5. veljače ove godine odobren je novi standard za 10-Mbit Ethernet. Da, dobro ste pročitali: deset megabita u sekundi.
Zašto je tako “mala” brzina potrebna u 21. stoljeću? Za zamjenu zoološkog vrta koji se krije pod širokim 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 priključiti kabel u prekidač i to je to. Isto kao i s običnim Ethernetom.
I uskoro će to biti moguće! Upoznajte se s: “802.3cg-2019 - IEEE standard za Ethernet - dopuna 5: Specifikacije fizičkog sloja i parametri upravljanja za 10 Mb/s rad i pridruženu isporuku energije preko jednog balansiranog para vodiča.”
Što je tako uzbudljivo u ovom novom Ethernetu? Prije svega, radi preko jedne upletene parice, a ne preko četiri. Stoga ima manje konektora i tanje kabele. I možete koristiti već postavljen kabel s upredenom paricom koji ide do senzora i aktuatora.
Mogli biste tvrditi da Ethernet radi do 100 metara, ali senzori su smješteni mnogo dalje. Doista, to je nekad bio problem. Ali 802.3cg radi na udaljenosti do 1 km! Jedan po par! Nije loše?
Zapravo, još bolje: struja se također može opskrbljivati kroz isti par. Odatle ćemo početi.
IEEE 802.3bu Power over Data Lines (PoDL)
Mislim da su mnogi od vas čuli za PoE (Power over Ethernet) i znaju da su za prijenos energije potrebna 2 para žica. Ulaz/izlaz snage vrši se na srednjim točkama transformatora svakog para. To se ne može učiniti pomoću jednog para. Stoga smo morali drugačije. Kako točno prikazano je na donjoj slici. Na primjer, dodan je i klasični PoE.
ovdje:
PSE – oprema za napajanje (napajanje)
PD – powered device (far-end uređaj koji troši električnu energiju)
U početku je 802.3bu 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 — najveća struja u liniji, A
Ppd max — maksimalna potrošnja energije PD, W
Pojavom 802.3cg protokola dodano je još 6 klasa:
Naravno, uz takvu raznolikost, PSE i PD moraju se dogovoriti o klasi snage prije primjene punog napona. To se radi pomoću SCCP-a (Serial Communications Classification Protocol). Ovo je protokol niske brzine (333 bps) temeljen na 1-Wire. Radi samo kada glavno napajanje nije priključeno na liniju (uključujući i način mirovanja).
Blok dijagram pokazuje kako se napaja:
- dovodi se struja od 10 mA i provjerava se prisutnost zener diode od 4 V na tom kraju
- klasa snage je dogovorena
- napaja se glavno napajanje
- ako potrošnja padne ispod 10mA, aktivira se način mirovanja (opskrba standby snage 3.3V)
- ako potrošnja prijeđe 1mA, izlazi iz mirovanja
Nema potrebe dogovarati klasu hrane ako je ona unaprijed poznata. Ova opcija se zove Fast Startup Mode. Koristi se, primjerice, u automobilima, jer nema potrebe mijenjati konfiguraciju povezane opreme.
I PSE i PD mogu pokrenuti način mirovanja.
Sada prijeđimo na opis prijenosa podataka. Tu je također zanimljivo: standard definira dva načina rada - na velikim udaljenostima i na kratkim udaljenostima.
10BASE-T1L
Ovo je opcija dugog dosega. Glavne karakteristike su sljedeće:
- domet - do 1 km
- vodiči 18AWG (0.8 mm2)
- do 10 međukonektora (i dva terminalna konektora)
- način rada od točke do točke
- puni dupleks
- brzina simbola 7.5 Mbaud
- PAM-3 modulacija, 4B3T kodiranje
- signal amplitude 1V (1Vpp) ili 2.4V
- Podrška za energetski učinkovit Ethernet ("tih/osvježi" EEE).
Očito je da je ova opcija namijenjena industrijskim aplikacijama, sustavima kontrole pristupa, automatizaciji zgrada, dizalima. Za upravljanje rashladnim uređajima, klima uređajima i ventilatorima koji se nalaze na krovovima. Ili kotlovi za grijanje i pumpe smještene u tehničkim prostorijama. Odnosno, postoji mnogo različitih primjena osim industrije. Da ne spominjemo internet stvari (IoT).
Vrijedno je spomenuti 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 automobilsku primjenu, pa je domet tamo samo 15 (UTP) ili 40 metara (STP). Međutim, planovi već uključuju 100BASE-T1L velikog dometa. Stoga će u budućnosti dodati automatsko pregovaranje brzine.
U međuvremenu se ne koristi koordinacija - deklarira se "brzi početak" sučelja: manje od 100 ms od napajanja do početka razmjene podataka.
Druga opcija (opcionalna) je povećanje amplitude prijenosa s 1 na 2.4 V kako bi se poboljšao omjer signala i šuma, smanjio broj pogrešaka i suzbio industrijske smetnje.
I, naravno, EEE. Ovo je način da se uštedi električna energija isključivanjem odašiljača ako trenutno nema podataka za prijenos. Dijagram pokazuje kako to izgleda:
Nema podataka - šaljemo poruku "Otišao sam u krevet" i prekidamo vezu. Povremeno se probudimo i pošaljemo poruku "Još sam tu." Kada se podaci pojave, suprotna strana dobiva upozorenje "Budim se" i prijenos počinje. Odnosno, samo prijemnici stalno rade.
Sada da vidimo što su smislili s drugom verzijom standarda.
10BASE-T1S
Već iz zadnjeg slova jasno je da se radi o protokolu za kratke udaljenosti. Ali zašto je to potrebno ako T1L radi na kratkim udaljenostima? Čitanje karakteristika:
- domet do 15m u načinu rada od točke do točke
- duplex ili half duplex
- проводники 24-26AWG (0.2-0.13мм2)
- brzina simbola 12.5 Mbaud
- DME, kodiranje 4B5B
- signal amplitude 1V (1Vpp)
- do 4 međukonektora (i dva terminalna konektora)
- nema podrške za EEE
Čini se kao ništa posebno. Pa čemu to služi? Ali za ovo:
- domet do 25m u multipoint modu (do 8 čvorova)
I to:
- način rada s izbjegavanjem sudara PLCA RS (PHY-Level Collision Avoidance Reconciliation Sublayer)
A ovo je mnogo zanimljivije, zar ne? Jer pomaže značajno smanjiti broj žica u kontrolnim ormarićima, strojevima, robotima i automobilima. I već postoje prijedlozi da se koristi kao zamjena za I2C u poslužiteljima, preklopnicima i drugoj elektronici.
No način rada s više točaka ima svoje nedostatke. Glavni je zajednički medij za prijenos podataka. Naravno, kolizije se rješavaju pomoću CSMA/CD. Ali nije poznato kolika će biti odgoda. A za neke aplikacije to 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 točaka. To jest, napajanje će se morati napajati putem zasebnog kabela ili uzeti negdje na licu mjesta.
Međutim, u načinu rada od točke do točke, PoDL također radi na T1S.
PLCA RS
Ovaj način rada radi na sljedeći način:
- čvorovi među sobom raspodjeljuju identifikatore, čvor s ID=0 postaje koordinator
- koordinator šalje BEACON signal mreži, označavajući početak novog ciklusa prijenosa i prenosi svoj paket podataka
- nakon prijenosa paketa podataka, red čekanja za prijenos se pomiče na sljedeći čvor
- ako čvor nije započeo slanje unutar vremena potrebnog za prijenos 20 bita, red se pomiče na sljedeći čvor
- kada su svi čvorovi prenijeli podatke (ili preskočili svoj red), koordinator započinje novi ciklus
Općenito nalikuje TDMA. Ali s tom posebnošću da čvor ne koristi svoj vremenski okvir ako nema što poslati. A veličina okvira nije strogo definirana, jer... ovisi o veličini paketa podataka koje prenosi čvor. I sve to radi na vrhu standardnih 802.3 Ethernet okvira (PLCA RS nije obavezan, tako da bi trebala postojati kompatibilnost).
Rezultat korištenja PLCA prikazan je dolje u grafikonima. Prvi je kašnjenje ovisno o opterećenju, drugi je propusnost ovisno o broju odašiljačkih čvorova. Jasno je vidljivo 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 nudile različite tvrtke. Kao rezultat toga, odlučili smo se za ove dvije opcije:
Za normalne radne uvjete odabran je CommScope IEC 63171-1 LC konektor.
Za teška okruženja – obitelj konektora IEC 63171-6 (ranije 61076-3-125) tvrtke HARTING. Ovi konektori su dizajnirani za stupnjeve zaštite od IP20 do IP67.
Naravno, konektori i kabeli mogu biti UTP ili STP.
Drugi
Možete koristiti obični Ethernet kabel s četiri parice, koristeći svaki par za zasebni SPE kanal. Kako ne bi povukao četiri odvojena kabla negdje u daljinu. Ili upotrijebite kabel s jednom paricom i instalirajte Ethernet preklopnik s jednom paricom na udaljenom kraju.
Ili možete povezati ovaj prekidač izravno s lokalnom mrežom poduzeća, ako je mreža već proširena na velike udaljenosti putem optičkih vlakana. Tamo zabodite senzore i čitajte očitanja s njih ovdje. Izravno na mreži. Bez pretvarača sučelja i pristupnika.
I to ne moraju nužno biti senzori. Mogu postojati video kamere, interfoni ili pametne žarulje. Pogoni nekih ventila ili okretišta na ulazima.
Dakle, otvaraju se zanimljivi izgledi. Naravno, malo je vjerojatno da će SPE zamijeniti sve terenske autobuse. Ali on će od njih uzeti pošteni dio. Svakako u autima.
PS Nisam pronašao tekst standarda u javnoj domeni. Gore navedene informacije prikupljene su dio po dio iz raznih prezentacija i materijala dostupnih na internetu. Dakle, u njemu može biti netočnosti.
Izvor: www.habr.com