳輸40G以太網(wǎng)信號的標準,，比如40GBase-KR4、40GBase-SR4,、40GBase-LR4,、40GBase-ER4、40GBase-CR4,如果采用光纖進行傳輸時可能采用的是QSFP+(QuadSmallForm-factorPluggable)的光模塊接口,。QSFP+的光模塊電接口一側采用的標準和技術與相應的10G以太網(wǎng)接口類似,，而40GBase-KR4也是用4對10Gbps的差分線同時傳輸實現(xiàn)40Gbps的傳輸速率。因此這些40G以太網(wǎng)的標準對于測試儀表的帶寬要求也與對應的10G接口要求類似,，只不過要測試的端口數(shù)更多,。對于采用了光口作為以太網(wǎng)信號傳輸?shù)慕涌冢绻€想進行光口的眼圖,、抖動,、消光比、光功率,、波長等的測試,，需要借助相應的光采樣示波器、光功率計等完成,，可以參考后面關于光信號測試的章節(jié)

高速以太網(wǎng)

快速以太網(wǎng)：快速以太網(wǎng)（FastEthernet）也就是我們常說的百兆以太網(wǎng),，它在保持幀格式,、MAC（介質存取控制）機制和MTU（比較大傳送單元）質量的前提下,，其速率比10Base－T的以太網(wǎng)增加了10倍。二者之間的相似性使得10Base－T以太網(wǎng)現(xiàn)有的應用程序和網(wǎng)絡管理工具能夠在快速以太網(wǎng)上使用,?？焖僖蕴W(wǎng)是基于擴充的IEEE802.3標準。

千兆以太網(wǎng)：

千兆位以太網(wǎng)是一種新型高速局域網(wǎng),，它可以提供1Gbps的通信帶寬,，采用和傳統(tǒng)10M,、100M以太網(wǎng)同樣的CSMA/CD協(xié)議、幀格式和幀長,，因此可以實現(xiàn)在原有低速以太網(wǎng)基礎上平滑,、連續(xù)性的網(wǎng)絡升級。只用于PointtoPoint,，連接介質以光纖為主,，比較大傳輸距離已達到70km，可用于MAN的建設,。

由于千兆以太網(wǎng)采用了與傳統(tǒng)以太網(wǎng),、快速以太網(wǎng)完全兼容的技術規(guī)范，因此千兆以太網(wǎng)除了繼承傳統(tǒng)以太局域網(wǎng)的優(yōu)點外,，還具有升級平滑,、實施容易、性價比高和易管理等優(yōu)點,。

千兆以太網(wǎng)技術適用于大中規(guī)模（幾百至上千臺電腦的網(wǎng)絡）的園區(qū)網(wǎng)主干,，從而實現(xiàn)千兆主干、百兆交換（或共享）到桌面的主流網(wǎng)絡應用模式,。

小知識：千兆以太網(wǎng)的優(yōu)勢是同舊系統(tǒng)的兼容性好,，價格相對便宜。在這也是千兆以太網(wǎng)在同ATM的競爭中獲勝的主要原因,。
以太網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)有什么區(qū)別?

10M 以太網(wǎng)

10Mbps以太網(wǎng)即標準以太網(wǎng),，由IEEE802.3定義，同一公共通信信道上的所有用戶共享這個帶寬,，這個公共信道稱為總線,。在交換式LAN中，每個交換式端口都是一個以太網(wǎng)總線,，采用星型拓撲結構,。這種連接方式下將有可能提供全雙工的連接，此時,，將提供20Mbps的總帶寬,。根據(jù)IEEE802.3的規(guī)定，10M以太網(wǎng)目前使用的線纜有：10Base-T雙絞線,、10Base5粗同軸電纜以及10Base2細同軸電纜,。10Base-T是目前使用為的一種以太網(wǎng)電纜標準。它具有一個優(yōu)勢就是易于擴展,，維護簡單,，價格低廉，一個集線器加上幾根10Base-T電纜,，就能構成一個實用的小型局域網(wǎng)（當然還得有計算機）,，10Base-T的缺點是：電纜的比較大有效傳輸距離是距集線器100m,，即使是高質量的5類雙絞線也只能達到150m。3類到6類雙絞線在塑料外殼內均有這樣的四對線纜,，區(qū)別主要在于類數(shù)越高的雙絞線,，單位長度內的絞環(huán)數(shù)越多，擰得越緊,，這使得5類或者6類雙絞線的交感更少并且在更長的距離上信號質量更好,，更適用于高速計算機通信。各種設備需要使用具體的線纜連接起來,。目前應用于各種網(wǎng)絡設備的接口可能使用雙絞線接口或光纖接口,。雙絞線和光纖接口之間不能直接相連，必須使用光電轉換設備,。
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確定性適用于運動控制應用

運動控制依賴于精確通信,。這種精確性通過使用基于時隙的調度來支持,，每個設備在調度策略中都有一個與其它設備進行通信的調度表。這些伺服驅動器和控制器計算出它們各自的時序,，由此可計算出控制函數(shù)的ΔT值,。但是，如果數(shù)據(jù)傳輸變得無法預測,，則可能會丟失結果,，因此需要確定性來確保環(huán)路的穩(wěn)定性。

以太網(wǎng)能夠支持工廠中苛刻的運動控制應用

在某些情況下,，通過直接集成于英特爾®芯片內的加速器電路在EtherNet/IP中實施IEEE1588,，只是以太網(wǎng)解決方案用于強制確定性的一種常見機制。EtherCAT的高速實時處理是運動控制應用中如何實現(xiàn)始終如一的預測性能的另一個示例,。EtherCAT突破了基于PCI的集中式通信的嚴格物理限制,，即要求機器處理單元和伺服處理器之間可快速通信但需要保持短距離。 河北以太網(wǎng)測試價格優(yōu)惠

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