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大規(guī)模應(yīng)用轉(zhuǎn)折點來臨?也談?wù)剢螌σ蕴W(wǎng)

http://casecurityhq.com 2024-06-03 15:52 《中華工控網(wǎng)》原創(chuàng)

近幾年,單對以太網(wǎng)(SPE)這一技術(shù)愈加頻繁被提及。在今年的德國漢諾威工業(yè)博覽會上,眾多企業(yè)和組織展示了一系列最新的SPE相關(guān)技術(shù)及產(chǎn)品。作為一項開放、經(jīng)濟(jì)高效且面向未來的技術(shù),從標(biāo)準(zhǔn)制定、支持組織以及兼容產(chǎn)品等各個方面來看,單對以太網(wǎng)似乎迎來了大規(guī)模應(yīng)用的一個轉(zhuǎn)折點。

什么是單對以太網(wǎng)?

所謂單對以太網(wǎng),顧名思義,就是相較于先前需要兩對雙絞線傳輸數(shù)據(jù)的快速以太網(wǎng)或需要四對雙絞線的千兆以太網(wǎng),單對以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸只需要一對雙絞線(單對),甚至支持通過數(shù)據(jù)線(PoDL)供電,也就是僅需兩根線纜即可提供數(shù)據(jù)和電力的傳輸,這為現(xiàn)場層緊湊型設(shè)備、傳感器和執(zhí)行器的接線帶來了全新機(jī)遇。

這種纖薄、輕巧但功能強(qiáng)大的連接解決方案使工業(yè)能夠在現(xiàn)場層面實現(xiàn)數(shù)字化,因此被視為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的一項基礎(chǔ)設(shè)施。

事實上,SPE已經(jīng)算不上一項很新的技術(shù),其源于博通的Broad-Reach技術(shù)。早在十幾年前,汽車行業(yè)一直使用的控制器局域網(wǎng) (CAN) 總線由于相對較低的帶寬和有限的擴(kuò)展能力而滿足不了軟件定義車輛和智能網(wǎng)聯(lián)車的要求,于是,汽車制造商開始轉(zhuǎn)向 SPE技術(shù)。

但在較長的一段時間里,SPE在汽車行業(yè)之外名聲不顯,后來工業(yè)領(lǐng)域一看,喲,這項技術(shù)很對我們的胃口啊,幾乎滿足了數(shù)字化轉(zhuǎn)型背景下工業(yè)通信的所有要求。于是,越來越多的工業(yè)企業(yè)開始采用并推廣這一技術(shù)。

其中的道理也不難理解。在工業(yè)數(shù)字化時代,伴隨著工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展,之前現(xiàn)場層采用總線技術(shù)的設(shè)備越來越難以滿足大數(shù)據(jù)傳輸要求,同時也需要各種協(xié)議轉(zhuǎn)換設(shè)備來接入到上層工業(yè)以太網(wǎng),不僅僅增加了網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性,同時也增加了系統(tǒng)集成的工作量和成本。而SPE 只需單對線纜,即可實現(xiàn)長距離數(shù)據(jù)傳輸和以太網(wǎng)供電,將以太網(wǎng)覆蓋范圍擴(kuò)展至工業(yè)現(xiàn)場,實現(xiàn)設(shè)備全連接,構(gòu)建起真正統(tǒng)一的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)。

(工業(yè)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的演進(jìn) 圖源:MOXA)

SPE基于當(dāng)今已成為標(biāo)準(zhǔn)的無網(wǎng)關(guān)IP協(xié)議和通信架構(gòu)——IEEE 802.3 Ethernet。憑借在相同的協(xié)議語言和統(tǒng)一接口的基礎(chǔ)上實現(xiàn)所有通信參與者的無縫連接,SPE成為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)4.0的推動者,與傳統(tǒng)以太網(wǎng)解決方案相比具有諸多優(yōu)勢:

  • 更具成本效益
  • 行業(yè)應(yīng)用廣泛
  • 結(jié)構(gòu)緊湊、易于安裝且面向未來
  • 通過一對電纜實現(xiàn)數(shù)據(jù)和電力傳輸
  • 可以輕松集成到現(xiàn)有系統(tǒng)中
  • 傳輸速度和電纜長度靈活
  • 實現(xiàn)從網(wǎng)絡(luò)邊緣到云端的連接

......

技術(shù)的發(fā)展離不開國際標(biāo)準(zhǔn)的制定,SPE得到了國際電氣和電子工程師協(xié)會(IEEE)的大力支持,IEEE 802.3定義了SPE標(biāo)準(zhǔn),該標(biāo)準(zhǔn)描述了通過單對導(dǎo)線進(jìn)行以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)募夹g(shù)框架,不同之處在于數(shù)據(jù)傳輸速率和距離,以適合不同的應(yīng)用場景。

目前已經(jīng)發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)包括IEEE 802.3cg(10BASE-T1L和10BASE-T1S)、IEEE 802.3bw(100BASE-T1)、IEEE 802.3bp (1000BASE-T1),正在制定的一些主要SPE標(biāo)準(zhǔn)則有IEEE 802.3cy(MultiGigBASE-T1)、IEEE 802.3da(10BASE-T1S)等。而IEC 63171標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了兼容此類SPE標(biāo)準(zhǔn)的連接器規(guī)格。

(SPE標(biāo)準(zhǔn) 圖源:菲尼克斯電氣)

這些標(biāo)準(zhǔn)涵蓋了從低速率到高速率的多種需求,適用于工業(yè)自動化、汽車制造、物聯(lián)網(wǎng)等各種不同的應(yīng)用場景。未來,隨著標(biāo)準(zhǔn)的不斷發(fā)展,SPE的應(yīng)用前景將更加廣闊。

持續(xù)的技術(shù)創(chuàng)新和標(biāo)準(zhǔn)化工作正在推動SPE技術(shù)的成熟和普及,越來越多的傳感器、電纜、連接器、測量設(shè)備、芯片、交換機(jī)、終端設(shè)備制造商等正在為加速SPE在全球的應(yīng)用,構(gòu)建未來 SPE 生態(tài)系統(tǒng)而努力。

2019年,由浩亭、TE Connectivity、Softing等聯(lián)手推動的SPE工業(yè)合作伙伴網(wǎng)絡(luò)(SPE Industrial Partner Network)成立,這是一個專門致力于推廣單對以太網(wǎng)在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的合作伙伴網(wǎng)絡(luò)。目前,該網(wǎng)絡(luò)包括了50多家領(lǐng)先的工業(yè)自動化和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)公司,致力于共同開發(fā)和推廣基于SPE的解決方案,推動行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的實施和市場教育。

2020年,隨著菲尼克斯電氣、魏德米勒、R&M、福祿克網(wǎng)絡(luò), 以及德力格能之間的技術(shù)合作不斷加強(qiáng),SPE系統(tǒng)聯(lián)盟成立。該聯(lián)盟將來自不同行業(yè)和應(yīng)用領(lǐng)域的領(lǐng)先技術(shù)公司聚集在一起,整合各自的SPE專業(yè)知識并針對性地開展交流。該聯(lián)盟的目標(biāo)是在盡可能多的市場和應(yīng)用中建立單對以太網(wǎng)解決方案,并創(chuàng)建通用的市場標(biāo)準(zhǔn)。目前,包括德特威勒、東土科技、微芯科技、羅森伯格、西克、威力工業(yè)網(wǎng)絡(luò)、Draka/Prysmian集團(tuán)和University 4 Industry等公司及機(jī)構(gòu)也正式加入該聯(lián)盟。

作為一項無縫、緊湊、高性能且經(jīng)濟(jì)高效的未來網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),SPE的市場規(guī)模不容小覷,而且潛力巨大。

根據(jù)IEEE的估計,到2030年,所有市場的SPE節(jié)點市場潛力為2.5億個,其中工廠自動化領(lǐng)域為5000萬個,這也與SPE系統(tǒng)聯(lián)盟的預(yù)測一致,而且隨著市場滲透率的快速提高,這一數(shù)字甚至可能高達(dá)1.8億個節(jié)點,其中的驅(qū)動力主要來自于過程自動化和樓宇自動化等其他工業(yè)細(xì)分市場。

(SPE市場節(jié)點預(yù)測,圖源:SPE系統(tǒng)聯(lián)盟)

可以說,SPE正在重新塑造網(wǎng)絡(luò)連接的未來。隨著技術(shù)的成熟、標(biāo)準(zhǔn)化的完善和市場的進(jìn)一步開拓,它的影響力將在未來幾年內(nèi)顯著增長,但它能否顛覆傳統(tǒng)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的連接規(guī)則,并在市場上占據(jù)主導(dǎo)地位,我們拭目以待!

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