有一句話說的是“文藝作品要源于生活而高于生活”，想必大家不會陌生。PROFINET是基于工業(yè)以太網(wǎng)的，這句話可以說得文藝范一點兒：“PROFINET是源于以太網(wǎng)而高于以太網(wǎng)的”。那么，PROFINET是怎么做到“高于以太網(wǎng)”的呢？

要做到比普通以太網(wǎng)要犀利，重要的是PROFINET要做到實時性，而要做到實時性，首先就要解決確定性的問題。前面提到普通以太網(wǎng)會出現(xiàn)介質(zhì)訪問沖突的問題，不滿足“確定性”的標準。那么一般解決沖突的方法有哪些呢？

1. 既然PROFIBUS總線和PROFINET關(guān)系密切，先看看總線是如何的解決方法吧。PROFIBUS的通信方式是主從式，使用“令牌”控制，就像十字路**通信號燈的作用；

2. 可以想辦法改進普通以太網(wǎng)所用的CSMA/CD，或者無線局域網(wǎng)（WLAN）所使用的CSMA/CA；

3. 廣域網(wǎng)中使用信道復(fù)用，分為頻分復(fù)用（FDM）和時分復(fù)用（TDM）。頻分復(fù)用將一條高帶寬的信道劃分成帶寬較小的多個信道，就像在一條公路上劃分出多個車道；時分復(fù)用通過把通信數(shù)據(jù)包分配在不同時隙進行傳輸來實現(xiàn)信道復(fù)用。

PROFINET的通信方式是生產(chǎn)者/消費者，各個通信節(jié)點是平等的，隨時都可以收發(fā)數(shù)據(jù)，所以總線的那種“令牌”控制不能適用，只能在后兩個方案中想辦法。從而也造就了前面所提到的PROFINET不同于PROFIBUS的地方。

1、交換技術(shù)

普通以太網(wǎng)設(shè)備有可能會出現(xiàn)數(shù)據(jù)碰撞，也就是所謂的CSMA/CD造成了數(shù)據(jù)發(fā)送的延遲，從而不能保證通信的確定性，也就無法談及通信的實時性。而且前面提到?jīng)_突域的范圍是有大小的。普通以太網(wǎng)使用傳統(tǒng)的交換機（switch）或者是集線器（Hub）構(gòu)成局域網(wǎng)，使用集線器連接使得整個局域網(wǎng)都是一個數(shù)據(jù)的沖突域。那是不是可以在從沖突域的角度對普通以太網(wǎng)改進一下，以彰顯PROFINET的“先進性”呢？答案是肯定的。

PROFINET采用支持IEEE 802.Q標準的交換機，或者PROFINET設(shè)備本身就集成一個帶交換功能的雙網(wǎng)口，使得同時有多個設(shè)備和一個設(shè)備所使用的帶寬都是一樣（100M），這樣數(shù)據(jù)沖突的區(qū)域縮小到設(shè)備本身的區(qū)域內(nèi)。因為端口可能有多個用戶與該端口連接的用戶通信，有可能發(fā)生介質(zhì)訪問沖突，支持IEEE 802.Q標準的交換機還采用了帶有優(yōu)先級的方式安排發(fā)送順序，于是將沖突域縮小到一個具體的端口，從兩個方面大大縮小了數(shù)據(jù)沖突區(qū)域，確保了通信的確定性。

打個比方說，在兩條道路交匯的十字路口，東南西北四個方向的車不可能同時通過，得通過交通信號燈來進行指引，交換機相當于建了個立交橋，甚至是多層立交橋，使得多個方向的車輛能夠同時通行。而在局域網(wǎng)中使用支持IEEE 802.Q標準的交換機，將通信網(wǎng)絡(luò)搭建得像滬寧高速公路一樣，在一個方向中劃分出多個車道（雙向8車道），并且規(guī)定大車在一般不得占用內(nèi)側(cè)的車道，不僅大大提高了通行效率，而且行車的安全性也大大提高了。

2、循環(huán)通信

如上圖所示，對于由控制器、設(shè)備組成的PROFINET IO系統(tǒng)來說，工作的方式就是輸入、處理、輸出，這一過程循環(huán)罔替，周而復(fù)始。處理是循環(huán)的，T1是PLC程序的循環(huán)掃描時間；而且通信也是循環(huán)的，T2是總線刷新時間，也就說每個循環(huán)周期（Cycle1…n），控制器與設(shè)備之間會進行通信。從這個角度說，PROFINET運用了時分復(fù)用中時隙的概念，這將大大提高整個網(wǎng)絡(luò)的通信效率。時隙這個話題將在后面的章節(jié)中詳細描述。

3、精簡協(xié)議棧

前面提到PROFINET IO系統(tǒng)是循環(huán)通信的，在一個周期內(nèi)（總線刷新時間）做的事情無非是發(fā)送與接收，包括以下過程：

1. 在生產(chǎn)者的應(yīng)用程序中創(chuàng)建一個變量；

2. 通過PROFINET通信報文的形式將該變量發(fā)送給通信伙伴（消費者）；

3. 在消費者的應(yīng)用程序中再次獲得該變量。

這個過程所花費的時間如圖所示，是T1到T5的累加，詳細說明如下。

普通以太網(wǎng)通信使用TCP/IP協(xié)議，設(shè)備處理報文的時間是ms級別。對于PROFINET實時通信來說，PROFINET使用100Mbps（快速以太網(wǎng)）的傳輸速率，以傳輸一個最長的PROFINET報文1522字節(jié)為例，其傳輸時間T3大約是125μs，與采用TCP/IP協(xié)議報文的處理時間相比，傳輸時間T3是很短的。于是，要縮短刷新時間，最有效的辦法就要精簡通信協(xié)議棧，也就是縮短了T2和T4。

這種簡化信息接受難度的做法就像鄙人當年逃課收看NBA總決賽的現(xiàn)場直播，現(xiàn)場畫面和主持人的講解讓人能很快、很直接的、很“實時”的感受到現(xiàn)場氣息，獲得身臨其境的效果，讓鄙人看完比賽后會意猶未盡、得意洋洋地向老老實實上課的球迷同學炫耀。如果當時只有文字直播，需要花一些時間通過文字理解去想象比賽畫面，你覺得還有必要逃課去當鐵桿球迷嗎？

另外，PROFINET精簡了通信堆棧的結(jié)構(gòu)，對于時間要求苛刻的數(shù)據(jù)采用特別報文及協(xié)議，不使用TCP/IP協(xié)議棧處理，從而大大縮短了通信時間，保證了通信的實時性。這也屬于實時報文類型，將會在后面章節(jié)將會詳細描述。

總而言之，PROFINET采用精簡的通信堆棧結(jié)構(gòu)，100Mbps快速以太網(wǎng)，使用交換機或者帶交換功能的IO設(shè)備，還有就是其循環(huán)通訊的協(xié)議機制，這些是PROFINET實時的原因。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的PROFINET如何实现实时性的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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