ईथरनेट क्वार्टर: पुरानी गति, नए अवसर

इस वर्ष 5 फरवरी को, 10-एमबिट ईथरनेट के लिए एक नए मानक को मंजूरी दी गई थी। हाँ, आपने सही पढ़ा: प्रति सेकंड दस मेगाबिट्स।

21वीं सदी में इतनी "छोटी" गति की आवश्यकता क्यों है? चिड़ियाघर को बदलने के लिए जो विशाल नाम "फ़ील्ड बस" के नीचे छिपा हुआ है - प्रोफिबस, मोडबस, सीसी-लिंक, कैन, फ्लेक्सरे, हार्ट, आदि। उनमें से बहुत सारे हैं, वे एक-दूसरे के साथ असंगत हैं और कॉन्फ़िगर करना अपेक्षाकृत कठिन है। लेकिन आप बस केबल को स्विच में प्लग करना चाहते हैं, और बस इतना ही। नियमित ईथरनेट के समान ही।

और जल्द ही यह संभव होगा! मिलें: "802.3cg-2019 - ईथरनेट के लिए IEEE मानक - संशोधन 5: कंडक्टरों की एकल संतुलित जोड़ी पर 10 एमबी/एस ऑपरेशन और एसोसिएटेड पावर डिलीवरी के लिए भौतिक परत विशिष्टताएं और प्रबंधन पैरामीटर।"

इस नए ईथरनेट के बारे में इतना रोमांचक क्या है? सबसे पहले, यह एक मुड़ी हुई जोड़ी पर काम करता है, न कि चार से अधिक पर। इसलिए, इसमें कम कनेक्टर और पतले केबल हैं। और आप सेंसर और एक्चुएटर्स तक जाने वाले पहले से बिछाए गए ट्विस्टेड पेयर केबल का उपयोग कर सकते हैं।

आप तर्क दे सकते हैं कि ईथरनेट 100 मीटर तक काम करता है, लेकिन सेंसर बहुत दूर स्थित होते हैं। सचमुच, यह एक समस्या हुआ करती थी। लेकिन 802.3cg 1 किमी तक की दूरी पर काम करता है! एक समय में एक जोड़ी! इतना खराब भी नहीं?

वास्तव में, और भी बेहतर: बिजली की आपूर्ति भी एक ही जोड़ी के माध्यम से की जा सकती है। यहीं से हम शुरुआत करेंगे.

IEEE 802.3bu पावर ओवर डेटा लाइन्स (PoDL)

मुझे लगता है कि आप में से कई लोगों ने PoE (पावर ओवर इथरनेट) के बारे में सुना होगा और जानते होंगे कि बिजली संचारित करने के लिए 2 जोड़ी तारों की आवश्यकता होती है। पावर इनपुट/आउटपुट प्रत्येक जोड़ी के ट्रांसफार्मर के मध्य बिंदुओं पर किया जाता है। यह एक जोड़ी का उपयोग करके नहीं किया जा सकता है। इसलिए, हमें इसे अलग तरीके से करना पड़ा। नीचे दिए गए चित्र में वास्तव में कैसे दिखाया गया है। उदाहरण के लिए, क्लासिक PoE भी जोड़ा गया है.

Здесь:
पीएसई - पावर सोर्सिंग उपकरण (बिजली आपूर्ति)
पीडी - संचालित उपकरण (दूर-दराज का उपकरण जो बिजली की खपत करता है)

प्रारंभ में, 802.3bu में 10 पावर क्लास थे:

स्रोत वोल्टेज के तीन पारंपरिक ग्रेडेशन को रंग में हाइलाइट किया गया है: 12, 24 और 48V।

लीजेंड:
वीपीएसई - बिजली आपूर्ति वोल्टेज, वी
वीपीडी मिनट - पीडी, वी पर न्यूनतम वोल्टेज
मैं अधिकतम - लाइन में अधिकतम धारा, ए
पीपीडी अधिकतम - अधिकतम बिजली खपत पीडी, डब्ल्यू

802.3cg प्रोटोकॉल के आगमन के साथ, 6 और कक्षाएं जोड़ी गईं:

बेशक, ऐसी विविधता के साथ, पीएसई और पीडी को पूर्ण वोल्टेज लागू करने से पहले पावर क्लास पर सहमत होना होगा। यह SCCP (सीरियल कम्युनिकेशंस क्लासिफिकेशन प्रोटोकॉल) का उपयोग करके किया जाता है। यह 333-वायर पर आधारित एक कम गति वाला प्रोटोकॉल (1 बीपीएस) है। यह केवल तभी काम करता है जब लाइन को मुख्य बिजली की आपूर्ति नहीं की जाती है (स्लीप मोड सहित)।

ब्लॉक आरेख दिखाता है कि बिजली की आपूर्ति कैसे की जाती है:

• 10mA की धारा की आपूर्ति की जाती है और उस छोर पर 4V जेनर डायोड की उपस्थिति की जाँच की जाती है
• शक्ति वर्ग पर सहमति है
• मुख्य बिजली की आपूर्ति की जाती है
• यदि खपत 10mA से कम हो जाती है, तो स्लीप मोड सक्रिय हो जाता है (स्टैंडबाय पावर 3.3V की आपूर्ति)
• यदि खपत 1mA से अधिक है, तो स्लीप मोड बाहर निकल जाता है

यदि भोजन वर्ग के बारे में पहले से पता हो तो उस पर सहमत होने की कोई आवश्यकता नहीं है। इस विकल्प को फास्ट स्टार्टअप मोड कहा जाता है। इसका उपयोग, उदाहरण के लिए, कारों में किया जाता है, क्योंकि कनेक्टेड उपकरण के कॉन्फ़िगरेशन को बदलने की कोई आवश्यकता नहीं है।

पीएसई और पीडी दोनों स्लीप मोड शुरू कर सकते हैं।

अब आइए डेटा ट्रांसफर के विवरण पर आगे बढ़ें। यह वहां भी दिलचस्प है: मानक दो ऑपरेटिंग मोड को परिभाषित करता है - लंबी दूरी और छोटी दूरी के लिए।

10बेस-टी1एल

यह एक लंबी पहुंच वाला विकल्प है. मुख्य विशेषताएं इस प्रकार हैं:

• रेंज - 1 किमी तक
• कंडक्टर 18AWG (0.8mm2)
• अधिकतम 10 मध्यवर्ती कनेक्टर (और दो टर्मिनल कनेक्टर)
• पॉइंट-टू-पॉइंट ऑपरेटिंग मोड
• पूर्ण दुमंजिला घर
• प्रतीक दर 7.5 Mbaud
• PAM-3 मॉड्यूलेशन, 4B3T एन्कोडिंग
• आयाम 1V (1Vpp) या 2.4V के साथ सिग्नल
• ऊर्जा कुशल ईथरनेट ("शांत/ताज़ा" ईईई) समर्थन

जाहिर है, यह विकल्प औद्योगिक अनुप्रयोगों, एक्सेस कंट्रोल सिस्टम, बिल्डिंग ऑटोमेशन, लिफ्ट के लिए है। छतों पर स्थित चिलर, एयर कंडीशनर और पंखे को नियंत्रित करने के लिए। या तकनीकी कमरों में स्थित हीटिंग बॉयलर और पंप। यानी उद्योग के अलावा भी बहुत सारे अलग-अलग अनुप्रयोग हैं। इंटरनेट ऑफ थिंग्स (IoT) का उल्लेख नहीं है।

यह उल्लेखनीय है कि 10BASE-T1 सिंगल पेयर ईथरनेट (SPE) मानकों में से केवल एक है। 100BASE-T1 (802.3bw) और 1000BASE-T1 (802.3bp) भी हैं। सच है, वे ऑटोमोटिव अनुप्रयोगों के लिए विकसित किए गए थे, इसलिए वहां की सीमा केवल 15 (यूटीपी) या 40 मीटर (एसटीपी) है। हालाँकि, योजनाओं में पहले से ही लंबी दूरी की 100BASE-T1L शामिल है। इसलिए भविष्य में वे गति की स्वचालित बातचीत जोड़ देंगे।

इस बीच, समन्वय का उपयोग नहीं किया जाता है - इंटरफ़ेस की "त्वरित शुरुआत" घोषित की जाती है: बिजली की आपूर्ति से डेटा विनिमय की शुरुआत तक 100ms से कम।

एक अन्य विकल्प (वैकल्पिक) सिग्नल-टू-शोर अनुपात में सुधार करने, त्रुटियों की संख्या को कम करने और औद्योगिक हस्तक्षेप का प्रतिकार करने के लिए ट्रांसमिशन आयाम को 1 से 2.4V तक बढ़ाना है।

और, ज़ाहिर है, ईईई। यदि इस समय प्रसारित करने के लिए कोई डेटा नहीं है तो ट्रांसमीटर को बंद करके बिजली बचाने का यह एक तरीका है। आरेख दिखाता है कि यह कैसा दिखता है:


कोई डेटा नहीं - हम "मैं बिस्तर पर गया" संदेश भेजते हैं और डिस्कनेक्ट कर देते हैं। कभी-कभी हम जागते हैं और संदेश भेजते हैं "मैं अभी भी यहाँ हूँ।" जब डेटा प्रकट होता है, तो विपरीत पक्ष सतर्क हो जाता है "मैं जाग रहा हूं" और ट्रांसमिशन शुरू हो जाता है। यानी केवल रिसीवर ही लगातार काम कर रहे हैं।

अब देखते हैं कि वे मानक के दूसरे संस्करण के साथ क्या लेकर आए हैं।

10BASE-T1S

पिछले पत्र से ही यह स्पष्ट है कि यह छोटी दूरी के लिए एक प्रोटोकॉल है। लेकिन अगर T1L कम दूरी पर काम करता है तो इसकी आवश्यकता क्यों है? विशेषताएं पढ़ना:

• पॉइंट-टू-पॉइंट मोड में 15 मीटर तक की रेंज
• डुप्लेक्स या आधा डुप्लेक्स
• проводники 24-26AWG (0.2-0.13мм2)
• प्रतीक दर 12.5 Mbaud
• डीएमई, कोडिंग 4बी5बी
• आयाम 1V (1Vpp) के साथ सिग्नल
• अधिकतम 4 मध्यवर्ती कनेक्टर (और दो टर्मिनल कनेक्टर)
• कोई ईईई समर्थन नहीं

ऐसा लगता है जैसे कुछ खास नहीं है. तो यह किस लिए है? लेकिन इसके लिए:

• मल्टीपॉइंट मोड में 25 मीटर तक की रेंज (8 नॉट तक)

और इस:

• टकराव से बचाव के साथ ऑपरेटिंग मोड पीएलसीए आरएस (पीएचवाई-लेवल कोलिजन अवॉइडेंस रिकॉन्सिलेशन सबलेयर)

और यह कहीं अधिक दिलचस्प है, है ना? क्योंकि नियंत्रण कैबिनेट, मशीनों, रोबोटों और कारों में तारों की संख्या को काफी कम करने में मदद करता है। और सर्वर, स्विच और अन्य इलेक्ट्रॉनिक्स में I2C के प्रतिस्थापन के रूप में इसका उपयोग करने के प्रस्ताव पहले से ही मौजूद हैं।

लेकिन मल्टीपॉइंट मोड की अपनी कमियां हैं। मुख्य एक साझा डेटा ट्रांसमिशन माध्यम है। बेशक, सीएसएमए/सीडी का उपयोग करके टकरावों का समाधान किया जाता है। लेकिन यह पता नहीं है कि देरी कितनी होगी. और कुछ अनुप्रयोगों के लिए यह महत्वपूर्ण है। इसलिए, नए मानक में, मल्टीपॉइंट को एक विशेष पीएलसीए आरएस मोड के साथ पूरक किया गया था (अगला भाग देखें)।

दूसरी कमी यह है कि PoDL मल्टीपॉइंट में काम नहीं करता है। अर्थात्, बिजली की आपूर्ति एक अलग केबल के माध्यम से करनी होगी या साइट पर कहीं ले जानी होगी।

हालाँकि, पॉइंट-टू-पॉइंट मोड में, PoDL T1S पर भी काम करता है।

पीएलसीए आरएस

यह मोड इस प्रकार काम करता है:

• नोड्स आपस में पहचानकर्ता वितरित करते हैं, ID=0 वाला नोड समन्वयक बन जाता है
• समन्वयक नेटवर्क को एक BEACON सिग्नल जारी करता है, जो एक नए ट्रांसमिशन चक्र की शुरुआत का संकेत देता है और उसके डेटा पैकेट को प्रसारित करता है
• डेटा पैकेट संचारित करने के बाद, ट्रांसमिशन कतार अगले नोड पर चली जाती है
• यदि नोड ने 20 बिट्स संचारित करने के लिए आवश्यक समय के भीतर संचारण शुरू नहीं किया है, तो कतार अगले नोड पर चली जाती है
• जब सभी नोड्स ने डेटा संचारित कर दिया है (या अपनी बारी छोड़ दी है), समन्वयक एक नया चक्र शुरू करता है

सामान्य तौर पर यह टीडीएमए जैसा दिखता है। लेकिन ख़ासियत यह है कि यदि नोड के पास संचारित करने के लिए कुछ नहीं है तो वह अपनी समय सीमा का उपयोग नहीं करता है। और फ़्रेम का आकार कड़ाई से परिभाषित नहीं है, क्योंकि... नोड द्वारा प्रेषित डेटा पैकेट के आकार पर निर्भर करता है। और यह सभी मानक 802.3 ईथरनेट फ्रेम के शीर्ष पर चलता है (पीएलसीए आरएस वैकल्पिक है, इसलिए संगतता होनी चाहिए)।

पीएलसीए का उपयोग करने का परिणाम नीचे ग्राफ़ में दिखाया गया है। पहला है लोड के आधार पर देरी, दूसरा है ट्रांसमिटिंग नोड्स की संख्या के आधार पर थ्रूपुट। यह स्पष्ट रूप से ध्यान देने योग्य है कि देरी बहुत अधिक पूर्वानुमानित हो गई है। और सबसे खराब स्थिति में यह सबसे खराब स्थिति सीएसएमए/सीडी से 2 ऑर्डर कम है:

और पीएलसीए के मामले में चैनल क्षमता अधिक है, क्योंकि टकरावों को सुलझाने पर खर्च नहीं किया जाता:

कनेक्टर्स

प्रारंभ में, हमने विभिन्न कंपनियों द्वारा पेश किए गए 6 कनेक्टर विकल्पों में से चुना। परिणामस्वरूप, हमने इन दो विकल्पों पर निर्णय लिया:

सामान्य परिचालन स्थितियों के लिए, कॉमस्कोप के IEC 63171-1 LC कनेक्टर का चयन किया गया था।

कठोर वातावरण के लिए - हार्टिंग से आईईसी 63171-6 (पूर्व में 61076-3-125) कनेक्टर परिवार। ये कनेक्टर IP20 से IP67 तक सुरक्षा की डिग्री के लिए डिज़ाइन किए गए हैं।

बेशक, कनेक्टर और केबल या तो यूटीपी या एसटीपी हो सकते हैं।

अन्य

आप एक नियमित चार-जोड़ी ईथरनेट केबल का उपयोग कर सकते हैं, प्रत्येक जोड़ी का उपयोग एक अलग एसपीई चैनल के लिए कर सकते हैं। ताकि दूर-दूर तक चार अलग-अलग केबलें न खींची जाएं। या सिंगल-पेयर केबल का उपयोग करें, और सबसे अंत में सिंगल-पेयर ईथरनेट स्विच स्थापित करें।

या आप इस स्विच को सीधे उद्यम के स्थानीय नेटवर्क से कनेक्ट कर सकते हैं, यदि नेटवर्क पहले से ही फाइबर ऑप्टिक्स के माध्यम से लंबी दूरी तक बढ़ाया गया है। वहां इसमें सेंसर चिपका दें, और उनकी रीडिंग यहां पढ़ें। सीधे नेटवर्क पर. इंटरफ़ेस कन्वर्टर्स और गेटवे के बिना।

और ये जरूरी नहीं कि ये सेंसर हों। इसमें वीडियो कैमरा, इंटरकॉम या स्मार्ट लाइट बल्ब हो सकते हैं। प्रवेश द्वारों पर कुछ वाल्वों या टर्नस्टाइलों की ड्राइव।

इसलिए संभावनाएं दिलचस्प हो रही हैं। निःसंदेह, इसकी संभावना नहीं है कि एसपीई सभी फील्ड बसों की जगह ले लेगी। लेकिन वह उनमें से एक अच्छा हिस्सा ले लेगा। निश्चित रूप से कारों में.

PS मुझे सार्वजनिक डोमेन में मानक का पाठ नहीं मिला। उपरोक्त जानकारी इंटरनेट पर उपलब्ध विभिन्न प्रस्तुतियों और सामग्रियों से टुकड़े-टुकड़े करके एकत्र की गई थी। अतः इसमें अशुद्धियाँ हो सकती हैं।

स्रोत: www.habr.com