2016年06月22日 14:36:54 leonliufeng 閱讀數：10020

前言

對於局外人而言，工業乙太網的存在很多讓他們混淆的問題-而且並非孤立，即使那些專家有時候也被各種風起雲湧的競爭系統所困擾,儘管製造商們提供了很多資訊，描述他們的技術性能和特定的功能，並希望給出易於理解的解釋，然而，使用者仍然將發現他們無法從這裡獲得比較全面資訊以支援他們進行這個方面的投入。

我們也的確經常會遇到這方面的需求--尋求一個概要性的對於主流系統的評價：“在哪些方面存在差異？”，因此，我們覺得有必要出版一個專刊用來探討這個話題，在建立這個話題時，我們試圖去盡力保持客觀與公正的角色，我們的綜述聚焦於技術本身及其商業意義，也同時考慮了評估系統的戰略要素－這主要是對那些考慮長期乙太網裝置投資安全性的決策者而言的。

我們的觀點來源於與多個領域中的開發者及決策制定者的交流與探討而獲得，我們必須使得每個觀點與結論都是經過驗證的，除了這些努力之外，.我們希望這有助於您對它的認同，如果您對此有任何的評述和建議，請給我們發電子郵件或者電話，我們期望任何您對此概覽的支援，並且我們歡迎任何有助於我們盡力客觀公正的探討。

系統的選擇

這五個是基於技術、實時性、標準化狀態及市場方面的戰略考量，例如：是否一個使用者組織在持續的進行著協議的開發？該協議是否遵循IEC標準，且是否系統滿足硬體實時的需求？

 

實時性

IEEE802.3乙太網中存在的用於解決資料碰撞的機制帶來了資料傳輸的延遲，為了達到實時效能，工業乙太網協議採用了不同的特定方法去避免這種碰撞，對於硬實時，訊號傳輸時間必須精確的按照時間幀來進行，或者他們可以觸發一個錯誤機制。迴圈時間達到數百個毫秒的系統應用對於軟體實時是足夠的，例如溫度監控，而對於數字控制或運動控制應用經常需要其迴圈週期小於1mS。

市場滲透
選擇工業乙太網系統進行比較的另一個關鍵因素是其市場佔有情況：IMS和ARC調研表明大約四分之三的工業乙太網使用Ethernet/ IP，PROFINET，或Modbus/TCP。其次為POWERLINK和EtherCAT－這兩個系統特別適合硬實時性要求。

以下描述中不考慮Modbus/TCP，因其使用者組織ODVA已經表明它將被整合到EtherNet / IP網路中。 對於SERCOS III，儘管它的市場份額較小，但是，它在高速運動控制領域扮演著非

常重要的角色。

實時等級和應用領域(IAONA分類)

系統如何工作

實時的不同方法

其中一個關鍵的區別在於不同的工業乙太網如何排程並管理資料傳輸使得網路可以提供實時性，EtherCAT和SERCOS III的通訊採用了集束幀方法：在每個週期，網路向所有的節點發送一個數據報文，從一個節點到另一個沿環形拓撲結構進行傳輸，同時採集每個節點的響應資料。相比之下，其他通訊協議則使用獨立報文給每個節點，而從站也通過獨立報文進行應答。

各系統使用三種不同的方法來實現實時性：

●         一個主站控制網路上的時隙。在POWERLINK環境，主站授權每個節點獨立傳送資料，在EtherCAT和SERCOS III網路，集束幀報文的傳輸跟隨主站的時鐘。

●        PROFINET IRT使用同步開關控制通訊過程。

●        EtherNet / IP通過採用CIP Sync同步分發IEEE1588相容的時鐘資訊給整個網路。

PROFINET通訊

PROFINET（“過程現場網路”）按照對確定性的等級需求不同而採用不同的實現方法：
PROFINET RT通常用於軟實時或沒有實時性要求的應用場合，而PROFINET IRT則針對硬實時應用。該技術由SIEMENS和PROFIBUS使用者組織PNO的成員公司共同開發，它是基於乙太網之上的PROFIBUS DP以及PROFINET I / O的成功應用-指定所有I / O控制器之間的資料傳輸以及引數化，診斷，和網路的佈局。為了覆蓋不同的效能等級，PROFINET使得各協議和服務可自由採用生產者/消費者原則。高優先順序的有效載荷資料通過乙太網協議並以乙太網幀VLAN的優先次序直接傳送，而診斷和配置資料傳送使用UDP/ IP。這使系統實現迴圈週期時間約10毫秒的I / O應用。對於時鐘同步週期時間要求低於毫秒及運動控制應用，則提供PROFINET IRT，它實現了一個分時複用的硬體同步開關－所謂的動態幀包裝（DFP），為使用者提供一個新的PROFINET迴圈時間的優化設計並於2009年釋出此特性。

POWERLINK通訊

POWERLINK最初由B&R開發並於2001年使用，Ethernet POWERLINK標準化組織（EPSG）是一個獨立的使用者組織並且遵循民主章程，自2003年以來，負責該技術的進一步發展。POWERLINK是一個完全免專利費的技術，獨立於供應商，採用純軟體方式的協議，卻可達到硬實時的效能。在2008年，EPSG提供了該技術的開源版本。POWERLINK集成了完整的CANopen機制，並充分滿足IEEE 802.3乙太網標準，即該協議提供了所有標準的乙太網功能特點包括交叉通訊和熱插拔，允許網路以任意方式進行拓撲。

它是如何工作？

POWERLINK使用時隙和輪詢混合方式來實現資料的同步傳輸。為進行協調，網路中指定PLC或工業PC作為管理節點（MN）。該管理節點執行週期性時隙的排程並據此來同步所有網路裝置，並控制週期性資料通訊。所有其他裝置執行為受控節點（CN）。在每個同步週期階段，MN以固定的時間序列逐次向CN傳送 “輪詢請求楨PReq”。每個CN以PRes方式立即響應這個請求並傳輸資料，所有其他節點可以偵聽這個響應。一個POWERLINK的週期包括三個部分。在開始階段，MN傳送了迴圈啟動SoC幀給網路中的所有節點，以同步網路中的所有裝置。抖動大約20納秒。

週期性同步資料交換髮生在第二個階段，多路複用技術在這個階段中可用於優化網路頻寬。第三個階段的標誌是非同步啟動訊號SoA，用於傳輸大容量，非時間苛刻的資料包。例如：使用者資料或TCP / IP幀，均可在非同步階段進行傳輸。

POWERLINK分為實時和非實時域。在非同步階段的資料傳輸支援標準的IP幀，通過路由器將實時域和非實時域資料隔離以確保資料安全。 POWERLINK非常適合各種自動化應用，包括I / O，運動控制，機器人任務，PLC與PLC間的通訊，以及顯示任務。
 

多種共享特性：CANopen和POWERLINK OSI模型

Ethernet/IP通訊

2000年初始釋出，EtherNet / IP是一個開放的工業標準,它由艾倫－布拉德利（羅克韋爾自動化）和ODVA的開發（開放DeviceNet供應商協會）。“工業乙太網協議”本質上是一個CIP（通用工業協議）－已被使用的ControlNet和的DeviceNet上的乙太網的資料傳輸協議。 EtherNet / IP通常是在美國市場上得到非常好的應用，主要是使用羅克韋爾控制系統。
                            

它如何工作？
EtherNet / IP在標準乙太網硬體上執行，並同時使用TCP/ IP和UDP/ IP進行資料傳輸。由於生產者/消費者模式為CIP協議所支援，EtherNet / IP採用不同的通訊機制來處理，例如週期性輪詢，時間或事件觸發，多波或簡單的點對點連線，CIP應用協議分為“隱性的”I / O訊息和“顯性的”用於配置和資料採集的請求/應答報文。當顯性資訊嵌入到TCP幀，實時應用資料通過UDP傳送，因為後者格式更緊湊且開銷小。形成一箇中心星型網路拓撲結構，交換機通過點對點掛鉤連線方式防止資料碰撞。EtherNet / IP網路通常實現10mS左右的軟實時效能， 而CIP Sync和CIP Motion及精確的節點同步則通過在IEEE 1588標準定義的分散式時鐘方法可以達到極低的迴圈週期和抖動，使得它能夠用於伺服電機的控制與驅動。

EtherCAT通訊

EtherCAT（乙太網控制自動化技術）Beckhoff自動化。這項技術的所有使用者自動成為EtherCAT技術協會（ETG）的成員。
 

它是如何工作？
EtherCAT是基於集束幀方法：EtherCAT主站傳送包含網路所有從站資料的資料包，這個幀按照順序通過網路上的所有節點，當它到達最後一個幀，幀將被再次返回。當它在一個方向上通過時節點處理幀中的資料，。每個節點讀出資料並將響應資料插入到幀。為了支援100 Mbit / s的波特率，必須使用專用的ASIC或基於FPGA的硬體來高速處理資料。因此，EtherCAT網路拓撲總是構成一個邏輯環。

一個EtherCAT幀結構

所有給每個節點的指令都被包含在一個EtherCAT資料報文的有效載荷區。每個EtherCAT幀由一個頭和幾個EtherCAT的命令構成。每個命令包括它自己的頭，給節點的指令資料，及一個工作計數器。高達64 KB的可配置地址空間來配置從站。定址處理通過自動遞增方式：即每個從站可以處理16位地址域，從站也可以在網路初始階段以指派方式來實現分散式的站點定址。

EtherCAT過程同步
每個從站連線由主站提供的一個類似於IEEE1588的實時時鐘技術進行同步。從站裝置可以是實時也可以是非實時機制，這更取決於硬體。基於實時時鐘，控制訊號可以高精度同步。

在物理層，EtherCAT協議不僅在乙太網上執行，也可以採用LVDS（低壓差分訊號傳輸）。這個標準被Beckhoff使用在其端子技術上，典型的是採用帶有標準乙太網介面的PC作為一個EtherCAT主站。相較於POWERLINK或PROFINET等協議，EtherCAT僅貫穿OSI 7層模型中的1-3層，因此，為了實現與其它系統相同的應用功能，必須載入額外的協議層（CoE，EoE）。

SERCOSIII通訊

這是一個免費提供的面向數字驅動介面的實時通訊標準，SERCOSIII不僅有特定的物理層連線的硬體架構，同時SERCOS介面的協議結構和應用規範的定義也是特定的。SERCOSIII是SERCOS的第三代，SERCOS於1985年被推向市場，是一個標準的遵循IEEE802.3的資料傳輸協議，這個通訊系統最初使用在基於運動控制的自動化系統，一個已註冊的協會-SERCOS國際協會，支援這項技術的發展並保持標準的一致性。

用於SERCOS技術的專用主從通訊控制器稱為SERCON。

 

它如何工作？

SERCOSIII在主站和從站均採用特定的硬體，這些SERCOSIII硬體減輕了主CPU的通訊任務，並確保了快速的實時資料處理和基於硬體的同步，從站需要特殊的硬體，而主站可以基於軟體方案，SERCOS使用者組織提供SERCOSIII的IP Core給基於FPGA的SERCOSIII硬體開發者。SERCOSIII採用集束幀方式來傳輸，網路節點必須採用菊花鏈或封閉的環形拓撲，由於乙太網具有全雙工能力，菊花鏈實際上已經構成一個獨立的環。因此對於一個環形拓撲實際上相當於提供一個雙環，使得它允許冗餘資料傳輸。直接交叉通訊能力是由每個節點上的兩個埠來實現，在菊花鏈和環形網路，實時報文在他們向前和向後時經過每個節點，因此，節點具有在每個通訊週期中相互通訊兩次而無需經過主站的能力，無需經過主站對資料進行路由。

除了實時通道，它也使用時間槽方式進行無碰撞的資料傳輸，SERCOSIII也提供可選的非實時通道來傳遞非同步資料。節點通過硬體層進行同步，在通訊迴圈的第一個報文初期，主站同步報文MST被嵌入到第一個報文來達到這個目的，確保在100nS以下的高精度時鐘同步偏移，基於硬體的過程補償了執行延遲和乙太網硬體所造成的偏差，不同的網段將使用不同的迴圈時鐘仍然可實現所有的同步執行。

使用者組織

使用者獨立是總體評價一個系統的另一個關鍵因素，任何與品牌權益或專利相關的懸而未決的問題都可能會限制使用者自己的開發，這是決定是否使用系統的一個關鍵考量因素。今後會引發的法律問題應予以預先規避-這需要深入瞭解始創者與使用者組織的不同解決方案。

PROFINET使用者組織PNO，拼寫為PROFIBUS Nutzerorganisation e. V.執行一個機構來管理合作專案和向成員傳遞資訊並及其它感興趣的部分。PROFIBUS和PROFINET產品認證中心隸屬於該機構，並於1996年4月24日通過章程-定義其權利和義務，且開放給所有成員公司、協會和機構、那些對於PNO感興趣的裝置供應商、使用者、系統解決方案供應商或PROFIBUS及PROFINET網路或運營商。www.profibus.com
 

POWERLINK - EPSG
Ethernet POWERLINK標準化組（EPSG）成立於2003年。作為一個獨立的組織，是由在驅動器和自動化領域的各個廠商共同發起建立的。該組織的目標是將由B&R在2001年推出的這項技術進行標準化和持續的開發。EPSG也與標準化組織如CiA及IEC等合作。EPSG是一個按照瑞士民法註冊的協會組織。
www.ethernet - powerlink.org

EtherNet / IP網路 - ODVA
ODVA是所有DeviceNet和EtherNet / IP的使用者聯盟。該組織參與這一匯流排的持續發展和進一步的推廣。主要在美國和亞洲，也包括歐洲。該組織活動的主旨是開發和推廣CIP及其它基於此的協議。每個使用者不僅可以應用這項技術，也可受邀加入對其持續發展作出貢獻的特別興趣小組（SIG）。 ODVA還積極參加其他標準化機構和行業協會。該組織的章程相對複雜。
www.odva.org

EtherCAT技術 - ETG
EtherCAT技術協會是由使用者、OEM廠商以及其它自動化元件供應商共同建立的一個論壇。該組織的目的是提供支援和將EtherCAT作為一個開放技術對其收益進行宣傳。所有的合作協議必須與Beckhoff自動化直接簽署。EtherCAT技術協會位於德國紐倫堡，是一個“非註冊協會”，它是一個沒有按照德國民法法典註冊的機構。

www.ethercat.org

SERCOS III-sercos international e.v.

是一個在德國美因河畔法蘭克福聯邦註冊的協會，這個協會的成員是由製造商和控制、驅動系統的使用者，以及其它自動化元件廠商、研究機構和其它協會共同成立的。在北美及亞洲有分支機構，總部設在斯圖加特大學並且有一個認證實驗室。 
www.sercos.org
 

狀態、權利和授權

不同的使用者組織哪個是合法的？誰擁有這項技術？何種法律關係取決於繫結開發者使用該項技術的授權機制，以下幾頁提供了一個就此問題的概覽。

EtherCAT技術組：非註冊的俱樂部-這意味著它不是一個合法實體，它是一種協會和私人夥伴間的有效混合體，對於這種組織其法律責任關係並不清楚。

在大多數情況下，對一項技術的權益在於組織對它的責任，對於一個共同擁有者，成員有資格使用它，如果個人或某家公司擁有一項技術的權益,那麼合法使用該技術的前景將不清楚。

在ETG組織裡，成員資格是免費的，而在其它組織，成員需要支付費用，其年費通常根據合作成員的規模而變化，POWERLINK和SERCOS使用者組織也允許非成員來開發產品並投放市場。

由於SERCOSIII和EtherCAT的通訊機制是特殊的，其從站的內在工作機制並未開放，使用者必須採用ASIC晶片或FPGA, FPGA的VHDL程式碼可以從BECKHOFF採購，但不包括原始碼。

PROFINET：PROFIBUS使用者組織（PNO）提供PROFINET實現的原始文件（PROFINET執行軟體）給其成員。根據授權協議的第1.5項，PNO成員有權使用5項專利。

POWERLINK：POWERLINK的主站和從站提供BSD開原始碼授權，包括openSAFETY均可在Sourceforge.net上獲得。
 

EtherNet/IP：協議堆疊可從不同的服務商處購買，一個開放原始碼的變種由一所大學完成開發。

EtherCAT：從站的實現必須購買ASIC晶片，另外基於FPGA實現的VHDL IP Core是必須購買的，對於主站方案，ETG提供部分原始碼樣例，由於其專利持有人不願意採用程式碼開源機制，因此它不能開源*。

SERCOS：SERCOS軟主站提供一個LGPL免費授權，從站的ASIC和FPGA程式碼必須購買

 

*來源:開源自動化開發實驗室（www.osadl.org）

 

投資可行性分析

就係統評估而言，開放性是長期投資可行性的關鍵，此外，技術和戰略考量也在確保長期投資安全性決策方面扮演關鍵角色。

 

與現有應用層相容性

EMC 易感性與傳輸可靠性

集束幀協議相較於獨立幀更容易受到干擾敏影響，如果一個幀被破壞，集束幀協議會丟失整個迴圈。

由於採用兩個報文，SERCOSIII相較於EtherCAT在這個項的比較中有50%以上的優勢。

電氣連線點

一個特殊的EtherCAT特性使得所有通訊可以通過內部I/O端子匯流排進行路由，然而，由於更容易受到干擾而帶來的安全風險抵消了其優越的效能。

靈活的線路拓撲

EtherCAT和SERCOS網路通常以邏輯環方式組織，這個環可以在主站那裡實現物理的閉合，或在菊花鏈方式下在最後一個物理線路上的節點處實現內閉合。EtherCAT提供通過特定結合點的支路連線，但是，整個幀的行程上下與返回仍然是按照這種邏輯環進行的。

高可用性

僅POWERLINK在其規範中包含有主站和線路冗餘，並在實際專案中實現，對於PROFINET和Ethernet/IP，基於特定交換機方式下的應用實現是可行的。

熱插拔

POWERLINK、Ethernet/IP和PROFINET提供了使用者熱插拔能力，而對於SERCOSIII和EtherCAT由於其必須採用環形拓撲結構而受到了限制，SERCOSIII允許將一個節點踢出網路，在這種情況下，相鄰的兩個節點的TX和RX線路閉合，節點可以通過主站另一側到達。EtherCAT不支援熱插拔能力。

對於基於邏輯環技術（EtherCAT和SERCOS）而言，網路拓撲架構限制了熱插拔能力，熱插拔模組僅可以被連線到菊花鏈的末端(SERCOS)，這將使得應用受到限制。

千兆網路就緒

由於Ethernet/IP和POWERLINK是專門的基於軟體的技術，這些協議可以被千兆乙太網硬體所採用，相反，EtherCAT需要ASIC，PROFINET IRT也需要一些重新設計的硬體-包括特殊的交換機，FPGA方案也可以被用於千兆乙太網。

SERCOS國際宣告他們的IP核已經可以基於千兆網路了。

安全

占主導地位的Profibus已經有PROFIsafe產品，對於CIP以及openSAFETY(用於POWERLINK和SERCOS)也有經認證的安全產品。EtherCAT技術組織在本文編寫時仍然沒有宣告協議棧可以購買，僅POWERLINK和openSAFETY確定完全開放主站，並且主站和從站的原始碼已經可以免費使用。

市場上的產品

基於ERTEC技術的IRT產品已經在市場上可用，然而，DFP效能的介紹及新一代用於與之連線的ASIC尚未與現在的IRT方案相容(由Phoenix提供的觸發晶片)。

效能

理論到達的迴圈週期

系統的效能成為激烈辯論的核心，這個問題聚焦在了工業乙太網系統的理論迴圈週期上，關於理論的最短迴圈週期的計算如下：

如果一個主站傳送一個數據幀給它自己而不經過任何節點，這個幀再次回到主站是在122微秒後（在單個數據幀以最大乙太網資料量下）。

在理論上，它有可能在資料幀的其它部分資料到達時就處理，然而用於校驗資料準確性的CRC必須在所有資料接收到後進行確認，這不考慮其它因素如PHY造成的延遲，線路和乙太網口的延遲，用於內部到主站的資料傳輸等，然而，一旦訊號離開主站，在網路線路上的路程和從站內處理必須考慮在內。

系統的前瞻性擴充套件及可能的未來需求必須被認真的考慮，無論是採用集中式或分散式的架構。

來源：幀的封裝按照IEEE802.3定義，幀間間隔，96us必須新增到上面提到的5.1us

系統的通訊架構

直接交叉通訊

直接交叉通訊為那些對時間要求非常苛刻的應用提供了一個緊要的收益－例如高速驅動控制-軸可以在高速同步的同時保持極高精度。由於所有的位置值可以直接相互傳遞而無需通過主站，這帶來更低的網路負載並確保對關聯的軸而言資料是在當前週期可以使用的（例如軸的實際相位值），如果資料必須先行經過主站-這不僅延遲了一個週期，而且網路上的資料負載量也同時大幅增加。

對於POWERLINK和SERCOSIII，直接交叉通訊是一個即使對於專門從屬功能的模組也有效的功能，Ethernet/IP則需要通過一個帶有掃描器功能的模組實現。

過載資料傳輸

對於需要資料處理大量資料的應用，通過網路節點的時間大大影響整個迴圈時間，另一方面，資料優先順序可使迴圈週期降低。支援優先順序機制的系統允許高優先順序資料在每個週期裡進行重新整理，而對於低優先順序資料則僅隔n個週期進行重新整理。

對於POWERLINK、Ethernet/IP和PROFINET，在協議的規範定義中已明確定義了可變的迴圈週期，而SERCOSIII只是最近才加入這個特性，對於EtherCAT而言，在特殊的應用方案下才可以這樣。

安全通訊的網路負載

基於乙太網的安全是通過對安全節點(緊急停車，安全驅動控制器)受保護資料的週期性交換來實現的-這個安全過程包含將資料進行復制和封裝到一個安全容器中，這增加了網路上的資料量。採用集束幀的方案將看到幀便計數，而獨立幀方式將通過增加每個幀的資料容量-而這原本就是要增加並被髮送的。總之，集束幀在理論上的高效能在這種情況可以不予考慮。

實際週期時間

在解決方案中使用的求和框架法，資料必須通過每個控制器兩次。如果訊號要經過許多節點，總傳遞時間將大幅上升，因為它能讓自己的方式，組織支援這種所引用的原始效能資料解決方案必須進行調整，佔此效果。另一個要考慮的方面是效能取決於實現細節，例如：任務類，在實際使用的控制系統應用程式。

抖動
確保最小的抖動和極高精度的訊號確定性延遲是控制質量的關鍵要素（時鐘偏差）。網路節點必須儘可能的同步。各種競爭的網路通過不同的機制來達到這一目標，EtherCAT使用了分散式時鐘，而POWERLINK則是通過一個簡單的同步訊號(SoC) 來實現的。

EtherCAT、POWERLINK和SERCOSIII提供使用者幾乎無抖動（<100nS）系統。而在Ethernet/IP網路，抖動可以通過IEEE1588擴充套件在所有節點中大幅度降低，PROFINET IRT應用也可以大幅度降低抖動。

實際效能較量

實際上，比較系統性能是件困難的事情，因為不同系統的特定效能存在差異，Ethernet/IP和PROFINET RT從開始就被排除在外，因為，這些系統僅僅適用於軟實時需求而設計，PROFINET IRT由於採用了不同的交換機，這導致了應用架構的複雜性，直接的比較與測量顯然不適合，下面的值是建立在公開的計算機制上的：

測試場景如下：

1、小型機器，一個主站和33個I/O模組（64模擬量和136數字量通道）

2、I/O系統，一個主站，12個Ethernet從站帶有33個模組（2000個數字量和500個模擬量通道）

3、運動控制系統，帶有24個伺服軸和1個I/O站，110數字量和30個模擬量。

實際上，POWERLINK在大部分應用是較之EtherCAT更快的，EtherCAT僅僅是為低網路負載而優化的，對於重負載系統而言，EtherCAT環境下有著極不相稱的迴圈週期提升，如果用於實現一個分散式架構（例如分散式運動控制），EtherCAT由於缺乏直接交叉通訊而導致巨大的效能降低。一個直接的EtherCAT I/O整合將導致非常低的取樣率（I/O系統），由於時間訊號必須經過每個I/O從而直接的影響了整個迴圈週期。

Prytz(2008)釋出的方法可用於計算EtherCAT的參考，訊號通過EtherCAT ASIC的訊號延遲也被再次驗證。

對於POWERLINK，其實際應用產品設定並進行實際測試-這使得它引用的測試資料毋庸置疑。

沒有測試資料用於SERCOSIII，然而，SERCOSIII可以預期與POWERLINK提供相同等級的實時性，事實上，在很多領域SERCOSIII同樣較之EtherCAT更快的系統速度。

1G.Prytz,EFTA會議2008，EtherCATPROFINET IRT的效能分析，在EtherCAT的官方網站www.ethercat.ory引用。最後訪問時間2011年9月14日

實現

實現成本包括開發費用、License費用和硬體費用，程式碼可用性（程式或在硬體實現中的VHDL程式碼）必須在這種情況予以考慮。

主站實現

主站非開源，只有不確保可用性的示例程式碼。

所有協議允許在主站上的軟體實現

潛在的成本需求

網路元件

額外的裝置=外部交換機或Hub

內部埠=直接整合到裝置上的埠，用於環形或菊花鏈拓撲。

1、  對於EtherCAT，星形或樹形拓撲需要特殊的網路元件

2、  Beckhoff ET1100

 

從站實現

對於EtherCAT、SERCOSIII和PROFINET IRT，實現從站的匯流排協議需要使用硬體方案ASIC，對於POWERLINK、Ethernet/IP和PROFINET RT基於微處理的軟體方案可以使用，對於軟體方案而言，協議棧的License費用需要考慮，可能其它額外的費用例如使用更為強大的控制器，對於硬體方案，使用者可以使用FPGA或基於ASIC的通訊介面，理論上，FPGA也可以被用於軟體方案。

FPGA是一種積體電路，它允許開發者自主配置他們的硬體。它有邏輯器件構成，即所謂的邏輯單元，一個層級可以用於重新配置電路。所有ASIC可以實現的功能FPGA均可實現。而且，它可以在除錯前定製。相較於ASIC，FPGA的一次性開發成本較低，FPGA對於工業Ethernet方案是一個極具吸引力的技術-因為它成本更低，效能高並具有多種協議支援能力，並且它允許在元件內實現預安裝元件功能來整合二級功能（Hub，交換機），當然，使用者需要清楚協議的程式碼容量需求量及相應地邏輯單元德數量， L2功能也對數量有較大的影響。交換機比HUB需要更多的塊，而複雜的管理交換則需要更多數量的邏輯單元。

POWERLINK是一個較為簡單的實時乙太網方案，由於POWERLINK網路裡僅需要Hub，因此，這個協議僅需要非常小的邏輯塊，較小的FPGA，相反，EtherCAT和SERCOSIII，則需要更多的邏輯單元。

不同實時乙太網環境的節點互聯成本

對於每個節點間的互聯而言，其成本參照硬體的費用，而協議授權的成本尚未計算在內。

圖中引用的數字來自於不同有實現經驗製造商的反饋，並覆蓋了不同的工業乙太網方案-有些數字也由製造商在自動化行業雜誌上引用過。

PHY的成本是2*1.1 $，這個對於所有協議都以相等的價格來考慮，成本估算以年度節點採購量為1000來進行。

PROFINET：採用ERTEC200ASIC來進行計算，未來實現也可以採用由Phoenix開發的TPS1晶片，在那種情況下，成本可能會降低到與EtherCAT相當的水平。但仍無法達到POWERRLINK的價格水平。

 

POWERLINK :採用基於FPGA的方案，RAM和快閃記憶體也被考慮在內。

EtherNet/IP:因為實現的成本相差較大，確定一個數字不大現實，它可能採用在微處理器上實現一個單口方案或用FPGA或一個外部的交換機實現雙口方案。

EtherCAT:這個計算是基於最便宜的EtherCAT ASIC方案-帶有2個乙太網口(ET1100)，EtherCAT基於FPGA的方案成本更高，這個不同很大程度在於同步方案帶有實時時鐘。

SERCOSIII：SERCOSIII的數字是基於典型的FPGA方案來實現的。

 

執行成本

執行成本在很大程度上由維護和網路管理成本的費用構成。一些技術例如IP Sync和Profinet IRT非常複雜並且需要非常大的網路管理成本，並且，使用交換機即需要網路經驗，在很多情況下，需要一個本地的網路工程師來除錯和維護系統。

同步技術的應用在實時通訊中扮演著關鍵角色，POWERLINK的SERCOSIII確保了通過主站管理機制下的高同步性及精確性，且極少因干擾出錯。

PROFINET IRT & Ethernet/IP CIP Sync依賴於IEEE1588相容同步機制，這導致了非常複雜的網路管理，尤其是裝置必須隔離-因為硬體或軟體問題將觸發同步錯誤。

安全功能

安全協議必須確保通過持續的監測傳輸是否完成和及時來確定資料的完整性。必須避免或標識包含重複資料的故障，資料丟失，資料失真和資料插入。任何不正確的資料序列或過度延遲也要被檢測到。對於一個安全系統它可以通過迴圈較驗來確保所有安全相關網段及其上的裝置功能資料的無差錯操作。在中斷或任何不完整的資料傳輸情況下，它啟用相應的安全功能來定位問題，或啟動整廠安全停機。

在此綜述的所有系統均使用所謂的“黑色通道”機制來處理安全導向的通訊。這個術語意味著安全封裝的資料（安全容器）是通過標準協議進行傳輸的。

 

安全標準/匯流排相容性

安全技術比較

交叉通訊下訊號傳輸的例子：直接交叉通訊使得節點可以直接與其它節點通訊（上圖），而不支援交叉通訊的系統其訊號傳輸路徑則是2倍於此（下圖）

由於安全協議是純應用協議,一個安全網路的效能取決於其底層的傳輸協議。基本的協議選擇考慮因素如確定的可用頻寬和迴圈時間，而且功能特性如熱插拔能力和直接交叉的通訊能力，交叉通訊意味著網路上的節點間可以直接通訊而無需通過主站-這對於安全導向的系統而言扮演非常重要的角色。由於安全節點可以與其它節點直接通訊，這提供了在危險情況下最優化的響應時間。在一個網路上如果不支援交叉通訊，那麼安全節點必須通過安全主站給其它節點發送資料-安全主站再將資料發給第一個主站，然後再傳輸給第二個安全節點，相較於直接交叉通訊，這個過程使得訊號延遲-響應時間得到延緩，由於運動軸的緊急停車距離與響應時間的平方成正比，而2倍的傳輸時間就將導致了16倍的停車距離。