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大规模应用转折点来临?也谈谈单对以太网

http://www.gkong.com 2024-06-03 15:52 《中华工控网》原创

近几年,单对以太网(SPE)这一技术愈加频繁被提及。在今年的德国汉诺威工业博览会上,众多企业和组织展示了一系列最新的SPE相关技术及产品。作为一项开放、经济高效且面向未来的技术,从标准制定、支持组织以及兼容产品等各个方面来看,单对以太网似乎迎来了大规模应用的一个转折点。

什么是单对以太网?

所谓单对以太网,顾名思义,就是相较于先前需要两对双绞线传输数据的快速以太网或需要四对双绞线的千兆以太网,单对以太网的数据传输只需要一对双绞线(单对),甚至支持通过数据线(PoDL)供电,也就是仅需两根线缆即可提供数据和电力的传输,这为现场层紧凑型设备、传感器和执行器的接线带来了全新机遇。

这种纤薄、轻巧但功能强大的连接解决方案使工业能够在现场层面实现数字化,因此被视为工业物联网的一项基础设施。

事实上,SPE已经算不上一项很新的技术,其源于博通的Broad-Reach技术。早在十几年前,汽车行业一直使用的控制器局域网 (CAN) 总线由于相对较低的带宽和有限的扩展能力而满足不了软件定义车辆和智能网联车的要求,于是,汽车制造商开始转向 SPE技术。

但在较长的一段时间里,SPE在汽车行业之外名声不显,后来工业领域一看,哟,这项技术很对我们的胃口啊,几乎满足了数字化转型背景下工业通信的所有要求。于是,越来越多的工业企业开始采用并推广这一技术。

其中的道理也不难理解。在工业数字化时代,伴随着工业物联网发展,之前现场层采用总线技术的设备越来越难以满足大数据传输要求,同时也需要各种协议转换设备来接入到上层工业以太网,不仅仅增加了网络复杂性,同时也增加了系统集成的工作量和成本。而SPE 只需单对线缆,即可实现长距离数据传输和以太网供电,将以太网覆盖范围扩展至工业现场,实现设备全连接,构建起真正统一的工业网络。

(工业网络架构的演进 图源:MOXA)

SPE基于当今已成为标准的无网关IP协议和通信架构——IEEE 802.3 Ethernet。凭借在相同的协议语言和统一接口的基础上实现所有通信参与者的无缝连接,SPE成为工业物联网和工业4.0的推动者,与传统以太网解决方案相比具有诸多优势:

  • 更具成本效益
  • 行业应用广泛
  • 结构紧凑、易于安装且面向未来
  • 通过一对电缆实现数据和电力传输
  • 可以轻松集成到现有系统中
  • 传输速度和电缆长度灵活
  • 实现从网络边缘到云端的连接

......

技术的发展离不开国际标准的制定,SPE得到了国际电气和电子工程师协会(IEEE)的大力支持,IEEE 802.3定义了SPE标准,该标准描述了通过单对导线进行以太网数据传输的技术框架,不同之处在于数据传输速率和距离,以适合不同的应用场景。

目前已经发布的标准包括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标准则有IEEE 802.3cy(MultiGigBASE-T1)、IEEE 802.3da(10BASE-T1S)等。而IEC 63171标准规定了兼容此类SPE标准的连接器规格。

(SPE标准 图源:菲尼克斯电气)

这些标准涵盖了从低速率到高速率的多种需求,适用于工业自动化、汽车制造、物联网等各种不同的应用场景。未来,随着标准的不断发展,SPE的应用前景将更加广阔。

持续的技术创新和标准化工作正在推动SPE技术的成熟和普及,越来越多的传感器、电缆、连接器、测量设备、芯片、交换机、终端设备制造商等正在为加速SPE在全球的应用,构建未来 SPE 生态系统而努力。

2019年,由浩亭、TE Connectivity、Softing等联手推动的SPE工业合作伙伴网络(SPE Industrial Partner Network)成立,这是一个专门致力于推广单对以太网在工业领域应用的合作伙伴网络。目前,该网络包括了50多家领先的工业自动化和网络技术公司,致力于共同开发和推广基于SPE的解决方案,推动行业标准的实施和市场教育。

2020年,随着菲尼克斯电气、魏德米勒、R&M、福禄克网络, 以及德力格能之间的技术合作不断加强,SPE系统联盟成立。该联盟将来自不同行业和应用领域的领先技术公司聚集在一起,整合各自的SPE专业知识并针对性地开展交流。该联盟的目标是在尽可能多的市场和应用中建立单对以太网解决方案,并创建通用的市场标准。目前,包括德特威勒、东土科技、微芯科技、罗森伯格、西克、威力工业网络、Draka/Prysmian集团和University 4 Industry等公司及机构也正式加入该联盟。

作为一项无缝、紧凑、高性能且经济高效的未来网络架构,SPE的市场规模不容小觑,而且潜力巨大。

根据IEEE的估计,到2030年,所有市场的SPE节点市场潜力为2.5亿个,其中工厂自动化领域为5000万个,这也与SPE系统联盟的预测一致,而且随着市场渗透率的快速提高,这一数字甚至可能高达1.8亿个节点,其中的驱动力主要来自于过程自动化和楼宇自动化等其他工业细分市场。

(SPE市场节点预测,图源:SPE系统联盟)

可以说,SPE正在重新塑造网络连接的未来。随着技术的成熟、标准化的完善和市场的进一步开拓,它的影响力将在未来几年内显著增长,但它能否颠覆传统工业网络的连接规则,并在市场上占据主导地位,我们拭目以待!

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