ЖУРНАЛ СТА №4/2019

длиной более 100 метров, а с другой, за- частую бывает избыточен, так как это, как минимум, 4 медных проводника, ко- торые нечасто используются совместно. И прогресс не стоит на месте, уже сей- час при активном участии ведущих про- изводителей кабельной продукции по- является новая группа стандартов, кото- рая предполагает полнодуплексную пе- редачу данных и питания всего лишь по одной витой паре, – технология Single Pair Ethernet (SPE). Фактически доста- точно пары проводников для создания полнофункциональной стандартизо- ванной промышленной Ethernet-сети. П РОРЫВ E THERNET - СЕТЕЙ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ Переход промышленных сетей на Ethernet дал ощутимый рост производи- тельности и гибкости. При этом подхо- ды, которые описываются в концепции Industry 4.0 и IIoT, предполагают, что проводная передача данных основана на базе семейства технологий пакетной передачи Ethernet-данных. Фактически на всём протяжении сети, например между датчиком и облаком, проходит единая сеть Ethernet в соответствии с IEEE 802.3. Но теперь, с появлением технологии Single Pair Ethernet (SPE, IEEE 802.3 SPE), для промышленной сферы вместе с возможностью реализации синхрони- зируемых по времени сетей, стал реаль- ностью качественный переход на абсо- лютно новый уровень точности, гибко- сти, производительности и, самое важ- ное, по более низкой цене. Благодаря технологии SPE, в которой примененыновые технологии кодирова- ния и скремблирования данных, про- мышленные и технологические сети по- лучают лучшие характеристики в части синхронизации устройств, подключён- ных к линии связи, уменьшается уровень EMI-помех, излучаемых на соседние ли- нии, а также обеспечивается более высо- кая защита передаваемых данных. При этом уже сейчас есть разработки, которые обеспечивают передачу дан- ных и электропитания по одной витой паре на расстояние до 1000 метров. Фактически это один кабель и один тип сети, от которого может получать пита- ние любой интеллектуальный датчик или приˆ вод, а также осуществляется пе- редача и обмен данными. Это позволит получить ещё большее увеличение функциональных возможностей без ро- ста затрат на установку, эксплуатацию и ремонт оборудования. Р АЗВИТИЕ ТЕХНОЛОГИИ SPE SPE-технология изначально получи- ла своё развитие в автомобилестрои- тельной отрасли. Для передовых авто- мобильных электронных систем пере- дачи данных требуются быстрые сети связи, поскольку современный автомо- биль обменивается огромным количе- ством данных между встроенным про- граммным обеспечением и электрон- ными блоками управления в режиме реального времени. В связи с этим бы- ла запущена работа по созданию стан- дарта IEEE 802.3bw-2015, который со- держит спецификации физического уровня передачи Ethernet-пакетов и па- раметры управления для работы сети на скорости 100 Мбит/с по кабелю с оди- нарной сбалансированной витой парой (100Base-T1). Фактически там, где раньше требова- лось 4 пары проводников, теперь воз- можно использовать всего лишь одну па- ру. Стандарт 100Base-T1 был разработан с учётом совместимости с существую- щей автомобильной спецификацией OPENAlliance BroadR-Reach ® , при этом 100Base-T1 является первым в семействе стандартов Ethernet, который описывает передачу данных по одной паре. В итоге 100Base-T1 – это физический полнодуплексный интерфейс, который означает, что данные отправляются и принимаются по одной и той же паре проводников. Физическая полноду- плексная передача достигается в соот- ветствии с принципом суперпозиции полей. К примеру, линии 10Base-T и 100Base-TX имеют свою собственную пару проводников для каждого направ- ления передачи, а линия, построенная согласно 100Base-T1, имеет встроенные гибридные схемы, которые используют эхоподавление для разделения переда- ваемого и получаемого сигнала. Сеть автомобиля, построенная на базе 100Base-T1, обеспечивает передачу аудио- и видеоданнных, а также служеб- ной и диагностической информации с использованием Ethernet-протоколов в реальном времени. За работу отвечают механизмы, описанные в так называе- мых AVB-стандартах (Audio Video Brid- ging: IEEE 802.1BA, IEEE 802.1AS, IEEE 802.1Qat, IEEE 802.1Qav). То есть фак- тически в автомобиле функционирует Ethernet-сеть, способная обеспечить вы- сокую скорость передачи, прогнозируе- мую задержку передачи, а также жёст- кую приоритезацию передаваемых дан- ных (низкая скорость передачи данных с высоким приоритетом или высокая скорость передачи данных с низким приоритетом). И всё это на базе одной витой пары, что позволило не только повысить функциональность, но и обес- печить снижение общего веса кабель- ной сети, установленной в автомобиле, в итоге уменьшаются как материальные затраты, так и расходы на топливо. Специалисты из сферы промышлен- ной автоматизации достаточно быстро приняли к сведению достижения ком- паний автомобильной промышленно- сти с технологией Single Pair Ethernet. Фактически эксплуатационная эффек- тивность может быть достигнута с по- мощью создания единой сети с более АППА Р А Т НЫЕ С Р Е ДС Т В А / С Е Т Е ВОЕ ОБОР УДОВ АНИ Е Таблица 2 Характеристики линий, базирующихся на технологиях Ethernet СТА 4/2019 67 www.cta.ru Год принятия Стандарт IEEE 802.3 Длина линии Скорость Пропускная способность Категория согласно ISO/IEC TR1180 Число пар 1990 IEEE 802.3i 10Base-T 100 м 10 Мбит/с 10 МГц Cat 3 2 1995 IEEE 802.3u 100Base-TX 100 м 100 Мбит/с 100 МГц Cat 5 2 1999 IEEE 802.3ab 1000Base-T 100 м 1 Гбит/с 100 МГц Cat 5e 4 2006 IEEE 802.3an 10GBase-T 55 м 10 Гбит/с 250 МГц Cat 6 4 100 м 500 МГц Cat 6A 4 600 МГц Cat 7 4 1000 МГц Cat 7A 4 2015 IEEE 802.3bw 100Base-T1 15 м UTP 100 Мбит/с 66 МГц SPE 1 2016 IEEE 802.3bp 1000Base-T1 40 м 15 м UTP 1000 Мбит/с 600 МГц SPE 1 2019 IEEE 802.3cg 10Base-T1L 10Base-T1S 1000 м 25 м UTP 10 Мбит/с 20 МГц SPE 1 2020 IEEE 802.3ch Multi-Gig (15 м) (2,5/5/10G Гбит/с) – SPE 1