Классическая сеть Ethernet для систем реального времени
Изначальный для сетей Ethernet протокол множественного доступа к среде передачи с обнаружением коллизий CSMA/CD — недетерминированный и поэтому не пригоден для систем реального времени.
Решение данной проблемы сводится к применению современной коммутируемой среды связи или к использованию специальных методов, например метода создания сети с одним ведущим устройством. С помощью протоколов TCP/IP и новых системных решений на основе коммутаторов и маршрутизаторов получены определённые результаты применения этих сетей для задач управления технологическими процессами и предприятиями.Применительно к модели взаимодействия открытых систем OSI Ethernet охватывает её первые два уровня и не касается третьего уровня, на котором находится прокол TCP/IP. Хабы работают на первом физическом уровне, коммутаторы — на втором, а маршрутизаторы — на третьем. Коммутаторы могут интерпретировать сигналы на первых двух уровнях, что отражается в таблице MAC-адресов. Если адрес отсутствует, то коммутатор посылает его всем портам. Если устройство не подключено (удалено), то его вход исключается из базы данных. Тип подключения (MDI/MDIX) определяется автоматически.
Системы реального времени на основе Ethernet создают посредством реализации специальных методов, используя, исходя из соображений стоимости и быстродействия, различные варианты среды связи. Один из методов создания систем реального времени вместо протокола CDMA/CD применяет переключаемые интервалы времени, распределяющие передачи пакетов и сообщений в последовательной сети. Однако при таком методе недостаточно рационально используется полоса частот. Другой метод основан на построении упрощённого варианта сети только с одним ведущим контроллером при большом количестве ведомых устройств без использования коммутируемой среды. Распределённая система управления на основе такой сети использует метод интеракций одного ведущего со многими ведомыми устройствами.
Всё же основное направление в решении проблемы реального времени — это развитие коммутируемой среды связи. Коммутаторы и маршрутизаторы быстрой связи используют двухточечные каналы для передачи адресуемых IP-пакетов, при этом на основе таблиц маршрутизации определяют наилучший маршрут в сети. Сложные функции маршрутизаторов реализуются программно, поэтому они более совершенны по сравнению с коммутаторами, но медленнее. Новые маршрутизирующие коммутаторы объединяют преимущества обоих типов устройств по быстродействию и гибкости сетевой связи.
Важными составляющими в решении проблемы являются переход на оптические каналы связи. Новое поколение промышленных систем управления начинает переходить на гигабитные сети Ethernet, всё шире используются кольцевые топологии или многокольцевые структуры, обеспечивая высокую надёжность сетевых решений. В недалёкой перспективе — создание широкополосных коммутируемых промышленных сетей 10-Gigabit Ethernet. •
В качестве примеров каналообразующего оборудования и типовых аппаратных решений по увеличению производительности и надежности систем управления можно рассмотреть изделия фирмы Hirschmann.