Pada tanggal 5 Februari tahun ini, standar baru untuk Ethernet 10-Mbit telah disetujui. Ya, Anda membacanya dengan benar: sepuluh megabit per detik.
Mengapa kecepatan “kecil” seperti itu dibutuhkan di abad ke-21? Untuk menggantikan kebun binatang yang tersembunyi dengan nama luas “bus lapangan” - Profibus, Modbus, CC-Link, CAN, FlexRay, HART, dll. Jumlahnya terlalu banyak, tidak kompatibel satu sama lain dan relatif sulit untuk dikonfigurasi. Namun Anda hanya ingin menyambungkan kabel ke sakelar, dan selesai. Sama seperti dengan Ethernet biasa.
Dan hal ini akan segera terwujud! Temui: “802.3cg-2019 - Standar IEEE untuk Ethernet - Amandemen 5: Spesifikasi Lapisan Fisik dan Parameter Manajemen untuk Operasi 10 Mb/s dan Pengiriman Daya Terkait melalui Sepasang Konduktor Seimbang.”
Apa yang menarik dari Ethernet baru ini? Pertama-tama, ini berfungsi pada satu pasangan bengkok, dan bukan pada empat pasangan bengkok. Oleh karena itu, konektornya lebih sedikit dan kabelnya lebih tipis. Dan Anda dapat menggunakan kabel twisted pair yang sudah dipasang ke sensor dan aktuator.
Anda dapat berargumentasi bahwa Ethernet bekerja hingga 100 meter, tetapi sensornya terletak lebih jauh. Memang, ini dulunya merupakan sebuah masalah. Namun 802.3cg bekerja pada jarak hingga 1 km! Satu pasang sekaligus! Tidak buruk?
Bahkan, lebih baik lagi: daya juga dapat disuplai melalui pasangan yang sama. Di situlah kita akan mulai.
IEEE 802.3bu Kekuasaan atas Jalur Data (PoDL)
Saya rasa banyak dari Anda pernah mendengar tentang PoE (Power over Ethernet) dan mengetahui bahwa diperlukan 2 pasang kabel untuk mengirimkan daya. Input/output daya dilakukan pada titik tengah trafo masing-masing pasangan. Ini tidak dapat dilakukan dengan menggunakan satu pasang. Oleh karena itu, kami harus melakukannya secara berbeda. Bagaimana tepatnya ditunjukkan pada gambar di bawah ini. Misalnya, PoE klasik juga telah ditambahkan.
Berikut:
PSE – peralatan sumber daya (power supply)
PD – perangkat bertenaga (perangkat ujung jauh yang mengkonsumsi listrik)
Awalnya, 802.3bu memiliki 10 kelas daya:
Tiga gradasi tegangan sumber konvensional disorot dalam warna: 12, 24 dan 48V.
Penunjukan:
Vpse — tegangan catu daya, V
Vpd min - tegangan minimum pada PD, V
I max — arus maksimum pada saluran, A
Ppd maks — konsumsi daya maksimum PD, W
Dengan munculnya protokol 802.3cg, 6 kelas lagi ditambahkan:
Tentunya dengan keberagaman tersebut, PSE dan PD harus menyepakati kelas daya sebelum menerapkan tegangan penuh. Ini dilakukan dengan menggunakan SCCP (Serial Communications Classification Protocol). Ini adalah protokol berkecepatan rendah (333 bps) berdasarkan 1-Wire. Ini hanya berfungsi ketika daya utama tidak disuplai ke saluran (termasuk dalam mode tidur).
Diagram blok menunjukkan bagaimana daya disuplai:
- arus 10mA disuplai dan keberadaan dioda zener 4V di ujung itu diperiksa
- kelas kekuatan disepakati
- daya utama disuplai
- jika konsumsi turun di bawah 10mA, mode tidur diaktifkan (pasokan daya siaga 3.3V)
- jika konsumsi melebihi 1mA, mode tidur akan keluar
Tidak perlu menyepakati kelas makanan jika sudah diketahui sebelumnya. Opsi ini disebut Mode Startup Cepat. Ini digunakan, misalnya, di mobil, karena tidak perlu mengubah konfigurasi peralatan yang terhubung.
PSE dan PD dapat memulai mode tidur.
Sekarang mari kita beralih ke deskripsi transfer data. Menariknya juga: standar ini mendefinisikan dua mode pengoperasian – jarak jauh dan jarak pendek.
10BASE-T1L
Ini adalah pilihan jangkauan yang panjang. Ciri-ciri utamanya adalah sebagai berikut:
- jangkauan – hingga 1 km
- konduktor 18AWG (0.8mm2)
- hingga 10 konektor perantara (dan dua konektor terminal)
- mode operasi titik-ke-titik
- dupleks penuh
- tingkat simbol 7.5 Mbaud
- Modulasi PAM-3, pengkodean 4B3T
- sinyal dengan amplitudo 1V (1Vpp) atau 2.4V
- Dukungan Ethernet Hemat Energi (“senyap/segarkan” EEE).
Jelas sekali, opsi ini ditujukan untuk aplikasi industri, sistem kontrol akses, otomasi gedung, elevator. Untuk mengendalikan chiller, AC, dan kipas angin yang terletak di atap. Atau boiler pemanas dan pompa yang terletak di ruang teknis. Artinya, ada banyak aplikasi berbeda selain industri. Belum lagi Internet of Things (IoT).
Perlu disebutkan bahwa 10BASE-T1 hanyalah salah satu standar Single Pair Ethernet (SPE). Ada juga 100BASE-T1 (802.3bw) dan 1000BASE-T1 (802.3bp). Benar, dikembangkan untuk aplikasi otomotif, jadi jangkauannya hanya 15 (UTP) atau 40 meter (STP). Namun, rencana sudah mencakup 100BASE-T1L jarak jauh. Jadi kedepannya mereka akan menambah kecepatan auto-negosiasi.
Sementara itu, koordinasi tidak digunakan - "mulai cepat" dari antarmuka dinyatakan: kurang dari 100 ms dari catu daya hingga dimulainya pertukaran data.
Pilihan lain (opsional) adalah meningkatkan amplitudo transmisi dari 1 menjadi 2.4V untuk meningkatkan rasio signal-to-noise, mengurangi jumlah kesalahan, dan melawan gangguan industri.
Dan, tentu saja, EEE. Ini adalah cara menghemat listrik dengan mematikan pemancar jika tidak ada data yang dikirim saat ini. Diagram menunjukkan seperti apa tampilannya:
Tidak ada data - kami mengirim pesan "Saya pergi tidur" dan memutuskan sambungan. Kadang-kadang kita terbangun dan mengirimkan pesan “Saya masih di sini.” Ketika data muncul, pihak lawan diberi peringatan “Saya bangun” dan transmisi dimulai. Artinya, hanya receiver yang terus bekerja.
Sekarang mari kita lihat apa yang mereka hasilkan dengan standar versi kedua.
10BASE-T1S
Dari surat terakhir sudah jelas bahwa ini adalah protokol untuk jarak pendek. Namun mengapa diperlukan jika T1L bekerja pada jarak pendek? Membaca ciri-cirinya:
- jangkauan hingga 15m dalam mode point-to-point
- dupleks atau setengah dupleks
- проводники 24-26AWG (0.2-0.13мм2)
- tingkat simbol 12.5 Mbaud
- DME, kode 4B5B
- sinyal dengan amplitudo 1V (1Vpp)
- hingga 4 konektor perantara (dan dua konektor terminal)
- tidak ada dukungan EEE
Sepertinya tidak ada yang istimewa. Jadi untuk apa ini? Tapi untuk ini:
- jangkauan hingga 25m dalam mode multipoint (hingga 8 knot)
Dan ini:
- mode operasi dengan penghindaran tabrakan PLCA RS (Sublapisan Rekonsiliasi Penghindaran Tabrakan Tingkat PHY)
Dan ini jauh lebih menarik bukan? Karena membantu mengurangi jumlah kabel di lemari kontrol, mesin, robot, dan mobil. Dan sudah ada usulan untuk menggunakannya sebagai pengganti I2C di server, switch dan elektronik lainnya.
Namun mode multipoint memiliki kekurangan. Yang utama adalah media transmisi data bersama. Tentu saja, tabrakan diselesaikan menggunakan CSMA/CD. Namun belum diketahui penundaan apa yang akan terjadi. Dan untuk beberapa aplikasi, hal ini penting. Oleh karena itu, dalam standar baru, multipoint dilengkapi dengan mode PLCA RS khusus (lihat bagian selanjutnya).
Kelemahan kedua adalah PoDL tidak berfungsi di multipoint. Artinya, daya harus disuplai melalui kabel terpisah atau dibawa ke suatu tempat di lokasi.
Namun, dalam mode point-to-point, PoDL juga berfungsi pada T1S.
PLCA RS
Mode ini berfungsi sebagai berikut:
- node mendistribusikan pengidentifikasi di antara mereka sendiri, node dengan ID=0 menjadi koordinator
- koordinator mengeluarkan sinyal BEACON ke jaringan, menunjukkan awal siklus transmisi baru dan mengirimkan paket datanya
- setelah mengirimkan paket data, antrian transmisi berpindah ke node berikutnya
- jika node belum memulai transmisi dalam waktu yang diperlukan untuk mengirimkan 20 bit, antrian berpindah ke node berikutnya
- ketika semua node telah mengirimkan data (atau melewatkan gilirannya), koordinator memulai siklus baru
Secara umum menyerupai TDMA. Tetapi dengan kekhasan bahwa node tidak menggunakan kerangka waktunya jika tidak ada yang bisa dikirim. Dan ukuran bingkai tidak ditentukan secara ketat, karena... tergantung pada ukuran paket data yang dikirimkan oleh node. Dan semuanya berjalan di atas frame Ethernet standar 802.3 (PLCA RS bersifat opsional, jadi harus ada kompatibilitas).
Hasil penggunaan PLCA ditunjukkan pada grafik di bawah ini. Yang pertama adalah penundaan tergantung pada beban, yang kedua adalah throughput tergantung pada jumlah node transmisi. Terlihat jelas bahwa penundaan ini menjadi lebih dapat diprediksi. Dan dalam kasus terburuk, nilainya 2 kali lipat lebih kecil dibandingkan dalam kasus terburuk CSMA/CD:
Dan kapasitas saluran dalam kasus PLCA lebih tinggi karena tidak dihabiskan untuk menyelesaikan tabrakan:
Konektor
Awalnya, kami memilih dari 6 opsi konektor yang ditawarkan oleh berbagai perusahaan. Hasilnya, kami memilih dua opsi berikut:
Untuk kondisi pengoperasian normal, konektor LC IEC 63171-1 CommScope dipilih.
Untuk lingkungan yang keras – rangkaian konektor IEC 63171-6 (sebelumnya 61076-3-125) dari HARTING. Konektor ini dirancang untuk tingkat perlindungan dari IP20 hingga IP67.
Tentu saja konektor dan kabel dapat berupa UTP atau STP.
Lain
Anda dapat menggunakan kabel Ethernet empat pasang biasa, menggunakan setiap pasangan untuk saluran SPE terpisah. Agar tidak menarik empat kabel terpisah di suatu tempat yang jauh. Atau gunakan kabel pasangan tunggal, dan pasang sakelar Ethernet pasangan tunggal di ujung terjauh.
Atau Anda dapat menghubungkan saklar ini langsung ke jaringan lokal perusahaan, jika jaringan telah diperluas melalui jarak jauh melalui serat optik. Tempelkan sensor ke sana, dan baca bacaannya di sini. Langsung di jaringan. Tanpa konverter antarmuka dan gateway.
Dan ini tidak harus berupa sensor. Mungkin ada kamera video, interkom, atau bola lampu pintar. Penggerak beberapa katup atau pintu putar di pintu masuk.
Jadi prospeknya terbuka menarik. Tentu saja kecil kemungkinannya SPE akan menggantikan seluruh bus lapangan. Tapi dia akan mengambil sebagian besar dari mereka. Tentu saja di mobil.
PS Saya tidak menemukan teks standar di domain publik. Informasi di atas dikumpulkan sepotong demi sepotong dari berbagai presentasi dan materi yang tersedia di Internet. Jadi mungkin ada ketidakakuratan di dalamnya.
Sumber: www.habr.com