Ethernet კვარტალი: ძველი სიჩქარე, ახალი შესაძლებლობები

მიმდინარე წლის 5 თებერვალს დამტკიცდა 10-მბიტიანი Ethernet-ის ახალი სტანდარტი. დიახ, სწორად წაიკითხეთ: ათი მეგაბიტი წამში.

რატომ არის საჭირო 21-ე საუკუნეში ასეთი "მცირე" სიჩქარე? ზოოპარკის შესაცვლელად, რომელიც იმალება ტევადი სახელწოდებით "field bus" - Profibus, Modbus, CC-Link, CAN, FlexRay, HART და ა. ისინი ძალიან ბევრია, ისინი შეუთავსებელია ერთმანეთთან და შედარებით რთულია კონფიგურაცია. მაგრამ თქვენ უბრალოდ გსურთ კაბელის შეერთება გადამრთველში და ეს არის ის. ისევე, როგორც ჩვეულებრივ Ethernet-თან.

და მალე ეს შესაძლებელი იქნება! შეხვდება: „802.3cg-2019 - IEEE სტანდარტი Ethernet-ისთვის - შესწორება 5: ფიზიკური ფენის სპეციფიკაციები და მართვის პარამეტრები 10 მბ/წმ ოპერაციისთვის და ასოცირებული ენერგიის მიწოდებისთვის ერთი დაბალანსებული წყვილი გამტარებისთვის“.

რა არის საინტერესო ამ ახალ Ethernet-ში? უპირველეს ყოვლისა, ის მუშაობს ერთ გრეხილ წყვილზე და არა ოთხზე. აქედან გამომდინარე, მას აქვს ნაკლები კონექტორები და თხელი კაბელები. და თქვენ შეგიძლიათ გამოიყენოთ უკვე დადებული გრეხილი წყვილის კაბელი, რომელიც მიდის სენსორებთან და აქტუატორებთან.

შეიძლება ითქვას, რომ Ethernet მუშაობს 100 მეტრამდე, მაგრამ სენსორები უფრო შორს მდებარეობს. მართლაც, ადრე ეს პრობლემა იყო. მაგრამ 802.3cg მუშაობს 1 კმ-მდე მანძილზე! თითო წყვილი ერთდროულად! Ცუდი არაა?

სინამდვილეში, კიდევ უკეთესი: ელექტროენერგიის მიწოდება შესაძლებელია იმავე წყვილის საშუალებით. სწორედ აქედან დავიწყებთ.

IEEE 802.3bu სიმძლავრე მონაცემთა ხაზებზე (PoDL)

ვფიქრობ, ბევრ თქვენგანს გსმენიათ PoE (Power over Ethernet) შესახებ და იცით, რომ დენის გადასაცემად საჭიროა 2 წყვილი მავთული. დენის შეყვანა/გამომავალი ხდება თითოეული წყვილის ტრანსფორმატორების შუა წერტილებში. ეს არ შეიძლება გაკეთდეს ერთი წყვილის გამოყენებით. ამიტომ, სხვაგვარად მოგვიწია. როგორ ზუსტად არის ნაჩვენები ქვემოთ მოცემულ ფიგურაში. მაგალითად, კლასიკური PoE ასევე დაემატა.

Здесь:
PSE - ელექტრომომარაგების მოწყობილობა (ელექტრომომარაგება)
PD - ელექტრომომარაგებული მოწყობილობა (შორეული მოწყობილობა, რომელიც მოიხმარს ელექტროენერგიას)

თავდაპირველად, 802.3bu-ს ჰქონდა 10 დენის კლასი:

წყაროს ძაბვის სამი ჩვეულებრივი გრადაცია ხაზგასმულია ფერში: 12, 24 და 48 ვ.

ლეგენდა:
Vpse — ელექტრომომარაგების ძაბვა, V
Vpd min - მინიმალური ძაბვა PD-ზე, V
I max - მაქსიმალური დენი ხაზში, A
Ppd max — მაქსიმალური ენერგიის მოხმარება PD, W

802.3cg პროტოკოლის მოსვლასთან ერთად დაემატა კიდევ 6 კლასი:

რა თქმა უნდა, ასეთი მრავალფეროვნებით, PSE და PD უნდა შეთანხმდნენ სიმძლავრის კლასზე სრული ძაბვის გამოყენებამდე. ეს კეთდება SCCP (სერიული კომუნიკაციების კლასიფიკაციის პროტოკოლის) გამოყენებით. ეს არის დაბალი სიჩქარის პროტოკოლი (333 bps) დაფუძნებული 1-Wire-ზე. ის მუშაობს მხოლოდ მაშინ, როდესაც მთავარი ენერგია არ მიეწოდება ხაზს (მათ შორის ძილის რეჟიმში).

ბლოკ-სქემა გვიჩვენებს, თუ როგორ მიეწოდება ენერგია:

• მიეწოდება დენი 10 mA და შემოწმდება 4V ზენერის დიოდის არსებობა ამ ბოლოში
• ძალაუფლების კლასი შეთანხმებულია
• ძირითადი ელექტროენერგია მიეწოდება
• თუ მოხმარება დაეცემა 10 mA-ზე დაბლა, ძილის რეჟიმი გააქტიურებულია (ლოდინის დენის მიწოდება 3.3 ვ)
• თუ მოხმარება აღემატება 1 mA-ს, ძილის რეჟიმი გამოდის

არ არის საჭირო კვების კლასზე შეთანხმება, თუ ეს წინასწარ არის ცნობილი. ამ პარამეტრს ეწოდება სწრაფი გაშვების რეჟიმი. იგი გამოიყენება, მაგალითად, მანქანებში, რადგან არ არის საჭირო დაკავშირებული აღჭურვილობის კონფიგურაციის შეცვლა.

ორივე PSE და PD შეუძლია ძილის რეჟიმის დაწყება.

ახლა მოდით გადავიდეთ მონაცემთა გადაცემის აღწერაზე. აქაც საინტერესოა: სტანდარტი განსაზღვრავს მუშაობის ორ რეჟიმს - შორ მანძილზე და მოკლე დისტანციებზე.

10BASE-T1L

ეს არის გრძელვადიანი ვარიანტი. ძირითადი მახასიათებლები შემდეგია:

• დიაპაზონი - 1 კმ-მდე
• დირიჟორები 18AWG (0.8 მმ2)
• 10-მდე შუალედური კონექტორი (და ორი ტერმინალის კონექტორი)
• წერტილიდან წერტილამდე მუშაობის რეჟიმი
• სრული დუპლექსი
• სიმბოლური მაჩვენებელი 7.5 მბაუდ
• PAM-3 მოდულაცია, 4B3T კოდირება
• სიგნალი ამპლიტუდით 1V (1Vpp) ან 2.4V
• ენერგოეფექტური Ethernet ("ჩუმი/განახლება" EEE) მხარდაჭერა

ცხადია, ეს ვარიანტი განკუთვნილია სამრეწველო აპლიკაციებისთვის, წვდომის კონტროლის სისტემებისთვის, შენობის ავტომატიზაციისთვის, ლიფტებისთვის. სახურავებზე განთავსებული ჩილერების, კონდიციონერების და ვენტილატორების სამართავად. ან ტექნიკურ ოთახებში განთავსებული გათბობის ქვაბები და ტუმბოები. ანუ, მრეწველობის გარდა ბევრი სხვადასხვა აპლიკაციაა. რომ აღარაფერი ვთქვათ ნივთების ინტერნეტზე (IoT).

აღსანიშნავია, რომ 10BASE-T1 არის მხოლოდ ერთ-ერთი წყვილი Ethernet (SPE) სტანდარტი. ასევე არის 100BASE-T1 (802.3bw) და 1000BASE-T1 (802.3bp). მართალია, ისინი შეიქმნა საავტომობილო აპლიკაციებისთვის, ამიტომ დიაპაზონი იქ მხოლოდ 15 (UTP) ან 40 მეტრია (STP). თუმცა, გეგმებში უკვე შედის გრძელვადიანი 100BASE-T1L. ასე რომ, მომავალში ისინი დაამატებენ სიჩქარის ავტომატურ მოლაპარაკებას.

იმავდროულად, კოორდინაცია არ გამოიყენება - გამოცხადებულია ინტერფეისის „სწრაფი დაწყება“: 100ms-ზე ნაკლები ელექტრომომარაგებიდან მონაცემთა გაცვლის დაწყებამდე.

კიდევ ერთი ვარიანტი (სურვილისამებრ) არის გადაცემის ამპლიტუდის გაზრდა 1-დან 2.4 ვ-მდე, რათა გაუმჯობესდეს სიგნალი-ხმაურის თანაფარდობა, შემცირდეს შეცდომების რაოდენობა და დაუპირისპირდეს ინდუსტრიულ ჩარევას.

და, რა თქმა უნდა, EEE. ეს არის ელექტროენერგიის დაზოგვის საშუალება გადამცემის გამორთვით, თუ ამ მომენტში გადასაცემი მონაცემები არ არის. დიაგრამა გვიჩვენებს, როგორ გამოიყურება ეს:


მონაცემები არ არის - ვუგზავნით შეტყობინებას "წოლაში წავედი" და გათიშეთ. ხანდახან ვიღვიძებთ და ვუგზავნით შეტყობინებას "მე ისევ აქ ვარ". როდესაც მონაცემები გამოჩნდება, მოპირდაპირე მხარეს გაფრთხილებულია "მე ვიღვიძებ" და იწყება გადაცემა. ანუ მუდმივად მუშაობს მხოლოდ რესივერები.

ახლა ვნახოთ, რა მოუვიდათ სტანდარტის მეორე ვერსიას.

10BASE-T1S

უკვე ბოლო ასოდან ირკვევა, რომ ეს არის პროტოკოლი მოკლე დისტანციებზე. მაგრამ რატომ არის საჭირო, თუ T1L მუშაობს მოკლე დისტანციებზე? მახასიათებლების წაკითხვა:

• დიაპაზონი 15 მ-მდე წერტილიდან წერტილამდე რეჟიმში
• დუპლექსი ან ნახევრად დუპლექსი
• проводники 24-26AWG (0.2-0.13мм2)
• სიმბოლური მაჩვენებელი 12.5 მბაუდ
• DME, კოდირება 4B5B
• სიგნალი ამპლიტუდით 1V (1Vpp)
• 4-მდე შუალედური კონექტორი (და ორი ტერმინალის კონექტორი)
• არ არის EEE მხარდაჭერა

როგორც ჩანს, არაფერი განსაკუთრებული. მაშ რისთვის არის ეს? მაგრამ ამისთვის:

• დიაპაზონი 25 მ-მდე მრავალპუნქტიან რეჟიმში (8 კვანძამდე)

Და ეს:

• მუშაობის რეჟიმი შეჯახების თავიდან აცილებით PLCA RS (PHY-Level Collision Avoidance Reconciliation Sublayer)

და ეს ბევრად უფრო საინტერესოა, არა? იმიტომ რომ მნიშვნელოვნად ამცირებს სადენების რაოდენობას საკონტროლო კაბინეტებში, მანქანებში, რობოტებსა და მანქანებში. და უკვე არის წინადადებები, რომ გამოვიყენოთ ის, როგორც I2C-ის შემცვლელი სერვერებზე, კონცენტრატორებისა და სხვა ელექტრონიკაში.

მაგრამ მრავალპუნქტიან რეჟიმს აქვს თავისი ნაკლოვანებები. მთავარი არის მონაცემთა გადაცემის საერთო საშუალება. რა თქმა უნდა, შეჯახება წყდება CSMA/CD-ის გამოყენებით. მაგრამ რა შეფერხება იქნება, უცნობია. და ზოგიერთი აპლიკაციისთვის ეს კრიტიკულია. ამიტომ, ახალ სტანდარტში მრავალწერტილს დაემატა სპეციალური PLCA RS რეჟიმი (იხილეთ შემდეგი განყოფილება).

მეორე ნაკლი არის ის, რომ PoDL არ მუშაობს მრავალ წერტილში. ანუ ელექტროენერგიის მიწოდება მოუწევს ცალკე კაბელის მეშვეობით ან სადმე ადგილზე წაღება.

თუმცა, წერტილი-წერტილ რეჟიმში, PoDL ასევე მუშაობს T1S-ზე.

PLCA RS

ეს რეჟიმი მუშაობს შემდეგნაირად:

• კვანძები ანაწილებენ იდენტიფიკატორებს ერთმანეთში, ID=0 კვანძი ხდება კოორდინატორი
• კოორდინატორი გასცემს BEACON სიგნალს ქსელში, რომელიც მიუთითებს ახალი გადაცემის ციკლის დასაწყისზე და გადასცემს მის მონაცემთა პაკეტს
• მონაცემთა პაკეტის გადაცემის შემდეგ გადაცემის რიგი გადადის შემდეგ კვანძში
• თუ კვანძმა არ დაიწყო გადაცემა 20 ბიტის გადასაცემად საჭირო დროის განმავლობაში, რიგი გადადის შემდეგ კვანძში.
• როდესაც ყველა კვანძმა გადასცა მონაცემები (ან გამოტოვა თავისი რიგი), კოორდინატორი იწყებს ახალ ციკლს

ზოგადად, ის წააგავს TDMA-ს. მაგრამ იმ თავისებურებით, რომ კვანძი არ იყენებს თავის ვადებს, თუ მას არაფერი აქვს გადასაცემი. და ჩარჩოს ზომა არ არის მკაცრად განსაზღვრული, რადგან ... დამოკიდებულია კვანძის მიერ გადაცემული მონაცემთა პაკეტის ზომაზე. და ეს ყველაფერი მუშაობს სტანდარტული 802.3 Ethernet ჩარჩოების თავზე (PLCA RS არის სურვილისამებრ, ამიტომ უნდა არსებობდეს თავსებადობა).

PLCA-ს გამოყენების შედეგი ნაჩვენებია ქვემოთ გრაფიკებში. პირველი არის შეფერხება დატვირთვის მიხედვით, მეორე არის გამტარუნარიანობა, რომელიც დამოკიდებულია გადამცემი კვანძების რაოდენობაზე. აშკარად შესამჩნევია, რომ დაგვიანება ბევრად უფრო პროგნოზირებადი გახდა. და უარეს შემთხვევაში, ეს არის 2 ბრძანებით ნაკლები, ვიდრე ცუდ შემთხვევაში CSMA/CD:

და არხის სიმძლავრე PLCA-ს შემთხვევაში უფრო მაღალია, რადგან არ იხარჯება შეჯახების გადაჭრაზე:

კონექტორები

თავდაპირველად, ჩვენ შევარჩიეთ სხვადასხვა კომპანიის მიერ შემოთავაზებული 6 კონექტორის ვარიანტიდან. შედეგად, ჩვენ გადავწყვიტეთ ეს ორი ვარიანტი:

ნორმალური მუშაობის პირობებისთვის, არჩეულია CommScope-ის IEC 63171-1 LC კონექტორი.

მკაცრი გარემოსთვის – IEC 63171-6 (ყოფილი 61076-3-125) დამაკავშირებელი ოჯახი HARTING-ისგან. ეს კონექტორები შექმნილია IP20-დან IP67-მდე დაცვის ხარისხით.

რა თქმა უნდა, კონექტორები და კაბელები შეიძლება იყოს UTP ან STP.

სხვა

შეგიძლიათ გამოიყენოთ ჩვეულებრივი ოთხწყვილიანი Ethernet კაბელი, თითოეული წყვილის გამოყენებით ცალკე SPE არხისთვის. ისე, რომ არ გაიყვანოთ ოთხი ცალკეული კაბელი სადღაც მანძილზე. ან გამოიყენეთ ერთი წყვილი კაბელი და დააინსტალირეთ ერთწყვილიანი Ethernet გადამრთველი ბოლო ბოლოში.

ან შეგიძლიათ ეს გადამრთველი პირდაპირ დაუკავშიროთ საწარმოს ლოკალურ ქსელს, თუ ქსელი უკვე გაფართოვდა დიდ მანძილზე ოპტიკურ-ბოჭკოვანი სისტემის საშუალებით. ჩასვით მასში სენსორები და წაიკითხეთ მათგან წაკითხული აქ. პირდაპირ ქსელში. ინტერფეისის გადამყვანებისა და კარიბჭეების გარეშე.

და ეს სულაც არ უნდა იყოს სენსორები. შეიძლება იყოს ვიდეოკამერები, ინტერკომი ან ჭკვიანი ნათურები. ზოგიერთი სარქველის ან ტურნიკის დისკები შესასვლელთან.

ასე რომ, საინტერესო პერსპექტივები იხსნება. რა თქმა უნდა, ნაკლებად სავარაუდოა, რომ SPE ჩაანაცვლებს ყველა საველე ავტობუსს. მაგრამ ის მათგან სამართლიან ნაწილს მიიღებს. რა თქმა უნდა მანქანებში.

PS მე ვერ ვიპოვე სტანდარტის ტექსტი საჯარო დომენში. ზემოაღნიშნული ინფორმაცია ცალ-ცალკე შეგროვდა ინტერნეტში არსებული სხვადასხვა პრეზენტაციებიდან და მასალებიდან. ასე რომ, მასში შეიძლება იყოს უზუსტობები.

წყარო: www.habr.com