如何看待工業(yè)總線和通用以太網(wǎng)之間的差別

通訊網(wǎng)絡和地鐵、高速公路是一樣的，都是為了實現(xiàn)物理節(jié)點之間的相互連接和交互而構(gòu)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(wǎng)上運送的是人和物品，而通訊網(wǎng)絡上傳輸?shù)氖菙?shù)據(jù)信息。

使用公共網(wǎng)絡背后的驅(qū)動力其實非常簡單，就是為了能夠用更為經(jīng)濟的手段在更多節(jié)點之間建立連接，承載更多的交互內(nèi)容，幫助優(yōu)化因節(jié)點數(shù)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。

為了能夠向節(jié)點用戶提供“包裹”遞送服務，需要為網(wǎng)絡系統(tǒng)中各個“職能部門”定義極為清晰的功能職責，并明確它們在“包裹”的交接和遞送過程中相互協(xié)調(diào)與配合的動作機制，也就是所謂的網(wǎng)絡通訊協(xié)議組。

網(wǎng)絡通訊協(xié)議一定是面向應用場景的。節(jié)點用戶群的應用需求在很大程度上影響著通訊協(xié)議的內(nèi)容構(gòu)成；反過來，網(wǎng)絡通訊協(xié)議的特征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(yè)總線與通用以太網(wǎng)協(xié)議之間的不同之處，也正是由于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。

通用以太網(wǎng)需要解決的是數(shù)量眾多且位置極為分散的節(jié)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(tǒng)運行機制（也就是協(xié)議）的核心與重點之一。同時由于在通用以太網(wǎng)上傳輸?shù)拇蟛糠侄純H僅是用于展示、呈現(xiàn)或記錄的數(shù)據(jù)信息，其并沒有在協(xié)議機制中對“包裹”的送達時間做嚴格的約定。盡管網(wǎng)絡中任意兩個節(jié)點之間都隨時能夠進行數(shù)據(jù)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。

而工業(yè)通訊網(wǎng)絡所需要連接的應用節(jié)點，是產(chǎn)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(chǎn)運行操作，因此數(shù)字通訊技術能夠在工業(yè)現(xiàn)場應用的一個重要前提，就是能夠讓數(shù)據(jù)“包裹”的遞送達到足夠的可靠性級別。

這就需要在其通訊協(xié)議中對數(shù)據(jù)“包裹”的遞送約定一個時間機制，類似于軌道交通系統(tǒng)，為其設定一個各職能部門（如：網(wǎng)絡交換機...）都必須嚴格遵守的時刻表，以確保它能夠在規(guī)定的時間內(nèi)抵達目標節(jié)點。

可以說，有無時間敏感機制，是工業(yè)總線與通用以太網(wǎng)協(xié)議之間一個非常重要的差別。

在網(wǎng)絡通訊協(xié)議組中，還需要有一套用于表述和識別“包裹”應用信息的參數(shù)編譯和解析機制。這不僅是為了方便系統(tǒng)中的各個“職能部門”協(xié)調(diào)、規(guī)劃和辨識“包裹”的配送路徑，并將其在規(guī)定時間內(nèi)送達目的地，同時也是要讓“包裹”內(nèi)容與應用指令在收發(fā)兩端都做到語意的快速轉(zhuǎn)換。這個過程非常類似我們在收發(fā)郵件時按照特定格式讀寫運單標簽和文本內(nèi)容的過程。

由于工業(yè)通訊網(wǎng)絡和通用以太網(wǎng)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(xié)議中采用完全不同的應用端口和數(shù)據(jù)模型。例如，通用以太網(wǎng)一般處理的都是各類商用 IT 設備之間的數(shù)據(jù)通訊，而工業(yè)通訊網(wǎng)絡則需要幫助實現(xiàn)產(chǎn)線和設備層面的人機交互，并參與其動作指令的操作和執(zhí)行。通用以太網(wǎng)協(xié)議中對于應用參數(shù)的解析模型根本無法幫助各類工業(yè)設備實現(xiàn)在網(wǎng)絡系統(tǒng)中的相互辨識。

同時，由于工業(yè)系統(tǒng)中所涉及到的設備元件類型非常之多，并且在操作使用的過程中經(jīng)常需要對其數(shù)據(jù)進行反復調(diào)用，因此，為了提升系統(tǒng)應用設計、集成和實施的總體效率，一般的工業(yè)網(wǎng)絡都會在其協(xié)議中為各類不同的設備和應用對象約定其數(shù)據(jù)模型的結(jié)構(gòu)樣式和解析方法。這其實就是工業(yè)總線和通用以太網(wǎng)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(tǒng)工業(yè)總線與通用以太網(wǎng)在通訊協(xié)議上的區(qū)別，主要體現(xiàn)在這樣兩個層面：

“包裹”的遞送機制

內(nèi)容的表達和解析

而造成這種局面其背后的原因，歸根結(jié)底還是在于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/民用領域的通用以太網(wǎng)技術，一直都很難在工業(yè)制造環(huán)境中幫助設備實現(xiàn)可靠的應用連接，這促使工業(yè)領域的技術廠商們不得不基于自身技術實力和特定的場景、需求，設計和規(guī)劃屬于自己的網(wǎng)絡通訊協(xié)議。從單機小范圍連接，到產(chǎn)線級大型網(wǎng)絡；從早期的專屬現(xiàn)場總線，到后來基于以太網(wǎng)物理介質(zhì)；從三層網(wǎng)絡的架構(gòu)布局，到一網(wǎng)貫穿的無縫集成。我們不僅見證了各類工業(yè)通訊技術在功能、載荷、連接數(shù)量...等各種性能需求推動下，始終不斷迭代進化的發(fā)展進程，同時也目睹了多種總線協(xié)議長期并存、江湖割據(jù)的市場局面。

不過，工業(yè)總線和以太網(wǎng)技術發(fā)展到今天，不論是從節(jié)點連接數(shù)量還是交互內(nèi)容的承載能力（速度、帶寬）來看，都已經(jīng)遠遠超出了其早期的設計構(gòu)想。不同協(xié)議的網(wǎng)絡系統(tǒng)之間，也已經(jīng)因為各自體量的迅速擴張，而開始在其邊界處相互產(chǎn)生了各種接觸、交互，甚至跨越和融合。

在這種情況下，各種工業(yè)總線之間以及它們與通用以太網(wǎng)之間長期存在的這些協(xié)議層面的技術差異，就立刻成為了制造系統(tǒng)在整合與升級過程中一個巨大的障礙和瓶頸。例如：不利于系統(tǒng)之間的互操作、較高的跨網(wǎng)橋接成本、延緩運營系統(tǒng)的信息化進程...等等。

當然，這就是后話了...

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