大規(guī)模應(yīng)用轉(zhuǎn)折點(diǎn)來臨？也談?wù)剢螌σ蕴W(wǎng)
近幾年，單對以太網(wǎng)(SPE)這一技術(shù)愈加頻繁被提及。在今年的德國漢諾威工業(yè)博覽會上，眾多企業(yè)和組織展示了一系列＊新的SPE相關(guān)技術(shù)及產(chǎn)品。作為一項(xiàng)開放、經(jīng)濟(jì)高效且面向未來的技術(shù)，從標(biāo)準(zhǔn)制定、支持組織以及兼容產(chǎn)品等各個方面來看，單對以太網(wǎng)似乎迎來了大規(guī)模應(yīng)用的一個轉(zhuǎn)折點(diǎn)。什么是單對以太網(wǎng)？所謂單對以太網(wǎng)，顧名思義，就是相較于先前需要兩對雙絞線傳輸數(shù)據(jù)的快速以太網(wǎng)或需要四對雙絞線的千兆以太網(wǎng)，單對以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸只需要一對雙絞線（單對），甚至支持通過數(shù)據(jù)線（PoDL）供電，也就是僅需兩根線纜即可提供數(shù)據(jù)和電力的傳輸，這為現(xiàn)場層緊湊型設(shè)備、傳感器和執(zhí)行器的接線帶來了全新機(jī)遇。這種纖薄、輕巧但功能強(qiáng)大的連接解決方案使工業(yè)能夠在現(xiàn)場層面實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，因此被視為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的一項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)施。事實(shí)上，SPE已經(jīng)算不上一項(xiàng)很新的技術(shù)，其源于博通的Broad-Reach技術(shù)。早在十幾年前，汽車行業(yè)一直使用的控制器局域網(wǎng) (CAN) 總線由于相對較低的帶寬和有限的擴(kuò)展能力而滿足不了軟件定義車輛和智能網(wǎng)聯(lián)車的要求，于是，汽車制造商開始轉(zhuǎn)向 SPE技術(shù)。但在較長的一段時(shí)間里，SPE在汽車行業(yè)之外名聲不顯，后來工業(yè)領(lǐng)域一看，喲，這項(xiàng)技術(shù)很對我們的胃口啊，幾乎滿足了數(shù)字化轉(zhuǎn)型背景下工業(yè)通信的所有要求。于是，越來越多的工業(yè)企業(yè)開始采用并推廣這一技術(shù)。其中的道理也不難理解。在工業(yè)數(shù)字化時(shí)代，伴隨著工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展，之前現(xiàn)場層采用總線技術(shù)的設(shè)備越來越難以滿足大數(shù)據(jù)傳輸要求，同時(shí)也需要各種協(xié)議轉(zhuǎn)換設(shè)備來接入到上層工業(yè)以太網(wǎng)，不僅僅增加了網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性，同時(shí)也增加了系統(tǒng)集成的工作量和成本。而SPE 只需單對線纜，即可實(shí)現(xiàn)長距離數(shù)據(jù)傳輸和以太網(wǎng)供電，將以太網(wǎng)覆蓋范圍擴(kuò)展至工業(yè)現(xiàn)場，實(shí)現(xiàn)設(shè)備全連接，構(gòu)建起真正統(tǒng)一的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)。（工業(yè)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的演進(jìn) 圖源：MOXA）SPE基于當(dāng)今已成為標(biāo)準(zhǔn)的無網(wǎng)關(guān)IP協(xié)議和通信架構(gòu)——IEEE 802.3 Ethernet。憑借在相同的協(xié)議語言和統(tǒng)一接口的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)所有通信參與者的無縫連接，SPE成為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)4.0的推動者，與傳統(tǒng)以太網(wǎng)解決方案相比具有諸多優(yōu)勢：更具成本效益行業(yè)應(yīng)用廣泛結(jié)構(gòu)緊湊、易于安裝且面向未來通過一對電纜實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和電力傳輸可以輕松集成到現(xiàn)有系統(tǒng)中傳輸速度和電纜長度靈活實(shí)現(xiàn)從網(wǎng)絡(luò)邊緣到云端的連接......技術(shù)的發(fā)展離不開國際標(biāo)準(zhǔn)的制定，SPE得到了國際電氣和電子工程師協(xié)會（IEEE）的大力支持，IEEE 802.3定義了SPE標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)描述了通過單對導(dǎo)線進(jìn)行以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)募夹g(shù)框架，不同之處在于數(shù)據(jù)傳輸速率和距離，以適合不同的應(yīng)用場景。目前已經(jīng)發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)包括IEEE 802.3cg（10BASE-T1L和10BASE-T1S）、IEEE 802.3bw（100BASE-T1）、IEEE 802.3bp （1000BASE-T1），正在制定的一些主要SPE標(biāo)準(zhǔn)則有IEEE 802.3cy（MultiGigBASE-T1）、IEEE 802.3da（10BASE-T1S）等。而IEC 63171標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了兼容此類SPE標(biāo)準(zhǔn)的連接器規(guī)格。（SPE標(biāo)準(zhǔn) 圖源：菲尼克斯電氣）這些標(biāo)準(zhǔn)涵蓋了從低速率到高速率的多種需求，適用于工業(yè)自動化、汽車制造、物聯(lián)網(wǎng)等各種不同的應(yīng)用場景。未來，隨著標(biāo)準(zhǔn)的不斷發(fā)展，SPE的應(yīng)用前景將更加廣闊。持續(xù)的技術(shù)創(chuàng)新和標(biāo)準(zhǔn)化工作正在推動SPE技術(shù)的成熟和普及，越來越多的傳感器、電纜、連接器、測量設(shè)備、芯片、交換機(jī)、終端設(shè)備制造商等正在為加速SPE在全球的應(yīng)用，構(gòu)建未來 SPE 生態(tài)系統(tǒng)而努力。2019年，由浩亭、TE Connectivity、Softing等聯(lián)手推動的SPE工業(yè)合作伙伴網(wǎng)絡(luò)（SPE Industrial Partner Network）成立，這是一個專門致力于推廣單對以太網(wǎng)在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的合作伙伴網(wǎng)絡(luò)。目前，該網(wǎng)絡(luò)包括了50多家＊＊的工業(yè)自動化和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)公司，致力于共同開發(fā)和推廣基于SPE的解決方案，推動行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施和市場教育。2020年，隨著菲尼克斯電氣、魏德米勒、R&M、福祿克網(wǎng)絡(luò), 以及德力格能之間的技術(shù)合作不斷加強(qiáng)，SPE系統(tǒng)聯(lián)盟成立。該聯(lián)盟將來自不同行業(yè)和應(yīng)用領(lǐng)域的＊＊技術(shù)公司聚集在一起，整合各自的SPE專業(yè)知識并針對性地開展交流。該聯(lián)盟的目標(biāo)是在盡可能多的市場和應(yīng)用中建立單對以太網(wǎng)解決方案，并創(chuàng)建通用的市場標(biāo)準(zhǔn)。目前，包括德特威勒、東土科技、微芯科技、羅森伯格、西克、威力工業(yè)網(wǎng)絡(luò)、Draka/Prysmian集團(tuán)和University 4 Industry等公司及機(jī)構(gòu)也正式加入該聯(lián)盟。作為一項(xiàng)無縫、緊湊、高性能且經(jīng)濟(jì)高效的未來網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，SPE的市場規(guī)模不容小覷，而且潛力巨大。根據(jù)IEEE的估計(jì)，到2030年，所有市場的SPE節(jié)點(diǎn)市場潛力為2.5億個，其中工廠自動化領(lǐng)域?yàn)?000萬個，這也與SPE系統(tǒng)聯(lián)盟的預(yù)測一致，而且隨著市場滲透率的快速提高，這一數(shù)字甚至可能高達(dá)1.8億個節(jié)點(diǎn)，其中的驅(qū)動力主要來自于過程自動化和樓宇自動化等其他工業(yè)細(xì)分市場。（SPE市場節(jié)點(diǎn)預(yù)測，圖源：SPE系統(tǒng)聯(lián)盟）可以說，SPE正在重新塑造網(wǎng)絡(luò)連接的未來。隨著技術(shù)的成熟、標(biāo)準(zhǔn)化的完善和市場的進(jìn)一步開拓，它的影響力將在未來幾年內(nèi)顯著增長，但它能否顛覆傳統(tǒng)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的連接規(guī)則，并在市場上占據(jù)主導(dǎo)地位，我們拭目以待！
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