Idén február 5-én jóváhagyták a 10 Mbit Ethernet új szabványát. Igen, jól olvastad: tíz megabit másodpercenként.
Miért van szükség ilyen „kis” sebességre a 21. században? A tágas „field bus” név alatt rejtett állatkert cseréje - Profibus, Modbus, CC-Link, CAN, FlexRay, HART stb. Túl sok van belőlük, nem kompatibilisek egymással és viszonylag nehezen konfigurálhatók. De csak bedugni szeretné a kábelt a kapcsolóba, és ennyi. Ugyanaz, mint a hagyományos Ethernetnél.
És hamarosan lehetséges lesz! Megfelelés: „802.3cg-2019 – IEEE Ethernet szabvány – 5. módosítás: Fizikai réteg specifikációi és felügyeleti paraméterei 10 Mb/s-os működéshez és a kapcsolódó áramellátáshoz egyetlen kiegyensúlyozott vezetékpáron keresztül.”
Mi olyan izgalmas ebben az új Ethernetben? Először is egy csavart érpáron működik, és nem négyen. Ezért kevesebb csatlakozója és vékonyabb kábele van. És használhat már lefektetett csavart érpárú kábelt, amely az érzékelőkhöz és működtetőelemekhez vezet.
Lehet vitatkozni, hogy az Ethernet 100 méterig működik, de az érzékelők sokkal távolabb vannak. Valóban, ez korábban gondot okozott. De a 802.3cg akár 1 km távolságban is működik! Egyszerre egy pár! Nem rossz?
Sőt, még jobb: ugyanazon a páron keresztül áramot is lehet adni. Ott kezdjük.
IEEE 802.3bu Power over Data Lines (PoDL)
Azt hiszem, sokan hallottatok már a PoE-ről (Power over Ethernet), és tudják, hogy 2 pár vezetékre van szükség az energiaátvitelhez. Az egyes párok transzformátorainak középső pontjain történik a teljesítmény be-/kimenet. Ezt nem lehet egy pár használatával megtenni. Ezért másként kellett tennünk. Hogy pontosan hogyan, az az alábbi ábrán látható. Például a klasszikus PoE is hozzáadásra került.
itt:
PSE – áramforrás berendezés (tápegység)
PD – tápellátású eszköz (távolabbi eszköz, amely áramot fogyaszt)
Kezdetben a 802.3bu-nak 10 teljesítményosztálya volt:
A forrásfeszültség három hagyományos fokozata van színnel kiemelve: 12, 24 és 48 V.
Legend:
Vpse - tápfeszültség, V
Vpd min - minimális feszültség a PD-n, V
I max – maximális áram a vezetékben, A
Ppd max – maximális teljesítményfelvétel PD, W
A 802.3cg protokoll megjelenésével további 6 osztály került hozzáadásra:
Természetesen ilyen diverzitás mellett a PSE-nek és a PD-nek meg kell állapodnia a teljesítményosztályban a teljes feszültség alkalmazása előtt. Ez az SCCP (Serial Communications Classification Protocol) segítségével történik. Ez egy alacsony sebességű protokoll (333 bps), amely 1 vezetéken alapul. Csak akkor működik, ha a fő tápellátás nem kapja meg a vonalat (beleértve az alvó üzemmódot is).
A blokkdiagram megmutatja, hogyan történik az áramellátás:
- 10 mA áramot adunk, és ellenőrizzük a 4 V-os zener dióda jelenlétét ezen a végén
- teljesítményosztály megegyezik
- fő tápellátás biztosított
- ha a fogyasztás 10mA alá csökken, alvó üzemmód aktiválódik (3.3 V készenléti tápellátás)
- ha a fogyasztás meghaladja az 1mA-t, az alvó üzemmód kilép
Az ételosztályról nem kell egyeztetni, ha az előre ismert. Ezt az opciót Fast Startup Mode-nak hívják. Használják például autókban, mert nincs szükség a csatlakoztatott berendezés konfigurációjának megváltoztatására.
A PSE és a PD is képes alvó üzemmódot kezdeményezni.
Most térjünk át az adatátvitel leírására. Ott is érdekes: a szabvány két üzemmódot határoz meg – nagy hatótávolságú és rövid távolságokra.
10BASE-T1L
Ez egy hosszú elérési lehetőség. A főbb jellemzők a következők:
- hatótávolság - akár 1 km
- vezetékek 18AWG (0.8mm2)
- akár 10 közbenső csatlakozó (és két sorkapocs)
- pont-pont működési mód
- full duplex
- szimbólumsebesség 7.5 Mbaud
- PAM-3 moduláció, 4B3T kódolás
- 1V (1Vpp) vagy 2.4V amplitúdójú jel
- Energiahatékony Ethernet („csendes/refresh” EEE) támogatás
Nyilvánvalóan ez az opció ipari alkalmazásokhoz, beléptetőrendszerekhez, épületautomatizáláshoz, liftekhez készült. A tetőkön elhelyezett hűtők, klímaberendezések és ventilátorok vezérléséhez. Vagy a műszaki helyiségekben elhelyezett fűtőkazánok és szivattyúk. Vagyis az iparon kívül nagyon sokféle alkalmazás létezik. A dolgok internetéről (IoT) nem is beszélve.
Érdemes megemlíteni, hogy a 10BASE-T1 csak egy az egypáros Ethernet (SPE) szabványok közül. Létezik még 100BASE-T1 (802.3bw) és 1000BASE-T1 (802.3bp). Igaz, autóipari alkalmazásokhoz fejlesztették ki őket, így ott csak 15 (UTP) vagy 40 méter (STP) a hatótávolság. A tervekben azonban már szerepel egy nagy hatótávolságú 100BASE-T1L. Így a jövőben hozzáadják a sebesség automatikus egyeztetését.
Ezalatt a koordináció nem használatos - az interfész „gyorsindítása” deklarálva van: kevesebb, mint 100 ms a tápellátástól az adatcsere kezdetéig.
Egy másik lehetőség (opcionális) az átviteli amplitúdó 1-ről 2.4 V-ra történő növelése a jel-zaj arány javítása, a hibák számának csökkentése és az ipari interferencia ellensúlyozása érdekében.
És természetesen az EEE. Ez egy módja annak, hogy energiát takarítson meg az adó kikapcsolásával, ha éppen nincs továbbítandó adat. A diagram azt mutatja, hogy ez hogyan néz ki:
Nincs adat - elküldjük a „Lefeküdtem” üzenetet, és lekapcsoljuk. Időnként felébredünk, és azt az üzenetet küldjük, hogy „Még mindig itt vagyok”. Amikor megjelennek az adatok, a másik oldal „ébredek” figyelmeztetést kap, és megkezdődik az átvitel. Vagyis csak a vevők működnek folyamatosan.
Most pedig lássuk, mire jutottak a szabvány második változatával.
10BASE-T1S
Már az utolsó levélből kiderül, hogy ez egy rövid távok protokollja. De miért van szükség rá, ha a T1L rövid távolságokon működik? A jellemzők elolvasása:
- akár 15 méteres hatótávolság pont-pont módban
- duplex vagy félduplex
- проводники 24-26AWG (0.2-0.13мм2)
- szimbólumsebesség 12.5 Mbaud
- DME, 4B5B kódolás
- 1 V amplitúdójú jel (1 Vpp)
- akár 4 közbenső csatlakozó (és két sorkapocs)
- nincs EEE támogatás
Úgy tűnik, semmi különös. Szóval mire való? De ehhez:
- hatótávolság akár 25 m többpontos módban (akár 8 csomó)
És ez:
- üzemmód ütközés elkerüléssel PLCA RS (PHY-Level Collision Avoidance Reconciliation Sublayer)
És ez sokkal érdekesebb, nem? Mert nagymértékben segít csökkenteni a vezetékek számát a kapcsolószekrényekben, gépekben, robotokban és autókban. És már vannak olyan javaslatok, amelyek az I2C helyettesítésére szolgálnak szerverekben, kapcsolókban és más elektronikában.
A többpontos módnak azonban megvannak a maga hátrányai. A fő egy megosztott adatátviteli közeg. Természetesen az ütközéseket CSMA/CD segítségével oldják meg. Azt azonban nem tudni, hogy mi lesz a késés. És bizonyos alkalmazások esetében ez kritikus. Ezért az új szabványban a multipoint speciális PLCA RS móddal egészült ki (lásd a következő részt).
A második hátrány az, hogy a PoDL nem működik többpontos módban. Vagyis az áramellátást külön kábelen keresztül kell biztosítani, vagy valahova a helyszínen kell venni.
Pont-pont módban azonban a PoDL T1S-en is működik.
PLCA RS
Ez a mód a következőképpen működik:
- A csomópontok elosztják egymás között az azonosítókat, az ID=0 csomópont lesz a koordinátor
- a koordinátor BEACON jelet ad ki a hálózatnak, jelezve egy új átviteli ciklus kezdetét, és továbbítja az adatcsomagját
- az adatcsomag továbbítása után az átviteli sor a következő csomóponthoz kerül
- ha a csomópont nem kezdi el az adást a 20 bites átvitelhez szükséges időn belül, a sor a következő csomópontra lép
- amikor az összes csomópont elküldte az adatokat (vagy kihagyta a kört), a koordinátor új ciklust kezd
Általában a TDMA-ra hasonlít. De azzal a sajátossággal, hogy a csomópont nem használja az időkeretét, ha nincs mit továbbítania. A keret mérete pedig nincs szigorúan meghatározva, mert... a csomópont által továbbított adatcsomag méretétől függ. És mindez a szabványos 802.3 Ethernet kereteken fut (a PLCA RS opcionális, ezért kompatibilitásnak kell lennie).
A PLCA használatának eredménye az alábbi grafikonokon látható. Az első a terheléstől függő késleltetés, a második az átviteli sebesség az átviteli csomópontok számától függően. Jól észrevehető, hogy a késés sokkal kiszámíthatóbbá vált. És a legrosszabb esetben 2 nagyságrenddel kevesebb, mint a legrosszabb esetben a CSMA/CD:
A csatornakapacitás pedig a PLCA esetében nagyobb, mert nem fordítják az ütközések megoldására:
csatlakozók
Kezdetben 6 különböző cégek által kínált csatlakozó opció közül válogattunk. Ennek eredményeként a következő két lehetőség mellett döntöttünk:
Normál működési körülményekhez a CommScope IEC 63171-1 LC csatlakozóját választották.
Kíméletlen környezetekhez – a HARTING IEC 63171-6 (korábban 61076-3-125) csatlakozócsaládja. Ezeket a csatlakozókat IP20-tól IP67-ig terjedő védelmi fokozatra tervezték.
Természetesen a csatlakozók és kábelek UTP vagy STP is lehetnek.
Más
Használhat normál négypáros Ethernet-kábelt, mindegyik pár külön SPE-csatornához használható. Hogy ne húzzunk négy külön kábelt valahova a távolba. Vagy használjon egypáros kábelt, és telepítsen egy páros Ethernet-kapcsolót a túlsó végére.
Vagy csatlakoztathatja ezt a kapcsolót közvetlenül a vállalat helyi hálózatához, ha a hálózatot már nagy távolságra kiterjesztették száloptikával. Ragasszon érzékelőket oda, és olvassa le a leolvasott értékeket itt. Közvetlenül a hálózaton. Interfész konverterek és átjárók nélkül.
És ezeknek nem feltétlenül kell szenzoroknak lenniük. Lehetnek benne videokamerák, kaputelefonok vagy intelligens izzók. Egyes szelepek vagy forgókapuk meghajtásai a bejáratoknál.
Szóval érdekesen nyílnak a kilátások. Természetesen nem valószínű, hogy az SPE lecseréli az összes terepi buszt. De kivesz belőlük egy jó darabot. Természetesen az autókban.
PS Nem találtam nyilvánosan a szabvány szövegét. A fenti információkat darabonként gyűjtöttük össze az interneten elérhető különféle prezentációkból, anyagokból. Tehát pontatlanságok lehetnek benne.
Forrás: will.com