“以太网与实时性”已经成为自动化业界最热门的话题之一。无数自动化制造商与自动化组织都试图解决这一难题,因此也就出现了如此众多针对该问题的不同方案。
　　　　
       所有这些方案都涉及的一个共同要素就是TCP/IP协议。但是前提是该协议必须满足实时性的要求。所以我们先讨论一个关键的问题：
　　　　
       1.自动化任务对实时性的要求是什么？
       这个问题并不容易回答。对于文件传输,500ms已称得上实时了;而对于视频数据包传输,实时要求变成了100ms,至于“IP语音服务”,实时的要求是20ms。在自动化理论中,10ms也许已经足够,然而许多情况表明事实并非如此。数据刷新时间必须比这快得多,例如维持稳定数据采集的采样率;这里还未提及必要的抖动要求。如果使用轴而且要求同步工作,那么要求则更严格。这种场合下,TCP/IP以及以太网在实时性方面很快就达到了极限。
       实时性通常要求确定性的行为。即应该可以计算数据安全传输的时间帧。在这一方面,CSMA／CD（Carrier Sense Multiple Access／Collision Detection）访问方式呈现出以太网的一个基本问题。网络上的各工作站对总线“监听”以确认总线是否空闲。如果空闲,它们就开始发送数据。如果两个工作站同时试图发送数据,冲突就产生了。在这一情况下,访问机制首先确保工作站停止传输数据。而后,根据预定义的随机选择算法,工作站再次尝试发送数据。这个过程一直重复直至冲突消失。上述的机制保证了数据的安全发送;可是从确定性行为的角度看来,这却是一个很大的障碍。
　　　　

 图二 TCP/IP栈图示,从硬件到应用软件

　　　　
       目前有多种不同的方案可用来处理这些以太网和TCP/IP的问题。
　　　　
       1.1 根据IEEE 802.1Q/802.1p定义数据包的优先级
       按照IEEE802.1Q/802.1p的定义,设置优先级或在队列中临时储存了帧以后,就可以利用以太网头部的扩展范围进行流控制。这一过程通常由交换机处理。该方法的优点在于：高优先级的数据包定义了级别以后,以太网芯片本身就能处理这一功能—从而速度更快。不足之处在于只有新硬件才具备这一功能。该方案不再提供向下兼容性。而且,电子报文的顺序不再得到保证。而TCP/IP原本是具备这一特性的。
　　　　
       1.2 冲突概率
       如果网络中没有太多的数据通信,那么冲突的概率会很低。冲突概率随着数据通信的增加而呈指数级的增长。当网络负载低于或等于10％的时候,某些方案会假设冲突是可避免的。可是实际上冲突仍在发生（尽管概率很低）,同时实际利用的快速以太网带宽则有很大的降低。
　　　　
       1.3 在冲突域利用交换机分段
       网段分割（利用交换机分割网络）是一种完全不同的方案。它能够完全避免冲突的发生。每个网络站点通过交换机连入网络,这种方式有些类似于一组点对点连接,即所谓的冲突域。如果不考虑成本,一个关键因素在于：交换机是智能化的,进入的数据包在分析以后直接发送给目标站点。这一方案比单纯集线器方式的反应速度更快,抖动也更小。 </font