今年 5 月 10 日，XNUMX Mbit 乙太網路新標準獲得批准。 是的，您沒有看錯：每秒十兆位元。
為什麼21世紀需要這麼「小」的速度？ 取代隱藏在「現場匯流排」這個廣泛名稱下的動物園——Profibus、Modbus、CC-Link、CAN、FlexRay、HART 等。 它們數量太多，互相不相容，配置起來也比較困難。 但您只需將電纜插入交換器即可。 與常規乙太網路相同。
很快這將成為可能！ 滿足：“802.3cg-2019 - IEEE 乙太網路標準 - 修正案 5：透過單對平衡導體進行 10 Mb/s 操作和相關電力傳輸的物理層規範和管理參數。”
這個新的乙太網路有什麼令人興奮的地方？ 首先，它適用於一條雙絞線，而不是四根雙絞線。 因此，它的連接器更少，電纜更細。 您可以使用已鋪設的雙絞線電纜連接感測器和執行器。
您可能會說乙太網路的工作距離可達 100 米，但感測器的位置要遠得多。 確實，這曾經是一個問題。 但 802.3cg 的工作距離可達 1 公里！ 一次一對！ 不錯？
事實上，更好的是：還可以透過同一對電源供電。 這就是我們要開始的地方。
IEEE 802.3bu 數據線供電 (PoDL)
我想你們很多人都聽說過 PoE（以太網供電）並且知道需要 2 對電線來傳輸電力。 電源輸入/輸出在每對變壓器的中點進行。 使用一對無法完成此操作。 因此，我們必須採取不同的做法。 具體如何如下圖。 例如，還添加了經典的 PoE。
在這裡：
PSE－電源設備（電源）
PD – 受電設備（消耗電力的遠端設備）
最初，802.3bu 有 10 個功率等級：
電源電壓的三種傳統等級以顏色突出顯示：12、24 和 48V。
注：
Vpse — 電源電壓，V
Vpd min - PD 上的最小電壓，V
I max — 線路中的最大電流，A
Ppd max — 最大功耗 PD，W
隨著 802.3cg 協定的出現，又增加了 6 個類別：
當然，由於存在這種多樣性，PSE 和 PD 在施加全電壓之前必須就功率等級達成一致。 這是使用 SCCP（串行通訊分類協定）完成的。 這是一種基於 333-Wire 的低速協定 (1 bps)。 它僅在主電源未提供給線路時（包括在睡眠模式下）工作。
此框圖顯示如何供電：
- 提供 10mA 的電流，並檢查該端是否存在 4V 齊納二極體
- 功率等級已商定
- 主電源已供電
- 如果消耗低於10mA，則啟動睡眠模式（提供備用電源3.3V）
- 如果消耗超過1mA，則退出睡眠模式
如果提前知道，則無需就食品類別達成一致。 此選項稱為快速啟動模式。 例如，它被用在汽車上，因為無需更改所連接設備的配置。
PSE 和 PD 都可以啟動睡眠模式。
現在讓我們繼續描述資料傳輸。 這也很有趣：該標準定義了兩種操作模式—遠端和短距離。
10BASE-T1L
這是一個長距離的選擇。 主要特點如下：
- 範圍 – 長達 1 公里
- 導體 18AWG (0.8mm2)
- 最多 10 個中間連接器（以及兩個端子連接器）
- 點對點操作模式
- 全雙工
- 符號率 7.5 Mbaud
- PAM-3調製，4B3T編碼
- 幅度為 1V (1Vpp) 或 2.4V 的訊號
- 節能乙太網路（“安靜/刷新”EEE）支持
顯然，此選項適用於工業應用、門禁系統、樓宇自動化、電梯。 用於控制位於屋頂的冷卻器、空調和風扇。 或位於技術室的加熱鍋爐和幫浦。 也就是說，除了工業之外，還有很多不同的應用。 更不用說物聯網（IoT）了。
值得一提的是，10BASE-T1只是單對乙太網路（SPE）標準之一。 還有 100BASE-T1 (802.3bw) 和 1000BASE-T1 (802.3bp)。 誠然，它們是為汽車應用而開發的，因此範圍只有 15 公尺 (UTP) 或 40 公尺 (STP)。 然而，計劃中已經包括遠端 100BASE-T1L。 所以將來他們會增加速度的自動協商。
同時，不使用協調－聲明介面的「快速啟動」：從供電到開始資料交換的時間不到100ms。
另一種選擇（可選）是將傳輸幅度從1V提高到2.4V，以提高訊號雜訊比、減少錯誤數量並抵消工業幹擾。
當然還有EEE。 這是一種節省電力的方法，如果此時沒有資料要傳輸，則關閉發射器。 該圖顯示了它的樣子：
沒有數據 - 我們發送訊息“我去睡覺了”並斷開連接。 有時我們醒來並發送訊息“我還在這裡”。 當資料出現時，對方會收到「我醒了」的提示，並開始傳輸。 也就是說，只有接收器在持續運作。
現在讓我們看看他們在第二版標準中提出了什麼。
10BASE-T1S
從上一封信中可以清楚看出，這是一個短距離協議。 但如果 T1L 可以在短距離內工作，為什麼還需要它呢？ 閱讀特色：
- 點對點模式下範圍可達 15m
- 雙工或半雙工
- проводники 24-26AWG (0.2-0.13мм2)
- 符號率 12.5 Mbaud
- DME，編碼 4B5B
- 幅度為 1V (1Vpp) 的訊號
- 最多 4 個中間連接器（和兩個端子連接器）
- 沒有 EEE 支持
好像沒什麼特別的。 那它是做什麼用的呢？ 但為此：
- 多點模式下航程可達 25m（最高 8 節）
和這個：
- 衝突避免的操作模式 PLCA RS（PHY 等級衝突避免協調子層）
這更有趣，不是嗎？ 因為有助於大幅減少控制櫃、機器、機器人和汽車中的電線數量。 並且已經有人建議在伺服器、交換器和其他電子產品中使用它來取代 I2C。
但多點模式也有其缺點。 主要的是共享資料傳輸介質。 當然，衝突是使用 CSMA/CD 解決的。 但目前尚不清楚延遲時間會是多少。 對於某些應用程式來說，這是至關重要的。 因此，在新標準中，多點補充了特殊的PLCA RS模式（見下一節）。
第二個缺點是 PoDL 不適用於多點。 也就是說，電力必須透過單獨的電纜供電或在現場某處取得。
但是，在點對點模式下，PoDL 也可以在 T1S 上運作。
PLCARS
此模式的工作原理如下：
- 節點之間分配標識符，ID=0的節點成為協調者
- 協調器向網路發出 BEACON 訊號，指示新傳輸週期的開始並傳輸其資料包
- 發送完一個資料包後，發送隊列移動到下一個節點
- 如果該節點在傳輸 20 位元所需的時間內尚未開始傳輸，則佇列移至下一個節點
- 當所有節點都傳輸資料（或跳過它們的輪次）時，協調器開始新的週期
一般來說，它類似於 TDMA。 但其特點是，如果節點沒有任何內容可傳輸，則不會使用其時間幀。 且框架尺寸沒有嚴格定義，因為...... 取決於節點傳輸的資料包的大小。 它全部運行在標準 802.3 乙太網路幀之上（PLCA RS 是可選的，因此應該具有相容性）。
使用 PLCA 的結果如下圖所示。 第一個是取決於負載的延遲，第二個是取決於傳輸節點數量的吞吐量。 很明顯，延遲變得更加可預測。 在最壞的情況下，它比最糟的情況下 CSMA/CD 低 2 個數量級：
且PLCA情況下的通道容量更高，因為沒有花在解決衝突上：
連接器
最初，我們從不同公司提供的 6 個連接器選項中進行選擇。 結果，我們選擇了這兩個選項：
對於正常操作條件，選擇康普的 IEC 63171-1 LC 連接器。
適用於惡劣環境 - HARTING 的 IEC 63171-6（以前稱為 61076-3-125）連接器系列。 這些連接器的防護等級設計為 IP20 至 IP67。
當然，連接器和電纜可以是 UTP 或 STP。
其他
您可以使用常規的四對乙太網路電纜，每對用於單獨的 SPE 通道。 以免將四條獨立的電纜拉到遠處的某個地方。 或使用單對電纜，並在遠端安裝單對乙太網路交換器。
或者，如果網路已經透過光纖長距離延伸，您可以將此交換器直接連接到企業的本地網路。 將感測器插入其中，然後從此處讀取讀數。 直接在網路上。 無需介面轉換器和網關。
這些不一定是感測器。 可能有攝影機、對講機或智慧燈泡。 入口處一些閥門或十字轉門的驅動裝置。
因此，前景很有趣。 當然，SPE 不太可能取代所有現場匯流排。 但他會從他們身上拿走相當大的一部分。 當然是在汽車裡。
PS 我沒有在公共領域找到該標準的文本。 上述資訊是從網路上提供的各種演示和資料中逐條收集的。 所以裡面可能有不準確的地方。
來源： www.habr.com