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近幾年，單對(duì)以太網(wǎng)(SPE)這一技術(shù)愈加頻繁被提及。在今年的德國(guó)漢諾威工業(yè)博覽會(huì)上，眾多企業(yè)和組織展示了一系列最新的SPE相關(guān)技術(shù)及產(chǎn)品。作為一項(xiàng)開(kāi)放、經(jīng)濟(jì)高效且面向未來(lái)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(gè)方面來(lái)看，單對(duì)以太網(wǎng)似乎迎來(lái)了大規(guī)模應(yīng)用的一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)。

什么是單對(duì)以太網(wǎng)？

所謂單對(duì)以太網(wǎng)，顧名思義，就是相較于先前需要兩對(duì)雙絞線(xiàn)傳輸數(shù)據(jù)的快速以太網(wǎng)或需要四對(duì)雙絞線(xiàn)的千兆以太網(wǎng)，單對(duì)以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸只需要一對(duì)雙絞線(xiàn)（單對(duì)），甚至支持通過(guò)數(shù)據(jù)線(xiàn)（PoDL）供電，也就是僅需兩根線(xiàn)纜即可提供數(shù)據(jù)和電力的傳輸，這為現(xiàn)場(chǎng)層緊湊型設(shè)備、傳感器和執(zhí)行器的接線(xiàn)帶來(lái)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(chǎng)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(chē)行業(yè)一直使用的控制器局域網(wǎng) (CAN) 總線(xiàn)由于相對(duì)較低的帶寬和有限的擴(kuò)展能力而滿(mǎn)足不了軟件定義車(chē)輛和智能網(wǎng)聯(lián)車(chē)的要求，于是，汽車(chē)制造商開(kāi)始轉(zhuǎn)向 SPE技術(shù)。

但在較長(zhǎng)的一段時(shí)間里，SPE在汽車(chē)行業(yè)之外名聲不顯，后來(lái)工業(yè)領(lǐng)域一看，喲，這項(xiàng)技術(shù)很對(duì)我們的胃口啊，幾乎滿(mǎn)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(lái)越多的工業(yè)企業(yè)開(kāi)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(chǎng)層采用總線(xiàn)技術(shù)的設(shè)備越來(lái)越難以滿(mǎn)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(lái)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(duì)線(xiàn)纜，即可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)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(chǎng)，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(wú)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(yǔ)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(wú)縫連接，SPE成為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)4.0的推動(dòng)者，與傳統(tǒng)以太網(wǎng)解決方案相比具有諸多優(yōu)勢(shì)：

• 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(lái)
• 通過(guò)一對(duì)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(zhǎng)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(kāi)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的制定，SPE得到了國(guó)際電氣和電子工程師協(xié)會(huì)（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(guò)單對(duì)導(dǎo)線(xiàn)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(chǎng)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(lèi)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(dòng)化、汽車(chē)制造、物聯(lián)網(wǎng)等各種不同的應(yīng)用場(chǎng)景。未來(lái)，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(dòng)SPE技術(shù)的成熟和普及，越來(lái)越多的傳感器、電纜、連接器、測(cè)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(lái) SPE 生態(tài)系統(tǒng)而努力。

2019年，由浩亭、TE Connectivity、Softing等聯(lián)手推動(dòng)的SPE工業(yè)合作伙伴網(wǎng)絡(luò)（SPE Industrial Partner Network）成立，這是一個(gè)專(zhuān)門(mén)致力于推廣單對(duì)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多家領(lǐng)先的工業(yè)自動(dòng)化和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)公司，致力于共同開(kāi)發(fā)和推廣基于SPE的解決方案，推動(dòng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施和市場(chǎng)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(lái)自不同行業(yè)和應(yīng)用領(lǐng)域的領(lǐng)先技術(shù)公司聚集在一起，整合各自的SPE專(zhuān)業(yè)知識(shí)并針對(duì)性地開(kāi)展交流。該聯(lián)盟的目標(biāo)是在盡可能多的市場(chǎng)和應(yīng)用中建立單對(duì)以太網(wǎng)解決方案，并創(chuàng)建通用的市場(chǎng)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(wú)縫、緊湊、高性能且經(jīng)濟(jì)高效的未來(lái)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，SPE的市場(chǎng)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(chǎng)的SPE節(jié)點(diǎn)市場(chǎng)潛力為2.5億個(gè)，其中工廠(chǎng)自動(dòng)化領(lǐng)域?yàn)?000萬(wàn)個(gè)，這也與SPE系統(tǒng)聯(lián)盟的預(yù)測(cè)一致，而且隨著市場(chǎng)滲透率的快速提高，這一數(shù)字甚至可能高達(dá)1.8億個(gè)節(jié)點(diǎn)，其中的驅(qū)動(dòng)力主要來(lái)自于過(guò)程自動(dòng)化和樓宇自動(dòng)化等其他工業(yè)細(xì)分市場(chǎng)。

（SPE市場(chǎng)節(jié)點(diǎn)預(yù)測(cè)，圖源：SPE系統(tǒng)聯(lián)盟）

可以說(shuō)，SPE正在重新塑造網(wǎng)絡(luò)連接的未來(lái)。隨著技術(shù)的成熟、標(biāo)準(zhǔn)化的完善和市場(chǎng)的進(jìn)一步開(kāi)拓，它的影響力將在未來(lái)幾年內(nèi)顯著增長(zhǎng)，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(chǎng)上占據(jù)主導(dǎo)地位，我們拭目以待！