工业以太网介质访问控制协议CSMA/CD和传输介质

以太网最初是为办公自动化而发展起来的，除了通信的吞吐量要求较高以外，对其他性能没有特殊的要求；而工业控制现场由于其环境的特殊性，对网络通信的实时性、可靠性、网络生存性、安全性等均有较高的要求，因此，人们通常将应用于工业控制系统中的以太网技术称为工业以太网（Industrial Ethernet）。

将以太网用于工业领域主要有以下几个方面的优势：①具有低成本、高速度、易于组网应用等优点，且软硬件资源包括人的作用极其丰富；②易于和Internet连接。③以太网融入工业自动化计算机网络，可以避免现场总线技术游离于计算机网络技术的发展之外，使现场总线技术与计算机网络技术很好地融合而形成相互促进的局面。

1．介质访问控制协议CSMA/CD

以太网对介质的访问控制采用了载波监听多路访问/冲突检测协议CSMA/CD，其主要思想可用“先听后说，边说边听”来形象地表示。“先听后说”是指在发送数据之前先监听总线的状态。但由于数据的传输需要时间，总线上可能会出现两个或两个以上的站点同时监听到总线上没有通信而发送数据，因此就可能发生冲突。“边说边听”就是指在发送数据的过程的同时检测总线上的冲突。一旦检出冲突以后，CSMA/CD立即停止数据的发送，并向总线发送一串阻塞信号，让总线上其他各站均能感知冲突已经发生。总线上各站点“听”到阻塞信号以后，均等待一个与冲突次数相关的随机时间，然后重发受冲突影响的数据帧。

CSMA/CD的优势在于站点无需依靠中心控制就能进行数据发送，严格意义上说，CSMA/CD协议的响应时间具有不确定性，这与控制系统中“硬实时性”要求相背离。后来人们发现，当以太网上通信量较小的时候，冲突发生的概率是很低的。据分析，当以太网的网络负荷小于10％时基本不会发生碰撞，网络负荷在25%以下时以太网的通信响应时间明显短于令牌网。为此，随着以太网通信速度的提高，特别是以太网交换技术的发展和应用，能在很大程度上甚至完全弥补以太网介质访问机制(CSMA/CD)带来的不确定性，从而为其应用于工业现场控制清除了主要障碍。

2．传输介质

以太网能支持多种传输介质，在物理层为每种传输介质制定了相应的技术规范，这些标准主要有：10Base-5、10Base-2、10Base-T、10Base-F、100Base-T、1000Base-X……，它们的特点参见下表。

根据工业环境的的状况，工业以太网对环境的适应性要比传统的商业以太网更强，包括设备、通信缆、连接件等在内的防爆性、抗腐蚀性、机械强度、电磁兼容性等等。但目前尚无关于以太网在工业环境下的相关标准。在研究国外相关资料并参考了国际和欧洲相关工业标准的前提下，《控制仪表与计算机控制装置》10.2给出了相关参数，作为工业以太网中通信线缆和连接器件为满足工业防护要求，所应采用或参考的技术标准。