In seguito, analizzeremo gli ultimi sviluppi normativi in corso che renderanno questa tecnologia la base di un settore di mercato con un enorme potenziale, un settore che il cablaggio strutturato cerca di dominare da anni.
Infine, esamineremo la sua natura fisica e la velocità con cui diventerà una serie di prodotti standard di uso quotidiano.
Da dove nasce questo interesse?
Nel 2016, l'IEEE ha convocato un gruppo di lavoro 802.3 per discutere una richiesta di manifestazione di interesse per Ethernet a 10 Mb su singolo doppino intrecciato. Alla riunione iniziale hanno partecipato principalmente aziende dei settori dell'automazione industriale e dell'automotive. L'intento era quello di esplorare le esigenze del mercato e i requisiti delle soluzioni, insieme ai mercati di riferimento, alle loro dimensioni e al loro potenziale, prima di studiare la fattibilità tecnica di una soluzione. L'
automazione industriale è stato il primo settore esplorato. Questo interesse può essere spiegato in tre modi:
- Il desiderio di convergenza sotto un unico protocollo di rete
- L'adozione di Ethernet era già una realtà laddove possibile
- In alcuni casi erano ancora necessari bus di campo non Ethernet per completare le comunicazioni periferiche.
Le sfide da superare erano le seguenti:
- Lunghezza dei cavi superiore a 1 km
- Larghezza di banda molto bassa ≤1 Mbps
L'ultimo punto è complicato dal numero di opzioni di bus di campo disponibili, ognuna delle quali crea problemi di manutenzione e installazione che è meglio evitare, se possibile, per ragioni di costi operativi (OPEX).
L'avvento dell'Industria 4.0 richiederà velocità di trasmissione dati più elevate in periferia, registrazione dati più rapida, monitoraggio delle condizioni ambientali e del consumo energetico, insieme a dati ottimizzati sia per le apparecchiature che per la manutenzione.
Industria 1.0 Meccanizzazione e introduzione dell'energia a vapore e idraulica.
Industria 2.0 Produzione di massa con linee di assemblaggio alimentate da energia elettrica.
Industria 3.0 Produzione automatizzata, computer, sistemi informatici e robotica.
Industria 4.0 La fabbrica intelligente. Sistemi autonomi, IoT e apprendimento automatico.
Anche il settore automobilistico è pienamente favorevole all'Ethernet a 10 Mb a doppino intrecciato singolo; anzi, si potrebbe affermare che sia all'avanguardia, con nove aziende operanti in questo settore rappresentate all'incontro iniziale, alcune con più delegati, tra cui BMW, Toyota, Nissan e Renault, per citarne solo quattro.
Con la crescente complessità dell'elettronica dei veicoli, con un numero sempre maggiore di centraline e sensori, i vantaggi delle comunicazioni IP globali sono evidenti.
Quali sono i fattori che guidano l'aumento dell'adozione di SPE?
La logica alla base dell'"Ethernet to the Edge" nell'automazione industriale è che porterà a un unico protocollo di rete ed eliminerà la necessità dei complessi gateway necessari per la conversione da diversi protocolli fieldbus, come MODbus, HART e Interbus. Questo, a sua volta, accelererà la messa in servizio, la diagnostica e la risoluzione dei problemi. Tutto ciò, combinato con le maggiori economie di scala derivanti dalla sua adozione, si tradurrà in un costo totale di proprietà (TCO) inferiore e in un migliore ritorno sull'investimento (ROI).
L'Ethernet a doppino intrecciato singolo a 10 Mbps gestisce la maggior parte delle applicazioni fieldbus fino a 1200 m. Molti dispositivi richiedono anche alimentazione, che può essere facilmente fornita dai cavi attualmente proposti. La maggior parte di questi cavi utilizzerà un conduttore di sezione maggiore, da 18 a 24 AWG, a seconda della distanza, e sarà principalmente caratterizzata da una struttura schermata.
L'automazione degli edifici, pur non essendo inclusa nel bando di gara originale, presenta una serie di sfide e requisiti molto simili. Una transizione è già in corso con tecnologie come BACnet IP, ma c'è anche una forte volontà di convergere verso un unico tipo di rete e, in alcuni casi, di abbandonare i protocolli proprietari.
Nel settore automobilistico, molte reti di bordo tradizionali (IVN) utilizzano velocità di trasmissione dati inferiori a quelle previste per le SPE, pertanto la transizione dalle IVN tradizionali a Ethernet richiede non solo costi inferiori, ma anche un minore consumo energetico, il che potrebbe ridurre le emissioni e risolvere molteplici problemi in questo settore.
La transizione a Ethernet è ben avanzata con:
- 802.3bp - 2016 - Gigabit Ethernet su singolo doppino intrecciato, ambienti automobilistici e di trasporto.
- 15 m Settore automobilistico
- 40 m Aeromobili, ferrovie, autobus e camion
- 802.3bw - 2015 - Ethernet a 100 Mb su singolo doppino intrecciato, ambienti automobilistici
- 15 m Settore automobilistico
Ora c'è una chiara spinta verso l'"IP onnipresente" per ridurre il numero di IVN e di gateway multipli.
Mercati di riferimento
I mercati chiave per SPE non sono quelli di sostituire le reti a 4 coppie esistenti, ma di affiancarle e sfruttare mercati che sono stati considerati principalmente al di fuori dell'ambito del cablaggio strutturato tradizionale.
Automazione industriale
- Automazione di processo
- Automazione di fabbrica
Automazione degli edifici
- Impianti di riscaldamento, ventilazione e condizionamento (HVAC)
- Sicurezza/Controllo accessi
- Protezione antincendio
- Controllo dell'illuminazione
- Residenziale
automobilistico
- Rete IP onnipresente
- Consolidamento IVN legacy
Potenziale di mercato:
Il mercato dell'automazione e del controllo industriale ha registrato una crescita significativa nel 2016. Un rapporto ha indicato che il mercato tradizionale dei bus di campo rappresentava il 58% del mercato totale e cresceva a un CAGR del 7%. Tuttavia, si prevedeva che il mercato Ethernet, pari al 38%, crescesse a un CAGR del 20%. Secondo diversi rapporti, si prevedeva che nel 2020 (prima del COVID-19) sarebbero state fornite complessivamente 180 milioni di porte, il 50% delle quali avrebbe potuto essere gestito da SPE.
Le dimensioni del mercato dell'automazione degli edifici potrebbero essere ancora più interessanti: secondo le previsioni di IHS del 2016, entro il 2020 sarebbero stati spediti in tutto il mondo circa 15 milioni di controller, ciascuno con due porte. In media, ogni controller potrebbe connettersi a 10 sensori/attuatori, per un totale di 300 milioni di dispositivi connessi (la sezione successiva spiega in dettaglio come ciò sia possibile). Un'interfaccia SPE a 10 Mb potrebbe soddisfare oltre il 50% di questo mercato.
Le cifre citate nei due esempi precedenti impallidiscono al confronto con il settore automobilistico, dove nel 2019 sono state fornite circa 4 miliardi di porte IVN. Tuttavia, è importante notare che queste porte richiedono una larghezza di banda maggiore su distanze molto brevi e sono più specializzate rispetto all'obiettivo principale di questo documento, che è quello di discutere il potenziale impatto sul mercato del cablaggio strutturato.
Se consideriamo i due mercati chiave dell'automazione industriale e dell'automazione degli edifici, il settore a cui si rivolge SPE potrebbe superare i 250 milioni di porte entro il 2021.
Cos'è esattamente SPE? Come funziona e come fornisce alimentazione
IEEE 802.3bu:2016 - Power over Data Line (PoDL)
- Alimentazione tramite un singolo segmento di doppino intrecciato
- Pronunciato "poodle"
- Talvolta chiamato SPoE (sebbene tecnicamente diverso da PoE)
- Fino a 52 W di potenza, a seconda del cavo, della distanza e del numero di connessioni
IEEE 802.3cg: 2019 - 10 Mb/s
- 10BASE-T1S - Segmento di collegamento (punto-punto), 4 connessioni, portata 15 m, alimentazione PoDL
- 10BASE-T1L - Segmento di collegamento (punto-punto), 10 connessioni, portata 1000 m, alimentazione PoDL
- 10BASE-T1S - Segmento di collegamento (multipunto), 8 nodi, portata 25 m
IEEE 802.3da - Miglioramenti multidrop a 10 Mb/s
- Segmento multidrop, 16 nodi, portata 50 m, feed PoDL
Lunghezze dei canali
- Canale SP1-400 (23 AWG)
- Canale SP1-1000 (18 AWG)
Tecnologia dei connettori
Esistono due gruppi principali di tecnologie per i connettori: quelli per uso "rinforzato" e quelli per uso "non rinforzato".
Sono comunemente utilizzati nel settore dell'automazione industriale.
Si basa sul formato LC e verrà utilizzato prevalentemente nell'automazione degli edifici e in "ambienti non rinforzati".
Alimentazione:
diversi fattori influenzano la distanza e il livello di alimentazione, tra cui:
- Tipo di alimentazione
- Sezione del conduttore
- Numero di connessioni
Esistono sei classi di potenza PoDL per le applicazioni SPE a 10 Mb. Ogni classe definisce la tensione (V), la corrente (mA), la potenza (W) e la resistenza in corrente continua (DCR) massima (Ω)*. Il valore DCR viene utilizzato per calcolare la distanza teorica massima di trasmissione della potenza. Fortunatamente, lo standard IEEE 802.3cg fornisce una tabella per facilitare questo calcolo.
*Resistenza - DCRloop = DCRcable + DCRcords + DCRconnections Ciò consente quindi di calcolare le seguenti distanze.
Lunghezza massima del canale determinata dal limite di perdita di inserzione (blu).
I canali che superano i 400 m o che hanno più di 5 connessioni non soddisfano i requisiti di topologia del canale SP1-400 (rosso).
Domande frequenti
: SPE sostituirà Ethernet a 4 coppie?
- SPE non sostituisce le reti di computer Ethernet a 4 coppie.
- È un sistema completamente nuovo destinato a sostituire Fieldbus e altre reti basate sull'automazione nei settori industriale e dell'automazione degli edifici, nonché nel settore automobilistico.
-
La capacità del cavo a 4 coppie di supportare simultaneamente quattro collegamenti SPE è ancora in fase di valutazione.
Posso acquistare SPE adesso (2020)?
- La risposta è no, al momento non esistono sistemi disponibili in commercio.
- Sebbene l'hardware di connessione sia stato approvato e i cavi dovrebbero essere relativamente semplici, le
interfacce fisiche ed elettroniche (PHY) sono ancora in fase di sviluppo.
Conclusioni:
C'è molta attività intorno all'Ethernet a coppia singola, con IEEE e TIA in prima linea, sebbene ISO/IEC stia recuperando terreno rapidamente e quest'ultima stia studiando il potenziale per ulteriori varianti e distanze, incluso l'uso di cavi a 4 coppie come alimentazione per più derivazioni di una coppia.
In ogni caso, il livello di interesse in tutti i settori del mercato è estremamente elevato, e non solo i produttori di cavi e connettori stanno investendo massicciamente, ma anche i produttori di PHY stanno esercitando molta pressione, con annunci da parte di Texas Instruments, che è riuscita a far funzionare gli SPE fino a 1,5 km durante i test nel suo laboratorio. Non è stato detto nulla riguardo all'alimentazione, quindi potrebbe trattarsi di una limitazione fisica che non riescono a superare.
SPE non sostituirà il tradizionale cablaggio strutturato a 4 coppie nel settore dell'informatica aziendale, ma lo integrerà unificando i "sistemi di esperienza" utilizzati dalla tecnologia operativa in un'unica piattaforma di comunicazione.
Per quanto riguarda le tempistiche, è difficile fare previsioni. Tutti gli standard di base sono stati definiti e il cablaggio potrebbe essere implementato molto rapidamente; ora si tratta di far sì che i fornitori di apparecchiature introducano i dispositivi fisici, e molti prevedono che inizieremo a vedere i primi sistemi installati nel 2021.
Osservando le curve di adozione di Ethernet passate, il tempo che intercorre tra i primi utilizzatori e la diffusione di massa è in genere di circa quattro anni. Tuttavia, in questo caso, credo che accelererà a causa della prevista esplosione degli edifici intelligenti e dei dispositivi connessi. Un recente rapporto afferma che questa cifra raggiungerà i 75 miliardi entro i prossimi sei anni.
Pertanto, dobbiamo prestare molta attenzione a questo settore. È probabile che questa tecnologia sarà presente in molti edifici in un futuro non troppo lontano.
Articolo fornito da Excel
