Ethernet Powerlink是在標準以太网上的实时通訊協定，是由Ethernet POWERLINK標準化組（EPSG）管理的開放通訊協定，是由奧地利自動化公司B&R在2001年開始使用。
此通訊協定的名稱中雖然有Power，但是和以太网網線的電力分佈、以太网供电（PoE）、電力線通信（power line communication）或铂傲的PowerLink纜線都沒有關係。
簡介 编辑
Ethernet Powerlink是Ethernet的擴展，混合了輪詢以及時間切片（timeslicing）機制，可以提供：
- 時間關鍵資料可以確保在非常短的等時（isochronic）週期中傳送，具有可規劃的回應時間。
- 網路上的所有節點都可以時間同步（Time-synchronisation），精度可以到微秒以下。
- 比較沒有時間關鍵性的資料傳輸是在一個專屬的非同步通道中傳輸。
目前的實現方式其循環時間可以到200 µs以下，其時間精度（jitter）小於1 µs。
標準化組織 编辑
Ethernet Powerlink由Powerlink標準化組（EPSG）所推動的，此組織在2003年6月成立，是獨立的協會。
標準化組中有許多的工作組，例如安全、技術、行銷、認證及終端客戶。EPSG和標準化組織及協會一起運作，類似CAN in Automation（CiA）及IEC（電際電工協會）的關係。
實體層 编辑
Ethernet Powerlink原來的實體層是100BASE-TX 快速乙太網路，自從2006年底開始，實體層可以支援吉比特以太网，其傳輸速率可以提昇到十倍（1,000 Mbit/s）。
在實體控制的區域中，建議用集線器（hub），不要使用網路交換器（switch），可以減小延遲以及時間抖動（jitter）[1]。Ethernet Powerlink使用IAONA的Industrial Ethernet Planning and Installation Guide，可以使用二種工業乙太網的接頭：8P8C（常稱為RJ45）及M12。
資料連結層 编辑
Ethernet Powerlink利用額外的匯流排調度機制（bus scheduling mechanism），擴展了標準乙太網的資料連結層，確保同一時間只有一個節點可以存取網路。調度機制中分為等時階段（isochronous phase）以及非同步階段（asynchronous phase）。在等時階段中會傳送時間關鍵的資料，非同步階段則會提供頻寬，傳送非時間關鍵的資料。管理節點（Managing Node，簡稱MN）會用輪詢請求訊息的方式允許其他節點存取網路。因此同一個時間只有一個節點（CN）可以存取網路，避免以往在使用網路交換器之前，乙太網集線器上會有的資料碰撞（collision）情形。以往沒有網路交換器的乙太網使用的CSMA/CD機制會產生非確定性的乙太網行為，Ethernet Powerlink使用匯流排調度機制，不會出現這類的行為。
基本週期 编辑
在系列啟動之後，會在實時條件下運作Real-Time domain。基本週期（basic cycle）的排程是由管理節點（Managing Node）所控制，整體的週期時間會依非同步資料的數量、等時資料的數量，以及每一個週期要輸詢的節點數量而定。
基本週期包括以下的階段：
- 啟動階段（Start Phase）：由管理節點送同步訊息給所有節點，此資料框稱為SoC，週期開始（Start of Cycle）。
- 等時階段（Isochronous Phase）：管理節點會輪流傳送Preq - Poll請求資料框給每一個節點，傳送有關製程控制或是運動控制的時間關鍵資料。定址到的節點會回覆Pres - Poll回覆資料框。在這個階段，所有不在傳送狀態的節點都處於接收模式，因此此時的通訊系統是生產者-消費者（producer-consumer）的關係。
包括Preq-n和Pres-n在內的時間框稱為定址節點的時間槽（time slot）。
- 非同步階段（Asynchronous Phase）：管理節點送出SoA（Start of Asynchronous，非同步啟始）資料框給某特定節點，授權給該節點傳送特設（ad-hoc）資料。定址到的節點會回覆ASnd。標準以IP為基礎的通訊協定及定址方式可以在此階段傳送。
網路實時通訊行為的品質會和整體基本週期時間的精度有關。個別階段的長度會變化，不過所有週期加起來仍要在基本週期時間的邊界內。管理節點會監測基本週期時間的一致程度。可以規劃非同步及等時階段的時間。
圖1：時間線上方的資料框是由管理節點送出，時間線下方的是由不同的節點送出。
圖2：各節點的時間槽以及非同步的時間槽
- 頻寛最佳化的多工（Multiplex for Bandwidth Optimization）
網路系統中除了在每一個基本週期傳送非同步資料外，為了提高頻寛利用率，有些節點也可以共享傳送時間槽。因此，非同步階段可以區分專屬於特定節點，每一個基本週期都可以傳送資料的時間槽，另外一些時間槽則是由幾個節點共享，幾個基本週期才會傳送一次資料。因此其他也有時間關鍵資料，但優先度較低的節點，可以在時間為基本週期整數倍的週期來傳送。管理節點可以規劃每個傳送週期中的時間槽。
圖3：EPL的多工模式
- 輪詢響應鏈
輪詢響應鏈（Poll response chaining）模式主要是用在機械人應用以及大型的超級結構（superstructures）。其關鍵是資料框的數量以及較好的資料分佈。
OpenSAFETY 编辑
目前，機械、工廠以及安全系統由基於硬件的安全功能組成的嚴謹方案中。結果是昂貴的網路線以及有限的診斷選項。其解法是將安全相關的應用資料整合到串列控制的通訊協定中。OpenSAFETY允許publish/subscriber及client/server兩種通訊方式。安全相關資料是在標準通訊訊息中的嵌入資料框中傳送。功能安全通訊協定中，需要有避免因為系統錯誤或是隨機錯誤造成未偵測到失效的機制，是其整體性的一部份。OpenSAFETY符合IEC 61508，滿足安全完整性等級（SIL）3的要求。錯誤偵測機制不會影響現有的傳輸層。
腳注 编辑
- ^ : 35. 2013 [2020-01-22]. （原始内容存档于2016-10-18）.
參考資料 编辑
- Machine safety Tactical brief, (PDF), Automation World, 2012 [2020-01-22], （原始内容 (可移植文档格式)存档于2012-09-07）
- Humphrey, David, , USA: ARC Advisory Group, 2012 [2020-01-22], （原始内容存档于2012-08-17）
- POWERLINK Awarded National Standard in China, Control Engineering Asia, 2012 [2020-01-22], （原始内容存档于2013-01-19）
- DDASCA Consortium defines openSAFETY as standard, Automation.com, 2012 [2020-01-22], （原始内容于2020-08-05）
- Zezulka, F.; Hyncica, o., Průmyslový Ethernet VIII: Ethernet Powerlink, Profinet (可移植文档格式), Automa, 2008, 5: 62–66 [2020-01-22], （原始内容 (PDF)于2020-07-31）
- Which Ethernet system is the right one?, Control Engineering Europe, 2009 [2020-01-22], （原始内容于2015-11-07）
外部連結 编辑
- ethernet-powerlink.org Ethernet POWERLINK Standardization Group website（页面存档备份，存于互联网档案馆）
- sourceforge.net/projects/openpowerlink Open Source Stack （页面存档备份，存于互联网档案馆）
- Ethernet Powerlink Group
- OpenSafety Group
ethernet, powerlink, 此條目已列出參考文獻, 但文內引註不足, 部分內容的來源仍然不明, 2020年1月, 请加上合适的文內引註来改善此条目, 是在標準以太网上的实时通訊協定, 是由ethernet, powerlink標準化組, epsg, 管理的開放通訊協定, 是由奧地利自動化公司b, 英语, 在2001年開始使用, 此通訊協定的名稱中雖然有power, 但是和以太网網線的電力分佈, 以太网供电, 電力線通信, power, line, communication, 或铂傲的powerlin. 此條目已列出參考文獻 但文內引註不足 部分內容的來源仍然不明 2020年1月 请加上合适的文內引註来改善此条目 Ethernet Powerlink是在標準以太网上的实时通訊協定 是由Ethernet POWERLINK標準化組 EPSG 管理的開放通訊協定 是由奧地利自動化公司B amp R 英语 B amp R 在2001年開始使用 此通訊協定的名稱中雖然有Power 但是和以太网網線的電力分佈 以太网供电 PoE 電力線通信 power line communication 或铂傲的PowerLink纜線都沒有關係 目录 1 簡介 2 標準化組織 3 實體層 4 資料連結層 5 基本週期 6 OpenSAFETY 7 腳注 8 參考資料 9 外部連結簡介 编辑Ethernet Powerlink是Ethernet的擴展 混合了輪詢以及時間切片 timeslicing 機制 可以提供 時間關鍵資料可以確保在非常短的等時 isochronic 週期中傳送 具有可規劃的回應時間 網路上的所有節點都可以時間同步 Time synchronisation 精度可以到微秒以下 比較沒有時間關鍵性的資料傳輸是在一個專屬的非同步 英语 asynchronous communication 通道中傳輸 目前的實現方式其循環時間可以到200 µs以下 其時間精度 jitter 小於1 µs 標準化組織 编辑Ethernet Powerlink由Powerlink標準化組 EPSG 所推動的 此組織在2003年6月成立 是獨立的協會 標準化組中有許多的工作組 例如安全 技術 行銷 認證及終端客戶 EPSG和標準化組織及協會一起運作 類似CAN in Automation CiA 英语 CAN in Automation 及IEC 電際電工協會 的關係 實體層 编辑Ethernet Powerlink原來的實體層是100BASE TX 快速乙太網路 英语 Fast Ethernet 自從2006年底開始 實體層可以支援吉比特以太网 其傳輸速率可以提昇到十倍 1 000 Mbit s 在實體控制的區域中 建議用集線器 hub 不要使用網路交換器 switch 可以減小延遲以及時間抖動 jitter 1 Ethernet Powerlink使用IAONA的Industrial Ethernet Planning and Installation Guide 可以使用二種工業乙太網的接頭 8P8C 常稱為RJ45 及M12 資料連結層 编辑Ethernet Powerlink利用額外的匯流排調度機制 bus scheduling mechanism 擴展了標準乙太網的資料連結層 確保同一時間只有一個節點可以存取網路 調度機制中分為等時階段 isochronous phase 以及非同步階段 asynchronous phase 在等時階段中會傳送時間關鍵的資料 非同步階段則會提供頻寬 傳送非時間關鍵的資料 管理節點 Managing Node 簡稱MN 會用輪詢請求訊息的方式允許其他節點存取網路 因此同一個時間只有一個節點 CN 可以存取網路 避免以往在使用網路交換器之前 乙太網集線器上會有的資料碰撞 collision 情形 以往沒有網路交換器的乙太網使用的CSMA CD機制會產生非確定性的乙太網行為 Ethernet Powerlink使用匯流排調度機制 不會出現這類的行為 基本週期 编辑在系列啟動之後 會在實時條件下運作Real Time domain 基本週期 basic cycle 的排程是由管理節點 Managing Node 所控制 整體的週期時間會依非同步資料的數量 等時資料的數量 以及每一個週期要輸詢的節點數量而定 基本週期包括以下的階段 啟動階段 Start Phase 由管理節點送同步訊息給所有節點 此資料框稱為SoC 週期開始 Start of Cycle 等時階段 Isochronous Phase 管理節點會輪流傳送Preq Poll請求資料框給每一個節點 傳送有關製程控制或是運動控制的時間關鍵資料 定址到的節點會回覆Pres Poll回覆資料框 在這個階段 所有不在傳送狀態的節點都處於接收模式 因此此時的通訊系統是生產者 消費者 producer consumer 的關係 包括Preq n和Pres n在內的時間框稱為定址節點的時間槽 time slot 非同步階段 Asynchronous Phase 管理節點送出SoA Start of Asynchronous 非同步啟始 資料框給某特定節點 授權給該節點傳送特設 ad hoc 資料 定址到的節點會回覆ASnd 標準以IP為基礎的通訊協定及定址方式可以在此階段傳送 網路實時通訊行為的品質會和整體基本週期時間的精度有關 個別階段的長度會變化 不過所有週期加起來仍要在基本週期時間的邊界內 管理節點會監測基本週期時間的一致程度 可以規劃非同步及等時階段的時間 nbsp 圖1 時間線上方的資料框是由管理節點送出 時間線下方的是由不同的節點送出 nbsp 圖2 各節點的時間槽以及非同步的時間槽 頻寛最佳化的多工 Multiplex for Bandwidth Optimization 網路系統中除了在每一個基本週期傳送非同步資料外 為了提高頻寛利用率 有些節點也可以共享傳送時間槽 因此 非同步階段可以區分專屬於特定節點 每一個基本週期都可以傳送資料的時間槽 另外一些時間槽則是由幾個節點共享 幾個基本週期才會傳送一次資料 因此其他也有時間關鍵資料 但優先度較低的節點 可以在時間為基本週期整數倍的週期來傳送 管理節點可以規劃每個傳送週期中的時間槽 nbsp 圖3 EPL的多工模式 輪詢響應鏈輪詢響應鏈 Poll response chaining 模式主要是用在機械人應用以及大型的超級結構 superstructures 其關鍵是資料框的數量以及較好的資料分佈 OpenSAFETY 编辑目前 機械 工廠以及安全系統由基於硬件的安全功能組成的嚴謹方案中 結果是昂貴的網路線以及有限的診斷選項 其解法是將安全相關的應用資料整合到串列控制的通訊協定中 OpenSAFETY 英语 OpenSAFETY 允許publish subscriber及client server兩種通訊方式 安全相關資料是在標準通訊訊息中的嵌入資料框中傳送 功能安全通訊協定中 需要有避免因為系統錯誤或是隨機錯誤造成未偵測到失效的機制 是其整體性的一部份 OpenSAFETY符合IEC 61508 滿足安全完整性等級 SIL 3的要求 錯誤偵測機制不會影響現有的傳輸層 腳注 编辑 POWERLINK Communication Profile Specification 35 2013 2020 01 22 原始内容存档于2016 10 18 參考資料 编辑Machine safety Tactical brief Machine Safety PDF Automation World 2012 2020 01 22 原始内容 可移植文档格式 存档于2012 09 07 Humphrey David openSAFETY Initiative Aims to Unify Industrial Safety Protocols USA ARC Advisory Group 2012 2020 01 22 原始内容存档于2012 08 17 POWERLINK Awarded National Standard in China Control Engineering Asia 2012 2020 01 22 原始内容存档于2013 01 19 DDASCA Consortium defines openSAFETY as standard Automation com 2012 2020 01 22 原始内容存档于2020 08 05 Zezulka F Hyncica o Prumyslovy Ethernet VIII Ethernet Powerlink Profinet 可移植文档格式 Automa 2008 5 62 66 2020 01 22 原始内容存档 PDF 于2020 07 31 Which Ethernet system is the right one Control Engineering Europe 2009 2020 01 22 原始内容存档于2015 11 07 外部連結 编辑ethernet powerlink org Ethernet POWERLINK Standardization Group website 页面存档备份 存于互联网档案馆 sourceforge net projects openpowerlink Open Source Stack 页面存档备份 存于互联网档案馆 Ethernet Powerlink Group OpenSafety Group 取自 https zh wikipedia org w index php title Ethernet Powerlink amp oldid 74811013, 维基百科，wiki，书籍，书籍，图书馆，
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