普通以太網(wǎng)產(chǎn)生這種通信時(shí)間不確定性的原因，是它對(duì)物理介質(zhì)的訪(fǎng)問(wèn)機(jī)制CSMA/CD。CSMA/CD是以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.3的核心，如在盡量不改變現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)前提下想在工控領(lǐng)域中充分利用以太網(wǎng)優(yōu)點(diǎn)，就須找到一種方法保證以太網(wǎng)中數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間確定性，使其實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)通信。
（一）工業(yè)控制對(duì)實(shí)時(shí)性的要求
1．實(shí)時(shí)性
在工業(yè)控制系統(tǒng)中，實(shí)時(shí)可定義為系統(tǒng)對(duì)某事件響應(yīng)時(shí)間的可預(yù)測(cè)性。一個(gè)事件發(fā)生后，系統(tǒng)須在一個(gè)可準(zhǔn)確預(yù)見(jiàn)的時(shí)間范圍內(nèi)作出反應(yīng)。至于反應(yīng)時(shí)間須有多快，由被控制過(guò)程決定。化工熱化過(guò)程控制有秒級(jí)別的反應(yīng)時(shí)間就足夠，而在高動(dòng)態(tài)傳動(dòng)控制中系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間必須達(dá)到微秒級(jí)。
另外，還可把工控中的實(shí)時(shí)性分為硬實(shí)時(shí)和軟實(shí)時(shí)兩種不同類(lèi)別（它們之間沒(méi)有明顯界線(xiàn)）。硬實(shí)時(shí)：控制中系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間要求如達(dá)不到將導(dǎo)致致命后果（如汽車(chē)ABS、飛機(jī)、工具機(jī)床等）。軟實(shí)時(shí)：系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間如達(dá)不到要求僅影響系統(tǒng)控制質(zhì)量，而不會(huì)造成嚴(yán)重后果（如樓宇系統(tǒng)、電梯、倉(cāng)庫(kù)管理等）。
2．抖動(dòng)（Jitter）
所謂抖動(dòng)，是指同樣過(guò)程每次完成或響應(yīng)時(shí)間上的偏差，也就是時(shí)間精確度。抖動(dòng)大小對(duì)一些過(guò)程控制如運(yùn)動(dòng)控制和一些高精確度閉環(huán)控制非常關(guān)鍵。以無(wú)軸印刷機(jī)為例：設(shè)印刷速度為25m/s，也就是說(shuō)每40mm/μs 。軸間通信如大于40μs抖動(dòng)，就會(huì)有1mm以上的偏差，印刷質(zhì)量肯定不能滿(mǎn)足要求，如圖1。
3．通信周期時(shí)間
控制系統(tǒng)中的程序以周期性循環(huán)的方式運(yùn)行，一個(gè)周期內(nèi)所有輸入被刷新，完成計(jì)算任務(wù)后再被寫(xiě)入輸出中，周期時(shí)間長(zhǎng)短由控制對(duì)象決定。高動(dòng)態(tài)傳動(dòng)控制周期往往要達(dá)到毫秒級(jí)。
系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)后，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換速度應(yīng)和系統(tǒng)運(yùn)算周期時(shí)間相對(duì)應(yīng)。在位置控制、電子齒輪、多軸聯(lián)動(dòng)的高精確度運(yùn)動(dòng)控制中，刷新時(shí)間越短越好。時(shí)間越短控制精確度越高，能完成的動(dòng)態(tài)性能也更高。多軸聯(lián)動(dòng)中，伺服系統(tǒng)如以400μs的周期進(jìn)行位置控制，各軸間的信息交換當(dāng)然也是以400μs周期為最佳，以達(dá)到軸間最精確的同步。
（二）實(shí)時(shí)級(jí)別劃分
按照不同過(guò)程對(duì)實(shí)時(shí)性要求的不同，可把實(shí)時(shí)性能劃分為四個(gè)級(jí)別（如圖2）。其中實(shí)時(shí)級(jí)別四是工控中對(duì)實(shí)時(shí)性能要求最苛刻的，主要是機(jī)械傳動(dòng)和運(yùn)動(dòng)控制中對(duì)實(shí)時(shí)性的要求。針對(duì)這些實(shí)時(shí)要求對(duì)象可選用不同現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)系統(tǒng)，如果工業(yè)以太網(wǎng)專(zhuān)題">工業(yè)以太網(wǎng)要成為全工控領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)，就須覆蓋所有這些對(duì)實(shí)時(shí)性能和通信周期的需求，也就是須滿(mǎn)足最苛刻的實(shí)時(shí)要求。
二、解決以太網(wǎng)實(shí)時(shí)局限性的傳統(tǒng)方法
目前，有幾種解決以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間不確定問(wèn)題的方案，其共同點(diǎn)是：都不改變現(xiàn)有以太網(wǎng)通信機(jī)制，協(xié)議也是直接使用TCP/IP，有很多局限性。代表性方式有：
1．低沖突概率
如網(wǎng)絡(luò)中沒(méi)有太多數(shù)據(jù)，沖突概率會(huì)降低，它隨數(shù)據(jù)通信的增加而呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載低于或等于10%時(shí)，可假設(shè)沖突可避免。這種方法局限性：不能充分利用網(wǎng)絡(luò)帶寬，浪費(fèi)帶寬；且不能百分之百保證沖突不會(huì)發(fā)生。
2．在沖突域利用網(wǎng)絡(luò)交換器分段
如圖3，利用網(wǎng)絡(luò)交換器分段是一種完全不同的方案，能完全避免沖突發(fā)生。其原理是把可能發(fā)生沖突的網(wǎng)域用網(wǎng)絡(luò)交換器隔開(kāi)。它有些類(lèi)似于一組點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接。
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