工业传输控制网朝向全光纤发展的趋势

　　问题的提出
　　工业互联网实现一体化设计有利于发展中的机器人、工业4.0和自动驾驶汽车等领域形成一套成熟的工业网络标准，以表征感知、传输、控制三者之间相辅相成和相互制约的耦合关系。
　　目标聚焦工业网络的传输与控制，有无可能发挥光纤的长处，朝向全光纤网络开拓发展呢？
　　答案是肯定的。随着光纤入户（FTTH）市场和应用范围的不断扩大，全球已经形成了巨大的光网络元器件配套服务和产业链。 当前，市场需求在急剧增长，尤其是在电动汽车、机器人和智能工厂高端领域， 整合传输网与控制网所需的威廉希尔官方网站 迫在眉睫，也日趋成熟。 所以，目前正是融合和发展一套全新的全光纤传输控制网络解决方案的最佳时机。

　　采用全光纤工业传输控制网络的威廉希尔官方网站 难点
　　采用全光纤工业传输控制网络解决方案的威廉希尔官方网站 难点是多方面的。
　　首先，单纯沿用传统的无源光网PON不能解决问题。由于当年无源光网PON设计初衷是简化拓扑结构，减少交换机投入，不是为了实时应用，所以需要有分开的控制局域网（CAN总线）来发送信息。由此，便造成延时和可靠性等问题，使得网络庞大成本高。也就是说，传输用的PON在连接光纤控制网时需要做大量的革新。
　　其次，新的体系遇到重新树立工业标准问题。2012年以来推广的TSN（Time Sensitive Network-时间敏感网络是以太网的一个分支。TSN本质上是一个以太网扩展集。期望成为以以太网为基础的新一代网络标准，必须具有时间同步、延时保证等确保实时性的功能。但是，TSN依然是铜缆布线，目前最高带宽仅达到1Gbps。
　　以太网的铜缆解决方案将很快趋向瓶颈。商业版本的10G以太网使用4对双绞线，汽车版本的10G需要使用单对电线以减少布线的复杂性。 10GBase-T1规范于去年才开始，并且还将在数年内最终确定，其威廉希尔官方网站 难题尚待克服。新的方案必须具备成为下一代的中国自主工业控制网络标准的潜力。
　　第三，全套协议要重新制订。传统的PON网络中，光网络单元（ONU）不能发送数据到另一个ONU。 当传感器传送数据去AI处理器时，解决办法是通过边缘路由器（专用计算机）或者智能机交换机来路由和改变地址，数据才能够传递到另一个目的地ONU。 这又增加了网络的复杂性和成本， 降低了效率和性能。新系统里要求每个节点能发送信息到另一节点，这正是支持工业互联网的关键要求。
　　第四，新系统的设备模块需要采用先进制程半导体威廉希尔官方网站 重新设计。光纤传输控制设备不能延用传统光通信线路中的（ONU）模块， 因为节点增加了控制和协议功能，不同于单纯传输数据。全系统设备模块包括核心层、区域层、节点级别的连接和控制模块，有待用高端威廉希尔官方网站 设计生产出系统芯片（SoC）和相应的开发工具套件（SDK）。
　　新方案开拓者不仅要提出思路和总体系统框架结构，更要设计提供相应解决方案的产品。用光纤取代铜缆的变革，不是想不到，就怕做不到。除了有创新的魄力，更要有落地的实力。它将通信网络威廉希尔官方网站 、自动控制威廉希尔官方网站 、 计算机硬软件威廉希尔官方网站 和半导体纳米级芯片设计生产等领域的先进威廉希尔官方网站 进行高度融合，方能形成一个多维度协调动态系统来实现目标。

　　全光纤工业传输控制网的系统架构
　　鹏瞰科技提出，采用全光纤工业传输和控制的PonCAN网络。这是无源光纤通信传输和工业控制融合而构建的一个统一网络平台。在无源光纤传输过程中融合控制器局域网，并实现全网同步。
　　图一是全光纤工业传输和控制的PonCAN网络架构示意图。如图所示，PonCAN核心网关受中心处理器CPU支配管理。按装于中心控制站的光线路终端（OLT） 是连接光纤干线的设备。与传统无源光网不同的是， OLT不是连到光网络单元（ONU）， 而是通过分光器连到各个节点 （Node）。
　　PonCAN在物理上做到点到多点，光纤连到每个节点。每个节点都可以发信息，实现把无源光网PON和控制器整合在一个架构内。在传输过程中一套全新的协议，通过控制功能汇聚成一张完整的网络。
　　
　　图1. 全光纤工业PonCAN网络架构示意图

　　全光纤工业传输控制网的性能
　　PonCAN 架构将光纤传输威廉希尔官方网站 引入控制区域网络。光纤连到节点带来的带宽优势发挥了作用，赋能数据洪流。节点模块与传统意义的光模块（ONU）有很大区别。传输速率可达1Gb/s - 10Gb/s。
　　在全新的网络协议下，所有节点由一张网链接。必要时还可以国战。简化的架构省略了硬件/软件的交互，将多个功能层次压缩而扁平化。时延低于100µs。
　　重发机制赋予传输信息的确定性，端到端确认（ACK）可实时检测连接状态。发包做到在很短时间内送到。硬实时调度成为可能。安全性与功能紧密结合在一起。
　　PonCAN的节点独具特色。每个节点可以配置CPU和SoC，或者各种标准接口的传感器和数据采集器设备（以太网，RS485，CAN，USB，PCIe）。节点也可以配置成为电机控制和执行器，直接满足各种工业应用。

　　全新解决方案中的关键威廉希尔官方网站
　　●无源光纤网络传输威廉希尔官方网站
　　●局域网同步控制威廉希尔官方网站
　　●全套传输控制网协议威廉希尔官方网站
　　●三层安全架构威廉希尔官方网站
　　●SoC和芯片威廉希尔官方网站

　　应用前景
　　这项新威廉希尔官方网站 适用范围很广，几乎涉及工业每个角落。融合高速数据传输和多协议的数据隧道，对智能机器人控制、工业自动化、自动驾驶汽车可直接受益， 对蓬勃发展的集成传感器输入和精密马达控制也产生高效率，还可带动上下游产业的发展。
　　
　　图2. 全光纤工业PonCAN网络目标应用市场