Joriy yilning 5 fevralida 10 Mbit Ethernet uchun yangi standart tasdiqlandi. Ha, siz to'g'ri o'qidingiz: soniyada o'n megabit.
Nima uchun XXI asrda bunday "kichik" tezlik kerak? "Dala avtobusi" sig'imli nomi ostida yashiringan hayvonot bog'ini almashtirish uchun - Profibus, Modbus, CC-Link, CAN, FlexRay, HART va boshqalar. Ularning soni juda ko'p, ular bir-biriga mos kelmaydi va ularni sozlash nisbatan qiyin. Lekin siz faqat kabelni kalitga ulashni xohlaysiz va bu hammasi. Oddiy Ethernet bilan bir xil.
Va tez orada bu mumkin bo'ladi! Tanishing: β802.3cg-2019 - Ethernet uchun IEEE standarti - 5-tuzatish: 10 Mb/s ishlashi va bir juft muvozanatli oβtkazgich orqali bogβlangan quvvat yetkazib berish uchun jismoniy qatlam spetsifikatsiyalari va boshqaruv parametrlariβ.
Ushbu yangi Ethernetning nimasi hayajonli? Avvalo, u to'rtdan ortiq emas, balki bitta buralgan juftlik ustida ishlaydi. Shuning uchun u kamroq ulagichlarga va ingichka kabellarga ega. Va siz sensorlar va aktuatorlarga o'tadigan allaqachon yotqizilgan o'ralgan juftlik kabelidan foydalanishingiz mumkin.
Ethernet 100 metrgacha ishlaydi, deb bahslashishingiz mumkin, ammo sensorlar ancha uzoqroqda joylashgan. Darhaqiqat, ilgari bu muammo edi. Ammo 802.3cg 1 km gacha bo'lgan masofada ishlaydi! Bir vaqtning o'zida bir juftlik! Yomon emas?
Aslida, bundan ham yaxshiroq: quvvatni bir xil juftlik orqali ham ta'minlash mumkin. Bu erda biz boshlaymiz.
IEEE 802.3bu Ma'lumot liniyalari orqali quvvat (PoDL)
O'ylaymanki, ko'plaringiz PoE (Power over Ethernet) haqida eshitgansiz va quvvatni uzatish uchun 2 juft sim kerakligini bilasiz. Quvvatni kiritish / chiqish har bir juftlik transformatorlarining o'rta nuqtalarida amalga oshiriladi. Buni bitta juftlik yordamida amalga oshirish mumkin emas. Shuning uchun biz buni boshqacha qilishimiz kerak edi. Quyidagi rasmda qanday aniq ko'rsatilgan. Masalan, klassik PoE ham qo'shilgan.
Bu erda:
PSE - quvvat manbai uskunalari (quvvat manbai)
PD - quvvatli qurilma (elektr energiyasini iste'mol qiladigan uzoq so'nggi qurilma)
Dastlab, 802.3bu 10 ta quvvat sinfiga ega edi:
Resurs kuchlanishining uchta an'anaviy gradatsiyasi rang bilan ta'kidlangan: 12, 24 va 48V.
Bu yerda:
Vpse - quvvat manbai kuchlanishi, V
Vpd min - PD dagi minimal kuchlanish, V
I max - chiziqdagi maksimal oqim, A
Ppd max - maksimal quvvat sarfi PD, Vt
802.3cg protokoli paydo bo'lishi bilan yana 6 ta sinf qo'shildi:
Albatta, bunday xilma-xillik bilan PSE va PD to'liq kuchlanishni qo'llashdan oldin quvvat sinfiga kelishib olishlari kerak. Bu SCCP (Serial Communications Classification Protocol) yordamida amalga oshiriladi. Bu 333-simga asoslangan past tezlikli protokol (1 bps). U faqat asosiy quvvat liniyaga berilmaganda ishlaydi (shu jumladan uyqu rejimida).
Blok diagrammasi quvvat qanday ta'minlanishini ko'rsatadi:
- 10mA oqim beriladi va bu uchida 4V zener diodining mavjudligi tekshiriladi.
- kuch klassi kelishilgan
- asosiy quvvat beriladi
- agar iste'mol 10mA dan pastga tushsa, uyqu rejimi yoqiladi (kutish rejimida quvvat manbai 3.3V)
- iste'mol 1mA dan oshsa, uyqu rejimidan chiqadi
Oziq-ovqat sinfi haqida oldindan ma'lum bo'lsa, kelishishning hojati yo'q. Ushbu parametr Fast Startup Mode deb ataladi. U, masalan, avtomobillarda ishlatiladi, chunki ulangan uskunaning konfiguratsiyasini o'zgartirishga hojat yo'q.
PSE ham, PD ham uyqu rejimini ishga tushirishi mumkin.
Endi ma'lumotlarni uzatish tavsifiga o'tamiz. U erda ham qiziq: standart ikkita ish rejimini belgilaydi - uzoq masofali va qisqa masofalar uchun.
10BASE-T1L
Bu uzoq masofali variant. Asosiy xususiyatlar quyidagilardan iborat:
- masofa - 1 km gacha
- Supero'tkazuvchilar 18AWG (0.8 mm2)
- 10 tagacha oraliq ulagichlar (va ikkita terminal ulagichlari)
- nuqtadan nuqtaga ish rejimi
- to'liq dupleks
- Belgilar tezligi 7.5 Mbaud
- PAM-3 modulyatsiyasi, 4B3T kodlash
- amplitudasi 1V (1Vpp) yoki 2.4V bo'lgan signal
- Energy Efficient Ethernet ("jim/yangilash" EEE) qo'llab-quvvatlashi
Shubhasiz, bu variant sanoat ilovalari, kirishni boshqarish tizimlari, binolarni avtomatlashtirish, liftlar uchun mo'ljallangan. Tomlarda joylashgan sovutgichlar, konditsionerlar va fanatlarni boshqarish uchun. Yoki isitish qozonlari va texnik xonalarda joylashgan nasoslar. Ya'ni, sanoatdan tashqari juda ko'p turli xil ilovalar mavjud. Narsalar Interneti (IoT) haqida gapirmasa ham bo'ladi.
Shuni ta'kidlash kerakki, 10BASE-T1 Single Pair Ethernet (SPE) standartlaridan faqat bittasi. Shuningdek, 100BASE-T1 (802.3bw) va 1000BASE-T1 (802.3bp) mavjud. To'g'ri, ular avtomobil ilovalari uchun ishlab chiqilgan, shuning uchun u erda diapazon atigi 15 (UTP) yoki 40 metr (STP) ni tashkil qiladi. Biroq, rejalar allaqachon uzoq masofali 100BASE-T1L ni o'z ichiga oladi. Shunday qilib, kelajakda ular tezlikni avtomatik muhokama qilishni qo'shadilar.
Shu bilan birga, muvofiqlashtirish ishlatilmaydi - interfeysning "tez ishga tushirilishi" e'lon qilinadi: quvvat manbaidan ma'lumotlar almashinuvi boshlanishigacha 100 ms dan kamroq.
Yana bir variant (ixtiyoriy) uzatish amplitudasini 1 dan 2.4 V gacha oshirish, signal-shovqin nisbatini yaxshilash, xatolar sonini kamaytirish va sanoat shovqinlariga qarshi turishdir.
Va, albatta, EEE. Bu, agar hozirda uzatish uchun ma'lumot bo'lmasa, transmitterni o'chirish orqali elektr energiyasini tejashning bir usuli. Diagramma bu qanday ko'rinishini ko'rsatadi:
Ma'lumot yo'q - biz "Men yotdim" xabarini yuboramiz va aloqani uzamiz. Vaqti-vaqti bilan biz uyg'onamiz va "Men hali ham shu yerdaman" degan xabarni yuboramiz. Ma'lumotlar paydo bo'lganda, qarama-qarshi tomon "Men uyg'onyapman" deb ogohlantiriladi va uzatish boshlanadi. Ya'ni, faqat qabul qiluvchilar doimiy ishlaydi.
Keling, ular standartning ikkinchi versiyasi bilan nimani o'ylab topishganini ko'rib chiqaylik.
10BASE-T1S
Oxirgi xatdan bu qisqa masofalar uchun protokol ekanligi aniq. Ammo T1L qisqa masofalarda ishlayotgan bo'lsa, nima uchun kerak? Xususiyatlarni o'qish:
- nuqtadan nuqtaga rejimida 15 m gacha masofa
- dupleks yoki yarim dupleks
- ΠΏΡΠΎΠ²ΠΎΠ΄Π½ΠΈΠΊΠΈ 24-26AWG (0.2-0.13ΠΌΠΌ2)
- Belgilar tezligi 12.5 Mbaud
- DME, kodlash 4B5B
- amplitudali signal 1V (1Vpp)
- 4 tagacha oraliq ulagichlar (va ikkita terminal ulagichlari)
- EEE qo'llab-quvvatlamaydi
Bu hech qanday maxsus narsaga o'xshamaydi. Xo'sh, u nima uchun? Ammo buning uchun:
- ko'p nuqtali rejimda 25 m gacha masofa (8 tugungacha)
Va bu:
- to'qnashuvdan qochish PLCA RS (PHY-Level Collision Avoidance Recoliation Sublayer) bilan ishlash rejimi
Va bu juda qiziqroq, shunday emasmi? Chunki boshqaruv kabinetlari, mashinalar, robotlar va avtomashinalardagi simlar sonini sezilarli darajada kamaytirishga yordam beradi. Va uni serverlar, kalitlar va boshqa elektronikalarda I2C o'rniga ishlatish bo'yicha takliflar allaqachon mavjud.
Ammo ko'p nuqtali rejim o'zining kamchiliklariga ega. Asosiysi, umumiy ma'lumotlarni uzatish vositasi. Albatta, to'qnashuvlar CSMA/CD yordamida hal qilinadi. Ammo kechikish nima bo'lishi noma'lum. Va ba'zi ilovalar uchun bu juda muhim. Shuning uchun, yangi standartda ko'p nuqta maxsus PLCA RS rejimi bilan to'ldirildi (keyingi bo'limga qarang).
Ikkinchi kamchilik shundaki, PoDL ko'p nuqtada ishlamaydi. Ya'ni, quvvatni alohida kabel orqali etkazib berish yoki saytning biron bir joyiga olib borish kerak bo'ladi.
Biroq, nuqtadan nuqta rejimida PoDL T1S da ishlaydi.
PLCA RS
Ushbu rejim quyidagicha ishlaydi:
- tugunlar identifikatorlarni o'zaro taqsimlaydi, ID=0 bo'lgan tugun koordinatorga aylanadi
- koordinator tarmoqqa yangi uzatish siklining boshlanishini ko'rsatuvchi BEACON signalini beradi va uning ma'lumotlar paketini uzatadi.
- ma'lumotlar paketini uzatgandan so'ng, uzatish navbati keyingi tugunga o'tadi
- agar tugun 20 bitni uzatish uchun zarur bo'lgan vaqt ichida uzatishni boshlamasa, navbat keyingi tugunga o'tadi
- barcha tugunlar ma'lumotlarni uzatganida (yoki o'z navbatini o'tkazib yuborganida), koordinator yangi tsiklni boshlaydi
Umuman olganda, u TDMA ga o'xshaydi. Ammo o'ziga xosligi bilan, agar u uzatish uchun hech narsa bo'lmasa, tugun o'z vaqt oralig'idan foydalanmaydi. Va ramka o'lchami qat'iy belgilanmagan, chunki ... tugun tomonidan uzatiladigan ma'lumotlar paketining hajmiga bog'liq. Va barchasi standart 802.3 Ethernet freymlari ustida ishlaydi (PLCA RS ixtiyoriy, shuning uchun moslik bo'lishi kerak).
PLCA dan foydalanish natijasi quyida grafiklarda ko'rsatilgan. Birinchisi, yukga bog'liq kechikish, ikkinchisi - uzatish tugunlari soniga qarab o'tkazish qobiliyati. Kechikish ancha oldindan aytish mumkin bo'lganligi aniq seziladi. Va eng yomon holatda, bu eng yomon holatda CSMA/CDga qaraganda 2 daraja kamroq:
Va PLCA holatida kanal sig'imi yuqori, chunki to'qnashuvlarni hal qilish uchun sarflanmaydi:
Ulagichlar
Dastlab, biz turli kompaniyalar tomonidan taqdim etilgan 6 ta konnektor variantini tanladik. Natijada, biz ushbu ikkita variantga qaror qildik:
Oddiy ish sharoitlari uchun CommScope ning IEC 63171-1 LC ulagichi tanlangan.
Qattiq muhitlar uchun - HARTINGdan IEC 63171-6 (sobiq 61076-3-125) ulagichlar oilasi. Ushbu ulagichlar IP20 dan IP67 gacha bo'lgan himoya darajalari uchun mo'ljallangan.
Albatta, ulagichlar va kabellar UTP yoki STP bo'lishi mumkin.
ΠΡΠΎΡΠ΅Π΅
Siz har bir juftlikni alohida SPE kanali uchun ishlatib, oddiy to'rt juftlik Ethernet kabelidan foydalanishingiz mumkin. To'rtta alohida kabelni uzoqroqqa tortmaslik uchun. Yoki bitta juftlik kabelidan foydalaning va eng oxirida bitta juftlik Ethernet kalitini o'rnating.
Yoki tarmoq optik tolalar orqali uzoq masofalarga uzatilgan bo'lsa, ushbu kalitni bevosita korxonaning mahalliy tarmog'iga ulashingiz mumkin. Datchiklarni u erga yopishtiring va ularning o'qishlarini bu erda o'qing. To'g'ridan-to'g'ri tarmoqda. Interfeys konvertorlari va shlyuzlarisiz.
Va bu sensorlar bo'lishi shart emas. Videokameralar, interkomlar yoki aqlli lampalar bo'lishi mumkin. Kirish joylarida ba'zi klapanlar yoki turniketlarning haydovchilari.
Shunday qilib, istiqbollar qiziqarli ochilmoqda. Albatta, SPE barcha dala avtobuslarini almashtirishi dargumon. Ammo u ulardan adolatli qismini oladi. Albatta, mashinalarda.
PS Men standart matnni jamoat mulki sifatida topa olmadim. Yuqoridagi ma'lumotlar Internetda mavjud bo'lgan turli taqdimotlar va materiallardan parcha-parcha to'plangan. Demak, unda noaniqliklar bo'lishi mumkin.
Manba: www.habr.com