Get best of the week

إيثرنت الرباعية: السرعة القديمة ، ميزات جديدة


في 5 فبراير من هذا العام ، تمت الموافقة على معيار جديد لـ 10 ميجابت إيثرنت. نعم ، قرأتها بشكل صحيح: عشرة ميغابت في الثانية.

لماذا هذه السرعة "الصغيرة" مطلوبة في القرن الحادي والعشرين؟ لاستبدال حديقة الحيوانات ، التي تختبئ تحت اسم "الحافلة الميدانية" - Profibus ، Modbus ، CC-Link ، CAN ، FlexRay ، HART ، إلخ. هناك الكثير منها ، وهي غير متوافقة مع بعضها البعض وصعبة التكوين نسبيًا. وتريد فقط توصيل الكابل بالمفتاح ، وهذا كل شيء. كما هو الحال مع Ethernet العادية.

وقريبا سيكون من الممكن! Meet: "802.3cg-2019 - معيار IEEE لشبكة إيثرنت - التعديل 5: مواصفات الطبقة المادية ومعلمات الإدارة للتشغيل بسرعة 10 ميجابت / ثانية وتوصيل الطاقة المصاحبة عبر زوج واحد من الموصلات المتوازنة."

ما الذي يجعل هذه الإيثرنت الجديدة مثيرة للاهتمام؟ بادئ ذي بدء ، يعمل على زوج واحد ملتوي ، وليس أربعة. لذلك ، يحتوي على عدد أقل من الموصلات وكابلات أرفع. ويمكنك استخدام الزوج الملتوي الموجود بالفعل ، والذهاب إلى أجهزة الاستشعار والمشغلات.

قد تجادل في أن Ethernet تعمل حتى 100 متر وأن أجهزة الاستشعار بعيدة جدًا. في الواقع ، كان هذا يمثل مشكلة. لكن 802.3cg يعمل على مسافة 1 كم! زوج واحد! ليس سيئا؟

في الواقع ، إنه أفضل: يمكن أيضًا توفير مصدر طاقة لنفس الزوج. لنبدأ معه.

IEEE 802.3bu طاقة عبر خطوط البيانات (PoDL)


أعتقد أن العديد منكم قد سمعوا عن PoE (الطاقة عبر الإيثرنت) ويعلمون أن هناك حاجة إلى زوجين من الأسلاك لنقل الطاقة. يتم إدخال / إخراج الطاقة عند نقاط المنتصف لكل زوج من المحولات. استخدام زوج واحد أمر مستحيل. لذلك ، كان علي أن أفعل ذلك بشكل مختلف. كيف بالضبط - موضح في الشكل أدناه. على سبيل المثال ، تمت إضافة PoE الكلاسيكية.



هنا:
PSE - معدات مصادر الطاقة (مصدر الطاقة)
جهاز يعمل بالطاقة PD (جهاز بعيد يستهلك الكهرباء) في

البداية ، كان 802.3bu يحتوي على 10 فئات من إمدادات الطاقة:



تم تمييز ثلاثة تدرجات مشروطة لجهد المصدر بالألوان: 12 و 24 و 48 فولت.

التعيينات:
V pse - جهد إمداد الطاقة ،
V V pdmin هي الحد الأدنى للجهد لكل PD ، V
I max هو الحد الأقصى للتيار في الخط ، A
P pd max هو الحد الأقصى لاستهلاك الطاقة لـ PD ، W

مع ظهور بروتوكول 802.3cg ، تمت إضافة 6 فئات أخرى:



بالطبع ، مع هذا التنوع ، يجب أن يوافق PSE و PD على فئة الطاقة قبل تطبيق الجهد الكامل. يتم ذلك باستخدام SCCP (بروتوكول تصنيف الاتصالات التسلسلية). هذا بروتوكول منخفض السرعة (333 بت في الثانية) يعتمد على سلك واحد. يعمل فقط عندما لا يتم توصيل الطاقة الرئيسية إلى الخط (بما في ذلك في وضع السكون).

يوضح المخطط الانسيابي كيفية توفير الطاقة:

  • يتم تطبيق تيار 10mA ويتم فحص وجود دايود زينر 4V في الطرف الآخر
  • الموافقة على فئة الغذاء
  • يتم تقديم الوجبة الرئيسية
  • إذا انخفض الاستهلاك إلى أقل من 10 مللي أمبير - يتم تنشيط وضع السكون (إمداد الطاقة الاحتياطية 3.3 فولت)
  • إذا تجاوز الاستهلاك 1 مللي أمبير - يحدث التنبيه



يمكن حذف تنسيق فئة الطعام إذا كان معروفًا مسبقًا. يسمى هذا الخيار وضع بدء التشغيل السريع. يتم استخدامه ، على سبيل المثال ، في السيارات ، مثل ليست هناك حاجة لتغيير تكوين الجهاز المتصل.

يمكن لكل من PSE و PD بدء السبات.

الآن دعنا ننتقل إلى وصف نقل البيانات. ومن المثير للاهتمام هناك أيضًا: يحدد المعيار وضعين للتشغيل - بعيد المدى وللمسافات الصغيرة.

10BASE-T1L


هذا خيار لمدى طويل. الميزات الرئيسية هي كما يلي:

  • نطاق العمل - ما يصل إلى 1 كم
  • 18 موصل يو إس جي (0.8 مم 2 )
  • حتى 10 موصلات وسيطة (وطرفين)
  • -
  • 7.5
  • PAM-3, 4B3T
  • 1 (1Vpp) 2.4
  • Energy Efficient Ethernet (“quiet/refresh” EEE)

من الواضح أن هذا الخيار مخصص للاستخدام الصناعي وأنظمة التحكم في الوصول وأتمتة المباني والمصاعد. للتحكم في المبردات ومكيفات الهواء والمراوح. أو تقع في الغرف التقنية لتسخين الغلايات والمضخات. أي الكثير من التطبيقات إلى جانب الصناعة. ناهيك عن إنترنت الأشياء (IoT).

ومن الجدير بالذكر أن 10BASE-T1 ليست سوى أحد معايير إيثرنت أحادية الزوج (SPE). هناك أيضًا 100BASE-T1 (802.3bw) و 1000BASE-T1 (802.3bp). صحيح ، لقد تم تطويرها لتطبيقات السيارات ، لذلك هناك مجموعة من 15 (UTP) أو 40 مترًا فقط (STP). ومع ذلك ، فإن الخطط تحتوي بالفعل على 100BASE-T1L طويلة المدى. لذا في المستقبل ، سيتم إضافة التفاوض التلقائي للسرعة.

في هذه الأثناء ، لا يتم استخدام التنسيق - يتم الإعلان عن "البدء السريع" للواجهة: أقل من 100 مللي ثانية من مصدر الطاقة إلى بداية تبادل البيانات.

خيار آخر (اختياري) هو زيادة سعة الإرسال من 1 إلى 2.4 فولت لتحسين نسبة الإشارة إلى الضوضاء ، وتقليل عدد الأخطاء ، وإبطال التداخل الصناعي.

حسنا ، بالطبع ، EEE. هذه طريقة لتوفير الكهرباء عن طريق إيقاف تشغيل جهاز الإرسال إذا لم يكن هناك حاليًا بيانات لإرسالها. يوضح الرسم البياني كيف يبدو:


لا توجد بيانات - أرسل الرسالة "ذهبت إلى الفراش" وقم بإيقاف تشغيله. نحن نستيقظ من وقت لآخر ونرسل رسالة "ما زلت هنا". عندما تظهر البيانات ، يتم إصدار التحذير "I wake up" إلى الجانب المقابل ويبدأ الإرسال. أي أن المستقبلات فقط تعمل باستمرار.

الآن دعونا نرى ما جاء بالإصدار الثاني من المعيار.

10BASE-T1S


بالفعل الحرف الأخير يوضح أن هذا بروتوكول لمسافات قصيرة (مسافة قصيرة). ولكن لماذا تكون هناك حاجة إذا كانت T1L تعمل أيضًا على مسافات قصيرة؟ نقرأ الخصائص:

  • مدى يصل إلى 15 مترًا في وضع من نقطة إلى نقطة
  • مزدوج أو نصف مزدوج
  • 24-26AWG الموصلات (0.2-0.13mm 2 )
  • معدل الرمز 12.5Mbaud
  • تشفير DME 4B5B
  • إشارة بسعة 1V (1Vpp)
  • ما يصل إلى 4 موصلات وسيطة (وطرفين)
  • لا يوجد دعم EEE

يبدو أنه لا يوجد شيء خاص. إذن ما هو؟ ولكن لهذا:

  • مدى يصل إلى 25 م في وضع متعدد النقاط (حتى 8 عقدة)

وهذا:

  • طريقة عمل PLCA RS (طبقة فرعية لتسوية تفادي التصادم على مستوى PHY)

وهذا بالفعل أكثر إثارة للاهتمام ، أليس كذلك؟ لان يساعد على تقليل عدد الأسلاك في خزائن التحكم والآلات والروبوتات والسيارات. وهناك بالفعل اقتراحات لاستخدامه كبديل لـ I2C في الخوادم والمفاتيح والأجهزة الإلكترونية الأخرى.



لكن وضع النقاط المتعددة له عيوب. الرئيسي هو وسيط نقل البيانات المشتركة. بالطبع ، يتم حل التصادمات باستخدام CSMA / CD. ولكن من غير المعروف ما هو التأخير. وبالنسبة لبعض التطبيقات ، يعد هذا أمرًا بالغ الأهمية. لذلك ، في المعيار الجديد ، تم استكمال النقاط المتعددة بوضع PLCA RS خاص (انظر القسم التالي).

العيب الثاني هو أن PoDL لا يعمل في عدة نقاط. أي أنه يتعين عليك توفير الطاقة عبر كابل منفصل أو اصطحابها إلى مكان ما على الفور.

ومع ذلك ، في الوضع من نقطة إلى نقطة ، يعمل PoDL أيضًا على T1S.

PLCA RS


يعمل هذا الوضع على النحو التالي:

  • , ID=0
  • BEACON signal,
  • , 20 ,
  • ( ),

بشكل عام ، يشبه TDMA. ولكن مع خصوصية أن العقدة لا تستخدم إطارها الزمني إذا لم يكن لديها ما ترسله. وحجم الإطار ليس من الصعب ، لأنه يعتمد على حجم حزمة البيانات المرسلة بواسطة العقدة. وكل هذا يعمل على أعلى إطارات Ethernet 802.3 القياسية (PLCA RS اختياري ، لذلك يجب أن يكون هناك توافق).

نتيجة استخدام PLCA في أسفل الرسوم البيانية. الأول هو التأخير اعتمادًا على الحمل ، والثاني هو عرض النطاق الترددي اعتمادًا على عدد عقد الإرسال. ومن الواضح أن التأخير أصبح أكثر قابلية للتنبؤ به. وهي في أسوأ الحالات



حجمتان أصغر حجماً من الحجم في أسوأ الحالات CSMA / CD: وسعة القناة في حالة PLCA أعلى ، لأن لا تنفق على حل الاصطدامات:



موصلات


في البداية ، اخترنا من بين 6 خيارات للموصلات التي تقدمها الشركات المختلفة. نتيجة لذلك ،



استقرنا على هذين الخيارين: بالنسبة لظروف التشغيل العادية ، تم اختيار CommScope LC IEC IEC17171-1.



بالنسبة للبيئات القاسية ، عائلة HARTING من موصلات IEC 63171-6 (سابقًا 61076-3-125). تم تصنيف هذه الموصلات من IP20 إلى IP67.



بالطبع ، يمكن أن تكون الموصلات والكابلات إما UTP أو STP.

آخر


يمكنك استخدام كبل Ethernet قياسي من أربعة أزواج ، وذلك باستخدام كل زوج لقناة SPE منفصلة. لكي لا تسحب أربعة كبلات منفصلة في مكان ما في المسافة. أو استخدم كبلًا من زوج واحد ، وفي الطرف البعيد ضع مفتاح إيثرنت أحادي الزوج.

ويمكنك توصيل هذا المفتاح مباشرةً بالشبكة المحلية للمؤسسة ، إذا كانت الشبكة ممتدة بالفعل على طول الألياف عبر مسافة بعيدة. ضع أجهزة الاستشعار فيه ، واقرأ القراءات منها هنا. مباشرة عبر الشبكة. بدون محولات واجهة وبوابة.

ولا يجب أن تكون أجهزة استشعار. قد تكون هناك كاميرات فيديو أو اتصالات داخلية أو مصابيح ذكية. مشغلات أي صمامات أو بوابات عند نقاط التفتيش.

لذا فإن الاحتمالات مثيرة للاهتمام. من غير المحتمل ، بالطبع ، أن تحل SPE جميع الحافلات الميدانية. لكنه سوف يعض القليل منهم. بالفعل في السيارات بالتأكيد.

PS I لم أجد نص المعيار في المجال العام. تم جمع المعلومات الواردة أعلاه في أجزاء من العروض التقديمية المختلفة والمواد المتاحة على الإنترنت. لذلك قد يكون هناك عدم دقة في ذلك.

More articles:


All Articles