浅析工业以太网技术及应用

庞明辉 易杜军

摘 要 相對商用以太网来说，工业以太网其本身具备更强的安全性、抗干扰性、适用性以及实时性的特点，对于整个工业生产来说是非常重要的现代化技术。本文就对工业以太网技术及应用的相关问题进行了分析和探讨。

关键词 工业以太网技术；应用；分析思考

工业以太网技术源自于以太网技术，但是其本身和普通的以太网技术又存在着很大的差异和区别。工业以太网技术本身进行了适应性方面的调整，同时结合工业生产安全性和稳定性方面的需求，增加了相应的控制应用功能，提出了符合特定工业应用场所需求的相应的解决方案。工业以太网技术在实际应用中，能够满足工业生产高效性、稳定性、实时性、经济性、智能性、扩展性等多方面的需求，可以真正延伸到实际企业生产过程中现场设备的控制层面，并结合其技术应用的特点，给予实际企业工业生产过程的全方位控制和管理，是一种非常重要的技术手段。

1 工业以太网技术应用的优势分析

第一，工业以太网技术具有广泛的应用范围。以太网技术本身作为重要的基础性计算机网络技术，其本身能够兼容多种不同的编程语言。例如，常见的JAVA、C++等编程语言都支持以太网方面的应用开发。

第二，工业以太网技术具有良好的应用经济性。相对于以往传统工业生产当中现场总线网卡的基础设施方面的投入，以太网的网卡成本方面具有十分显著的优势。在当前以太网技术不断发展的今天，整体以太网技术的设计、应用方面已经十分成熟。在具体技术开发方面，有着很多现有的资源和设计案例进行应用，这也进一步降低了系统的开发和推广成本，同时也让后续培训工作的开展变得更加有效率。可以说，经济性强、成本低廉、应用效率高、过渡短、方案成熟，这是工业以太网技术的一个显著优势特征。

第三，工业以太网技术具有较高的通信速率。相对现场总线来说，工业以太网的通信速率较高，1Gb/s的技术应用也变得十分成熟。在当前不断增长的工业控制网络性能吞吐需求的前提下，这种速率上的优势十分明显，其能够更好地满足当前的带宽标准，是新时期现代工业生产网络工程的重要发展方向。相对上也控制网络来说，工业控制网络内部不同节点的实时数据了相对较少，但是其对于传输的实时性方面要求很高。以太网技术本身的网络负载方面有着显著的优势，这也让整个通信过程的实时性需求得到了更好的满足。良好的通信速率标准，可以进一步降低网络负荷，减少网络传输延时，从而最大限度规避忘了碰撞的概率，保障工业生产的安全性与可靠性。

第四，工业以太网技术具有良好的共享能力。随着当前网络技术的不断发展和成熟化，整个互联网体系变得更加成熟，任何一个接入到网络当中的计算机，都可以实现对工业控制现场相关数据的浏览和调用，这对于远程管控应用来说具有良好的优势，同时这也超越了以往现场总线管理模式的便利性，是实现现代化工业生产管理的重要基础性依据。

第五，工业以太网技术具有良好的发展空间。通过工业以太网技术的应用，整个工业网络控制系统本身会具备一个更加广阔的发展空间和前景。在后续技术改造和升级的过程中，以太网技术能够为其提供一个良好的基础平台，这种扩展性方面的优势相比于现场总线技术来说是十分明显的。与此同时，在当前人工智能等相关技术发展的环境下，网络通信质量和效率本身的标准更高，很多新通信协议的应用，这也需要工业以太网技术给予相应的支持[1]。

2 以太网技术应用的几方面思考

以太网技术本身具有较强的先进性和专业性，能够实现对当前工业生产过程的全方位控制。在当前技术发展环境下，以太网能够对“一网到底”的特点和优势进行更好的展现，其也必将成为未来工业网络的主流选择。本文就从工业生产的安全性方面的角度，对工业以太网技术应用方面的相关问题进行了分析和探讨。

2.1 认证加密方面的支持

以往传统的认证，本身仅仅针对业务层和网络层展开相互独立的分层认证和身份鉴别的方式，这种方式适用于以往的工业控制系统当中，而对于当前新环境下工业生产安全性与可靠性需求的实现来说则还存在一定的提升空间。现阶段以太网环境下，工业设备本身的用途相对特殊，同时其本身的网络通信行为和业务应用行为有着明显的特定性的特点，整体认证应该从更加全面的角度来进行开展和实现。针对这方面的情况，认证中可以从业务层的角度来展开认证。对于一些敏感的业务层，则应用更高层级的业务认证方式。与此同时，在当前工业生产管理中，信息方面也具有一定安全性保障方面的需求，而加密技术的应用就是非常常见的技术选择。通过逐跳加密机制，可以有效地减少成本，同时也具有较强的扩展性和时效性特点，在一些业务安全要求不高的安全防护中较为常用。但是，由于这种方式需要在不同传送节点进行解密，因而其需要保证传送节点的可信任度。而端到端加密机制其本身可以满足更高安全要求的业务加密。采取这种加密方式，其本身可以确保节点和传输过程中的有效加密，接收端和发送端才能具备明文。这种加密方式本身的安全性更高，但是在实际应用上也应该结合以太网的项目特点和安全需求，进行相应的调整和应用，从而达到最大化的应用效果。对这种加密技术的应用来说，以太网本身是给予其网络协议方面支持的重要基础。我们需要结合工业生产中以太网体系和结构的特点，做好相应的信息层面上的控制和支持保障。

2.2 敏感数据方面管理的支持

隐私保护也是工业控制系统安全保障体系构建中所必须思考的一部分内容，同时也是规避信息泄露方面问题的一个重要的手段。在隐私保护应用上，应该结合系统安全和系统工作效率方面的特点，进行更加全方位的思考。在现阶段隐私保护应用上，其主要通过模糊化敏感信息来实现对隐私的有效保护，并对于全局敏感数据和部分原始信息进行隐藏的方式来实现保护的目的。在数据转发的过程中，会采取随机路由协议的方式，对于转发节点进行随机化跳转，从而达到改变传输路径，减少节点信息被获取的风险，从而实现安全防范。

2.3 自动化生产体系中安全控制需求的支持

工业控制系统安全保障体系构建的过程中，安全控制技术的应用也是非常重要的。在工业控制系统中，实时可定义为系统对某事件的反应时间的可测性。也就是说，在一个事件发生后，系统必须在一个可以准确预见的时间范围内做出反应。然而，工业上对数据的传递的实时性要求十分严格，往往数据的更新是在数十毫秒内完成的。而同样由于以太网存在的CSMA/CD機制，一旦出现网络冲突，那么就需要数据的重新发送，在不断尝试的过程中，需要花费一定的时间来进行处理，而这一段时间就会对工业生产活动产生很大的影响，不仅仅会造成生产的中断，同时也很有可能出现安全方面的严重事故。针对这方面情况，我们就可以利用以太网技术，构建科学化的管理模型，通过实现对现场安全控制技术方面的有效调整和整合，从而保障对生产过程的全方位控制。我们应该结合以太网技术的特点，引入更加精准化的控制技术，尽可能对于工业控制系统安全方面的风险和问题进行控制，充分发挥以太网技术的优势和特色。在该系统当中，也具有一个数据展示与报警平台的设置。例如，在当前工业生产环境当中，空调系统是非常重要的构成。我们可以利用以太网技术来进行相应的管理，依托以太网技术为相关数据的传输构建一个通畅的渠道，对待空调系统中的电压、能耗、实时电流、耗电量、PUE以及功率等方面的数据实时传输，供给环比以及同比分析的应用。在出现系统问题时，第一视角进行报警，相关管理人员就可以通过相应的数据信息进行分析，给予相应的控制决策。在当前的工业生产环境中，整体的工业现场本身的安全方面的需求不同，同时也面临着不同层面上的安全问题。部分安全问题具有较强的难预测性特点，在实际安全防范中会产生很大的威胁。以太网技术本身在应用上，也应该结合不同更多场景给予相应的网络技术层面上的支持，这样工业以太网技术的应用价值和效能才能够得到更好的展现[2]。

3 结束语

总的来说，工业以太网的应用，这为当前工业生产水平的提升带来了很多新的契机，同时也实现了对当前工业生产过程自动化应用的有效促进。可以说，在当前工业信息化发展的趋势下，工业以太网技术可以说是其中的核心技术内容，也是当前智慧工厂网络化建设的重要技术基础。随着当前技术的不断发展，工业以太网技术水平也一直在提升当中，很多关键技术难题也都得到了有效的解决，并大幅度改善了工业以太网应用的安全性和可靠性，做好相关技术的研究和应用具有十分重要的现实意义。

参考文献

[1] 董建军，谭尊兵.工业以太网技术的应用和案例[J].科技视界， 2016，（18）：219-220.

[2] 冯涛，鲁晔，方君丽.工业以太网协议脆弱性与安全防护技术综述[J].通信学报，2017，（S2）：185-196.