Më 5 shkurt të këtij viti u miratua një standard i ri për Ethernet me 10 megabit. Po, e lexuat saktë: dhjetë megabit në sekondë.
Për çfarë i nevojitet një shpërndarje aq e "vogël" në shekullin 21? Për të zëvendësuar atë gungë që e fsheh emri i gjerë "shina fushore" — Profibus, Modbus, CC-Link, CAN, FlexRay, HART, etj. Ka shumë dhe ato nuk janë të përputhshme me njëra-tjetrën dhe janë relativisht të komplikuara për t'u konfiguruar. E dëshirojmë thjesht të fusim një kabllë në ndërprerës, dhe mbaron. Ashtu si me Ethernet-in e zakonshëm.
Dhe së shpejti kjo do të bëhet e mundur! Njoftohuni me: "802.3cg-2019 — Standardi IEEE për Ethernet — Ndryshimi 5: Specifikimet e Shtresës Fizike dhe Parametrat e Menaxhimit për Operimin 10 Mb/s dhe Shpërndarjen e Energjisë përmes një Çifti të Balancuar të Dijetëve."
Çfarë e bën këtë Ethernet të ri kaq interesant? Para së gjithash – ai punon me një çift të vetëm, dhe jo me katër. Prandaj, ai ka më pak lidhje dhe kabuj më të hollë. Dhe mund të përdorni çiftin e balancuar të instaluar tashmë, që çon në sensorët dhe mekanizmat e ekzekutimit.
Mund të kundërshtoni se Ethernet punon deri në 100 metra, ndërsa sensorët janë të vendosur shumë më larg. E vërtetë, më parë kjo ka qenë një problem. Por 802.3cg punon në distancë deri në 1 km! Vetëm me një çift! Nuk është keq?
Në të vërtetë, është edhe më mirë: për këtë çift mund të ofrohet edhe energjia elektrike. Le ta fillojmë me këtë.
IEEE 802.3bu Energjia mbi Linjat e të Dhënave (PoDL)
Mendoj se shumë prej jush kanë dëgjuar për PoE (Energjia mbi Ethernet) dhe e dinë se për të transferuar energji nevojiten 2 çifte telash. Hyrja/dalja e energjisë është realizuar në piketat qendrore të transformatorëve të çdo çifti. Duke përdorur një çift, kjo nuk është e mundur. Prandaj, duhej bërë ndryshe. Si saktësisht – është e treguar në figurën më poshtë. Për shembull, është shtuar edhe PoE klasike.
Këtu:
PSE – pajisja që furnizon energjinë (burimi i energjisë)
PD – pajisja e fuçisë (pajisja në anën e largët, e cila konsumon elektricitet)
Fillimisht, 802.3bu kishte 10 klasë energjie:
Të tri gradi të tensionit të burimit janë të theksuara me ngjyrë: 12, 24 dhe 48V.
Të dhënat:
Vpse — tensioni i burimit të energjisë, V
Vpd min — tensioni minimal në PD, V
I max — rrjedha maksimale në linjë, A
Ppd max — fuqia maksimale e konsumuar nga PD, W
Me shfaqjen e protokollit 802.3cg janë shtuar edhe 6 klasë të tjera:
Sigurisht, me një diversitet të tillë, PSE dhe PD duhet të pajtohen për klasën e energjisë para se të jepet tensioni i plotë. Kjo bëhet me ndihmën e SCCP (Serial Communications Classification Protocol). Ky është një protokoll me shpejtësi të ulët (333 bit/s), i bazuar në 1-Wire. Ai funksionon vetëm kur në linjë nuk është aplikuar energjia kryesore (përfshirë në modalitetin gjumë).
Në diagramin e bllokut është treguar si kryhet furnizimi me energji:
- jepet një rrymë 10mA dhe kontrollohet prania e stabilitronit në 4V në fund
- kryhet pajtimi i klasës së energjisë
- aplikohet energjia kryesore
- nëse konsumimi është më pak se 10mA – aktivizohet modaliteti gjumë (aplikimi i energjisë në gatishmëri 3.3V)
- nëse konsumimi kalon 1mA – ndodhi dalja nga modaliteti gjumë
Pajtimi i klasës së energjisë nuk është e nevojshme të kryhet, nëse ai është i njohur paraprakisht. Ky variant quhet Fast Startup Mode. Përdoret, për shembull, në automjete, pasi atje nuk ka nevojë të ndryshohet konfigurimi i pajisjeve të lidhura.
Iniciimin e kalimit në modalitetin gjumë mund ta bëjë ose PSE, ose PD.
Tani do të kalojmë në përshkrimin e transferimit të të dhënave. Aty ka gjithashtu interes: në standard janë të definuar dy mënyra funksionimi – për distanca të gjata dhe për distanca të vogla.
10BASE-T1L
Ky është një variant për distanca të mëdha (long reach). Karakteristikat kryesore janë si më poshtë:
- distanca e veprimit – deri në 1 km
- dijet 18AWG (0.8mm2)
- deri në 10 ndezje ndërmjetëse (dhe dy përfundimtare)
- modaliteti i funksionimit pikë-në-pikë
- dupleks i plotë
- shpejtësia simbolike 7.5Mbod
- modulimi PAM-3, kodimi 4B3T
- sinjali me amplitudë 1V (1Vpp) ose 2.4V
- mbështetje për Ethernet Eficient Energjik (“quiet/refresh” EEE)
Evidentisht, ky variant është i destinuar për përdorim industrial, sisteme kontrolli akses, automatizimi i ndërtesave, ashensorëve. Për të menaxhuar chillers, kondicionarë, ventilatorë të vendosur në çati. Ose që ndodhen në ambiente teknike, sisteme ngrohjeje dhe pompa. Pra, ka shumë aplikime përveç industrisë. Pa përmendur internetin e gjërave (IoT).
Vlen të përmendet se 10BASE-T1 është vetëm një nga standartet e Single Pair Ethernet (SPE). Ka edhe 100BASE-T1 (802.3bw) dhe 1000BASE-T1 (802.3bp). E vërteta është se këto janë zhvilluar për aplikime në automjete, prandaj distanca aty është vetëm 15 metra (UTP) ose 40 metra (STP). Megjithatë, në planet janë edhe 100BASE-T1L me distancë më të gjatë. Pra, në të ardhmen do të shtohet negociimi automatik i shpejtësisë.
Deri tani negocimi nuk përdoret – është shpallur ‘fillimi i shpejtë’ i interfaces: më pak se 100ms nga furnizimi me energji deri në fillimin e shkëmbimit të të dhënave.
Një opsion tjetër (jo i detyrueshëm) është rritja e amplitudës së transmetimit nga 1 në 2.4V për të përmirësuar raportin sinjal/zënoise, reduktimin e numrit të gabimeve, dhe përballjen me ndërhyrjet industriale.
Natyrisht, EEE. Ky është një mënyrë për të kursyer energjinë elektrike duke çaktivizuar transmetuesin, nëse aktualisht nuk ka të dhëna për transmetim. Në diagram tregohet se si duket kjo:
Nuk ka të dhëna – dërgojmë një mesazh 'unë jam duke fjetur' dhe çaktivizohemi. Herë pas here zgjohemi dhe dërgojmë një mesazh 'unë jam ende këtu'. Kur shfaqen të dhëna, palës tjetër i jepet një paralajmërim 'po zgjohem' dhe fillon transmetimi. Pra, vetëm marrësit punojnë vazhdimisht.
Tani po shohim se çfarë kanë menduar për variantin e dytë të standardit.
10BASE-T1S
Që nga letra e fundit, është e qartë se ky është një protokoll për distanca të shkurtra (short reach). Por përse është e nevojshme, nëse për distanca të shkurtra dhe T1L funksionon? Le të shohim karakteristikat:
- distanca e veprimit deri në 15m në modalitetin pikë-pikë
- dupleks ose poludupleks
- dërrasat 24-26AWG (0.2-0.13mm²)
- shpejtësia simbolike 12.5Mbaud
- DME, kodimi 4B5B
- sinjali me amplitudë 1V (1Vpp)
- deri në 4 lidhje ndërmjetëse (dhe dy përfundimtare)
- nuk ka mbështetje për EEE
Nuk duket asgjë e veçantë. Atëherë përse është e nevojshme? Ja për këtë:
- distanca e veprimit deri në 25m në modalitetin multipoint (deri në 8 nyje)
Dhe për këtë:
- modaliteti i funksionimit me parandalimin e kolizionit PLCA RS (PHY-Level Collision Avoidance Reconciliation Sublayer)
Dhe kjo është shumë më interesante, apo jo? Sepse ndihmon ndjeshëm për të zvogëluar numrin e kabllove në armaturat e menaxhimit, makinat, robotët, automjetet. Dhe tashmë ka oferta për ta përdorur si zëvendësim për I2C në serverë, switch-e dhe elektronika të tjera.
Porë, mënyra multipoint ka disa disavantazhe. Njëra prej tyre është ambienti i përbashkët i transmetimit të të dhënave. Sigurisht, përplasje të tilla zgjidhen me anë të CSMA/CD. Por nuk dihet se çfarë vonese do të ketë. Dhe për disa aplikacione, kjo është kritik. Prandaj, në standardin e ri, mënyra multipoint është plotësuar me një modalitet të veçantë PLCA RS (shihni seksionin e ardhshëm).
Disavantazhi i dytë është se PoDL nuk funksionon në modalitetin multipoint. Kjo do të thotë se energjia duhet të sigurohet përmes një kablli të veçantë ose të merret nga ndonjë vend tjetër.
Megjithatë, në modalitetin pikë-pikë, PoDL funksionon edhe në T1S.
PLCA RS
Kjo modalitet funksionon si më poshtë:
- njësitë ndajnë identifikuesit, njësia me ID=0 bëhet koordinatori
- koordinatori lëshon në rrjet sinjalin BEACON, që nënkupton fillimin e një cikli të ri transmetimi dhe dërgon paketën e tij të dhënash
- pas dërgimit të paketës së të dhënave, radhës për transmetim kalon te njësia tjetër
- nëse brenda kohës së nevojshme për transmetimin e 20 bitëve njësia nuk ka filluar transmetimin, radhës kalon te njësia tjetër
- kur të gjitha njësitë kanë dërguar të dhënat (ose e kanë lënë radhën e tyre), koordinatori fillon një cikël të ri
Në përgjithësi, kjo ngjan me TDMA. Por me veçorinë se nyja nuk përdor kornizën e saj të kohës nëse nuk ka çfarë të transmetojë. Dhe përmasa e kornizës nuk është e përcaktuar strikte, pasi varet nga përmasa e paketës së të dhënave që transmetohet nga nyja. Të gjitha këto funksionojnë mbi kornizat standarde Ethernet 802.3 (PLCA RS nuk është i detyrueshëm, prandaj duhet të ketë përputhshmëri).
Rezultati i përdorimit të PLCA është më poshtë në grafikë. Grafiku i parë – vonesa në varësi të ngarkesës, grafiku i dytë – kapaciteti në varësi të numrit të nyjeve transmetuese. Ka shumë qartësi se vonesa është bërë shumë më e parashikueshme. Dhe në rastin më të keq, ajo është 2 rendi më e ulët se në rastin më të keq CSMA/CD:
Dhe kapaciteti i kanalit në rastin e PLCA është më i lartë, pasi nuk harxhohet në zgjidhjen e kolizionit:
Konektorizime
Fillimisht u zgjodhën nga 6 opsione konectimesh, të propozuara nga kompani të ndryshme. Si rezultat, u ndalua tek këto dy opsione:
Për kushte të zakonshme përdorimi u zgjodh konektori LC IEC 63171-1 i kompanisë CommScope.
Për kushte të ashpra përdorimi – familja e konektorëve IEC 63171-6 (ish 61076-3-125) e kompanisë HARTING. Këta konektorë janë të dizajnuar për nivele mbrojtjeje nga IP20 deri në IP67.
Sigurisht, lidhjet dhe kabllot mund të jenë si UTP ashtu edhe STP.
Të tjera
Mund të përdoren kabllo Ethernet të zakonshme me katër çifte, duke përdorur çdo çift për një kanal të veçantë SPE. Kështu, nuk është e nevojshme të tërheqësh katër kabllo të veçanta në distanca të mëdha. Ose të përdoret një kabllo njëçip, dhe në fundin e largët të vendoset një switch për Ethernet njëçip.
Gjithashtu, mund të lidhet ky switch direkt në rrjetin lokal të ndërmarrjes, nëse një rrjet fiber optik është tashmë tërhequr në distanca të mëdha. Ta lidhësh atje me sensorët, ndërsa të dhënat nga ata të shikohen këtu. Drejt për rrjetin. Pa konvertorë interfejsesh dhe porta.
Dhe nuk është domosdoshmërisht që të jenë vetëm sensorë. Mund të jenë kamera, domofona ose llamba "inteligjente". Pjesë të ndonjë ventili ose kontrollorët në hyrje.
Kështu që hapen perspektiva interesante. Sigurisht, SPE nuk do të zëvendësojë të gjitha autobarët e fushës. Por një copë e mirë do të marrë. Në automjete, absolutisht.
PS Nuk kam gjetur tekstin e standardit në dispozita të hapura. Informacioni i mësipërm është përmbledhur nga shumë prezantime dhe materiale të disponueshme në internet. Pra, në të mund të ketë pasaktësi.
Burimi: habr.com
