提高以太网实用性的方法

随着相关技术的发展，以太网的发展也取得了本质的飞跃，再借助于相关技术，可以从总体上提高以太网应用于工业控制中的实用性。
　　1、采用交换技术
　　传统以太网采用共享式集线器，其结构和功能仅仅是一种多端口物理层中继器，连接到共享式集线器上的所有站点共享一个带宽，遵循CSMA/CD协议进行发送和接收数据。而交换式集线器可以认为是一个受控的多端口开关矩阵，各个端口之间的信息流是隔离的，在源端和交换设备的目标端之间提供了一个直接快速的点到点连接。不同端口可以形成多个数据通道，端口之间的数据输入和输出不再受CSMA/CD的约束。随着现代交换机技术的发展，交换机端口内部之间的传输速率比整个设备层以太网端口间的传输速率之和还要大，因而减少以太网的冲突率，并为冲突数据提供缓存。当然交换机的工作方式必须是存储转发方式，这样在系统中只有点对点的连接，不会出现碰撞。多个交换把整个以太网分解成许多独立的区域，以太网的数据冲突只在各自的冲突域里存在，不同域之间没有冲突，可以大大提高网络上每个站点的带宽，从而提高了交换式以太网的网络性能和确定性。
　　交换式以太网没有更改原有的以太网协议，可直接使用普通的以太网卡，大大降低了组网的成本，并从根本上解决了以太网通信传输延迟存在不确定性的问题。研究表明，通信负荷在10%以下时，以太网因碰撞而引起的传输延迟几乎可以忽略不计。在工业控制网络中，传输的信息多为周期性测量和控制数据，报文小，信息量少，传输的信息长度较小。这些信息包括生产装置运行参数的测量值、控制量、开关与阀门的工作位置、报警状态、设备的资源与维护信息、系统组态、参数修改、零点与量程调校信息等。其长度一般都比较小，通常仅为几位到几十个字节，对网络传输的吞吐量要求不高。研究表明，在拥有6000个I/O的典型工业控制系统中，通信负荷为10M以太网的5%左右，即使有操作员信息传输（如设定值的改变，用户应用程序的下载等），10M以太网的负荷也完全可以保持在10%以下。
　　2、采用高速以太网
　　随着网络技术的迅速发展，先后产生了高速以太网（100M）和千兆以太网产品和国际标准，10G以太网产品也已经面世。通过提高通信速度，结合交换技术，可以大大提高通信网络的整体性能。
　　3、采用全双工通信模式
　　交换式以太网中一个端口是一个冲突域，在半双工情况下仍不能同时发送和接收数据。如果采用全双工模式，同一条数据链路中两个站点可以在发送数据的同时接收数据，解决了这种情况下半双工存在的需要等待的问题，理论上可以使传输速率提高一倍。全双工通信技术可以使设备端口间两对双绞线（或两根光纤）上同时接收和发送报文帧，从而也不再受到CSMA/CD的约束，这样，任一节点发送报文帧时不会再发生碰撞，冲突域也就不复存在。对于紧急事务信息，则可以根据IEEE802.3p