Selle aasta 5. veebruaril kiideti heaks 10 Mbit Etherneti uus standard. Jah, sa lugesid õigesti: kümme megabitti sekundis.
Miks on 21. sajandil nii “väikest” kiirust vaja? Mahuka nimetuse “fieldbus” alla peidetud loomaaia asendamiseks - Profibus, Modbus, CC-Link, CAN, FlexRay, HART jne. Neid on liiga palju, need ei ühildu omavahel ja on suhteliselt raskesti seadistatavad. Kuid soovite lihtsalt kaabli lülitiga ühendada ja see on kõik. Sama, mis tavalise Etherneti puhul.
Ja varsti on see võimalik! Vastake: „802.3cg-2019 – IEEE standard Ethernetile – muudatus 5: füüsilise kihi spetsifikatsioonid ja haldusparameetrid 10 Mb/s tööks ja sellega seotud toiteedastuseks ühe tasakaalustatud juhtmepaari kaudu.”
Mis selles uues Ethernetis nii põnevat on? Esiteks töötab see üle ühe keerdpaari, mitte üle nelja. Seetõttu on sellel vähem pistikuid ja peenemaid kaableid. Ja saate kasutada juba paigaldatud keerdpaarkaablit, mis läheb andurite ja täiturmehhanismide juurde.
Võiks väita, et Ethernet töötab kuni 100 meetrit, aga andurid asuvad palju kaugemal. Tõepoolest, see oli varem probleem. Kuid 802.3cg töötab kuni 1 km kaugusel! Üks paar korraga! Pole paha?
Tegelikult veelgi parem: toidet saab anda ka sama paari kaudu. Siit me alustame.
IEEE 802.3bu Power over Data Lines (PoDL)
Arvan, et paljud teist on kuulnud PoE-st (Power over Ethernet) ja teavad, et toite edastamiseks on vaja 2 paari juhtmeid. Toite sisend/väljund tehakse iga paari trafo keskpunktides. Seda ei saa teha ühe paariga. Seetõttu pidime seda tegema teisiti. Kuidas täpselt, on näidatud alloleval joonisel. Näiteks on lisatud ka klassikaline PoE.
Siin:
PSE – toiteallika seadmed (toiteallikas)
PD – toitega seade (kaugseade, mis tarbib elektrit)
Algselt oli 802.3bu-l 10 võimsusklassi:
Värviliselt on esile tõstetud kolm tavapärast lähtepinge gradatsiooni: 12, 24 ja 48 V.
Märkus:
Vpse — toitepinge, V
Vpd min - minimaalne pinge PD-l, V
I max — maksimaalne vool liinis, A
Ppd max — maksimaalne energiatarve PD, W
Protokolli 802.3cg tulekuga lisati veel 6 klassi:
Loomulikult peavad sellise mitmekesisuse korral PSE ja PD enne täispinge rakendamist võimsusklassi kokku leppima. Seda tehakse SCCP (Serial Communications Classification Protocol) abil. See on väikese kiirusega protokoll (333 bps), mis põhineb 1-juhtmel. See töötab ainult siis, kui liinile ei anta põhitoidet (sh puhkerežiimis).
Plokkskeem näitab, kuidas toidet varustatakse:
- toidetakse 10 mA voolu ja kontrollitakse 4 V zeneri dioodi olemasolu selles otsas
- võimsusklassis lepitakse kokku
- toide on põhitoide
- kui tarbimine langeb alla 10 mA, aktiveeritakse puhkerežiim (ooterežiimi toide 3.3 V)
- kui tarbimine ületab 1mA, lülitub puhkerežiim välja
Toiduklassis pole vaja kokku leppida, kui see on ette teada. Seda suvandit nimetatakse kiirkäivitusrežiimiks. Seda kasutatakse näiteks autodes, kuna ühendatud seadmete konfiguratsiooni pole vaja muuta.
Nii PSE kui ka PD võivad käivitada puhkerežiimi.
Liigume nüüd edasi andmeedastuse kirjelduse juurde. Seal on ka huvitav: standard määratleb kaks töörežiimi – pikamaa ja lühikeste vahemaade jaoks.
10BASE-T1L
See on pika ulatusega valik. Peamised omadused on järgmised:
- ulatus - kuni 1 km
- juhtmed 18AWG (0.8mm2)
- kuni 10 vahepistikut (ja kaks terminali pistikut)
- punkt-punkti töörežiim
- täisdupleks
- sümbolite kiirus 7.5 Mbaud
- PAM-3 modulatsioon, 4B3T kodeering
- signaal amplituudiga 1V (1Vpp) või 2.4V
- Energiatõhusa Etherneti (vaikse/värskendava EEE) tugi
Ilmselgelt on see valik mõeldud tööstuslikele rakendustele, läbipääsusüsteemidele, hooneautomaatikale, liftidele. Katustel asuvate jahutite, kliimaseadmete ja ventilaatorite juhtimiseks. Või tehnoruumides asuvad küttekatlad ja pumbad. See tähendab, et peale tööstuse on palju erinevaid rakendusi. Asjade Internetist (IoT) rääkimata.
Tasub mainida, et 10BASE-T1 on vaid üks SPE (Single Pair Ethernet) standarditest. Samuti on olemas 100BASE-T1 (802.3bw) ja 1000BASE-T1 (802.3bp). Tõsi, need töötati välja autotööstuse jaoks, seega on vahemik seal vaid 15 (UTP) või 40 meetrit (STP). Plaanides on aga juba pikamaa 100BASE-T1L. Nii et tulevikus lisavad nad kiiruse automaatse läbirääkimise.
Vahepeal koordineerimist ei kasutata - kuulutatakse liidese "kiirkäivitus": vähem kui 100 ms toiteallikast andmevahetuse alguseni.
Teine võimalus (valikuline) on suurendada edastusamplituudi 1-lt 2.4 V-le, et parandada signaali-müra suhet, vähendada vigade arvu ja neutraliseerida tööstuslikke häireid.
Ja loomulikult EEE. See on võimalus säästa elektrit, lülitades saatja välja, kui hetkel pole edastatavaid andmeid. Diagramm näitab, kuidas see välja näeb:
Andmeid pole - saadame sõnumi "Ma läksin magama" ja katkestame ühenduse. Aeg-ajalt ärkame üles ja saadame sõnumi "Ma olen ikka veel siin". Kui andmed ilmuvad, antakse vastaspoolele hoiatus "Ma ärkan" ja edastamine algab. See tähendab, et ainult vastuvõtjad töötavad pidevalt.
Nüüd vaatame, mida nad standardi teise versiooniga välja mõtlesid.
10BASE-T1S
Juba viimasest kirjast on selge, et tegemist on lühikeste distantside protokolliga. Aga miks seda vaja on, kui T1L töötab lühikestel vahemaadel? Omaduste lugemine:
- ulatus kuni 15 m punktist punkti režiimis
- dupleks või pooldupleks
- проводники 24-26AWG (0.2-0.13мм2)
- sümbolite kiirus 12.5 Mbaud
- DME, kood 4B5B
- signaal amplituudiga 1 V (1 Vpp)
- kuni 4 vahepistikut (ja kaks terminali pistikut)
- EEE tugi puudub
Tundub, et pole midagi erilist. Milleks see siis mõeldud on? Aga selleks:
- ulatus kuni 25 m mitmepunktirežiimis (kuni 8 sõlme)
Ja see:
- töörežiim kokkupõrke vältimise PLCA RS-iga (PHY-taseme kokkupõrke vältimise kooskõlastamise alamkiht)
Ja see on palju huvitavam, kas pole? Sest aitab oluliselt vähendada juhtmete arvu juhtkappides, masinates, robotites ja autodes. Ja juba on tehtud ettepanekuid kasutada seda I2C asendajana serverites, lülitites ja muus elektroonikas.
Kuid mitmepunktirežiimil on oma puudused. Peamine neist on jagatud andmeedastusvahend. Loomulikult lahendatakse kokkupõrked CSMA/CD abil. Kuid pole teada, milline on viivitus. Ja mõne rakenduse puhul on see kriitiline. Seetõttu täiendati uues standardis multipoint spetsiaalse PLCA RS režiimiga (vt järgmist jaotist).
Teine puudus on see, et PoDL ei tööta mitmepunktis. See tähendab, et toide tuleb anda eraldi kaabli kaudu või võtta kuskilt kohapealt.
Punkt-punkti režiimis töötab PoDL aga ka T1S-is.
PLCA RS
See režiim töötab järgmiselt:
- sõlmed jagavad omavahel identifikaatorid, koordinaatoriks saab sõlm ID=0
- koordinaator väljastab võrku BEACON signaali, mis näitab uue edastustsükli algust ja edastab oma andmepaketi
- pärast andmepaketi edastamist liigub edastusjärjekord järgmisse sõlme
- kui sõlm ei ole 20 biti edastamiseks vajaliku aja jooksul saatmist alustanud, liigub järjekord järgmisesse sõlme
- kui kõik sõlmed on andmed edastanud (või oma käigu vahele jätnud), alustab koordinaator uut tsüklit
Üldiselt sarnaneb see TDMA-ga. Kuid selle eripäraga, et sõlm ei kasuta oma ajaraami, kui tal pole midagi edastada. Ja raami suurus pole rangelt määratletud, sest... sõltub sõlme poolt edastatava andmepaketi suurusest. Ja see kõik töötab standardsete 802.3 Etherneti kaadrite peal (PLCA RS on valikuline, seega peaks ühilduvus olema).
PLCA kasutamise tulemus on näidatud allpool graafikutel. Esimene on viivitus sõltuvalt koormusest, teine on läbilaskevõime, mis sõltub edastavate sõlmede arvust. On selgelt märgata, et hilinemine on muutunud palju etteaimatavamaks. Ja halvimal juhul on see 2 suurusjärku väiksem kui halvimal juhul CSMA/CD:
Ja kanali läbilaskevõime PLCA puhul on suurem, sest ei kulutata kokkupõrgete lahendamisele:
Pistikud
Algselt valisime erinevate ettevõtete pakutava 6 pistikuvaliku hulgast. Selle tulemusel otsustasime kahe valiku vahel:
Tavalisteks töötingimusteks valiti CommScope'i IEC 63171-1 LC-pistik.
Karmides keskkondades – HARTINGi IEC 63171-6 (endine 61076-3-125) pistikute perekond. Need pistikud on ette nähtud kaitseastmetele IP20 kuni IP67.
Loomulikult võivad pistikud ja kaablid olla kas UTP või STP.
Muu
Võite kasutada tavalist nelja paari Etherneti kaablit, kasutades iga paari eraldi SPE-kanali jaoks. Et mitte nelja eraldi kaablit kuskile kaugusesse tõmmata. Või kasutage ühe paari kaablit ja paigaldage kaugemasse otsa ühe paari Etherneti lüliti.
Või võite selle lüliti ühendada otse ettevõtte kohtvõrku, kui võrku on fiiberoptika kaudu juba pikkadeks vahemaadeks laiendatud. Kinnitage andurid sinna ja lugege nende näitu siit. Otse võrgus. Ilma liidesemuundurite ja lüüsideta.
Ja need ei pea tingimata andurid olema. Seal võivad olla videokaamerad, sisetelefonid või nutikad lambipirnid. Mõnede ventiilide või pöördväravate ajamid sissepääsude juures.
Nii et väljavaated on huvitavad. Muidugi on vähetõenäoline, et SPE kõik välibussid välja vahetab. Kuid ta võtab neist välja korraliku tüki. Kindlasti autodes.
PS Ma ei leidnud standardi teksti avalikult. Ülaltoodud info koguti jupikaupa erinevatest ettekannetest ja internetis leiduvatest materjalidest. Seega võib selles olla ebatäpsusi.
Allikas: www.habr.com