Im SPE-Standard sind verschiedene Bandbreiten definiert. Der erste Teil der Bezeichnung gibt die Übertragungsrate in Mbit/s an: 10BASE steht für 10 Mbit/s. Es gibt Standards für 10BASE-T1S (S steht für „Short“), 10BASE-T1L (L für „Long“), 100BASE-T1, 1000BASE-T1 und sogar noch höhere Datenübertragungsraten: 2,5, 5 und 10 Gbit/s. SPE senkt die Systemkosten durch die Reduzierung von Gewicht und Komplexität der Verkabelung.
Der Megatrend in der Netzwerktechnik geht weg von verteilten Systemen, die primär durch die verwendete Hardware definiert sind, hin zu zentralisierten, softwaredefinierten Systemen. Der Trend geht dahin, alles mit Ethernet zu verbinden
• Hardwarearchitekturen, die für einen bestimmten Bereich konzipiert wurden, weichen vernetzten Zonen und einer zentralisierten Rechenplattform.
• Die zahlreichen anwendungsspezifischen Busse werden durch ein allgegenwärtiges, IP-basiertes Ethernet-Netzwerk ersetzt.
• Gateways oder Controller, die für die Konvertierung zwischen verschiedenen Hardwaretypen benötigt werden, sowie deren komplexe Verkabelung entfallen. Kostengünstige Einzelpaar-Kabel bringen Ethernet bis an den Netzwerkrand.
All dies führt zu einem leistungsfähigeren und flexibleren Netzwerk, das den Herausforderungen der Branche gerecht wird.
Ethernet ermöglicht die Entwicklung vernetzter Infrastrukturen zwischen Cloud und Netzwerkrand. Traditionelle IT-Netzwerke auf höchster Ebene ermöglichen die Kommunikation. OT-Netzwerke (Operational Technology) werden innerhalb von Gebäuden zur Steuerung von Prozessen und Produktionslinien eingesetzt. Je näher wir dem Rand des Unternehmensnetzwerks kommen, desto mehr Sensoren, Aktoren und andere Geräte auf niedriger Ebene finden sich.
Ethernet bietet einen gemeinsamen Verbindungsweg für alle diese Elemente und stellt deren Daten den höchsten Ebenen der Organisation zur Verfügung. Dadurch können große Datenmengen (Big Data) zur Optimierung von Geschäftsprozessen genutzt werden. Zudem vereinfacht es die Systemkonfiguration und -steuerung. Die für Ethernet etablierten Mechanismen schützen diese Elemente. Authentifizierung, Verschlüsselung und sichere Updates sind zunehmend wichtige Anforderungen an moderne Netzwerke.
Microchip hat maßgeblich zur Entwicklung der IEEE-Standards beigetragen und parallel ein umfassendes Portfolio flexibler und skalierbarer SPE-Lösungen entwickelt. Ob für 10 Mbit/s, 100 Mbit/s oder 1000 Mbit/s – Microchip bietet PHY-, MAC-PHY- oder Ethernet-Switches, die ein einzelnes Adernpaar für die Datenübertragung verwalten können.
Die 10BASE-T1S-Technologie ist eine der neuesten Arten von Ethernet-Verbindungen, die vom IEEE definiert wurden.
Der IEEE-802.3cg-Standard wurde 2019 veröffentlicht. Microchip war maßgeblich an seiner Entwicklung innerhalb des IEEE beteiligt. Dieser Standard wurde entwickelt, um Ethernet an den Rand von OT-Netzwerken (Operational Technology) zu bringen. Bestehende Systeme verfügen über Bandbreiten im Bereich von Hunderten Kilobit pro Sekunde; der Wechsel zu Megabit pro Sekunde ermöglicht zukünftiges Wachstum.
Die Technologie nutzt Halbduplex-Kommunikation und bietet eine flexible Topologie von Punkt-zu-Punkt-Konfigurationen bis hin zu Multidrop-Verbindungen, bei denen mehrere Geräte an eine Busleitung angeschlossen sind, die aus einem einzigen Adernpaar besteht.
10BASE-T1S ist so definiert, dass ein einzelnes symmetrisches Leiterpaar verwendet wird. Dieses kann aus einem einzelnen Paar verdrillter Drähte, anderen Drahtpaarkonfigurationen oder sogar parallelen Leiterbahnen auf einer Leiterplatte oder Server-Backplane bestehen.
Der neue 10BASE-T1S-Standard definiert eine physikalische Schicht, die Unternehmen, die auf reine Ethernet-Systeme umsteigen, neue Geschäftsmöglichkeiten eröffnet. Daten von jedem beliebigen Punkt im System können auf innovative Weise in neuen Anwendungen genutzt werden.
Die Kosten lassen sich senken, da 10BASE-T1S mit einfachen Komponenten, Software und Kabeln auskommt. Ein neuer MAC-PHY 10BASE-T1S Ethernet-Controller, der jetzt erhältlich ist, ermöglicht es selbst einfachsten Mikrocontrollern, Teil der Ethernet-Welt zu werden. 10BASE-T1S macht Gateways überflüssig, die bisher für die Datenkonvertierung zwischen verschiedenen Hardware-Systemen erforderlich waren. Die Multidrop-Funktion reduziert die Anzahl der Ports an Switches, da die Geräte an eine einzige Busleitung angeschlossen werden.
Der Einsatz etablierter Sicherheitsmechanismen und einheitlicher Ethernet-Schnittstellen reduziert das Risiko bei der Entwicklung von Anwendungen am Rand industrieller Netzwerke. Diese Sicherheitsmechanismen sind vielen Entwicklern und Installateuren vertraut. Probleme lassen sich schnell erkennen und beheben, da viele Anwender mit dieser Technologie arbeiten. Ressourcen für Design, Softwareentwicklung, Tests und Wartung auf allen Ebenen von OT- und IT-Netzwerken können sich auf dieselben grundlegenden Kommunikationsmechanismen konzentrieren.
Microchip bietet ein umfassendes Sortiment an SPE-PHYs von 10 Mbit/s bis 1000 Mbit/s für industrielle Temperaturbereiche. Die optimierte Unterstützung für industrielle Anwendungen umfasst Schutzfunktionen, Sicherheit und Langstreckenverkabelung. Komplette SPE-Netzwerklösungen lassen sich mit einem breiten Portfolio an SPE-Switches realisieren. Microchip bietet intelligente Switches, die mit Time Sensitive Networking (TSN) und integrierter SPE-PHY-Technologie kompatibel sind. Unsere neueste Innovation ist der erste Single-Chip-SPE-Switch auf dem Markt. Dieses TSN-konforme Gerät integriert als einziges die Switching-Struktur, CPU, RAM und den Flash-Speicher. Entwickler können nun auch ohne Erfahrung mit T1-PHY-Technologie oder AVB- und TSN-Spezifikationen Single-Pair-Switching-Lösungen realisieren.
Autor: Henry Muyshondt, Senior Manager, Microchip Technology, Inc.
