Op 5 Februarie vanjaar is 'n nuwe standaard vir 10-Mbit Ethernet goedgekeur. Ja, jy lees reg: tien megabit per sekonde.
Hoekom is so 'n "klein" spoed nodig in die 21ste eeu? Om die dieretuin te vervang wat onder die ruim naam “veldbus” versteek is - Profibus, Modbus, CC-Link, CAN, FlexRay, HART, ens. Daar is te veel van hulle, hulle is onversoenbaar met mekaar en is relatief moeilik om te konfigureer. Maar jy wil net die kabel in die skakelaar koppel, en dit is dit. Dieselfde as met gewone Ethernet.
En binnekort sal dit moontlik wees! Ontmoet: "802.3cg-2019 - IEEE-standaard vir Ethernet - Wysiging 5: Fisiese laagspesifikasies en bestuursparameters vir 10 Mb/s-werking en geassosieerde kraglewering oor 'n enkele gebalanseerde paar geleiers."
Wat is so opwindend aan hierdie nuwe Ethernet? Eerstens werk dit oor een gedraaide paar, en nie oor vier nie. Daarom het dit minder verbindings en dunner kabels. En jy kan reeds gelê gedraaide paar kabel gebruik wat na die sensors en aktuators gaan.
Jy kan redeneer dat Ethernet tot 100 meter werk, maar die sensors is baie verder geleë. Inderdaad, dit was vroeër 'n probleem. Maar 802.3cg werk op 'n afstand van tot 1 km! Een paar op 'n slag! Nie sleg nie?
Trouens, nog beter: krag kan ook deur dieselfde paar gelewer word. Dis waar ons sal begin.
IEEE 802.3bu Power over Data Lines (PoDL)
Ek dink baie van julle het al van PoE (Power over Ethernet) gehoor en weet dat 2 pare drade nodig is om krag oor te dra. Kragtoevoer/uitset word gemaak by die middelpunte van die transformators van elke paar. Dit kan nie met een paar gedoen word nie. Daarom moes ons dit anders doen. Hoe presies word in die figuur hieronder getoon. Klassieke PoE is byvoorbeeld ook bygevoeg.
hier:
PSE – kragbrontoerusting (kragtoevoer)
PD – aangedrewe toestel (verre toestel wat elektrisiteit verbruik)
Aanvanklik het 802.3bu 10 kragklasse gehad:
Drie konvensionele gradasies van bronspanning word in kleur uitgelig: 12, 24 en 48V.
legende:
Vpse — kragtoevoerspanning, V
Vpd min - minimum spanning op PD, V
I max — maksimum stroom in die lyn, A
Ppd max — maksimum kragverbruik PD, W
Met die koms van die 802.3cg-protokol is nog 6 klasse bygevoeg:
Natuurlik, met sulke diversiteit, moet die PSE en PD ooreenkom oor die kragklas voordat volle spanning toegepas word. Dit word gedoen deur gebruik te maak van SCCP (Serial Communications Classification Protocol). Dit is 'n lae-spoed protokol (333 bps) gebaseer op 1-Draad. Dit werk net wanneer die hoofkrag nie aan die lyn voorsien word nie (insluitend in slaapmodus).
Die blokdiagram wys hoe krag voorsien word:
- 'n stroom van 10mA word voorsien en die teenwoordigheid van 'n 4V zenerdiode aan daardie kant word gekontroleer
- kragklas word ooreengekom
- hoofkrag word voorsien
- as die verbruik onder 10mA daal, word slaapmodus geaktiveer (toevoer van bystandkrag 3.3V)
- as die verbruik 1mA oorskry, gaan die slaapmodus uit
Dit is nie nodig om oor die kosklas ooreen te kom as dit vooraf bekend is nie. Hierdie opsie word Fast Startup Mode genoem. Dit word byvoorbeeld in motors gebruik, want dit is nie nodig om die konfigurasie van die gekoppelde toerusting te verander nie.
Beide PSE en PD kan slaapmodus inisieer.
Kom ons gaan nou oor na die beskrywing van data-oordrag. Dit is ook interessant daar: die standaard definieer twee bedryfsmodusse – langafstand en vir kort afstande.
10BASE-T1L
Dit is 'n lang bereik opsie. Die hoofkenmerke is soos volg:
- reeks – tot 1 km
- geleiers 18AWG (0.8mm2)
- tot 10 tussenverbindings (en twee terminaalverbindings)
- punt-tot-punt bedryfsmodus
- volle dupleks
- simboolkoers 7.5 Mbaud
- PAM-3-modulasie, 4B3T-kodering
- sein met amplitude 1V (1Vpp) of 2.4V
- Energiedoeltreffende Ethernet (“stil/verfris” EEE) ondersteuning
Natuurlik is hierdie opsie bedoel vir industriële toepassings, toegangsbeheerstelsels, gebou-outomatisering, hysbakke. Vir die beheer van verkoelers, lugversorgers en waaiers wat op dakke geleë is. Of verwarmingsketels en pompe wat in tegniese kamers geleë is. Dit wil sê, daar is baie verskillende toepassings behalwe die industrie. Om nie eens te praat van die Internet of Things (IoT) nie.
Dit is die moeite werd om te noem dat 10BASE-T1 slegs een van die Single Pair Ethernet (SPE) standaarde is. Daar is ook 100BASE-T1 (802.3bw) en 1000BASE-T1 (802.3bp). Dit is waar, hulle is ontwikkel vir motortoepassings, so die reikafstand daar is slegs 15 (UTP) of 40 meter (STP). Planne sluit egter reeds 'n langafstand 100BASE-T1L in. So in die toekoms sal hulle outomatiese onderhandeling van spoed byvoeg.
Intussen word koördinasie nie gebruik nie - 'n "vinnige begin" van die koppelvlak word verklaar: minder as 100ms vanaf kragtoevoer tot die begin van data-uitruiling.
Nog 'n opsie (opsioneel) is om die transmissie-amplitude van 1 tot 2.4V te verhoog om die sein-tot-geraas-verhouding te verbeter, die aantal foute te verminder en industriële inmenging teë te werk.
En natuurlik EEE. Dit is 'n manier om elektrisiteit te bespaar deur die sender af te skakel as daar geen data is om op die oomblik te stuur nie. Die diagram wys hoe dit lyk:
Geen data nie - ons stuur die boodskap "Ek het gaan slaap" en ontkoppel. Soms word ons wakker en stuur die boodskap "Ek is nog hier." Wanneer data verskyn, word die teenoorgestelde kant gewaarsku "Ek word wakker" en oordrag begin. Dit wil sê, net die ontvangers werk voortdurend.
Kom ons kyk nou waarmee hulle vorendag gekom het met die tweede weergawe van die standaard.
10BASE-T1S
Reeds uit die laaste brief is dit duidelik dat dit 'n protokol vir kort afstande is. Maar hoekom is dit nodig as T1L op kort afstande werk? Lees die kenmerke:
- bereik tot 15m in punt-tot-punt-modus
- dupleks of halfdupleks
- проводники 24-26AWG (0.2-0.13мм2)
- simboolkoers 12.5 Mbaud
- DME, kodering 4B5B
- sein met amplitude 1V (1Vpp)
- tot 4 intermediêre verbindings (en twee terminale verbindings)
- geen EEE-ondersteuning nie
Dit lyk na niks besonders nie. So waarvoor is dit? Maar hiervoor:
- bereik tot 25m in meerpuntmodus (tot 8 knope)
En hierdie:
- bedryfsmodus met botsingvermyding PLCA RS (PHY-vlak botsingvermydingsversoeningssublaag)
En dit is baie meer interessant, is dit nie? Omdat help om die aantal drade in beheerkaste, masjiene, robotte en motors aansienlik te verminder. En daar is reeds voorstelle om dit te gebruik as 'n plaasvervanger vir I2C in bedieners, skakelaars en ander elektronika.
Maar meerpuntmodus het sy nadele. Die belangrikste een is 'n gedeelde data-oordragmedium. Natuurlik word botsings met CSMA/CD opgelos. Maar dit is onbekend wat die vertraging gaan wees. En vir sommige toepassings is dit van kritieke belang. Daarom, in die nuwe standaard, is multipoint aangevul met 'n spesiale PLCA RS-modus (sien die volgende afdeling).
Die tweede nadeel is dat PoDL nie in multipoint werk nie. Dit wil sê, krag sal via 'n aparte kabel voorsien moet word of iewers op die terrein geneem moet word.
In punt-tot-punt-modus werk PoDL egter ook op T1S.
PLCA RS
Hierdie modus werk soos volg:
- nodusse versprei identifiseerders onder mekaar, die nodus met ID=0 word die koördineerder
- die koördineerder reik 'n BEACON-sein aan die netwerk uit, wat die begin van 'n nuwe transmissiesiklus aandui en stuur sy datapakket
- nadat 'n datapakkie oorgedra is, skuif die transmissietou na die volgende nodus
- as die nodus nie binne die tyd wat nodig is om 20 bisse uit te stuur begin het nie, skuif die tou na die volgende node
- wanneer alle nodusse data oorgedra het (of hul beurt oorgeslaan het), begin die koördineerder 'n nuwe siklus
Oor die algemeen lyk dit soos TDMA. Maar met die eienaardigheid dat die nodus nie sy tydsraamwerk gebruik as dit niks het om oor te dra nie. En die raamgrootte is nie streng gedefinieer nie, want ... hang af van die grootte van die datapakket wat deur die nodus oorgedra word. En dit loop alles bo-op standaard 802.3 Ethernet-rame (PLCA RS is opsioneel, so daar moet versoenbaarheid wees).
Die resultaat van die gebruik van PLCA word hieronder in die grafieke getoon. Die eerste is die vertraging afhangende van die las, die tweede is die deurset, afhangende van die aantal versendingsnodes. Dit is duidelik opmerklik dat die vertraging baie meer voorspelbaar geword het. En in die ergste geval is dit 2 ordes van grootte minder as in die ergste geval CSMA/CD:
En die kanaalkapasiteit in die geval van PLCA is hoër, want word nie spandeer om botsings op te los nie:
verbindings
Aanvanklik het ons gekies uit 6 verbindingsopsies wat deur verskillende maatskappye aangebied word. Gevolglik het ons op hierdie twee opsies besluit:
Vir normale bedryfstoestande is CommScope se IEC 63171-1 LC-aansluiting gekies.
Vir moeilike omgewings – die IEC 63171-6 (voorheen 61076-3-125) koppelaarfamilie van HARTING. Hierdie verbindings is ontwerp vir grade van beskerming van IP20 tot IP67.
Natuurlik kan verbindings en kabels óf UTP óf STP wees.
Ander
Jy kan 'n gewone vier-paar Ethernet-kabel gebruik, met elke paar vir 'n aparte SPE-kanaal. Om nie vier aparte kabels iewers in die verte te trek nie. Of gebruik 'n enkel-paar kabel, en installeer 'n enkel-paar Ethernet skakelaar aan die verste punt.
Of jy kan hierdie skakelaar direk aan die onderneming se plaaslike netwerk koppel, as ’n netwerk reeds oor lang afstande via optiesevesel uitgebrei is. Plak sensors daar in en lees die lesings van hulle hier. Direk op die netwerk. Sonder koppelvlak-omskakelaars en poorte.
En dit hoef nie noodwendig sensors te wees nie. Daar kan videokameras, interkoms of slim gloeilampe wees. Aandrywings van sommige kleppe of draaihekke by ingange.
Die vooruitsigte maak dus interessant oop. Dit is natuurlik onwaarskynlik dat SPE alle veldbusse sal vervang. Maar hy sal 'n redelike deel uit hulle neem. Sekerlik in motors.
NS Ek het nie die teks van die standaard in die publieke domein gevind nie. Bogenoemde inligting is stuk vir stuk versamel uit verskeie aanbiedings en materiaal wat op die internet beskikbaar is. Daar kan dus onakkuraathede daarin wees.
Bron: will.com