技術驅動市場 工業乙太網路迅速起飛

前言：
乙太網路可說近年工業通訊的熱門主題，原因在於整合觀念日益成熟，過去工廠中的每具生產設備採各自獨立的系統，宛如資訊孤島無法相互連結或共享資訊，隨Fieldbus、乙太網路甚至無線通訊技術發展成熟，工業網路逐漸成為自動化設備業界的顯學…

本文：
工業用網路通訊設備市場，跟隨自動化與資訊化腳步不斷發展，此網通連結技術被廣泛應用於各種領域，例如，電信、工業控制、國防、交通、建物自動化、工廠自動化或能源市場不同應用中。

觀察工業用網通設備發展趨勢，會發現亞太地區這幾年成長態勢明顯，尤其在大陸市場的成長動能遠超越歐美，這將會是台灣相關業者開發業務的絕佳時機。過去網路沒有統一標準，在工業應用方面若需要進行連結整合，往往會透過如RS232、RS485/422特定通訊介面進行系統架構，再透過封閉匯流排進行資料傳輸或是工業自動化控制應用。

隨後期網路技術及建置能力發達，加上乙太網路本身的開放性架構，另具升級簡化及維護容易等通訊協定特色，也讓工業用通訊設備市場出現了新變化。不論是用於設備控制或生產資料蒐集，多樣化的生產機具設備在現有網路趨勢發展下，都有連接網路的迫切需求，造就廣大的市場商機。

小標：工控網路首重穩定

乙太網路在工控產業雖已逐漸成為標準，多數自動化設備在出場時都已將乙太網路通訊埠設為標準配備，唯一的差別只在於埠數的多寡。序列式產品，例如RS-232、RS-422、RS-485等，目前仍佔有絕大部分工業通訊相關市場，企業若欲建置工業通訊網路環境，則必須先檢視自身生產現場所應用用的通訊協定規格，如果系統架構仍停留在序列式網路架構，則必須先行採購多埠式伺服器進行基礎網路環境建置。

而現有市面的工業用網路閘道器，從1？16埠規格都有，由於目前後端系統管理多以PC技術為核心，因此，業者多採購以PC為基礎架構架構的序列式轉換器，可安裝於PC內作訊號的傳遞。

此建置邏輯屬於最簡略的工業網路架構，若放大於大型煉油廠、變電廠、交通控制中心等應用環境，由於自動化的設備數量龐雜，一般網路功能將難以負荷應用需求，因此，業者通常必須改採網管能力更為強大的網路設備，比如說QoS、VLAN等。

工控設備造價高昂，且較一般網路設備更重視系統穩定度，通常使用壽命都至少具備5~10年年限，因此現役工控設備所採行的通訊技術可能都還停留於較早的序列式架構，各工控業者的序列式產品仍持續出貨，雖乙太網路已漸成市場主流，序列式設備仍有其存在價值，短期內難以被市場淘汰，礙於現實所限，建置工業網路控制環境，仍須考量舊設備的沿用問題。

工業網路發展趨勢

在未來工業通訊設備的發展趨勢方面，工業網路技術仍然依循著既定的標準規範與技術進行，目前除了藉由加密措施增加資料傳輸的安全性，以及穩定性外，朝向無線化發展，也是趨勢之一。

如何進行資料匯流與解決「最後一哩」的問題，同樣也是工業網路通訊設備在朝向無線方向發展時，所必須要解決的問題。至於台灣相關業者的發展方向，業者指出台灣業者由於產品設計速度快，同時透過群聚所造就的電子設備生產製造能力，能以快速與低廉的價格提供市場使用者一定品質的產品，優異的性價比，是台灣廠商的優勢。

但是在面對像Phoenix Contact、西門子(Siemens)、Hirschmann這些國際大廠，整合應用時會出現相對缺乏技術主導能力，而無法貼近市場需求。同時，台灣業者如何建置起完善金流、物流與服務管道，是進入市場重要關鍵。

就技術的標準趨勢進行觀察，乙太網路可以說是近年工業通訊的熱門應用，原因在於整合應用需求浮現，過去工廠生產設備、機具無有效連網架構設計，隨著Fieldbus、Ethernet甚至無線通訊技術的成熟，工業網路的重要性不斷攀高。

尤其是乙太網路憑藉著高速與便宜的特性，加上建構在TCP/UDP/IP下的各種應用如Web service、FTP、E-mail正好填補了現有工業網路的不足等種種優勢，在工控市場快速起飛。

多種標準 分頭發展

專屬工業領域的乙太網路標準一直無法統一，是目前的發展隱憂之一，光從IEC61158認可的工業網路標準就有八種之多，這八種標準分別向乙太網路發展，結果到後來形成了四種不同的協定。

包括ControlNet和DeviceNet向Ethernet/IP發展、Interbus和Modbus向IDA發展、Profibus向ProfiNet發展、Foundation Fieldbus和WorldFIP向Foundation Fieldbus HSE發展，4種工業用乙太網路標準發展模式，其背後都有其背景雄厚工業大廠所支持，也都推出了相對應的產品。

乙太網路除了業界廠商的全力推動外，不少國際組織也積極推動它進入控制領域，如 IEEE著手制定工業網路與乙太網路通信的新標準，不過就目前看來這個夢想離現實還有點距離，短期內多種版本共存的情況仍難以打破。

乙太網路走入工業領域並不會把所有的工業網路都變成它，工業乙太網路的重點在TCP/UDP/IP，而非乙太網路的物理層，它將原本工業網路應用層定義的資訊，封包在乙太網路的網路層與傳輸層內，因此工業乙太網路規範了3件事。

第1，為讓資訊的傳輸封包定義與解釋更具基準，它制定一套共用的應用層標準；第2，原有商業應用的乙太網路，慣用的RJ45接頭並不適用於工業生產現廠環境，而工業規格的特製連接器成為許多應用場合的必需零組件，因此，適用於工業環境的網路設備成為必須；第3，乙太網路只能確保資料可送達，但乙太網路卻無法確保資料何時送達，換句話說，乙太網路不算是一個完善的即時網路架構，多數應用必須針對即時性重新進行系統最佳化。

乙太網路由於採CSMA/CD的碰撞檢測方式，只要網路負荷過大，就無法滿足工業控制的即時要求，因此必須減少碰撞的發生，第一個方法就是提升網路速度，例如當速度到達1Gb/s時，雖然無法避免碰撞，但是碰撞機率卻大為降低。

第二個方法就是保留固定的網路頻寬或固定的服務時間給即時性要求較高的元件。過去乙太網路為對等結構(Peer to Peer)，不過隨著網路交換器(Switch)技術的進步，逐漸轉變為星型(Star)結構。

過去的對等結構在傳輸時由於每一個節點都可以任意傳送資料，因此碰撞機率相當高，但在星型結構下，每個節點的資料收發都必須先經由交換器統籌管理，如此一來碰撞機率被降低，就比較容易達到即時性。

通常乙太網路外，依市場區隔還有幾種工業網路的類型與架構，包括Sensorbus、Devicebus、Fieldbus、Control，這四類加上以企業網路為主幹的乙太網路架構出工業網路的五種類型，他們之間的連接方式是先將同一類型的網路串接起來，不同類型網路則依靠Gateway，形成一個階層狀網路架構，每一階層間都有專用的Gateway做橋樑，涵蓋全部的設備形成一整套系統。