《電子技術應用》
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無處不在的以太網
來源:網界網
作者:王旋
摘要: 以太網,作為一種創新的草根技術,正以它平等、開放、競爭的精神和基因,給高技術產業帶來前所未有的機會和正能量。
Abstract:
Key words :

 以太網,作為一種創新的草根技術,正以它平等、開放、競爭的精神和基因,給高技術產業帶來前所未有的機會和正能量。以太網歷經幾十年的發展,如今在工業、軍事、太空以及汽車制造等產業獲得廣泛應用,并且不斷發展、進步,給人們的生活帶來了創新與活力。

工業以太網

工業以太網是應用于工業控制領域的以太網技術,在技術上與商用以太網(即IEEE 802.3標準)兼容。但在產品設計時,其材質的選用、產品的強度、適用性以及實時性、可操作性、可靠性、抗干擾性、安全性等,必須能滿足工業現場需要。

應用于工業環境的網絡必須具備遠程、智能、實時控制和對惡劣工業環境的適應等一系列的性能。通常情況下,人們習慣將工廠中的應用劃分為信息層、控制層和現場層,而工業以太網正是基于網絡技術,實現企業從現場控制層到管理層“一網到底”的無縫信息集成。

今后Ethernet和TCP/IP技術將成為器件總線和現場總線的基礎協議,以太網技術正在加速進入每一個工業應用環境。而關于工業以太網的應用,就有過一個成功的案例。

2010年,在智利圣澤西銅礦營救33名被困礦工的大行動開始之前,救援人員利用一臺加固的以太網交換機對井下情況進行了評估。這臺小型(3*5英寸)工業以太網非管理型交換機和一部捆綁在其上的相機安裝在了“鳳凰”救援密封艙內。聯網相機的任務就是要獲取井下圖像,準確探測隧道內巖石的結構,以便確定人是否能通過,最終成功營救被困礦工。

救援示意圖

未來,工業以太網將在工業企業綜合自動化系統中的現場設備之間的互聯和信息集成中發揮越來越重要的作用。

軍事以太網

2013年6月,美國馬里蘭州的海軍航空專家為諾格公司MQ-8火力偵查無人飛行器尋找加固型以太網交換機,并最終在GE公司的智能平臺上找到了解決方案。當時,馬里蘭州海軍航空系統司令部已經計劃與GE公司簽訂一份關于購買15個RES-210型加固以太網交換機的合同,該加固以太網交換機將用于火力偵查無人直升機。

MQ-8火力偵察無人飛行器

火力偵查無人直升機可從陸上基地或各種睡眠艦艇上提供偵查、態勢感知和精確瞄準。火力偵查具備模塊化任務載荷能力,使其能夠完成反潛站、水面戰、水雷戰等作戰任務。

GE公司是唯一一家能夠滿足火力偵查無人機要求的加固以太網交換機制造商,該公司的RES-210加固以太網交換機是在2009年推出的,專為部署在惡劣環境而設計制造,例如高海拔、震動、沖擊、極端溫度、濕度及鹽霧的軍事平臺上。RES-210加固以太網交換機是在GE的CP923RC吉比特以太網交換機的基礎上研制的,并封裝于小型加固機箱內,可運行于GE的OpenWare交換機管理環境,提供集成管理服務,包括配置、監控、開關控制、尋址、路由和所有支持的協議。可通過串行控制臺實現網絡訪問配置和監控功能,所支持的訪問方式包括Telnet、SSH和SNMP。

此外,RES-210加固以太網交換機小巧輕便,配有10個端口,速率達吉比特,可用于尺寸和重量受限的環境。該以太網交換機還可支持IPv6和IPv4,符合MIL-STD-704E和MIL-STD-1275B標準,可用于飛機、地面車輛和其他軍事平臺。

太空以太網

以太網技術涉及的領域已經比人們曾經預想得要廣泛得多,2009年4月14日,美國航天局(NASA)與德國的以太網供應商TTTech簽署了一項協議,為太空應用建設高容錯(Fault-tolerant)性的網絡。

TTTech開發了一套成為TTEthernet的時間觸發型服務,該服務是在IEEE 802.3 以太網標準基礎上開發的。TTTech公司表示,該項服務技術支持同步、高可靠性的嵌入式計算和聯網。

據供應商介紹,TTEthernet能讓人為分割的多媒體數據流、關鍵控制數據和標準局域網消息在一個網絡里流動,而不會發生信息堵塞或相互影響,這樣做是為了設計先進的綜合系統而避免以太網技術的限制。

TTEthernet系統能以100Mbps和1Gbps速率傳送信息包,美國航天局已經將一些技術用在了獵戶座載人探索飛行器(Orion Crew Exploration Vehicle)上。此外,美國航天局和TTTech還將合作制定空間網絡標準,它將是一個開放的空間以太網標準,適用于美國航天局計劃和空間系統部署未來的空間網絡。

美國航天局正在為滿足基本通信、導航網絡需求和各種網絡架構尋找各種方式。且美國航天局表示,這樣的網絡服務可以是完整的交鑰匙(Turn-key)服務、子系統或組件、針對具體功能的應用,也可以是滿足一部分預期需求所必需的其他能力。

以太網技術如今已經被廣泛地使用在美國宇航局的系統上。

車載以太網

截至2013年6月,加盟OPEN(One-PairEther-Net)AllianceSIG,即車載以太網標準制定及普及促進團體的企業及集團已經超過了140家,包括卡特彼勒、標致雪鐵龍、豐田、大眾和沃爾沃等公司。OPENAllianceSIG是由博通、寶馬等企業在2011年11月聯合成立的團體,其目的是推進以博通的車載以太網傳輸技術——BroadR-Reach為基礎的物理層應用和確保互聯性。一年前,這個團體的成員企業還僅有50家左右,如今已經上升到了140家,數量增加了近兩倍。

這一現象充分表明汽車行業開始朝著使用車載以太網的方向轉舵,早在2008年,以太網已經在車輛故障自我診斷(OBD)用途實現了實用化,而以太網被導入車載用途主要有兩個原因——通信速度快和擴展性高。

預計今后會在提高實時性、確保故障時的安全性、降低成本以及提高數據傳輸速度的同時,進一步擴大以太網的應用范圍。而這一應用范圍可能會擴大到將車載AV設備的影像傳輸(信息)系統、車身系統、控制系統、安全系統以及信息系統等各個系統的網關連接起來的主干網絡。

在汽車廠商中,寶馬對于使用車載以太網非常積極,該公司預定在2013年9月上市的汽車攝像頭系統中使用車載以太網。X5在連接周邊用于監控的攝像頭模塊和ECU傳輸影像的路徑采用了可實現100Mbps傳輸速度的BroadR-Reach。BroadR-Reach是博通公司開發的數據傳輸技術,特點是可用一對UTP(非屏蔽雙絞線)實現100Mbps的傳輸速度,目前已開始為擴大用途而制定1Gbps標準。

消費類產品使用的1000Base-T以4對信號線實現了1Gbps的速度,但要想直接把4對信號線用于汽車,這在成本和安裝空間方面都比較困難。因此,IEEE802.3的工作組“RTPGEStudyGroup”正在討論能以4對以下的信號線實現1Gbps傳輸速度的技術標準。

應用車載以太網,除了物理層之外,還必須改善數據鏈路層以提高實時性、確保故障時的安全。思科和英特爾等公司于2009年成立的“AVnuAlliance”就是進行這方面討論的團體。為了在家庭和汽車內構建高質量視聽環境,該團體正在積極推進“IEEE802.1Audio/VideoBridging(以太網AVB)”的采用。汽車行業正著眼于這一點,討論車載用途所需要的實時性和故障安全,以及新一代標準的制定。

結語

生活中往往會擦出創新的火花,而我們努力創造出來的科技成果,最終也往往應用于我們生活中的各個領域。就像以太網——源于生活,也改變著生活。在世界科技發展領域,乃至社會的其他領域中,它都扮演著重要的角色。正如MEF(城域以太網)主席陳子湳曾預言的那樣——“將來會有一個單一的語言連接全球業務,它不是英語,它不是普通話,它將是以太網。”

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