新聞及活動

作者：Jonas Gesch (FAE)
職稱：應用工程師（Field Application Engineer）

 

前言

工業乙太網路的設計目標，在於為關鍵任務（mission-critical）應用提供高度可靠的資料傳輸與可用性。一般而言，流量監控與管理功能多見於網管型交換器，而傳統非網管型交換器通常不具備此類功能。

Volktek 所推出的高階非網管型乙太網路交換器系列，則突破此一限制，在無需升級至成本較高的網管型設備的情況下，仍能提供更高可靠性的工業通訊解決方案。

這些進階功能可在背景自動運作，無需任何設定，即可維持設備即隨插即用（plug & play）的便利性。其核心功能包含服務等級（Class of Service, CoS）、工業級 QoS（iQoS）以及連接埠優先權（Port Priority），透過對關鍵資料封包進行優先排序，全面提升網路通訊的服務品質（QoS）。

 

透過 QoS 實現資料流量優先化

當工業網路處於高流量負載時，交換器接收緩衝區（receive buffer）可能高於其發送數據包的速度。由於緩衝區容量有限，一旦發生溢位（Overflow）且無空間存放新進入的數據包，交換器將被迫丟棄這些數據（packet loss）。

這會導致丟包與通訊中斷，進而引發數據接收延遲，甚至造成系統停機。

在工業應用中，尤其是涉及安全關鍵（safety-critical）的場景，此類中斷必須極力避免。隨著 SCADA 系統需擷取大量設備數據以進行監控與控制，且控制架構逐漸由PLC 轉向 IPC，工業網路的流量負載持續上升，因此主動保障關鍵通訊的穩定性顯得至關重要。

QoS 提供了一種有效機制，可在網路狀況不佳時識別關鍵資料封包，並確保交換器優先處理與傳送這些封包，使其優先於一般流量。此機制可有效提升工業通訊協定的整體效能與穩定性。

Volktek 高階非網管型乙太網路交換器系列提供三種 QoS 機制，其優先順序如下：

1. 工業級（Industrial QoS）
2. 服務等級（Class of Service, CoS）
3. 連接埠優先權（Port Priority）

 

工業級QoS（Industrial QoS）

工業乙太網路通常會採用專用的工業通訊協定，以確保終端設備之間能進行可靠且即時的資料傳輸。透過工業級 QoS（iQoS），Volktek 的高階非網管型交換器可自動識別資料封包是否屬於工業通訊協定，例如 PROFINET、EtherNet/IP 或 GOOSE。

一旦識別完成，這些數據包將被優先送至輸出隊列（egress queue）的最前端，以確保最低延遲並有效避免數據丟包，進而提升整體通訊的穩定性與即時性。

 

圖1：透過 iQoS 對工業協定進行優先排序

 

802.1p 服務等級（Class of Service, CoS）

另一種優先處理關鍵數據包的方法定義於IEEE 802.1p 標準中，稱為服務等級 (Class of Service, CoS)。此功能可應用於帶有 802.1Q VLAN 標籤 (VLAN tag) 的數據包，透過設定標籤內一個 3 位元 (3-bit) 欄位的數值來實現。該欄位稱為優先權代碼點（Priority Code Point, PCP），其數值範圍為 0 至 7，代表不同的封包處理優先等級。其中，PCP 7 為最高優先權，通常用於網路控制；PCP 1 則代表背景流量，優先權最低；PCP 0 為預設值，採盡力傳輸（best effort）方式傳輸。其餘數值則通常對應於不同類型的應用流量，例如影像、語音或關鍵應用。

 

圖2：透過服務等級（Class of Service）進行流量優先排序

由於 CoS 與 VLAN 標籤機制密切相關，因此需依賴其他網路設備（如網管型交換器）來設定 VLAN 標籤並指定 PCP 值。在同時包含網管型與非網管型交換器的工業網路中，使用 Volktek 高階非網管型交換器可帶來顯著優勢，不僅能完整保留數據包中的 VLAN 標籤，還能利用標籤內嵌的 CoS 資訊，根據 PCP 值來優先處理並轉發關鍵數據包。

 

連接埠優先權（Port Priority）

Volktek 高階非網管型乙太網路交換器所採用的最後一項封包優先排序機制為連接埠優先權（Port Priority）。此功能可針對交換器特定連接埠的進入流量（ingress traffic）進行優先處理。只需將關鍵設備物理連接至具備優先權的連接埠，即可輕鬆提升其通訊效能。

不同機型的優先埠配置如下：

• 4-5埠 RJ45 機型：優先埠為 Port 1
• 8 埠 RJ45 機型：優先埠為 Port 1–2
• 16 埠 RJ45 機型：優先埠為 Port 1–4

 

圖3：關鍵設備連接至優先埠

常見問題（FAQ）

Q1:使用高階非網管型交換器的 QoS 功能是否需要進行設定？

A: 不需要。功能會在背景自動運作，無需額外啟用或設定。

Q2: 為什麼 QoS 很重要？

A: 在網路高流量負載的情況下，QoS 可優先處理關鍵通訊，有效降低封包遺失與連線中斷的風險。

Q3: 工業級 QoS 支援哪些通訊協定？

A: 工業級 QoS 可優先處理 PROFINET、EtherNet/IP 及 GOOSE 封包。

Q4: 這些功能是否在所有非網管型交換器上都具備？

A: 不一定。 這些功能並非常見於一般基礎型非網管交換器，而是專為 Volktek 高階非網管型交換器所設計，以提升工業網路的可靠性。

 

關於Volktek

定揚科技股份有限公司（Volktek）是一家總部位於台灣的製造商，專注於工業乙太網路解決方案，擁有超過三十年的經驗，致力於支援工業自動化、建築管理系統、海事、交通運輸、能源以及關鍵基礎設施等應用領域。Volktek 著重於提供可靠、安全且易於部署的網路產品，確保在嚴苛的工業環境中仍能穩定運作。

憑藉自有的設計、製造與品質控管能力，Volktek 能在產品全生命週期中支援全球客戶——從系統設計與部署，到長期運行與技術支援。我們的產品組合強調高穩定性、長期供貨能力以及實用的資安功能，協助客戶打造具備韌性且面向未來的 OT 網路。