5. februara ove godine odobren je novi standard za 10-Mbit Ethernet. Da, dobro ste pročitali: deset megabita u sekundi.
Zašto je potrebna tako “mala” brzina u 21. vijeku? Za zamjenu zoološkog vrta koji se krije pod prostranim nazivom “field bus” - Profibus, Modbus, CC-Link, CAN, FlexRay, HART, itd. Ima ih previše, međusobno su nekompatibilni i relativno ih je teško konfigurirati. Ali samo želite da uključite kabl u prekidač, i to je to. Isto kao i kod običnog Etherneta.
I uskoro će to biti moguće! Upoznajte: “802.3cg-2019 – IEEE standard za Ethernet – amandman 5: Specifikacije fizičkog sloja i upravljački parametri za rad od 10 Mb/s i povezanu isporuku energije preko jednog balansiranog para provodnika.”
Šta je tako uzbudljivo u vezi sa ovim novim Ethernetom? Prije svega, radi preko jednog upredenog para, a ne preko četiri. Zbog toga ima manje konektora i tanjih kablova. I možete koristiti već položen kabel upredene parice koji ide do senzora i aktuatora.
Moglo bi se reći da Ethernet radi do 100 metara, ali senzori su smješteni mnogo dalje. Zaista, ovo je nekada bio problem. Ali 802.3cg radi na udaljenosti do 1 km! Jedan po par! Nije loše?
U stvari, još bolje: napajanje se također može napajati preko istog para. Tu ćemo početi.
IEEE 802.3bu Power over Data Lines (PoDL)
Mislim da su mnogi od vas čuli za PoE (Napajanje preko Etherneta) i znaju da su za prijenos energije potrebna 2 para žica. Ulaz/izlaz snage se vrši na srednjim tačkama transformatora svakog para. Ovo se ne može učiniti pomoću jednog para. Stoga smo to morali učiniti drugačije. Kako tačno je prikazano na donjoj slici. Na primjer, dodat je i klasični PoE.
Ovde:
PSE – oprema za izvor energije (napajanje)
PD – uređaj sa napajanjem (uređaj na daljinu koji troši električnu energiju)
U početku, 802.3bu je imao 10 klasa snage:
Bojom su istaknute tri konvencionalne gradacije napona izvora: 12, 24 i 48V.
Legenda:
Vpse — napon napajanja, V
Vpd min - minimalni napon na PD, V
I max — maksimalna struja u liniji, A
Ppd max — maksimalna potrošnja energije PD, W
Sa pojavom 802.3cg protokola, dodato je još 6 klasa:
Naravno, uz takvu raznolikost, PSE i PD moraju se dogovoriti o klasi snage prije primjene punog napona. Ovo se radi pomoću SCCP (Serial Communications Classification Protocol). Ovo je protokol male brzine (333 bps) zasnovan na 1-Wire. Radi samo kada glavno napajanje nije napajano na liniju (uključujući i stanje mirovanja).
Blok dijagram pokazuje kako se napajanje dovodi:
- napaja se struja od 10mA i provjerava se prisustvo 4V zener diode na tom kraju
- klasa snage je dogovorena
- glavni izvor napajanja
- ako potrošnja padne ispod 10mA, aktivira se režim mirovanja (napajanje u stanju pripravnosti 3.3V)
- ako potrošnja prelazi 1mA, izlazi iz stanja mirovanja
Nema potrebe da se dogovarate o klasi hrane ako je ona unaprijed poznata. Ova opcija se zove Fast Startup Mode. Koristi se, na primjer, u automobilima, jer nema potrebe za promjenom konfiguracije povezane opreme.
I PSE i PD mogu pokrenuti stanje mirovanja.
Pređimo sada na opis prijenosa podataka. Tu je i zanimljivo: standard definiše dva režima rada – na daljinu i na kratke udaljenosti.
10BASE-T1L
Ovo je opcija sa dugom dometom. Glavne karakteristike su sljedeće:
- domet - do 1 km
- provodnici 18AWG (0.8mm2)
- do 10 srednjih konektora (i dva terminalna konektora)
- režim rada od tačke do tačke
- full duplex
- brzina simbola 7.5 Mbaud
- PAM-3 modulacija, 4B3T kodiranje
- signal sa amplitudom 1V (1Vpp) ili 2.4V
- Podrška za energetski efikasan Ethernet („tihi/osvježi“ EEE).
Očigledno, ova opcija je namijenjena za industrijske primjene, sisteme kontrole pristupa, automatizaciju zgrada, liftove. Za upravljanje rashladnim uređajima, klima uređajima i ventilatorima koji se nalaze na krovovima. Ili kotlovi za grijanje i pumpe smještene u tehničkim prostorijama. Odnosno, osim industrije postoji mnogo različitih aplikacija. Da ne spominjemo internet stvari (IoT).
Vrijedi napomenuti da je 10BASE-T1 samo jedan od Single Pair Ethernet (SPE) standarda. Tu su i 100BASE-T1 (802.3bw) i 1000BASE-T1 (802.3bp). Istina, razvijeni su za automobilske primjene, pa je raspon tamo samo 15 (UTP) ili 40 metara (STP). Međutim, planovi već uključuju 100BASE-T1L dugog dometa. Tako će u budućnosti dodati automatsko pregovaranje o brzini.
U međuvremenu, koordinacija se ne koristi - deklarisan je "brzi početak" interfejsa: manje od 100 ms od napajanja do početka razmene podataka.
Druga opcija (opciono) je povećanje amplitude prenosa sa 1 na 2.4 V kako bi se poboljšao odnos signal-šum, smanjio broj grešaka i suprotstavio industrijskim smetnjama.
I, naravno, EEE. Ovo je način uštede električne energije isključivanjem predajnika ako trenutno nema podataka za prijenos. Dijagram pokazuje kako ovo izgleda:
Nema podataka - šaljemo poruku "Išao sam u krevet" i prekidamo vezu. Povremeno se probudimo i pošaljemo poruku "Još sam tu." Kada se podaci pojave, suprotna strana dobija upozorenje "Budim se" i počinje prijenos. Odnosno, samo prijemnici stalno rade.
Sada da vidimo šta su smislili sa drugom verzijom standarda.
10BASE-T1S
Već iz posljednjeg pisma je jasno da je riječ o protokolu za kratke udaljenosti. Ali zašto je to potrebno ako T1L radi na kratkim udaljenostima? Čitajući karakteristike:
- domet do 15m u načinu rada od tačke do tačke
- dupleks ili poludupleks
- проводники 24-26AWG (0.2-0.13мм2)
- brzina simbola 12.5 Mbaud
- DME, kodiranje 4B5B
- signal amplitude 1V (1Vpp)
- do 4 srednja konektora (i dva terminalna konektora)
- nema EEE podrške
Čini se kao ništa posebno. Pa čemu služi? Ali za ovo:
- domet do 25m u multipoint modu (do 8 čvorova)
I to:
- način rada sa izbjegavanjem sudara PLCA RS (Podsloj za usklađivanje izbjegavanja sudara na PHY nivou)
A ovo je mnogo zanimljivije, zar ne? Jer pomaže u značajnom smanjenju broja žica u upravljačkim ormarima, mašinama, robotima i automobilima. I već postoje prijedlozi da se koristi kao zamjena za I2C u serverima, prekidačima i drugoj elektronici.
Ali način rada s više tačaka ima svoje nedostatke. Glavni je zajednički medij za prijenos podataka. Naravno, kolizije se rješavaju korištenjem CSMA/CD. Ali nije poznato kakvo će biti kašnjenje. A za neke aplikacije ovo je kritično. Stoga je u novom standardu multipoint dopunjen posebnim PLCA RS modom (vidi sljedeći odjeljak).
Drugi nedostatak je što PoDL ne radi u više tačaka. Odnosno, struja će se morati napajati putem zasebnog kabela ili odnijeti negdje na licu mjesta.
Međutim, u načinu rada od tačke do tačke, PoDL radi i na T1S.
PLCA RS
Ovaj način rada radi na sljedeći način:
- čvorovi međusobno distribuiraju identifikatore, čvor sa ID=0 postaje koordinator
- koordinator šalje BEACON signal mreži, što ukazuje na početak novog ciklusa prijenosa i prenosi svoj paket podataka
- nakon slanja paketa podataka, red prijenosa se pomiče na sljedeći čvor
- ako čvor nije započeo prijenos unutar vremena potrebnog za prijenos 20 bita, red se pomiče na sljedeći čvor
- kada svi čvorovi prenesu podatke (ili preskoče svoj red), koordinator započinje novi ciklus
Općenito liči na TDMA. Ali s posebnošću da čvor ne koristi svoj vremenski okvir ako nema ništa za prijenos. A veličina okvira nije striktno definisana, jer... zavisi od veličine paketa podataka koje prenosi čvor. I sve radi na standardnim 802.3 Ethernet okvirima (PLCA RS je opciono, tako da bi trebalo da postoji kompatibilnost).
Rezultat korištenja PLCA prikazan je ispod na grafikonima. Prvi je kašnjenje ovisno o opterećenju, drugi je propusnost ovisno o broju prijenosnih čvorova. Jasno je uočljivo da je kašnjenje postalo mnogo predvidljivije. A u najgorem slučaju to je 2 reda veličine manje nego u najgorem slučaju CSMA/CD:
A kapacitet kanala u slučaju PLCA je veći, jer ne troši se na rješavanje kolizija:
Konektori
U početku smo birali između 6 opcija konektora koje su ponudile različite kompanije. Kao rezultat toga, odlučili smo se na ove dvije opcije:
Za normalne radne uslove, izabran je CommScopeov IEC 63171-1 LC konektor.
Za oštra okruženja – porodica konektora IEC 63171-6 (ranije 61076-3-125) kompanije HARTING. Ovi konektori su dizajnirani za stepene zaštite od IP20 do IP67.
Naravno, konektori i kablovi mogu biti ili UTP ili STP.
Ostali
Možete koristiti običan četveroparni Ethernet kabel, koristeći svaki par za poseban SPE kanal. Da ne povučem četiri odvojena kabla negdje u daljinu. Ili koristite kabl sa jednim parom i instalirajte Ethernet prekidač sa jednim parom na udaljenom kraju.
Ili možete povezati ovaj prekidač direktno na lokalnu mrežu poduzeća, ako je mreža već proširena na velike udaljenosti putem optičkih vlakana. U njega ubacite senzore i očitajte očitanja s njih ovdje. Direktno na mreži. Bez pretvarača interfejsa i gatewaya.
I to ne moraju nužno biti senzori. Mogu postojati video kamere, interfoni ili pametne sijalice. Pogoni nekih ventila ili okretnih vrata na ulazima.
Dakle, izgledi se otvaraju zanimljivi. Naravno, malo je vjerovatno da će SPE zamijeniti sve terenske autobuse. Ali on će od njih uzeti priličan dio. Svakako u automobilima.
PS Nisam našao tekst standarda u javnom vlasništvu. Gore navedene informacije prikupljene su dio po dio iz raznih prezentacija i materijala dostupnih na internetu. Dakle, može biti netačnosti u njemu.
izvor: www.habr.com