Helmikuun 5. päivänä tänä vuonna hyväksyttiin uusi standardi 10 Mbit Ethernetille. Kyllä, luit oikein: kymmenen megabittiä sekunnissa.
Miksi niin "pientä" nopeutta tarvitaan 21-luvulla? Tilavan "kenttäväylän" alle piilotetun eläintarhan korvaamiseksi - Profibus, Modbus, CC-Link, CAN, FlexRay, HART jne. Niitä on liikaa, ne eivät ole yhteensopivia keskenään ja niitä on suhteellisen vaikea määrittää. Mutta haluat vain kytkeä kaapelin kytkimeen, ja siinä se. Sama kuin tavallisessa Ethernetissä.
Ja pian se on mahdollista! Täytä: "802.3cg-2019 - IEEE-standardi Ethernetille - Muutos 5: Fyysisen kerroksen tekniset tiedot ja hallintaparametrit 10 Mb/s toiminnalle ja siihen liittyvälle virransyötölle yhden balansoidun johdinparin kautta."
Mikä tässä uudessa Ethernetissä on niin jännittävää? Ensinnäkin se toimii yhden kierretyn parin, ei yli neljän, yli. Siksi siinä on vähemmän liittimiä ja ohuempia kaapeleita. Ja voit käyttää jo asennettua kierrettyä parikaapelia, joka menee antureille ja toimilaitteille.
Voit väittää, että Ethernet toimii jopa 100 metriin, mutta anturit sijaitsevat paljon kauempana. Itse asiassa tämä oli ennen ongelma. Mutta 802.3cg toimii jopa 1 km:n etäisyydellä! Pari kerrallaan! Ei paha?
Itse asiassa vielä parempi: virtaa voidaan syöttää myös saman parin kautta. Siitä aloitamme.
IEEE 802.3bu Power over Data Lines (PoDL)
Luulen, että monet teistä ovat kuulleet PoE:stä (Power over Ethernet) ja tietävät, että virran siirtämiseen tarvitaan 2 paria johtoja. Tehon syöttö/lähtö tehdään kunkin parin muuntajien keskipisteissä. Tätä ei voi tehdä yhdellä parilla. Siksi meidän piti tehdä se toisin. Kuinka tarkalleen, näkyy alla olevassa kuvassa. Esimerkiksi klassinen PoE on myös lisätty.
tässä:
PSE – tehonlähdelaitteet (virtalähde)
PD – virtalähde (sähköä kuluttava etäpäälaite)
Alun perin 802.3bu:lla oli 10 teholuokkaa:
Kolme tavanomaista lähdejännitteen asteikkoa on korostettu värein: 12, 24 ja 48V.
Selitykset:
Vpse - virtalähdejännite, V
Vpd min - minimijännite PD:ssä, V
I max — maksimivirta linjassa, A
Ppd max – suurin virrankulutus PD, W
802.3cg-protokollan myötä 6 luokkaa lisättiin:
Tietysti tällaisella diversiteetillä PSE:n ja PD:n on sovittava teholuokka ennen täyden jännitteen kytkemistä. Tämä tehdään käyttämällä SCCP:tä (Serial Communications Classification Protocol). Tämä on hidas protokolla (333 bps), joka perustuu 1-johtoon. Se toimii vain, kun päävirtaa ei syötetä linjaan (myös lepotilassa).
Lohkokaavio näyttää, kuinka virtaa syötetään:
- syötetään 10 mA virtaa ja 4 V zener-diodin läsnäolo kyseisessä päässä tarkistetaan
- teholuokka on sovittu
- päävirta syötetään
- jos kulutus putoaa alle 10mA, lepotila aktivoituu (valmiustilan virransyöttö 3.3V)
- jos kulutus ylittää 1 mA, lepotila poistuu
Ruokaluokasta ei tarvitse sopia, jos se on etukäteen tiedossa. Tätä vaihtoehtoa kutsutaan Fast Startup Mode -tilaksi. Sitä käytetään esimerkiksi autoissa, koska liitetyn laitteen kokoonpanoa ei tarvitse muuttaa.
Sekä PSE että PD voivat käynnistää lepotilan.
Siirrytään nyt tiedonsiirron kuvaukseen. Siellä on myös mielenkiintoista: standardi määrittelee kaksi toimintatilaa – pitkän kantaman ja lyhyitä matkoja varten.
10BASE-T1L
Tämä on pitkän ulottuvuuden vaihtoehto. Tärkeimmät ominaisuudet ovat seuraavat:
- kantama - jopa 1 km
- johtimet 18AWG (0.8mm2)
- jopa 10 väliliitintä (ja kaksi pääteliitintä)
- pisteestä pisteeseen -käyttötila
- full duplex
- symbolinopeus 7.5 Mbaud
- PAM-3-modulaatio, 4B3T-koodaus
- signaali amplitudilla 1V (1Vpp) tai 2.4V
- Energiatehokas Ethernet ("hiljainen/virkistävä" EEE) -tuki
Ilmeisesti tämä vaihtoehto on tarkoitettu teollisuussovelluksiin, kulunvalvontajärjestelmiin, rakennusautomaatioon, hisseihin. Katoilla olevien jäähdyttimien, ilmastointilaitteiden ja tuulettimien ohjaamiseen. Tai teknisissä tiloissa sijaitsevat lämmityskattilat ja pumput. Eli teollisuuden lisäksi on paljon erilaisia sovelluksia. Puhumattakaan esineiden Internetistä (IoT).
On syytä mainita, että 10BASE-T1 on vain yksi SPE (Single Pair Ethernet) -standardeista. On myös 100BASE-T1 (802.3bw) ja 1000BASE-T1 (802.3bp). Totta, ne on kehitetty autosovelluksiin, joten kantama siellä on vain 15 (UTP) tai 40 metriä (STP). Suunnitelmissa on kuitenkin jo pitkän kantaman 100BASE-T1L. Joten tulevaisuudessa he lisäävät nopeuden automaattisen neuvottelun.
Sillä välin koordinointia ei käytetä - rajapinnan "pikakäynnistys" ilmoitetaan: alle 100 ms virransyötöstä tiedonvaihdon alkamiseen.
Toinen vaihtoehto (valinnainen) on nostaa lähetysamplitudia 1:stä 2.4 V:iin signaali-kohinasuhteen parantamiseksi, virheiden määrän vähentämiseksi ja teollisuuden häiriöiden torjumiseksi.
Ja tietysti EEE. Tämä on tapa säästää sähköä sammuttamalla lähetin, jos lähetettävää dataa ei ole tällä hetkellä. Kaavio näyttää miltä tämä näyttää:
Ei dataa - lähetämme viestin "menin nukkumaan" ja katkaisemme yhteyden. Joskus heräämme ja lähetämme viestin "Olen edelleen täällä". Kun tiedot tulevat näkyviin, vastakkaiselle puolelle ilmoitetaan "herään" ja lähetys alkaa. Eli vain vastaanottimet toimivat jatkuvasti.
Katsotaan nyt, mitä he keksivät standardin toisen version kanssa.
10BASE-T1S
Jo viimeisestä kirjeestä on selvää, että tämä on protokolla lyhyille matkoille. Mutta miksi sitä tarvitaan, jos T1L toimii lyhyillä etäisyyksillä? Ominaisuuksien lukeminen:
- kantama jopa 15 m pisteestä pisteeseen -tilassa
- duplex tai half duplex
- проводники 24-26AWG (0.2-0.13мм2)
- symbolinopeus 12.5 Mbaud
- DME, koodaus 4B5B
- signaali amplitudilla 1V (1Vpp)
- jopa 4 väliliitintä (ja kaksi pääteliitintä)
- ei EEE-tukea
Ei näytä olevan mitään erikoista. Joten mitä varten se on? Mutta tälle:
- kantama jopa 25 m monipistetilassa (jopa 8 solmua)
Ja tämä:
- käyttötila törmäyksenestolla PLCA RS (PHY-tason törmäykseneston täsmäytysalikerros)
Ja tämä on paljon mielenkiintoisempaa, eikö? Koska auttaa merkittävästi vähentämään johtojen määrää ohjauskaapeissa, koneissa, roboteissa ja autoissa. Ja on jo ehdotuksia sen käyttämisestä I2C:n korvaajana palvelimissa, kytkimissä ja muussa elektroniikassa.
Mutta monipistetilassa on haittapuolensa. Tärkein niistä on jaettu tiedonsiirtoväline. Tietenkin törmäykset ratkaistaan CSMA/CD:llä. Mutta ei tiedetä, mikä viivästys on. Ja joillekin sovelluksille tämä on kriittinen. Siksi uudessa standardissa monipisteeseen lisättiin erityinen PLCA RS -tila (katso seuraava kohta).
Toinen haittapuoli on, että PoDL ei toimi monipisteessä. Toisin sanoen virta on syötettävä erillisellä kaapelilla tai otettava jonnekin paikan päällä.
Point-to-point-tilassa PoDL toimii kuitenkin myös T1S:ssä.
PLCA RS
Tämä tila toimii seuraavasti:
- solmut jakavat tunnisteet keskenään, solmu, jonka ID=0, tulee koordinaattoriksi
- koordinaattori lähettää verkkoon BEACON-signaalin, joka ilmoittaa uuden lähetysjakson alkamisesta ja lähettää datapakettinsa
- datapaketin lähettämisen jälkeen lähetysjono siirtyy seuraavaan solmuun
- jos solmu ei ole aloittanut lähetystä 20 bitin lähettämiseen vaaditussa ajassa, jono siirtyy seuraavaan solmuun
- kun kaikki solmut ovat lähettäneet dataa (tai ohittaneet vuoronsa), koordinaattori aloittaa uuden syklin
Yleensä se muistuttaa TDMA:ta. Mutta sillä erikoisuudella, että solmu ei käytä aikakehystään, jos sillä ei ole mitään lähetettävää. Ja kehyksen kokoa ei ole tarkasti määritelty, koska... riippuu solmun lähettämän datapaketin koosta. Ja kaikki toimii tavallisten 802.3 Ethernet -kehysten päällä (PLCA RS on valinnainen, joten yhteensopivuuden pitäisi olla).
PLCA:n käytön tulos näkyy alla olevissa kaavioissa. Ensimmäinen on viive kuormituksesta riippuen, toinen on läpäisykyky, joka riippuu lähettävien solmujen lukumäärästä. On selvästi havaittavissa, että viivästys on tullut paljon ennakoitavammaksi. Ja pahimmassa tapauksessa se on 2 suuruusluokkaa pienempi kuin pahimmassa tapauksessa CSMA/CD:
Ja kanavan kapasiteetti PLCA:n tapauksessa on suurempi, koska ei käytetä törmäysten ratkaisemiseen:
liittimet
Aluksi valitsimme kuudesta eri yritysten tarjoamasta liitinvaihtoehdosta. Tämän seurauksena päädyimme kahteen vaihtoehtoon:
Normaaleissa käyttöolosuhteissa valittiin CommScopen IEC 63171-1 LC -liitin.
Ankariin ympäristöihin – HARTINGin IEC 63171-6 (entinen 61076-3-125) liitinperhe. Nämä liittimet on suunniteltu suojausluokille IP20 - IP67.
Tietenkin liittimet ja kaapelit voivat olla joko UTP- tai STP-muotoisia.
Muut
Voit käyttää tavallista neljän parin Ethernet-kaapelia ja käyttää kutakin paria erilliseen SPE-kanavaan. Jotta ei vedetä neljää erillistä kaapelia jonnekin kaukaisuuteen. Tai käytä yhden parin kaapelia ja asenna yhden parin Ethernet-kytkin etäpäähän.
Tai voit liittää tämän kytkimen suoraan yrityksen paikallisverkkoon, jos verkkoa on jo jatkettu pitkiä matkoja valokuitujen avulla. Aseta antureita siihen ja lue niiden lukemat täältä. Suoraan verkossa. Ilman liitäntämuuntimia ja yhdyskäytäviä.
Eikä näiden välttämättä tarvitse olla antureita. Siellä voi olla videokameroita, sisäpuhelimia tai älykkäitä hehkulamppuja. Joidenkin venttiilien tai kääntöporttien käyttö sisäänkäynnissä.
Joten näkymät ovat mielenkiintoisia. On epätodennäköistä, että SPE korvaa kaikki kenttäväylät. Mutta hän ottaa niistä melkoisen osan. Varmasti autoissa.
PS En löytänyt standardin tekstiä julkisesti. Yllä oleva tieto on kerätty pala palalta erilaisista Internetissä saatavilla olevista esitelmistä ja materiaaleista. Joten siinä voi olla epätarkkuuksia.
Lähde: will.com