UUSITEKNOLOGIA 2/2020: Teollisuuteen ja ajoneuvoihin halutaan tuoda lisää Ethernet-verkkoja, mutta ongelmia aiheuttavat perinteiset  kahdeksaan johtimeen ja RJ-45-liittimeen perustuvat Ethernet-ratkaisut. Siksi tilalle on kehitetty paremmin uusiin sovelluksiin sopivia ratkaisuja, jotka perustuvat myös vähäisempään määrään johtimia.

Teksti Tomi Engdahl ja aloituskuva Weidmüller

Ethernet-verkon tuominen autoihin loi ensimmäiset yhdellä johdinparilla toimivat sata megabittiä ja jopa yhden gigabitin sekunnissa toimivat standardit. Eikä kehitys jäänyt vain ajoneuvojen ja työkoneiden osalle vaan ratkaisu nähtiin sopivana myös laajemminkin teollisuuden automaatioon, älyrakennuksiin ja erilaisiin IoT-sovelluksiin.

Suoraan autoihin kehitetyt ratkaisut eivät kuitenkaan soveltuneet, sillä ne oli optimoitu toimimaan liiankin lyhyillä etäisyyksillä. Siksi uusia sovelluksia varten tarvittiin uudet versiot yhden johdinparin Ethernetistä. Tässä jutussa käydään läpi laajalti kaikki uudet yhden parin Ethernet-standardit ja niihin liittyvät tekniset yksityiskohdat.

Kaikki liikkeelle autoista

Autojen ensimmäinen autojen yhden johdinparin Ethernet-standardi toimi nopeudella sata megabittiä sekunnissa. Tämä Ethernet-standardi 100BASE-T1 (IEEE 802.3bw-2015) mahdollisti sadan megabitin Ethernetin ajamisen yhtä sadan ohmin parikaapelia pitkin aina 15 metriin saakka. Data siirtyi kaapelissa yhtäaikaisesti molempiin suuntiin.

Vuoden 2016 lopulla IEEE standardoi ajoneuvoihin ja teollisuussovelluksiin vieläkin nopeamman gigabitin Ethernetin yhden kupariparin yli nimellä 1000BASE-T1 (IEEE 802.3bp-2016). Sen jatkoversio IEEE 802.3bu-2016-standardi lisäsi myös keinon kuljettaa samassa johtoparissa datan lisäksi käyttöjännitteen esimerkiksi etäantureille.

Viime kesänä hyväksytty uusi IEEE 802.3ch Multi-Gig Automotive Ethernet PHY -standardi määrittelee autokäyttöön suunnitellun 2.5 gigabittiä sekunnissa yhtä johtoparia toimivan verkon. Sen liitäntä tukee tiedonsiirtoa 15 metriin saakka eUTP-, STP- ja Twinax-tyyppisiä kaapeleita pitkin.

Lisäksi IEEE 802.3ch Multi-Gig Automotive Ethernet PHY-siirto on mahdollista 5 tai 10 gigabitin nopeudella 15 metrin päähän, jos käytössä on riittävän pienihäviöinen kaapeli. Lisäksi sopivalla kaapeloinnilla on mahdollista kasvattaa yhden ja 2.5 gigabitin nopeus aina neljäänkymmeneen metriin.

Teollisuussovelluksiin omat vaateet

Teollisuusautomaatiosovelluksissa, rakennusautomaatiossa ja turvatekniikassa ja IoT-sovelluksissa on useita sovelluskohteita, joissa Ethernet-signaalia haluttaisiin siirtää pidempiä matkoja kuin tyypillinen sata metriä. Näissä sovelluksissa tarvitsee usein tukea suhteellisen pitkiä, jopa useiden satojen metrien tai jopa kilometrin tiedonsiirtoetäisyyksiä.

Niissä yhden kaapeliparin johdotukset olisi helpompi toteuttaa kuin alkuperäisen standardin kahdeksan. Niissä ei myöskään tarvita välttämättä satojen megabittien siirtonopeuksia, mutta kuitenkin selvästi nopeampia ratkaisuja kuin nyt on monissa teollisuusväylissä tarjolla.

Jo pitemmän aikaa on ollut selvää, että usean sadan metrin siirtoetäisyyden toteuttaminen varsin on mahdollista varsin yksinkertaisella, jos siirrettävässä datanopeudessa voidaan tyytyä 10 megabittiin ja hyödynnetään uusimpia modulaatiotekniikoita apuna.

Ensimmäisen kerran ideaa kymmenen megabitin 100BASE-TX Ethernertin kolmitasoisen MLT3-signaloinnin käytöstä esitettiin vuosituhannen vaihteessa alkuperäisessä Ethernet First Mile -työryhmässä. Tuolloin idea ei kuitenkaan saanut suurta suosiota, jotta sitä olisi ruvettu aktiivisesti standardoimaan.

Kolme vuotta sitten IEEE-järjestö lähti 802.3cg-työryhmässä työstämään lopulta10 megabitin sekuntinopeudella versiota yhdellä johtoparilla toimivasta Ethernetistä. Työryhmän tavoitteena oli muodostaa standardit sekä lyhyellä etäisyydellä toimivalle verkolle, joka tukee useita laitteita, sekä pitkille jopa kilometrin kantavalle yhden johtoparin versiolle.

Virallinen yhdenparin IEEE Std 802.3cg-2019-standardi saatiin valmiiksi sekä hyväksytyksi marraskuussa 2019. Siitä IEEE 802.3cg-standardi sisälsi määritykset lyhyen kantaman liitännälle 10BASE-T1S ja 10BASE-T1L pitkän kantaman liitännälle.

Lyhyille etäisyyksille oma standardi

10BASE-T1S on kymmenen megabitin nopeudella toimivan yhden parin Ethernet-fyysisen kerroksen verkkotekniikka, joka on suunniteltu erityisesti ajoneuvosovelluksiin. Sen päätavoitteena on tarjota edullisia, törmäysvapaa, deterministinen Ethernet-pohjainen tiedon välitys.

Nimessä 10Base-T1S osa 10Base tarkoittaa, että tiedonsiirtonopeus on kymmenen megabittiä sekunnissa, T1 viestii, että mediana käytetään yhtä kierrettyä johtoparia ja S että kyseessä on lyhyen matkan autosovelluksiin kehitetty versio (15 metriä).

Verrattuna aikaisemmin standardoituihin nopeampiin versioihin verrattuna 10BASE-T1S on tekniseltä toteutukseltaan yksinkertaisempi, mikä mahdollistaa sen toteuttamisen edullisemmin ja energiatehokkaammin kuin nopeammat versiot.

Uusi 10Base-T1S tukee suoria pisteestä-pisteeseen yhteyksiä sekä lisäksi tarjoaa mahdollisuuden usean laitteen kytkemiseen samalle johtopaille. Käytettävä kaapelointi voi olla yksi suojattu tai suojaamaton kierry pari, jonka nimellinen impedanssi on 100 ohmia.

Ensisijaisena 10BASE-T1S standardin sovelluskohteena nähdään verkkoyhteyksin toteuttaminen kahden laitteen välillä pisteestä-pisteeseen, mutta standardissa on huomioitu mahdollisuus myös useamman laitteen liittämisen samaan johtopariin.

10Base-T1S käyttää tiedonsiirtoon kolmitilallista PAM3-modulaatiota, minkä avulla tiedonsiirtosignaali sijoittuu noin kolmen ja puolen megahertsin taajuudelle. Se voi toimia vuorosuuntaisessa tai kaksisuuntaisessa toimintatilassa.

Lisäksi 10Base-T1S:n verkkolaitteet neuvottelevat ennen yhteyden avaamisessa, kumpaa toimintatilaa käytetään. Jos molemmissa päissä olevat laitteet tukevat kaksisuuntaista toimintaa, sitä käytetään. Muussa tapauksessa toimitaan perinteisessä vuorosuuntaisessa toimintatilassa.

Pisteestä-pisteeseen toiminnassa on käytännössäkin järkevintä käyttää kaksisuuntaista toimintatilaa, joka tarjoaa parhaan suorituskyvyn niin tiedonsiirtokyvyn kuin siirtoviiveiden osalta.

Kaksisuuntaisessa toimintatilassa kumpikin toimintasuunta toimii samalla taajuusalueella, ja kaiunpoistotekniikka huolehtii siitä, että lähetetty ja vastaanotettava signaali on erotettavissa toisistaan. Operaatio on suhteellisen yksinkertainen, koska signaalin vaimentuminen ja vääristyminen eivät ole merkittäviä näin lyhyillä siirtoetäisyyksillä taajuusalueella 100 kHz – 20 MHz.

10Base-T1S tukee myös Power-over-data-line (PoDL) (IEEE 802.3bu) -tehonsyöttötekniikka, mikä mahdollistaa käyttöjännitteen siirtämisen samoja johtoja pitkin datan kanssa esimerkiksi anturille.

Monta laitetta samaan johtoon

Pisteestä-pisteeseen yhteyksien lisäksi 10BASE-T1-standardi tukee myös mahdollisuutta tukea useita laitteita saman johtoparin varrelle. Siitä tulee varmaan monelle mieleen vanhan ohut-Ethernetin-kaapelointi, jossa yhden koaksiaalikaapelin varrelle on kytketty useita tietokoneita.

Lähetyksessä tietojen törmäykset, jotka johtuvat useiden laitteiden samanaikaisesta lähettämisestä, voidaan estää ratkaisussa Ethernetin perinteisellä CSMA/CD-kilpavarausprotokollalla tai edistyneemmällä PLCA (physical layer collision avoidance) -protokollalla.

Fyysisen kerroksen törmäyksen välttämisen avulla pystytään tarjoamaan deterministisen toiminnan ja koko 10 Mbps:n kaistanleveyden tehokaan hyödyntämisen. PLCA on CSMA/CD-kilpavarausprotokollan laajennus, joka tulee välimiesmenettelyä, joka takaa jokaiselle solmulle pääsyn mediaan deterministisen ajan kuluessa.

PLCA-protokollaa käytettäessä verkkosegmentissä pitää olla yksi asema, jonka tehtävänä on jakaa verkon muille vuoroja, milloin ne saavat käyttää tiedonsiirtoväylän kapasiteettia omien tietojensa lähettämiseen sekä välittää kieltoja, milloin ne eivät saa lähettää tietojaan verkkoon.

Verkkoa hallitseva verkkolaite lähettää tasaisin väliajoin ”majakka” viestejä verkon muille laitteille milloin ne saavat lähettää. PLCA-protokolla toteuttaminen asettaa erityisvaatimuksia Ethernet-laitteistolle, joten sitä teollisuussovelluksiin soveltaessa kannattaa valita tätä ominaisuutta tuleva Ethernet-piiri tai mikro-ohjain.

Vaikka PLCA pystyy tarjoamaan deterministisen toiminnan, se ei ole kuitenkaan täysin yhtä deterministinen ja vakioviiveinen kuin suora pisteestä-pisteeseen Ethernet-yhteys. Tällä voi aiheuttaa haasteita, jos verkkoa halutaan käyttää TSN (Time Sensitive Networking), 802.1AS standardin tai erittäin aikasynkronoinnin kanssa.

Piirituki vielä vähäistä

Uuden 10Base-T1S-pohjaisen verkon toteuttaminen on vasta alkuvaiheissa, sillä laitteidenkin lisäksi varsinkin piiritarjonta on vielä varsin rajoittunutta. Yksi ensimmäisiä on kalifornialaisen VSI Techin VS731-piiri, joka on 802.3cg:n 10BASE-T1S-standardin mukainen sekä tarjoaa SPI-liitännän isäntäprosessoriin. VSI Techin piiri tukee myös Ethernetin lisäksi PLCA:ta käyttäviä usean laitteen verkkosegmenttejä.

Italialaisen Canovatechin CT25205 on puolestaan fyysisen kerroksen toteutus IEEE 802.3cg Short Reach Multidrop Ethernet -yhteydelle. Se koostuu analogisesta osasta ja digitaalista RTL-koodista.

Myös yhdysvaltalaisen Microchipin valikoimista löytyy jo K2S Espresso T1S Device -mediamuunnin 10BASE-T1S ja 10/100BASE-TX verkkojen välille. Siihen on asennettavissa auton verkkoliikenteen analysointi- ja simulaatio-ohjelmistoja.

Microchipin omistaman saksalaisen K2L:n T1S Sim ohjelmiston avulla on mahdollista simuloida 10BASE-T1S verkon toimintaa, kun sen yli ajetaan CAN-, CAN FD- ja Flexray-väylien liikennettä.

Lisäksi mittauslaitevalmistaja Rohde & Schwarz tarjoaa yhden parin Ethernetille muun muassa R&S RTO-K89- ja R&S RTP-K89-testausohjelmistoja, joiden avulla T1S-tuotteiden verkkoliitäntöjen testaamien onnistuu yrityksen RTO- ja R&S RTP-oskilloskoopeilla.

Pitkien etäisyyksien 10BASE-T1L

Pitempien yhteyksien 10BASE-T1L ratkaisee pääosin teollisuuden vaateita, jotka Ethernetin käyttöä prosessiautomaation kenttälaitteissa. Niissä kun on usein tarpeen siirtää tietoa jopa satojen metrien matkoja, mihin parikaapeliin perustuvat perinteiset Ethernet-tekniikat eivät ole taipuneet.

Uuden yhden johdinparin 10Base-T1L:n avulla IP-protokollalla toimivan tietoliikenne ja jopa käyttösähkö voidaan siirtää jopa kilometrin päähän, joka riittänee varsin moneen teollisuuden ja IoT-pohjaisten erikoisratkaisujen toteuttamiseen. Lisäksi 10BASE-T1L sopii moneen rakennusautomaation sovellukseen tai hisseihin.

Uutta 10BASE-T1L voidaan käyttää myös turvakamerasovelluksissa, koska tehokkailla koodausjärjestelmillä (kuten H.264 ja H.265) voidaan esimerkiksi neljän megapikselin kuva-anturin kuva siirtää alle 10 megabitin sekuntinopeudella. Lisäksi samaa kaapelia pitkin voidaan kameralle välittää jopa 50 watin sähköteho. IEEE 802.3bu-2016 -standardi määrittelee tehontoimitusprotokollan, joka tukee 12-48V jännitteitä ja useita teholuokkia puolesta watista aina 50 wattiin.

10Base-T1L-verkkoliitäntä toimii kaksisuuntaisesti 10 megabittiä sekunnissa (Mbps) eli laitteet voivat lähettää ja vastaanottaa samanaikaisesti. Verkkotekniikka on suunniteltu käytettäväksi 2-johtimisen suojatun parikaapelin kanssa, mutta pystyy toimimaan myös suojaamattoman kaapelin kanssa. Virran jakamiseen samaa kaapelia pitkin onnistuu käyttäen PoDL (Power over Data Line) -tekniikkaa.

Uudessa 10Base-T1L etuosa 10Base tarkoittaa 10 megabittiä sekunnissa, T1 mediana käytettävää yhtä kierrettyä johtoparia ja L että kyseessä on pitkän matkan versio (jopa 1000 metriä siirtoetäisyys). Tekniikka on standardoitu IEEE 802.3cg:nä ja hyväksytty marraskuussa 2019.

Pitkien matkojen 10Base-T1L-liitäntä on suunniteltu toimimaan yhdellä suojatulla balansoidulla nimellisesti 100 ohmin impedanssi omaavalla kaapelilla. Teollisuusolosuhteissa ja pitkillä etäisyyksillä kaapelin olisi hyvä olla myös suojattu ja riittävän paksu.  Uusiin asennuksiin kannattaa valita tätä tarkoitusta varten suunniteltu kaapeli.

Lyhyemmillä etäisyyksillä toimi suojaamatonkin ohut tiedonsiirron parikaapeli.  Siirtoyhteys voi olla yhtenäinen kaapeli tai tiedonsiirron matkalla voi olla jopa kymmenen kaapeliliitosta, kuten esimerkiksi kaapeliyhteyden ristikytkennät.

10Base-T1L-linkkisegmentti teollisuusympäristöihin tukee tiedonsiirtoa yli kilometrin etäisyydelle saakka. Tiedonsiirto tapahtuu aina pisteestä-pisteeseen laitteelta toiselle ja on aina kaksisuuntaista Tiedonsiirrossa käytetään PAM3-modulaatiota 4B3T-linjakoodauksella.

10BASE-T1L käyttää kolmitasoista PAM3 (+1, 0, -1) signalointia 4B3T-koodauksella. Käytetty symbolinopeus on 7,5 MSPS.  Tiedonsiirron signaali sijoittuu 100 kHz ja 20 MHz taajuusalueiden väliin, pääasiallisen energian sijoittuvan noin 3,5 MHz:n taajuuden ympärille.

Tiedonsiirto liikkuu kahteen suuntaan kaapelissa yhtäaikaisesti ja kaiunpoisto pitää huolen, että eri suuntiin liikkuvat datasignaalit eivät sotke toisiaan. 10Base-T1L-standardi lupaa tiedonsiirron bittivirhesuhteen pysyvän alle 10^-10 kun siirtoetäisyys on enintään 100 metriä. Täydellä kilometrin siirtoetäisyydellä bittivirhesuhde jää 10^-9 luokkaan.

10Base-T1L-standardi tukee kahta eri signalointivoimakkuutta, jotka ovat yksi voltti huipusta huippuun ja 2.4 volttia huipusta huippuun. Yhteyden päässä olevat laitteet neuvottelevat keskenään käytettävän signaalinvoimakkuuden. Pienemmällä yhden voltin signaalivoimakkuudella tiedonsiirtoetäisyydeksi luvataan standardissa vähintään 200 metriä. Suuremmalla 2.4 voltin signaalivoimakkuudella ja sopivalla kaapelilla päästään yhden kilometrin tai jopa yli siirtoetäisyyteen.

Standardi määrittelee automaattisen neuvottelun, jonka avulla päissä olevat laitteet päättävät käytettävän signaalitason, eikä kaikkien laitteiden tarvitse tukea korkeampaa 2.4 voltin signaalitasoa. Niitä on käytössä kaksi siitä syystä, että lyhyillä etäisyyksillä pienempi signaalitaso säästää energiaa sekä on paremmin sopiva räjähdysvaarallisissa ympäristöissä tapahtuvaan tiedonsiirtoon, koska johdolla liikkuu vähemmän sähköä.

Yhden voltin signaalivoimakkuudella 10Base-T1L-standardia on mahdollista käyttää IEC60079- määritelmän (IEC TS 60079-47 ED1) mukaisesti luonnostaan vaarattomassa (intrinsically safe) laitteessa ja järjestelmässä. Suurempi 2,4 voltin signaalitaso on sopiva normaaleihin käyttöolosuhteisiin, kun halutaan hyödyntää täyttä jopa yli kilometrin kantamaa.

Koko matkan aikana datasignaalin taso voi pudota 2.4 voltista 60 millivolttiin saakka, mikä tarkoittaa noin 32 desibelin vaimennusvaraa signaalin voimakkuudessa. Tyypillinen vaimennus kilometrin mittaisella 18 AWG twinax -kaapelilla on noin 26 desibeliä.

10Base-T1L on suunniteltu toimimaan 90-110 ohmin impedanssin omaavien kaapelien kanssa, mutta on mahdollista saada toimimaan nykyisilläkin 80-120 ohmin kaapeleilla tinkimällä hiukan maksimisiirtoetäisyydestä. Tämän tyyppisiä tai ominaisuuksiltaan hyvin lähellä olevia kaapeleita on käytetty teollisuussovelluksissa pitkän kenttäväylien ja RS-485-liitäntöjen kanssa. Tiedonsiirtoliittimenä voidaan käyttää myös teollisuuden ruuviliittimiä, IDC-liittimiä tai yhden parin Ethernet-verkkoja varten suunniteltuja erikoisliittimiä.

Piiritarjonta on vasta tulossa

Pitkien yhteyksien 10BASE-T1L-yhteyttä tukevien piirien tarjonta on vasta tulollaan. Silti tarjolla on jo ensimmäisiä piirejä kuten Texas Instrumentsin DP83TD510E, joka toteuttaa 10BASE-T1L:n fyysisen kerroksen. Se lupaa tukea jopa 1200 metrin siirtoetäisyyttä sekä 2.4 voltin että pienemmällä yhden voltin signaalitasolla.

TI:n DP83TD510E kuluttaa 3.3 voltin käyttöjännitteestään vain 99 milliwattia 2.4 voltin lähetysjännitteellä ja 45 milliwattia yhden voltin lähetysjännitteellä.

Yritys on esitellyt  myös koekortin DP83TD510E-EVM, joka voi toimia myös muuntimena pitkän matkan 10BASE-T1L-verkon ja tavallisella RJ-45-liittimellä varustetun 10BASE-TX-verkon välillä.

Analog Devices on esitellyt messuilla jo esiversioitaan IEEE 802.3cg/10BASE-T1L-standardin mukaisista tuotteista, mutta ainakaan vielä niitä ei ole yrityksen listalla. Sen sijaan

Tektronix on esitellyt  jo 5/6-sekaoskilloskooppiin sopivan 10BASE-T1L Industrial Ethernet Compliance Test Solution -työkalun. Lähivuosien aikana varmaan muukin testeritarjonta ja tuki laajentunee  nopeasti.

Artikkelin kirjoittaja Tomi Engdahl toimii Netcontrol Oy:ssä tuotekehitysinsinöörinä. Hänellä on pitkä kokemus sulautettujen ja IoT-ratkaisujen tietoturvaratkaisuista.

Uusiteknologia 2/2020-linkkiosiossa on lisää tietoa uusista yhden parin Ethernet-standardeista. Mukana on myös linkit piiri-, liitin- ja laitevalmistajiin sekä kirjoittajan aiempiin Ethernetiä koskeviin artikkeleihin. Lisää (LINKKI).

TIETOLAATIKKO: Uusia liitin- ja kaapeliratkaisuja

Yhden johdinparin Ethernetin käyttöönottoa teollisuuden IoT-ratkaisuissa vauhditetaan yhteenliittymällä, jossa ovat mukana useita liitin- ja laitevalmistajia.  Esimerkiksi SPE System Alliancen jäseniä ovat Phoenix Contact, Weidmüller, Telegärtner, Reichle & De Massar (R&M), Fluke Networks, Dätwyler, Kyland, Microchip, Rosenberger, Sick, O-Ring, Draka/Prysmian Group ja University4Industry.

Yhteistyöverkosto haluaa selvittää käytännön teknologiset haasteet, joita yhden parin Ethernet-ratkaisujen käyttöönotto teollisuuden IIoT-sovelluksissa asettaa.

SPE System Alliancen jäsenet ovat muodostaneet siksi omia yhteisöjä esimerkiksi liitäntätekniikan, standardisoinnin, SPE-käyttötapauskuvauksien ja kaapeliratkaisujen saralla.

Koska perinteinen RJ-45 liitin on suurikokoinen, sisältää enemmän liitäntöjä kuin on tarpeen ja ei täytä läheskään kaikkia teollisuusympäristön vaatimuksia, tarvitaan uusia standardoituja liitinratkaisuja yhden parin Ethernetille.

Yhden johdinparin Ethernetille ei ole vielä vakiintuneita laajassa käytössä olevia liitinmalleja, vaan useita valmistajakohtaisia ehdotuksia sopivaksi liittimeksi.

IEC 63171 -standardointiprojekti IEC SC48B tunnistaa tällä hetkellä kuusi erilaista yhden parin Ethernet-liitintyyppiä. Niistä lupaavimmilta vaikuttavat tällä hetkellä CommScopen LC-tyyppinen liitin ja Harting T1 SPE. Uusi SPE Systems Alliancen suosittelee automaatiosovelluksiin Phoenix Contactsin ja Weidmüllerin valmistamia liitinmalleja.

CommScope:n kehittämä IEC 63171-1 LC-tyyppinen kupariliitin tunnistetaan myös standardeissa IEEE 802.3, ISO/IEC/SC 25/WG 3, IEC SC 48B ja TIA TR42.7.  IEC 63171-1 LC-tyyppisiä toistensa kanssa yhteensopivia liittimiä valmistavat sekä CommScope että Panduit. IEC 63171-1 liitin täyttää E3-teollisuusliittimet vaatimukset standardin IEEE 802.3cg:n mukaisesti.

Hartingin T1 Industrial SPE-liittimet on valittu mukaan standardiin IEC 63171-6 standardoiduiksi yhden parin Ethernet-liittimiksi. Ne täyttävät lisäksi standardit ISO/IEC 11801 ja TIA 42. Lisäksi IEEE 802.3cg-standardi tunnistaa ne mahdollisiksi liitintyypeiksi 10BASE-T1S- ja 10BASE-T1L- laitteille.

Myös Siemon on ilmoittanut, että sen TERA 7A -kaapelointijärjestelmän liittimet ja kaapelit sopivat sellaisenaan yhden parin Ethernet-sovelluksiin. Lisäksi Lemon liitinvalikoimasta löytyy pyöreä SPE 1000BASE-T1-liitin autoverkkoja varten, joka sopii myös pienemmille siirtonopeuksille.

Tekeillä on myös muita kaapelointistandardeja. Esimerkiksi ISO/IEC/JTC 1/SC 25/WG 3 käynnisti vuoden 2017 lopulla työryhmät ISO 11801-1 amendment 1, ISO 11801-3 amendment 1 ja ISO 11801-6 amendment 1 standardoimaan yhden parin Ethernetille optimoituja kaapelointiratkaisuja. Standardointi on äänestysvaiheessa ja sen odotetaan tulevan hyväksytyksi vuoden 2020 loppuun mennessä.

IEC SC46C-työryhmä on aloittanut yhdessä ISO/IEC/JTC 1/SC 25/WG kanssa koordinoimaan uusia yhden parin Ethernetille kehitettäviä kaapelityyppejä. IEC 61156-11- ja IEC 61156-12- projektit koordinoivat ohuita johtimia (26 – 22 AWG) käyttäviä aina 600 MHz taajuudelle toimivia kaapeleita, joita voidaan käyttää aina gigabitin nopeuteen saakka ja mahdollisesti suuremmillakin nopeuksilla.

IEC:n 61156-13- ja IEC 61156-1-projektit määrittelevät paksumpia johtimia (20 – 16 AWG) ja aina 20 megahertsin taajuuteen asti määriteltyjä kaapeleita, jota sopivat parhaiten pitkien etäisyyksien 10Base-T1L-sovelluksiin sekä sovelluksiin joissa samaa kaapelia pitkin syötetään myös merkittävä määrä sähkötehoa datan lisäksi. Näiden standardointiprojektien odotetaan valmistuvan vuoden 2020 loppuun mennessä.

Yhdysvalloissa TIA TR42.7 on työskennellyt kolmatta vuotta jo lisätäkseen yhden parin Ethernet-verkot mukaan ANSI/TIA-568.0-D-kaapelointistandardiin. ANSI/TIA-568.5-standardia ollaan laajentamassa tukemaan IEEE 100BASE-T1L-sovelluksia käyttäen ohutta perinteisen lähiverkkokaapeloinnin 23AWG-johtimia käyttävää kaapelia aina 400 metrin etäisyyksille saakka ja paksumpia 18AWG-johtimia käyttävää kaapelilla etäisyyksille 400-1000 metriä. Myös ANSI/TIA-1005-A-standardia laajennettu kattamaan 10BASE-T1L-sovellukset teollisuuden televerkoissa sekä 1000BASE-T1-standardin hyödyntämisen aina 40 metrin siirtoetäisyyksiin saakka.

10BASE-T1L-verkkoliitäntä voidaan toteuttaa myös ilman erikoisliittimiä perinteisiä irrotettavia teollisuuden ruuviliittimiä käyttäen. Esimerkiksi piirivalmistaja Analog Devicesin testilaitteistojen kuvat ja testitulokset osoittavat, että perinteiset RS485-verkkojen kanssa käytetyt irrotettavat ruuviliittimet toimivat myös 10BASE-T1L-verkkoliittiminä. Silti uusia standardeja hyödyntävät erikoisliittimet tulevat varmasti yleistymään, mutta alalla tullaan käyttämään laajalti myös perinteistä RJ45-liitintä sen kiinnittämisen helppouden ja halpuuden ansiosta.  Jopa teollisuusautomaatiossakin tullaan pitkään näkemään RJ-45-liittimellä varustettuja perinteisellä kaapeloinnilla toteutettuja verkkoja.

ENGLISH SUMMARY: Single pair of wires to new areas

There is a desire to bring more Ethernet networks to industry and vehicles, but problems have been caused by traditional Ethernet solutions based on eight wires and an RJ-45 connector. Therefore, more suitable solutions have been developed to replace them, which are also based on a smaller number of conductors.

The introduction of Ethernet in cars created the first one-megabyte and even one gigabit per second standard operating on a single pair of wires. And the development was not limited to vehicles and moving heavy machines, but the solution was also seen as suitable for a wider range of industrial automation, intelligent buildings and various IoT applications.

However, solutions developed directly for cars were not suitable as they were optimized to operate over too short distances. Therefore, new versions of one pair of Ethernet were needed for new applications. This story goes through a wide range of all the new single-pair Ethernet standards and related technical details.

Lisää: SPE Aliance (LINKKI)