淺析工業以太網技術及應用

龐明輝 易杜軍

摘 要 相對商用以太網來說，工業以太網其本身具備更強的安全性、抗干擾性、適用性以及實時性的特點，對于整個工業生產來說是非常重要的現代化技術。本文就對工業以太網技術及應用的相關問題進行了分析和探討。

關鍵詞 工業以太網技術；應用；分析思考

工業以太網技術源自于以太網技術，但是其本身和普通的以太網技術又存在著很大的差異和區別。工業以太網技術本身進行了適應性方面的調整，同時結合工業生產安全性和穩定性方面的需求，增加了相應的控制應用功能，提出了符合特定工業應用場所需求的相應的解決方案。工業以太網技術在實際應用中，能夠滿足工業生產高效性、穩定性、實時性、經濟性、智能性、擴展性等多方面的需求，可以真正延伸到實際企業生產過程中現場設備的控制層面，并結合其技術應用的特點，給予實際企業工業生產過程的全方位控制和管理，是一種非常重要的技術手段。

1 工業以太網技術應用的優勢分析

第一，工業以太網技術具有廣泛的應用范圍。以太網技術本身作為重要的基礎性計算機網絡技術，其本身能夠兼容多種不同的編程語言。例如，常見的JAVA、C++等編程語言都支持以太網方面的應用開發。

第二，工業以太網技術具有良好的應用經濟性。相對于以往傳統工業生產當中現場總線網卡的基礎設施方面的投入，以太網的網卡成本方面具有十分顯著的優勢。在當前以太網技術不斷發展的今天，整體以太網技術的設計、應用方面已經十分成熟。在具體技術開發方面，有著很多現有的資源和設計案例進行應用，這也進一步降低了系統的開發和推廣成本，同時也讓后續培訓工作的開展變得更加有效率。可以說，經濟性強、成本低廉、應用效率高、過渡短、方案成熟，這是工業以太網技術的一個顯著優勢特征。

第三，工業以太網技術具有較高的通信速率。相對現場總線來說，工業以太網的通信速率較高，1Gb/s的技術應用也變得十分成熟。在當前不斷增長的工業控制網絡性能吞吐需求的前提下，這種速率上的優勢十分明顯，其能夠更好地滿足當前的帶寬標準，是新時期現代工業生產網絡工程的重要發展方向。相對上也控制網絡來說，工業控制網絡內部不同節點的實時數據了相對較少，但是其對于傳輸的實時性方面要求很高。以太網技術本身的網絡負載方面有著顯著的優勢，這也讓整個通信過程的實時性需求得到了更好的滿足。良好的通信速率標準，可以進一步降低網絡負荷，減少網絡傳輸延時，從而最大限度規避忘了碰撞的概率，保障工業生產的安全性與可靠性。

第四，工業以太網技術具有良好的共享能力。隨著當前網絡技術的不斷發展和成熟化，整個互聯網體系變得更加成熟，任何一個接入到網絡當中的計算機，都可以實現對工業控制現場相關數據的瀏覽和調用，這對于遠程管控應用來說具有良好的優勢，同時這也超越了以往現場總線管理模式的便利性，是實現現代化工業生產管理的重要基礎性依據。

第五，工業以太網技術具有良好的發展空間。通過工業以太網技術的應用，整個工業網絡控制系統本身會具備一個更加廣闊的發展空間和前景。在后續技術改造和升級的過程中，以太網技術能夠為其提供一個良好的基礎平臺，這種擴展性方面的優勢相比于現場總線技術來說是十分明顯的。與此同時，在當前人工智能等相關技術發展的環境下，網絡通信質量和效率本身的標準更高，很多新通信協議的應用，這也需要工業以太網技術給予相應的支持[1]。

2 以太網技術應用的幾方面思考

以太網技術本身具有較強的先進性和專業性，能夠實現對當前工業生產過程的全方位控制。在當前技術發展環境下，以太網能夠對“一網到底”的特點和優勢進行更好的展現，其也必將成為未來工業網絡的主流選擇。本文就從工業生產的安全性方面的角度，對工業以太網技術應用方面的相關問題進行了分析和探討。

2.1 認證加密方面的支持

以往傳統的認證，本身僅僅針對業務層和網絡層展開相互獨立的分層認證和身份鑒別的方式，這種方式適用于以往的工業控制系統當中，而對于當前新環境下工業生產安全性與可靠性需求的實現來說則還存在一定的提升空間?，F階段以太網環境下，工業設備本身的用途相對特殊，同時其本身的網絡通信行為和業務應用行為有著明顯的特定性的特點，整體認證應該從更加全面的角度來進行開展和實現。針對這方面的情況，認證中可以從業務層的角度來展開認證。對于一些敏感的業務層，則應用更高層級的業務認證方式。與此同時，在當前工業生產管理中，信息方面也具有一定安全性保障方面的需求，而加密技術的應用就是非常常見的技術選擇。通過逐跳加密機制，可以有效地減少成本，同時也具有較強的擴展性和時效性特點，在一些業務安全要求不高的安全防護中較為常用。但是，由于這種方式需要在不同傳送節點進行解密，因而其需要保證傳送節點的可信任度。而端到端加密機制其本身可以滿足更高安全要求的業務加密。采取這種加密方式，其本身可以確保節點和傳輸過程中的有效加密，接收端和發送端才能具備明文。這種加密方式本身的安全性更高，但是在實際應用上也應該結合以太網的項目特點和安全需求，進行相應的調整和應用，從而達到最大化的應用效果。對這種加密技術的應用來說，以太網本身是給予其網絡協議方面支持的重要基礎。我們需要結合工業生產中以太網體系和結構的特點，做好相應的信息層面上的控制和支持保障。

2.2 敏感數據方面管理的支持

隱私保護也是工業控制系統安全保障體系構建中所必須思考的一部分內容，同時也是規避信息泄露方面問題的一個重要的手段。在隱私保護應用上，應該結合系統安全和系統工作效率方面的特點，進行更加全方位的思考。在現階段隱私保護應用上，其主要通過模糊化敏感信息來實現對隱私的有效保護，并對于全局敏感數據和部分原始信息進行隱藏的方式來實現保護的目的。在數據轉發的過程中，會采取隨機路由協議的方式，對于轉發節點進行隨機化跳轉，從而達到改變傳輸路徑，減少節點信息被獲取的風險，從而實現安全防范。

2.3 自動化生產體系中安全控制需求的支持

工業控制系統安全保障體系構建的過程中，安全控制技術的應用也是非常重要的。在工業控制系統中，實時可定義為系統對某事件的反應時間的可測性。也就是說，在一個事件發生后，系統必須在一個可以準確預見的時間范圍內做出反應。然而，工業上對數據的傳遞的實時性要求十分嚴格，往往數據的更新是在數十毫秒內完成的。而同樣由于以太網存在的CSMA/CD機制，一旦出現網絡沖突，那么就需要數據的重新發送，在不斷嘗試的過程中，需要花費一定的時間來進行處理，而這一段時間就會對工業生產活動產生很大的影響，不僅僅會造成生產的中斷，同時也很有可能出現安全方面的嚴重事故。針對這方面情況，我們就可以利用以太網技術，構建科學化的管理模型，通過實現對現場安全控制技術方面的有效調整和整合，從而保障對生產過程的全方位控制。我們應該結合以太網技術的特點，引入更加精準化的控制技術，盡可能對于工業控制系統安全方面的風險和問題進行控制，充分發揮以太網技術的優勢和特色。在該系統當中，也具有一個數據展示與報警平臺的設置。例如，在當前工業生產環境當中，空調系統是非常重要的構成。我們可以利用以太網技術來進行相應的管理，依托以太網技術為相關數據的傳輸構建一個通暢的渠道，對待空調系統中的電壓、能耗、實時電流、耗電量、PUE以及功率等方面的數據實時傳輸，供給環比以及同比分析的應用。在出現系統問題時，第一視角進行報警，相關管理人員就可以通過相應的數據信息進行分析，給予相應的控制決策。在當前的工業生產環境中，整體的工業現場本身的安全方面的需求不同，同時也面臨著不同層面上的安全問題。部分安全問題具有較強的難預測性特點，在實際安全防范中會產生很大的威脅。以太網技術本身在應用上，也應該結合不同更多場景給予相應的網絡技術層面上的支持，這樣工業以太網技術的應用價值和效能才能夠得到更好的展現[2]。

3 結束語

總的來說，工業以太網的應用，這為當前工業生產水平的提升帶來了很多新的契機，同時也實現了對當前工業生產過程自動化應用的有效促進?？梢哉f，在當前工業信息化發展的趨勢下，工業以太網技術可以說是其中的核心技術內容，也是當前智慧工廠網絡化建設的重要技術基礎。隨著當前技術的不斷發展，工業以太網技術水平也一直在提升當中，很多關鍵技術難題也都得到了有效的解決，并大幅度改善了工業以太網應用的安全性和可靠性，做好相關技術的研究和應用具有十分重要的現實意義。

參考文獻

[1] 董建軍，譚尊兵.工業以太網技術的應用和案例[J].科技視界， 2016，（18）：219-220.

[2] 馮濤，魯曄，方君麗.工業以太網協議脆弱性與安全防護技術綜述[J].通信學報，2017，（S2）：185-196.