單對乙太網路步入工廠車間

[作者 Arndt Schuebel]

在開發全新數據通訊協議時，通常關注的重點是進一步提高數據速率。然而，要確保工業和樓宇自動化應用中的許多感測器和執行器正常運行，需要的不僅僅是更快的數據速率而已。

這些「邊緣」設備目前使用大量的傳統多點通訊協議進行互聯，使得原始設備製造商（OEM）支持這些設備將面臨更複雜的境況，並且成本隨之增加。為此，IEEE 成立了一個工作小組，研究短距離聯網技術如何通過單對乙太網路（SPE）線纜實現 10 Mb/s 的數據速率，以滿足工業 4.0、汽車以及其他市場領域的需求。

這一切最終促成了 2019 年 IEEE 802.3cg 標準的發佈，現在該標準為「邊緣」應用帶來了SPE的優勢。在本文中，闡述開發10BASE-T1S（基於這一新標準的 SPE 短距離版本）發展的驅動因素，然後介紹安森美（onsemi）全新乙太網路收發器的功能，該收發器可為工業自動化、樓宇自動化和以及其他應用提供10BASE-T1S的優勢。

設置工業 SPE的應用場景

儘管當前某些點對點類型的單對乙太網路能夠快速提供（並超越）工業應用所需數據速率，但現有的多點類型無法提供移動機器人和執行器所需的確定性，做到近乎即時回應輸入。這是因為這些類型使用載波偵測多重存取與碰撞偵測（CSMA/CD） 來調節對多點網路中共享介質（線纜）的訪問。

CSMA/CD存在數據衝突引起的隨機延遲，因此無法保證設備能夠在規定的時間間隔內傳輸數據並與接收器可靠的通訊。為解決這一缺點，目前開發出一種用於 10BASE-T1S 的介質訪問控制調節新方法。

10BASE-T1S 是一種網路協議，旨在通過長達25 m的線纜以高達10Mb/s的速率實現多點數據通訊。物理層衝突避免（PLCA）可保證半雙工多點網路中的最大延遲。PLCA傳輸週期從協調器節點（節點 0）發送信標開始到其他網路節點同步結束。發送信標後，傳輸選擇權就會轉發至節點 1。如果該節點沒有要發送的數據，選擇權就會轉至節點 2。此過程會一直持續到每個節點都獲得了至少一次傳輸機會 （TO） 為止。然後，協調器節點會通過發送另一個信標的方式重新啟動傳輸週期。

為防止節點阻斷匯流排，每個傳輸機會只允許傳輸一定數量的幀，取決於突發模式設置控制，默認為每個傳輸機會（TO）1幀，但也可以設置為每個TO 128幀。匯流排不會出現任何數據衝突，因此吞吐量不會受到任何影響。

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