waktu Ethernet: kacepetan lawas, kesempatan anyar

Tanggal 5 Februari taun iki, standar anyar kanggo 10-Mbit Ethernet disetujoni. Ya, sampeyan maca sing bener: sepuluh megabit per detik.

Yagene kaya "cilik" kacepetan dibutuhake ing abad 21st? Kanggo ngganti kebon binatang sing didhelikake kanthi jeneng "bus lapangan" - Profibus, Modbus, CC-Link, CAN, FlexRay, HART, lsp. Ana akeh banget, padha ora kompatibel karo saben liyane lan relatif angel kanggo ngatur. Nanging sampeyan mung pengin plug kabel menyang ngalih, lan iku. Padha karo Ethernet biasa.

Lan rauh bakal bisa! Ketemu: "802.3cg-2019 - Standar IEEE kanggo Ethernet - Amandemen 5: Spesifikasi Lapisan Fisik lan Parameter Manajemen kanggo Operasi 10 Mb/s lan Pangiriman Daya Gegandhengan liwat Sepasang Konduktor Imbang."

Apa sing nyenengake babagan Ethernet anyar iki? Kaping pisanan, kerjane luwih saka siji pasangan bengkong, lan ora luwih saka papat. Mulane, konektor luwih sithik lan kabel sing luwih tipis. Lan sampeyan bisa nggunakake kabel pasangan bengkong sing wis dipasang menyang sensor lan aktuator.

Sampeyan bisa argue sing Ethernet bisa nganti 100 meter, nanging sensor dumunung luwih. Pancen, iki biyen dadi masalah. Nanging 802.3cg bisa digunakake ing jarak nganti 1 km! Siji pasangan ing wektu! Ora ala?

Nyatane, luwih apik: daya uga bisa diwenehake liwat pasangan sing padha. Ing kana kita bakal miwiti.

IEEE 802.3bu Power over Data Lines (PoDL)

Aku akeh sing wis krungu bab PoE (Power liwat Ethernet) lan ngerti sing 2 pasangan kabel dibutuhake kanggo ngirim daya. Input / output daya digawe ing titik tengah trafo saben pasangan. Sampeyan ora bisa nindakake iki kanthi nggunakake siji pasangan. Mulane, kita kudu nindakake kanthi beda. Carane persis ditampilake ing gambar ing ngisor iki. Contone, PoE klasik uga wis ditambahake.

Ing kene:
PSE - peralatan sumber daya (sumber daya)
PD - piranti powered (piranti adoh-end sing nganggo listrik)

Kaping pisanan, 802.3bu duwe 10 kelas daya:

Telung gradasi konvensional voltase sumber disorot kanthi warna: 12, 24 lan 48V.

Desain:
Vpse - voltase sumber daya, V
Vpd min - voltase minimal ing PD, V
I max - arus maksimum ing baris, A
Ppd maks — konsumsi daya maksimum PD, W

Kanthi tekane protokol 802.3cg, 6 kelas liyane ditambahake:

Mesthi, kanthi keragaman kasebut, PSE lan PD kudu setuju karo kelas daya sadurunge ngetrapake voltase lengkap. Iki ditindakake nggunakake SCCP (Serial Communications Classification Protocol). Iki minangka protokol kacepetan rendah (333 bps) adhedhasar 1-Wire. Iku mung bisa digunakake nalika daya utama ora diwenehake menyang baris (kalebu ing mode turu).

Diagram blok nuduhake carane daya diwenehake:

• arus 10mA diwenehake lan anane dioda zener 4V ing ujung kasebut dicenthang
• kelas daya disepakati
• daya utama diwenehake
• yen konsumsi mudhun ing ngisor 10mA, mode turu diaktifake (suplai daya siyaga 3.3V)
• yen konsumsi ngluwihi 1mA, mode turu metu

Ora perlu setuju ing kelas pangan yen wis dikenal ing advance. Opsi iki diarani Fast Startup Mode. Iki digunakake, contone, ing mobil, amarga ora perlu ngganti konfigurasi peralatan sing disambungake.

Loro PSE lan PD bisa miwiti mode turu.

Saiki ayo pindhah menyang gambaran transfer data. Iku uga menarik ana: standar nemtokake rong mode operasi - long-range lan kanggo jarak cendhak.

10 BASE-T1L

Iki minangka pilihan tekan dawa. Karakteristik utama yaiku kaya ing ngisor iki:

• jarak - nganti 1 km
• Konduktor 18AWG (0.8mm2)
• nganti 10 konektor penengah (lan loro konektor terminal)
• mode operasi point-to-point
• duplex lengkap
• rate simbol 7.5 Mbaud
• PAM-3 modulasi, 4B3T encoding
• sinyal karo amplitudo 1V (1Vpp) utawa 2.4V
• Dhukungan Ethernet Efisien Energi ("sepi / refresh" EEE).

Temenan, pilihan iki ditrapake kanggo aplikasi industri, sistem kontrol akses, otomatisasi bangunan, elevator. Kanggo ngontrol chillers, AC, lan penggemar sing ana ing atap. Utawa boiler pemanasan lan pompa sing ana ing kamar teknis. Yaiku, ana macem-macem aplikasi saliyane industri. Ora kanggo sebutno Internet of Things (IoT).

Perlu dicathet yen 10BASE-T1 mung siji saka standar Single Pair Ethernet (SPE). Ana uga 100BASE-T1 (802.3bw) lan 1000BASE-T1 (802.3bp). Bener, dikembangake kanggo aplikasi otomotif, mula jarake mung 15 (UTP) utawa 40 meter (STP). Nanging, rencana wis kalebu 100BASE-T1L jarak jauh. Dadi ing mangsa ngarep bakal nambah rembugan otomatis kacepetan.

Ing sawetoro wektu, koordinasi ora digunakake - "wiwitan cepet" antarmuka diumumake: kurang saka 100ms saka sumber daya nganti wiwitan ijol-ijolan data.

Pilihan liyane (opsional) yaiku nambah amplitudo transmisi saka 1 dadi 2.4V kanggo nambah rasio sinyal-kanggo-gangguan, nyuda jumlah kesalahan, lan nglawan gangguan industri.

Lan, mesthi, EEE. Iki minangka cara kanggo ngirit listrik kanthi mateni pemancar yen ora ana data kanggo ngirim saiki. Diagram nuduhake kaya apa iki:


Ora ana data - kita ngirim pesen "Aku turu" lan pedhot. Kadhangkala kita tangi lan ngirim pesen "Aku isih ana ing kene." Nalika data katon, sisih ngelawan diwenehi tandha "Aku tangi" lan transmisi diwiwiti. Tegese, mung panrima sing terus-terusan kerja.

Saiki ayo ndeleng apa sing digawe karo versi standar sing kapindho.

10 BASE-T1S

Wis saka huruf pungkasan iku cetha yen iki protokol kanggo jarak cendhak. Nanging kenapa perlu yen T1L dianggo ing jarak cendhak? Maca ciri:

• jarak nganti 15m ing mode point-to-point
• duplex utawa setengah duplex
• проводники 24-26AWG (0.2-0.13мм2)
• rate simbol 12.5 Mbaud
• DME, kode 4B5B
• sinyal kanthi amplitudo 1V (1Vpp)
• nganti 4 konektor penengah (lan loro konektor terminal)
• ora ndhukung EEE

Kayane ora ana sing istimewa. Dadi kanggo apa? Nanging kanggo iki:

• jarak nganti 25m ing mode multipoint (nganti 8 knot)

Lan iki:

• mode operasi kanthi tabrakan PLCA RS (PHY-Level Collision Avoidance Reconciliation Sublayer)

Lan iki luwih menarik, ta? Amarga mbantu nyuda jumlah kabel ing lemari kontrol, mesin, robot, lan mobil. Lan wis ana usulan-usulan kanggo nggunakake minangka panggantos kanggo I2C ing server, ngalih lan electronics liyane.

Nanging mode multipoint nduweni kekurangan. Sing utama yaiku media transmisi data sing dienggo bareng. Mesthi, tabrakan ditanggulangi nggunakake CSMA / CD. Nanging ora dingerteni apa wektu tundha kasebut. Lan kanggo sawetara aplikasi iki kritis. Mulane, ing standar anyar, multipoint ditambah karo mode RS PLCA khusus (ndeleng bagean sabanjure).

Kerugian kapindho yaiku PoDL ora bisa digunakake ing multipoint. Tegese, daya kudu diwenehake liwat kabel sing kapisah utawa dijupuk ing endi wae ing situs kasebut.

Nanging, ing mode point-to-point, PoDL uga bisa digunakake ing T1S.

PLCA RS

Mode iki dianggo kaya ing ngisor iki:

• simpul mbagekke pengenal antarane piyambak, simpul karo ID = 0 dadi koordinator
• koordinator ngetokake sinyal BEACON menyang jaringan, nuduhake wiwitan siklus transmisi anyar lan ngirim paket data.
• sawise ngirim paket data, antrian transmisi pindhah menyang simpul sabanjuré
• yen simpul durung miwiti ngirim ing wektu sing dibutuhake kanggo ngirim 20 bit, antrian pindhah menyang simpul sabanjure
• nalika kabeh kelenjar wis ngirim data (utawa Mlayu giliran), koordinator miwiti siklus anyar

Umume meh padha karo TDMA. Nanging kanthi peculiarity sing simpul ora nggunakake pigura wektu yen ora duwe apa-apa kanggo ngirim. Lan ukuran pigura ora ditetepake kanthi ketat, amarga ... gumantung saka ukuran paket data sing dikirim dening simpul. Lan kabeh mlaku ing ndhuwur standar 802.3 Ethernet pigura (PLCA RS opsional, supaya ana kudu kompatibilitas).

Asil saka nggunakake PLCA kapacak ing ngisor iki ing grafik. Sing pertama yaiku wektu tundha gumantung saka beban, sing nomer loro yaiku throughput gumantung saka jumlah node sing ngirim. Cetha banget yen wektu tundha kasebut dadi luwih bisa ditebak. Lan ing kasus paling awon iku 2 pesenan gedhene kurang saka ing paling awon CSMA / CD:

Lan kapasitas saluran ing cilik saka PLCA luwih, amarga ora digunakake kanggo ngrampungake tabrakan:

Konektor

Kaping pisanan, kita milih saka 6 opsi konektor sing ditawakake perusahaan beda. Akibaté, kita mutusake ing rong pilihan iki:

Kanggo kondisi operasi normal, konektor IEC 63171-1 LC CommScope dipilih.

Kanggo lingkungan sing atos - kulawarga konektor IEC 63171-6 (biyen 61076-3-125) saka HARTING. Konektor iki dirancang kanggo tingkat proteksi saka IP20 nganti IP67.

Mesthi, konektor lan kabel bisa uga UTP utawa STP.

Liyane

Sampeyan bisa nggunakake kabel Ethernet papat pasangan biasa, nggunakake saben pasangan kanggo saluran SPE kapisah. Supaya ora kanggo narik papat kabel kapisah nang endi wae menyang kadohan. Utawa nggunakake kabel siji-pasangan, lan nginstal ngalih Ethernet siji-pasangan ing mburi adoh.

Utawa sampeyan bisa nyambungake saklar iki langsung menyang jaringan lokal perusahaan, yen jaringan wis ditambahi liwat jarak adoh liwat serat optik. Kelet sensor menyang ana, lan maca wacan saka kene. Langsung ing jaringan. Tanpa konverter antarmuka lan gateway.

Lan iki ora kudu dadi sensor. Bisa uga ana kamera video, interkom utawa bolam lampu cerdas. Drive sawetara klep utawa turnstiles ing lawang mlebu.

Dadi prospek mbukak menarik. Ora mungkin, SPE bakal ngganti kabeh bus lapangan. Nanging dheweke bakal njupuk potongan sing padha. Mesthi ing mobil.

PS Aku ora nemokake teks standar ing domain umum. Informasi ing ndhuwur dikumpulake kanthi potongan saka macem-macem presentasi lan materi sing kasedhiya ing Internet. Dadi bisa uga ana sing ora akurat.

Source: www.habr.com