U 5 di ferraghju di questu annu, un novu standard per Ethernet 10-Mbit hè statu appruvatu. Iè, avete lettu bè: dece megabits per seconda.
Perchè hè una velocità cusì "piccola" necessaria in u XXI seculu? Per rimpiazzà u zoo chì hè ammucciatu sottu u nomu capacious "campu bus" - Profibus, Modbus, CC-Link, CAN, FlexRay, HART, etc. Ci sò troppu di elli, sò incompatibili cù l'altri è sò relativamente difficiuli di cunfigurà. Ma solu vulete cunnette u cable in u switch, è questu hè. Cum'è cù Ethernet regulare.
È prestu sarà pussibule ! Incontru: "802.3cg-2019 - Standard IEEE per Ethernet - Emenda 5: Specificazioni di u Stratu Fisicu è Parametri di Gestione per Operazione di 10 Mb/s è Consegna di Potenza Associu nantu à un Coppiu Singulu Equilibratu di Conduttori".
Chì ci hè cusì eccitante nantu à sta nova Ethernet? Prima di tuttu, travaglia nantu à un paru torciatu, è micca più di quattru. Dunque, hà menu connettori è cavi più sottili. È pudete aduprà un cable di coppia intrecciata chì va à i sensori è l'attuatori.
Puderete argumentà chì Ethernet travaglia finu à 100 metri, ma i sensori sò situati assai più luntanu. In verità, questu era un prublema. Ma 802.3cg funziona à una distanza di finu à 1 km! Un paru à tempu! Micca male?
In fatti, ancu megliu: u putere pò ancu esse furnitu da u listessu paru. Hè quì chì avemu da principià.
IEEE 802.3bu Power over Data Lines (PoDL)
Pensu chì parechji di voi avete intesu parlà di PoE (Power over Ethernet) è sapete chì 2 pariglii di fili sò necessarii per trasmette u putere. L'input / output di l'energia hè fatta à i punti mediani di i trasformatori di ogni paru. Questu ùn pò micca esse fattu cù un paru. Dunque, avemu avutu à fà in modu diversu. Cumu esattamente hè mostratu in a figura sottu. Per esempiu, PoE classicu hè ancu aghjuntu.
Eccu:
PSE - l'equipaggiu di fonte di energia (fornimentu di energia)
PD - apparatu alimentatu (dispositivu di punta chì cunsuma l'electricità)
Inizialmente, 802.3bu avia 10 classi di putenza:
Trè gradazioni cunvinziunali di tensione di fonte sò evidenziate in culore: 12, 24 è 48V.
Denominazioni:
Vpse - tensione di alimentazione, V
Vpd min - tensione minima nantu à PD, V
I max - corrente massima in a linea, A
Ppd max - cunsumu massimu di putenza PD, W
Cù l'avventu di u protocolu 802.3cg, 6 classi più sò state aghjunte:
Di sicuru, cù una tale diversità, u PSE è u PD deve esse d'accordu nantu à a classa di putenza prima di applicà a tensione piena. Questu hè fattu cù SCCP (Protokollu di Classificazione di Comunicazione Seriale). Questu hè un protokollu di bassa velocità (333 bps) basatu annantu à 1-Wire. Funziona solu quandu u putere principale ùn hè micca furnitu à a linea (cumpresu in u modu di sonnu).
U schema di bloccu mostra cumu l'energia hè furnita:
- una corrente di 10mA hè furnita è a prisenza di un diodu zener 4V à quella fine hè verificata
- a classe di putenza hè accunsentutu
- lu putiri principali hè furnitu
- se u cunsumu scende sottu à 10mA, u modu di sonnu hè attivatu (furnitu di energia in standby 3.3V)
- se u cunsumu supera 1mA, u modu di sonnu esce
Ùn ci hè bisognu d'accordu nantu à a classa di l'alimentariu s'ellu hè cunnisciutu in anticipu. Questa opzione hè chjamata Modu di Startup Fast. Hè usatu, per esempiu, in vitture, perchè ùn ci hè bisognu di cambià a cunfigurazione di l'equipaggiu cunnessu.
PSE è PD ponu inizià u modu di sonnu.
Avà andemu à a discrizzione di u trasferimentu di dati. Hè ancu interessante quì: u standard definisce dui modi di funziunamentu - longu è per distanzi brevi.
10BASE-T1L
Questa hè una opzione longa. I caratteristiche principali sò i seguenti:
- gamma - finu à 1 km
- conduttori 18AWG (0.8 mm2)
- finu à 10 connettori intermedi (è dui connettori terminali)
- Modu operativu puntu à puntu
- full duplex
- simbulu rate 7.5 Mbaud
- Modulazione PAM-3, codifica 4B3T
- signal avec amplitude 1V (1Vpp) ou 2.4V
- Supportu Ethernet Efficiente Energeticu ("silenzioso / rinfrescante" EEE).
Ovviamente, sta opzione hè destinata à l'applicazioni industriali, sistemi di cuntrollu d'accessu, automatizazione di edifici, ascensori. Per u cuntrollu di chillers, climatizzatori è ventilatori situati nantu à i tetti. O caldaie di riscaldamentu è pompe situate in stanze tecniche. Vale à dì, ci sò parechje applicazioni diverse in più di l'industria. Senza parlà di l'Internet of Things (IoT).
Hè da nutà chì 10BASE-T1 hè solu unu di i standard Ethernet Single Pair (SPE). Ci hè ancu 100BASE-T1 (802.3bw) è 1000BASE-T1 (802.3bp). True, sò stati sviluppati per l'applicazioni di l'automobile, cusì a gamma hè solu 15 (UTP) o 40 metri (STP). Tuttavia, i piani includenu digià un 100BASE-T1L à longu andà. Allora in u futuru aghjunghjenu l'auto-negoziazione di velocità.
Intantu, a coordinazione ùn hè micca aduprata - un "iniziu rapidu" di l'interfaccia hè dichjaratu: menu di 100 ms da l'alimentazione à u principiu di u scambiu di dati.
Un'altra opzione (opcional) hè di aumentà l'amplitude di trasmissione da 1 à 2.4V per migliurà u rapportu signale-à-rumore, riduce u nùmeru d'errori è contru l'interferenza industriale.
È, sicuru, EEE. Questu hè un modu per salvà l'electricità spegnendu u trasmettitore s'ellu ùn ci hè micca dati per trasmette à u mumentu. U diagramma mostra ciò chì pare:
Nisuna dati - mandemu u missaghju "Sò andatu à u lettu" è disconnect. In ocasu ci svegliemu è mandemu u missaghju "Sò sempre quì". Quandu i dati appariscenu, u latu oppostu hè avvisatu "Mi svegliu" è a trasmissione principia. Vale à dì, solu i ricevitori sò in permanenza à travaglià.
Avà videmu ciò chì sò ghjunti cù a seconda versione di u standard.
10BASE-T1S
Dighjà da l'ultima lettera hè chjaru chì questu hè un protokollu per distanze curtite. Ma perchè hè necessariu se T1L travaglia à distanze curtite? Lettura di e caratteristiche:
- distanza finu à 15 m in modu puntu à puntu
- duplex o half duplex
- проводники 24-26AWG (0.2-0.13мм2)
- simbulu rate 12.5 Mbaud
- DME, codifica 4B5B
- signal avec amplitude 1V (1Vpp)
- finu à 4 connettori intermedi (è dui connettori terminali)
- senza supportu EEE
Sembra nunda di speciale. Allora chì hè per? Ma per questu:
- portata finu à 25 m in modalità multipuntu (finu à 8 nodi)
È questu:
- Modu operativu cù evità di collisione PLCA RS (PHY-Level Collision Avoidance Reconciliation Sublayer)
È questu hè assai più interessante, ùn hè micca? Perchè aiuta assai à riduce u numeru di fili in armari di cuntrollu, machini, robots è vitture. E ci sò digià pruposti per aduprà cum'è un sustitutu di I2C in servitori, switches è altre elettronica.
Ma u modu multipuntu hà i so inconvenienti. U principale hè un mezu di trasmissione di dati spartutu. Di sicuru, i collisioni sò risolti cù CSMA / CD. Ma ùn hè micca cunnisciutu quale serà u ritardu. È per alcune applicazioni questu hè criticu. Dunque, in u novu standard, u multipuntu hè stata supplementata cù un modu speciale PLCA RS (vede a sezione dopu).
U sicondu inconveniente hè chì PoDL ùn funziona micca in multipuntu. Questu hè, u putere duverà esse furnitu via un cable separatu o purtatu in un locu in u situ.
In ogni modu, in u modu puntu à puntu, PoDL travaglia ancu in T1S.
PLCA RS
Stu modu funziona cusì:
- i nodi distribuiscenu identificatori trà elli, u node cù ID = 0 diventa u coordinatore
- u coordinatore emette un signalu BEACON à a reta, chì indica l'iniziu di un novu ciclu di trasmissione è trasmette u so pacchettu di dati
- dopu à trasmette un pacchettu di dati, a fila di trasmissione si move à u prossimu node
- se u node ùn hà micca cuminciatu à trasmette in u tempu necessariu per trasmette 20 bits, a fila si move à u prossimu node
- quandu tutti i nodi anu trasmessu dati (o saltate u so turnu), u coordinatore principia un novu ciculu
In generale, s'assumiglia à TDMA. Ma cù a peculiarità chì u node ùn usa micca u so quadru di tempu si ùn hà nunda di trasmette. È a dimensione di u quadru ùn hè micca strettamente definita, perchè ... dipende da a dimensione di u pacchettu di dati trasmessi da u node. È tuttu funziona sopra à i frames Ethernet standard 802.3 (PLCA RS hè opzionale, dunque ci deve esse cumpatibilità).
U risultatu di l'usu di PLCA hè mostratu quì sottu in i grafici. U primu hè u ritardu secondu a carica, u sicondu hè u throughput secondu u numeru di nodi di trasmissione. Hè chjaramente notu chì u ritardu hè diventatu assai più prevedibile. È in u peghju casu hè 2 ordini di grandezza menu cà in u peghju casu CSMA / CD:
È a capacità di u canali in u casu di PLCA hè più altu, perchè ùn hè micca spesu per risolve i collisioni:
Cunnetti
Inizialmente, avemu sceltu da 6 opzioni di connettori offerti da diverse cumpagnie. In u risultatu, avemu stabilitu nantu à sti dui opzioni:
Per e cundizioni di funziunamentu normale, u cunnessu LC IEC 63171-1 di CommScope hè statu sceltu.
Per ambienti duri - a famiglia di connettori IEC 63171-6 (ex 61076-3-125) da HARTING. Questi connettori sò pensati per gradi di prutezzione da IP20 à IP67.
Di sicuru, i connettori è i cavi ponu esse sia UTP sia STP.
Прочее
Pudete utilizà un cable Ethernet regulare di quattru pariglii, utilizendu ogni paru per un canale SPE separatu. Per ùn tirà quattru cavi separati in qualchì locu in a distanza. O aduprate un cable di una sola coppia, è installate un switch Ethernet di una sola coppia à l'estremità distanti.
O pudete cunnette stu switch direttamente à a reta lucale di l'impresa, se una reta hè digià allargata à longu distanzi via fibra ottica. Stick sensors in it there, and read the readings from them here. Direttamente nantu à a reta. Senza convertitori d'interfaccia è gateway.
È questi ùn anu micca bisognu di esse sensori. Ci ponu esse videocamere, intercom o lampadine intelligenti. Azionamenti di alcune valvole o tornelli in entrate.
Allora e prospettive si aprenu interessanti. Hè improbabile, sicuru, chì SPE rimpiazzà tutti i bus di campu. Ma li pigliarà una bona parte. Di sicuru in vitture.
PS Ùn aghju micca truvatu u testu di u standard in u duminiu publicu. L'infurmazione sopra hè stata cullata pezzu per pezzu da diverse presentazioni è materiali dispunibili in Internet. Allora ci ponu esse imprecisioni in questu.
Source: www.habr.com