🥇 ایتھرنیٹ کوارٹر: پرانی رفتار، نئے مواقع

اس سال 5 فروری کو، 10-Mbit ایتھرنیٹ کے لیے ایک نیا معیار منظور کیا گیا۔ ہاں، آپ نے صحیح پڑھا: دس میگا بٹس فی سیکنڈ۔

21ویں صدی میں اتنی "چھوٹی" رفتار کی ضرورت کیوں ہے؟ اس چڑیا گھر کو تبدیل کرنے کے لیے جو کافی نام "فیلڈ بس" کے نیچے چھپا ہوا ہے - Profibus, Modbus, CC-Link, CAN, FlexRay, HART, وغیرہ۔ ان میں سے بہت زیادہ ہیں، وہ ایک دوسرے سے مطابقت نہیں رکھتے اور ترتیب دینا نسبتاً مشکل ہے۔ لیکن آپ صرف کیبل کو سوئچ میں لگانا چاہتے ہیں، اور بس۔ باقاعدہ ایتھرنیٹ کی طرح۔

اور جلد ہی یہ ممکن ہو جائے گا! ملیں: "802.3cg-2019 - ایتھرنیٹ کے لیے IEEE اسٹینڈرڈ - ترمیم 5: 10 Mb/s آپریشن کے لیے فزیکل لیئر نردجیکرن اور انتظامی پیرامیٹرز اور کنڈکٹرز کے ایک متوازن جوڑے پر منسلک پاور ڈیلیوری۔"

اس نئے ایتھرنیٹ کے بارے میں کیا دلچسپ ہے؟ سب سے پہلے، یہ ایک بٹی ہوئی جوڑی پر کام کرتا ہے، نہ کہ چار سے زیادہ۔ لہذا، اس میں کم کنیکٹر اور پتلی کیبلز ہیں۔ اور آپ پہلے سے بچھائی ہوئی بٹی ہوئی جوڑی کیبل استعمال کر سکتے ہیں جو سینسرز اور ایکچیوٹرز پر جا رہی ہے۔

آپ بحث کر سکتے ہیں کہ ایتھرنیٹ 100 میٹر تک کام کرتا ہے، لیکن سینسر بہت آگے واقع ہیں۔ درحقیقت، یہ ایک مسئلہ ہوا کرتا تھا۔ لیکن 802.3cg 1 کلومیٹر کے فاصلے پر کام کرتا ہے! ایک وقت میں ایک جوڑا! برا نہیں ہے؟

درحقیقت، اس سے بھی بہتر: ایک ہی جوڑی کے ذریعے بجلی بھی فراہم کی جا سکتی ہے۔ وہیں سے ہم شروع کریں گے۔

IEEE 802.3bu پاور اوور ڈیٹا لائنز (PoDL)

میرے خیال میں آپ میں سے بہت سے لوگوں نے PoE (پاور اوور ایتھرنیٹ) کے بارے میں سنا ہے اور جانتے ہیں کہ بجلی کی ترسیل کے لیے تاروں کے 2 جوڑے درکار ہوتے ہیں۔ پاور ان پٹ/آؤٹ پٹ ہر جوڑے کے ٹرانسفارمرز کے درمیانی پوائنٹس پر بنایا جاتا ہے۔ یہ ایک جوڑے کا استعمال کرتے ہوئے نہیں کیا جا سکتا. لہذا، ہمیں اسے مختلف طریقے سے کرنا پڑا. نیچے دی گئی تصویر میں بالکل کیسے دکھایا گیا ہے۔ مثال کے طور پر، کلاسک PoE بھی شامل کیا گیا ہے۔

یہاں:
PSE - پاور سورسنگ کا سامان (بجلی کی فراہمی)
PD - طاقت سے چلنے والا آلہ (دور کے آخر میں آلہ جو بجلی استعمال کرتا ہے)

ابتدائی طور پر، 802.3bu میں 10 پاور کلاسز تھیں:

سورس وولٹیج کی تین روایتی گریڈیشنز رنگ میں نمایاں ہیں: 12، 24 اور 48V۔

عہدہ:
Vpse - پاور سپلائی وولٹیج، V
Vpd منٹ - PD، V پر کم از کم وولٹیج
I زیادہ سے زیادہ - لائن میں زیادہ سے زیادہ کرنٹ، A
پی پی ڈی میکس - زیادہ سے زیادہ بجلی کی کھپت PD، W

802.3cg پروٹوکول کی آمد کے ساتھ، مزید 6 کلاسیں شامل کی گئیں:

بلاشبہ، اس طرح کے تنوع کے ساتھ، PSE اور PD کو مکمل وولٹیج لگانے سے پہلے پاور کلاس پر متفق ہونا چاہیے۔ یہ SCCP (Serial Communications Classification Protocol) کا استعمال کرتے ہوئے کیا جاتا ہے۔ یہ 333-وائر پر مبنی کم رفتار پروٹوکول (1 bps) ہے۔ یہ صرف اس وقت کام کرتا ہے جب مین پاور لائن کو فراہم نہیں کی جاتی ہے (بشمول سلیپ موڈ میں)۔

بلاک ڈایاگرام سے پتہ چلتا ہے کہ بجلی کیسے فراہم کی جاتی ہے:

10mA کا کرنٹ فراہم کیا جاتا ہے اور اس کے آخر میں 4V زینر ڈائیوڈ کی موجودگی کو چیک کیا جاتا ہے۔
پاور کلاس پر اتفاق ہے۔
مین پاور فراہم کی جاتی ہے۔
اگر کھپت 10mA سے کم ہو جائے تو سلیپ موڈ فعال ہو جاتا ہے (اسٹینڈ بائی پاور 3.3V کی فراہمی)
اگر کھپت 1mA سے زیادہ ہو تو، نیند کا موڈ ختم ہو جاتا ہے۔

اگر پہلے سے معلوم ہو تو فوڈ کلاس پر متفق ہونے کی ضرورت نہیں ہے۔ اس آپشن کو فاسٹ اسٹارٹ اپ موڈ کہا جاتا ہے۔ یہ استعمال کیا جاتا ہے، مثال کے طور پر، کاروں میں، کیونکہ منسلک آلات کی ترتیب کو تبدیل کرنے کی ضرورت نہیں ہے۔

PSE اور PD دونوں ہی سلیپ موڈ شروع کر سکتے ہیں۔

اب آئیے ڈیٹا ٹرانسفر کی تفصیل کی طرف۔ یہ وہاں بھی دلچسپ ہے: معیاری دو آپریٹنگ طریقوں کی وضاحت کرتا ہے - لمبی رینج اور مختصر فاصلے کے لیے۔

10BASE-T1L

یہ ایک طویل رسائی کا اختیار ہے۔ اہم خصوصیات مندرجہ ذیل ہیں:

رینج - 1 کلومیٹر تک
کنڈکٹرز 18AWG (0.8mm2)
10 انٹرمیڈیٹ کنیکٹر تک (اور دو ٹرمینل کنیکٹر)
پوائنٹ ٹو پوائنٹ آپریٹنگ موڈ
مکمل ڈوپلیکس
علامت کی شرح 7.5 Mbaud
PAM-3 ماڈیولیشن، 4B3T انکوڈنگ
طول و عرض 1V (1Vpp) یا 2.4V کے ساتھ سگنل
انرجی ایفیشینٹ ایتھرنیٹ ("خاموش/ریفریش" EEE) سپورٹ

ظاہر ہے، یہ آپشن صنعتی ایپلی کیشنز، ایکسیس کنٹرول سسٹم، بلڈنگ آٹومیشن، ایلیویٹرز کے لیے ہے۔ چھتوں پر موجود چلرز، ایئر کنڈیشنرز اور پنکھوں کو کنٹرول کرنے کے لیے۔ یا ہیٹنگ بوائلر اور پمپ تکنیکی کمروں میں واقع ہیں۔ یعنی انڈسٹری کے علاوہ بہت سی مختلف ایپلی کیشنز ہیں۔ انٹرنیٹ آف تھنگز (IoT) کا ذکر نہ کرنا۔

یہ بات قابل ذکر ہے کہ 10BASE-T1 سنگل پیئر ایتھرنیٹ (SPE) معیارات میں سے صرف ایک ہے۔ 100BASE-T1 (802.3bw) اور 1000BASE-T1 (802.3bp) بھی ہیں۔ سچ ہے، وہ آٹوموٹو ایپلی کیشنز کے لیے تیار کیے گئے تھے، اس لیے وہاں کی حد صرف 15 (UTP) یا 40 میٹر (STP) ہے۔ تاہم، منصوبوں میں پہلے سے ہی ایک لمبی رینج 100BASE-T1L شامل ہے۔ لہذا مستقبل میں وہ رفتار کی خودکار بات چیت کا اضافہ کریں گے۔

اس دوران، کوآرڈینیشن کا استعمال نہیں کیا جاتا ہے - انٹرفیس کے "فوری آغاز" کا اعلان کیا جاتا ہے: پاور سپلائی سے ڈیٹا ایکسچینج کے آغاز تک 100ms سے کم۔

ایک اور آپشن (اختیاری) سگنل ٹو شور کے تناسب کو بہتر بنانے، غلطیوں کی تعداد کو کم کرنے، اور صنعتی مداخلت کا مقابلہ کرنے کے لیے ٹرانسمیشن کے طول و عرض کو 1 سے 2.4V تک بڑھانا ہے۔

اور، یقینا، EEE. اگر اس وقت منتقل کرنے کے لیے کوئی ڈیٹا نہیں ہے تو یہ ٹرانسمیٹر کو بند کر کے بجلی بچانے کا ایک طریقہ ہے۔ خاکہ دکھاتا ہے کہ یہ کیسا لگتا ہے:

کوئی ڈیٹا نہیں - ہم پیغام بھیجتے ہیں "میں بستر پر گیا" اور رابطہ منقطع کر دیا۔ کبھی کبھار ہم بیدار ہوتے ہیں اور پیغام بھیجتے ہیں "میں ابھی بھی یہاں ہوں"۔ جب ڈیٹا ظاہر ہوتا ہے، تو مخالف طرف کو الرٹ کیا جاتا ہے "میں جاگ رہا ہوں" اور ٹرانسمیشن شروع ہو جاتی ہے۔ یعنی صرف ریسیورز ہی مسلسل کام کر رہے ہیں۔

اب دیکھتے ہیں کہ وہ اسٹینڈرڈ کے دوسرے ورژن کے ساتھ کیا لے کر آئے ہیں۔

10BASE-T1S

پہلے ہی آخری خط سے یہ واضح ہے کہ یہ مختصر فاصلے کے لیے ایک پروٹوکول ہے۔ لیکن اگر T1L مختصر فاصلے پر کام کرتا ہے تو اس کی ضرورت کیوں ہے؟ خصوصیات پڑھنا:

پوائنٹ ٹو پوائنٹ موڈ میں 15m تک کی حد
ڈوپلیکس یا ہاف ڈوپلیکس
проводники 24-26AWG (0.2-0.13мм2)
علامت کی شرح 12.5 Mbaud
DME، کوڈنگ 4B5B
طول و عرض 1V (1Vpp) کے ساتھ سگنل
4 انٹرمیڈیٹ کنیکٹر تک (اور دو ٹرمینل کنیکٹر)
کوئی EEE سپورٹ نہیں ہے۔

ایسا لگتا ہے کہ کچھ خاص نہیں ہے۔ تو یہ کس لیے ہے؟ لیکن اس کے لیے:

ملٹی پوائنٹ موڈ میں 25m تک کی حد (8 ناٹس تک)

اور یہ:

تصادم سے بچاؤ کے ساتھ آپریٹنگ موڈ PLCA RS (PHY-Level Collision Avoidance Reconciliation Sublayer)

اور یہ بہت زیادہ دلچسپ ہے، ہے نا؟ کیونکہ کنٹرول کیبنٹ، مشینوں، روبوٹس اور کاروں میں تاروں کی تعداد کو بہت کم کرنے میں مدد کرتا ہے۔ اور پہلے سے ہی سرورز، سوئچز اور دیگر الیکٹرانکس میں اسے I2C کے متبادل کے طور پر استعمال کرنے کی تجاویز موجود ہیں۔

لیکن ملٹی پوائنٹ موڈ میں اس کی خرابیاں ہیں۔ اہم ایک مشترکہ ڈیٹا ٹرانسمیشن میڈیم ہے۔ بلاشبہ، تصادم کو CSMA/CD کا استعمال کرتے ہوئے حل کیا جاتا ہے۔ لیکن یہ معلوم نہیں ہے کہ تاخیر کیا ہوگی۔ اور کچھ ایپلی کیشنز کے لیے یہ اہم ہے۔ لہذا، نئے معیار میں، ملٹی پوائنٹ کو ایک خصوصی PLCA RS موڈ کے ساتھ ضمیمہ کیا گیا تھا (اگلا حصہ دیکھیں)۔

دوسری خرابی یہ ہے کہ PoDL ملٹی پوائنٹ میں کام نہیں کرتا ہے۔ یعنی بجلی کو الگ کیبل کے ذریعے سپلائی کرنا پڑے گا یا سائٹ پر کہیں لے جانا پڑے گا۔

تاہم، پوائنٹ ٹو پوائنٹ موڈ میں، PoDL T1S پر بھی کام کرتا ہے۔

PLCA RS

یہ موڈ مندرجہ ذیل کام کرتا ہے:

نوڈس شناخت کنندگان کو آپس میں تقسیم کرتے ہیں، ID=0 والا نوڈ کوآرڈینیٹر بن جاتا ہے۔
کوآرڈینیٹر نیٹ ورک کو بیکن سگنل جاری کرتا ہے، جو ایک نئے ٹرانسمیشن سائیکل کے آغاز کی نشاندہی کرتا ہے اور اس کے ڈیٹا پیکٹ کو منتقل کرتا ہے۔
ڈیٹا پیکٹ کو منتقل کرنے کے بعد، ٹرانسمیشن قطار اگلے نوڈ پر چلی جاتی ہے۔
اگر نوڈ نے 20 بٹس کو منتقل کرنے کے لیے درکار وقت کے اندر ترسیل شروع نہیں کی ہے، تو قطار اگلے نوڈ پر چلی جاتی ہے۔
جب تمام نوڈس ڈیٹا منتقل کرتے ہیں (یا اپنی باری چھوڑ دیتے ہیں)، کوآرڈینیٹر ایک نیا سائیکل شروع کرتا ہے۔

عام طور پر یہ TDMA سے مشابہت رکھتا ہے۔ لیکن اس خاصیت کے ساتھ کہ نوڈ اپنا ٹائم فریم استعمال نہیں کرتا ہے اگر اس کے پاس منتقل کرنے کے لیے کچھ نہیں ہے۔ اور فریم کا سائز سختی سے بیان نہیں کیا گیا ہے، کیونکہ... نوڈ کے ذریعہ منتقل کردہ ڈیٹا پیکٹ کے سائز پر منحصر ہے۔ اور یہ سب معیاری 802.3 ایتھرنیٹ فریموں کے اوپر چلتا ہے (PLCA RS اختیاری ہے، اس لیے مطابقت ہونی چاہیے)۔

PLCA استعمال کرنے کا نتیجہ نیچے گراف میں دکھایا گیا ہے۔ پہلا بوجھ کے لحاظ سے تاخیر ہے، دوسرا ٹرانسمٹنگ نوڈس کی تعداد کے لحاظ سے تھرو پٹ ہے۔ یہ واضح طور پر قابل توجہ ہے کہ تاخیر بہت زیادہ متوقع ہو گئی ہے۔ اور بدترین صورت میں یہ CSMA/CD بدترین کیس کے مقابلے میں 2 آرڈرز کم ہے:

اور PLCA کے معاملے میں چینل کی گنجائش زیادہ ہے، کیونکہ تصادم کو حل کرنے پر خرچ نہیں کیا جاتا ہے:

رابط کرنے والے

ابتدائی طور پر، ہم نے مختلف کمپنیوں کے ذریعہ پیش کردہ 6 کنیکٹر اختیارات میں سے انتخاب کیا۔ نتیجے کے طور پر، ہم نے ان دو اختیارات پر اتفاق کیا:

عام آپریٹنگ حالات کے لیے، CommScope کے IEC 63171-1 LC کنیکٹر کو منتخب کیا گیا تھا۔

سخت ماحول کے لیے – ہارٹنگ سے IEC 63171-6 (سابقہ 61076-3-125) کنیکٹر فیملی۔ یہ کنیکٹر IP20 سے IP67 کے تحفظ کے لیے بنائے گئے ہیں۔

یقینا، کنیکٹر اور کیبلز یا تو UTP یا STP ہو سکتے ہیں۔

دیگر

آپ باقاعدہ چار جوڑی والی ایتھرنیٹ کیبل استعمال کر سکتے ہیں، ہر جوڑے کو علیحدہ SPE چینل کے لیے استعمال کر سکتے ہیں۔ تاکہ کہیں فاصلے پر چار الگ الگ کیبلز نہ کھینچیں۔ یا سنگل پیئر کیبل استعمال کریں، اور دور کے آخر میں سنگل پیئر ایتھرنیٹ سوئچ انسٹال کریں۔

یا آپ اس سوئچ کو براہ راست انٹرپرائز کے مقامی نیٹ ورک سے جوڑ سکتے ہیں، اگر کسی نیٹ ورک کو پہلے ہی فائبر آپٹکس کے ذریعے طویل فاصلے تک بڑھا دیا گیا ہو۔ اس میں سینسر لگائیں، اور ان سے ریڈنگ یہاں پڑھیں۔ براہ راست نیٹ ورک پر۔ انٹرفیس کنورٹرز اور گیٹ ویز کے بغیر۔

اور ضروری نہیں کہ یہ سینسر ہوں۔ ویڈیو کیمرے، انٹرکام یا سمارٹ لائٹ بلب ہو سکتے ہیں۔ داخلی راستوں پر کچھ والوز یا ٹرن اسٹائلز کی ڈرائیوز۔

تو امکانات دلچسپ کھل رہے ہیں۔ اس بات کا امکان نہیں ہے کہ SPE تمام فیلڈ بسوں کی جگہ لے لے گا۔ لیکن وہ ان میں سے کافی حصہ لے گا۔ یقیناً کاروں میں۔

PS مجھے عوامی ڈومین میں معیار کا متن نہیں ملا۔ مندرجہ بالا معلومات انٹرنیٹ پر دستیاب مختلف پریزنٹیشنز اور مواد سے ٹکڑے ٹکڑے کر کے جمع کی گئیں۔ تو اس میں غلطیاں ہو سکتی ہیں۔

ماخذ: www.habr.com

ایتھرنیٹ کوارٹر: پرانی رفتار، نئے مواقع