Протоколы промышленной связи в режиме реального времени — это те, в которых обмен данными происходит в течение определенного промежутка времени — обычно менее 10 мс. Но системы “реального времени” могут быть “мягкими” в режиме реального времени или “жесткими” в режиме реального времени, в зависимости от того, насколько жестко соблюдаются крайние сроки. В мягкой системе реального времени допускаются случайные нарушения времени цикла или крайнего срока для сообщения. С другой стороны, в жесткой системе реального времени существует абсолютное ограничение на время отклика. Если крайний срок будет пропущен, произойдет сбой или исключение. Чтобы достичь этого, жесткие системы реального времени должны быть детерминированный — то есть сеть должна гарантировать, что сообщение будет передано или событие произойдет в течение определенного, ограниченного промежутка времени, а не быстрее или медленнее.

Несколько промышленных протоколов на базе Ethernet, а именно Profinet IRT (изохронный протокол реального времени, также называемый PROFINET класса соответствия C), SERCOS III и Ethernet POWERLINK, обеспечивают надежную связь в режиме реального времени, используя принципы изохронный передача данных. Другими словами, сеть полагается на скоординированное время с помощью синхронизированных тактовых импульсов для уменьшения времени цикла и дрожания, обеспечивая детерминированное поведение, отвечающее требованиям жестких систем реального времени.

В сети с жестким режимом реального времени пропускная способность сети делится на временные интервалы, причем некоторые временные интервалы выделяются для жесткого (изохронного) трафика реального времени (IRT), а остальная часть выделяется для стандартного трафика реального времени (RT). Когда в действие вступают изохронные временные срезы реального времени (IRT), сеть буферизует и удерживает стандартный трафик реального времени (RT), разрешая только IRT кадрычтобы пройти насквозь. (Полоса пропускания, или временные интервалы, зарезервированные для IRT-трафика, как раз достаточны для передачи данных IRT, так что стандартный RT-трафик не задерживается без необходимости.) Как только кадры IRT будут очищены, сеть возобновит стандартный трафик RT.

В PROFINET IRT такое управление трафиком становится возможным благодаря использованию сетевых коммутаторов со специальными ASICs (вместо стандартных коммутаторов Ethernet). Ethernet POWERLINK также использует механизм временных интервалов вместе с циклическим опросом для управления изохронным и стандартным трафиком Ethernet, но делает это в сочетании со стандартными концентраторами Ethernet и коммутаторами вместо специального оборудования.SERCOS III также использует изохронную передачу данных, но вместо использования коммутаторов каждая станция имеет встроенный ASIC или ПЛИС с двумя коммуникационными портами.

Еще одним ключом к обеспечению возможности изохронной связи в режиме реального времени в PROFINET IRT и Ethernet POWERLINK является использование чрезвычайно точных общих часов в соответствии сIEEE 1588стандарт. Этот стандарт определяет протокол, известный как протокол точного времени, или PTP, для “точной синхронизации часов в системах измерения и управления, реализованных с использованием таких технологий, как сетевая связь, локальные вычисления и распределенные объекты”.

Каждый коммутатор в сети использует эти часы, чтобы определить, когда активировать временной интервал IRT и когда разрешить стандартный трафик RT. PROFINET IRT идет еще дальше, расширяя PTP до протокола, называемого Precision Transparent Clock Protocol (PTCP), который также вычисляет задержки в сетевых коммутаторах и кабелях. Это позволяет отправлять кадры IRT в точное, заранее определенное время. SERCOS III не использует протокол IEEE 1588 PTP, но вместо этого обеспечивает синхронизацию по времени с помощью сообщения master sync.

EtherCAT и EtherNet/IPтоже поддержка жесткой связи в режиме реального времени. EtherCAT был разработан для высокодетерминированной связи в режиме реального времени с чрезвычайно коротким временем цикла и синхронизацией на основе стандарта IEEE 1588. Ethernet/IP требует расширений CIP Motion и CIP Sync для достижения детерминированного поведения в реальном времени.

Изохронная связь в режиме реального времени обычно характеризуется временем цикла менее 1 мс и дрожанием менее 1 мкс. Эти требования предъявляются к приложениям управления движением, которые предполагают скоординированные движения (особенно многоосевое управление движением) или требуют точно рассчитанной, повторяемой связи или действий, которые необходимо выполнять одновременно.