Однопарный Ethernet: интернет по 1 паре проводов SPE


Однопарный Ethernet (сокращенно SPE — Single Pair Ethernet) обеспечивает одновременную передачу данных и энергии всего по одной паре проводов. Этот стандарт используется в промышленности, автоматизации и автомобилестроении и является одним из ключевых элементов технологии Интернета вещей (IoT). Давайте рассмотрим основные характеристики этого интерфейса.

SPE — основная информация

На сегодняшний день Ethernet является самым популярным стандартом проводной связи для промышленного Интернета вещей, обеспечивающим высокую производительность и надежное соединение. Этот стандарт также предлагает возможность передачи сигнала питания (PoE, Power over Ethernet), что значительно снижает количество, вес и стоимость соединительных кабелей. Ethernet набирает популярность и в автомобильной промышленности — во многих современных решениях он заменяет стандарт CAN, который долгое время был основным протоколом обмена данными между отдельными компонентами авто. Ethernet позволяет передавать больше данных, необходимых для реализации многих функций, связанных с увеличением автономности транспортных средств.

Однопарный Ethernet: интернет по 1 паре проводов SPE
Примеры разъемов, совместимых со стандартом SPE

Для соединения двух элементов в классическом стандарте Ethernet необходимо было использовать четыре или две витые пары проводов (подробнее о распиновке тут). Естественно всё это приводило к значительному увеличению количества и веса соединительных кабелей. Проблема становилась очень серьезной — кабели занимают много места, создают затраты при сборке и последующем обслуживании схем. Дополнительная масса проводов существенно влияет на рабочие параметры устройств, особенно в случае таких транспортных средств, как электромобили, самолеты и поезда.

Так что было принято решение разработать версию стандарта Ethernet, использующую только одну витую пару кабелей. Однопарный Ethernet (SPE) позволяет передавать данные со скоростью до 1 Гбит/с, обеспечивая при этом подачу до 50 Вт мощности (технология PoDL — Power over Data Lines) всего по двум проводам.

SPE и обычный Ethernet

В настоящее время Ethernet имеет несколько различных версий. Наиболее часто используются 10/100 Base-T Ethernet, в котором для передачи данных используются две пары кабелей, а Gigabit Ethernet использует четыре пары проводов. Также широко используется возможность питания устройств по линиям Ethernet, что обеспечивается технологией PoE. Комплект Gigabit Ethernet + PoE особенно подходит для построения промышленных сетей, объединяющих множество различных типов датчиков.

Однопарный Ethernet: интернет по 1 паре проводов SPE
Сравнение классического кабеля Ethernet (4 пары проводов) и SPE (1 провод)

Кабели Ethernet обычно изготавливаются из медного провода диаметром 24 AWG (около 0,5 мм). Все восемь кабелей (в случае версии Gigabit Ethernet) размещены внутри кабеля CAT-5e, дополнительно экранированного. На крупных промышленных объектах можно увидеть километры такого типа кабелей, расположенных практически повсеместно. Обычно они проходят вдоль стен и потолков, чтобы как можно меньше нарушать ход путей сообщения, и в то же время свести к минимуму риск их обрыва или повреждения.

Масса этих тросов может составлять сотни килограммов, поэтому вносимую ими нагрузку необходимо учитывать при расчете прочности строительных конструкций и устройств. Чрезмерная нагрузка кабелями может привести к повреждению как конструктивных элементов зданий, так и связанных с ними устройств.

А ещё обычные кабели Ethernet имеют ограниченную дальность действия — они обеспечивают прямое подключение на расстоянии до 100 м. В случае более длинных линий необходимо использовать дополнительные устройства усиления сигнала. Это ещё более увеличивает сложность и стоимость создания и обслуживания всей системы.

Полезное:  Распиновка контактов разъемов блоков ЭБУ двигателей авто
Однопарный Ethernet: интернет по 1 паре проводов SPE
Сравнение отдельных версий стандарта Ethernet

SPE позволяет осуществлять двунаправленную передачу данных и распределение мощности по одной паре проводов с максимальной дальностью связи до 1000 м. Все это способствует значительному снижению веса кабельной системы, облегчает процесс монтажа системы, а также удешевляет ее строительство и последующее обслуживание. Вот почему стандарт SPE все чаще используется в промышленных и автомобильных решениях.

Характеристики однопарного Ethernet

Официальная спецификация SPE для скоростей до 10 Мбит/с указана в документе IEEE 802.3cg. Эта версия позволяет обмениваться данными на расстоянии до 1000 метров.

  • В документе IEEE 802.3bw описана версия, позволяющая передавать данные со скоростью до 100 Мбит/с на расстояние до 50 м. Она используется, в частности, в автомобильной промышленности и в случае необходимости связи с датчиками, которые требуют более высокой пропускной способности.
  • В документе IEEE 802.3bp описана версия SPE, позволяющая передавать данные со скоростью до 1000 Мбит/с на расстояние до 15 м. Такое короткое расстояние подходит для некоторых промышленных систем, но этот стандарт особенно применим, когда он необходимо для передачи изображения с камер скоростного разрешения, а также в различных типах транспортных средств.
  • Стандарт IEEE 802.3ch описывает версию SPE, допускающую скорость передачи до 10 Гбит/с на расстояние до 15 м. Он очень похож на версию IEEE 802.3bp, но также включает описание физического уровня.
  • Возможность питания конечных устройств через интерфейс SPE (технология PoDL) была описана в публикации IEEE 802.3bu, опубликованной в 2016 году. Там определено 9 классов конечных устройств, отличающихся максимальным питанием, где в наивысшем можно получить до 50 Вт. В 2020 году вышла новая версия стандарта IEEE 802.3 cg, которая вводит 6 дополнительных классов конечных устройств и немного увеличивает доступную максимальную мощность до 52 Вт.

Однопарный Ethernet: интернет по 1 паре проводов SPE

Схема соединителей SPE

В случае промышленных сетей основанных на стандарте SPE, разъемы RJ45 (обычно используемые в офисных сетях или компьютерных розетках) не используются. Требования к соединителям для интерфейса SPE в промышленных приложениях описаны в стандарте IEC 63171, где есть 6 различных вариантов корпуса. Они отличаются такими параметрами, как максимальная скорость передачи данных, уровень передаваемой мощности, а также совместимостью с различными типами кабелей.

Однопарный Ethernet: интернет по 1 паре проводов SPE
Схема электроснабжения по сетевому кабелю одной парой (PD – приемник электроэнергии, PSE – источник энергии, PHY – приемопередатчики связи)

Таким образом однопарный Ethernet имеет много преимуществ по сравнению с классическим Ethernet. К наиболее важным из них относятся:

  • уменьшение веса соединительных кабелей как минимум вдвое;
  • совместимость с существующими сетями на базе Ethernet;
  • до 10 раз большая дальность одиночного соединения;
  • возможность одновременной передачи данных и питания благодаря технологии PoDL;
  • более быстрая сборка и установка новых сетей за счет меньшего количества подключений.

В общем следует ожидать роста популярности стандарта SPE и постепенного вытеснения классического Ethernet во многих областях промышленности, автоматизации и автомобилестроения. И конечно в домашних интернет-сетях.


НАЖМИТЕ ТУТ И ОТКРОЙТЕ КОММЕНТАРИИ