同一个句子中看到“实时”和“以太网”这两个词时，会让人觉得难以置信，更别说看到这两个词被放在一起了。从定义来看，以太网是一个开放的网络，因为任何人可在任何时候进行传输，所以它是一个概率传输媒介。除非有非常高的带宽利用率，否则以太网将假设节点可能不能同时传输。 以太网把这一概念称为“CSMA-CD”（载波侦听多路访问 – 碰撞检测），这意味着在一个普通的载波上，多个节点可以访问介质并在其认为需要的时候进行传输；它们还负责检测是否存在碰撞，并在发生碰撞时进行数据重传。

这个实时网络所依据的基本原理听起来不怎么样，但实际上也并不是那么糟糕。现代以太网使用的是网络交换机而不是集线器，这消除了发生这些冲突的可能性。在使用交换机时，PROFINET一致性A类和B类设备利用标准的以太网基础设施来实现短至1毫秒的循环时间和约10-100μs的抖动。这是标准的“实时”（RT）PROFINET通信通道。

当不是“实时”时

但有时“实时”并不是硬“实时”。一些应用程序，如闭环运动控制，不仅需要较短的循环时间，还需要网络的确定性行为 – 数据应被严格排序且不应容易受到冲突或抖动的影响。为满足这些要求，PROFINET为以太网设计了一个MAC层扩展功能，以允许IRT网络上的每个交换机提供时间片，可将其转换为TDMA（时分多址）媒体的时间部分，以及在其他时间的一个常规的CSMA-CD媒体。

IRT的优点

通过同步网络，IRT在标准的RT通信信道上具有以下优点：
1. 确定性网络行为：按时间表和顺序发送和接收帧
2. 快速循环：IRT可轻松地将循环时间降低至250μs（每秒4000个样本）。在配有一些PROFINET V2.3扩展后，IRT网络的循环时间可降低至31.25μs（每秒32,000个样本）。
3. 把网络数据交换应用到真实世界的I/O数据进程中，使得消除混淆现象或其它采样错误成为可能。

IRT是如何工作的？

想象一下，如果想把25％的网络带宽分配给IRT流量，网络将被分成四个时间片，IRT流量流经一个时间片，而常规RT流量流经其他时间片：

IRT时间片使用总网络带宽的四分之一。

在75％的时间，网络将像其他网络一样运作。但在25％的时间，它会缓存任何非IRT流量，且只允许IRT帧通过其时间片。一旦IRT流量完成，交换机将传输所缓冲的流量并恢复常规的以太网通信。带宽预留是可扩展的； IRT时间片的大小仅需要能满足对应的IRT通信，而剩余的带宽用于常规的以太网业务。

虽然这听起来很难实施，但在实践中相当简单。网络上的每台交换机在创建时间片并在IRT域中工作时需要做两件事：

1.  一个共享、精准的时钟，以确定何时进入IRT时间片以及何时返回至正常的以太网操作。
2.  网络中的其他电路转向缓冲和保留在IRT时间片期间在其他端口上接收到的杂散以太网流量。

根据IEEE标准（称为IEEE 1588v2，或IEEE 1588-2008）提供共享时钟。该标准定义了精确时间协议（PTP），且PROFINET在一个封装协议中对PTP的名称进行了扩展，称之为精确透明时钟协议（PTCP）。PTCP不仅被用于共享网络上的通用实时时钟，还被用于计算网络交换机和其之间的电缆连接所固有的延迟。IRT设备能够计算低至纳秒级的延迟，而这种精确性使得IRT网络中的所有交换机能够在同一时间进入和退出IRT时间片。其他切换逻辑必须按照PI确定的要求运作，这在标准以太网交换机中不太难实现。不过，这对本条目来说有点高深。

如何使用IRT

使用IRT非常简单。PROFINET网络中的每个组件（从控制器到设备，以及之间的每个以太网交换机）都必须根据PROFINET的一致性等级C进行认证。之后，须配置控制器将要使用的IRT同步域 – 需指定专用于IRT操作的带宽（时间片的个数）以及设备的循环时间。最后，须定义网络拓扑结构 – 必须准确告知控制器IRT设备之间的电缆连接情况，以便其在IRT时间片内优化IRT传输时间表。整个过程只比建立一致性B类网络稍微复杂一些。

一些控制器和设备支持所谓的“等时模式应用”。这实际上不属于IRT部分。这是将应用程序的执行循环锁定至IRT更新间隔的一种方法，以防止过采样或欠采样。

总结

我们已经讨论了IRT的必要性、其原理以及使用方法。如果想了解更多关于IRT的信息，请联系本地PI能力中心 。