Ethernet - Hvor stammer navnet fra?
I 1972 utviklet Robert Metcalfe og hans team på Xerox det første eksperimentelle Ethernet-systemet for sammenkobling av Xerox Alto, en personlig arbeidsstasjon med et grafisk brukergrensesnitt. Det eksperimentelle Ethernet-nettverket ble brukt til å koble Altos til hverandre, til servere og til laserskrivere. Signalklokke for det eksperimentell Ethernet-grensesnittet ble hentet fra Altos systemklokke, som resulterte i en dataoverføringshastighet på 2,94 Mbit/s. Robert Metcalfes første eksperimentelle nettverk ble kalt Alto Aloha Network. I 1973 endret Metcalfe navnet til "Ethernet" for å gjøre det klart at systemet kunne støtte enhver type datamaskin - ikke bare Xerox Alto. For å illustrere at hans nye nettverksmekanismer hadde utviklet seg langt utover det grunnleggende systemet, valgte han ordet "ether" som en måte å beskrive en viktig funksjon av systemet. Det fysiske mediet (dvs. en kabel) bærer data til alle stasjoner, omtrent på samme måte som den gamle "luminiferous ether" en gang var ment å forplante elektromagnetisk bølger gjennom atmosfæren. Av dette ble Ethernet født.
Hva er Ethernet?
Det grunnleggende prinsippet om Ethernet-kommunikasjon kalles CSMA / CD (Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection). Når en enhet ønsker å kommunisere må den sjekke linjen for å se om det er klart. Hvis det er klart, blir dataene overført. Ellers venter den på en klar linje. Kollisjonsdeteksjon er viktig, fordi der er mulig at to eller flere enheter kan forsøke å overføre data samtidig, og dataene vil kollidere. Ved å oppdage at en kollisjon har oppstått, kan aktuell data sendes på nytt slik at det ikke går tapt.
Den første sanne Ethernet-standarden ble kalt 10Base5. Nettverket var basert rundt en enkel tykk koaksialkabel opp til 500 m med transceivere som var koblet inn i kabelen på punkter langs lengden. Datahastigheten ble fastsatt til 10 Mbit/s. Hvis et større nettverk var påkrevd, kunne det brukes repeatere.
Den neste viktige standarden var 10Base2 som kunne levere 10 Mbit/s, men brukte en billigere og tynnere koaksialkabel koblet til nettverkskort ved hjelp av T-ledd. Denne løsningen var mye billigere og ble populær for små nettverk.
Det neste store skrittet for Ethernet-nettverket var introduksjonen av strukturert kabling. 10BaseT-standarden ble utviklet og var avhengig av hubber og en kabellengde på 100 m. Et annet steg opp var utviklingen av raskere nettverk og bruken av fiberoptiske kabler for langdistanse datatransmisjon. Derfor oppsto flere standarder, inkludert 100BaseT, 100BaseFX osv. Med blandede standarder, høyere antall tilkoblede enheter og nå to datahastigheter som skulle vurderes, ble sammenkobling av nettverkene mer komplisert, og dermed ble switchen utviklet.
Hvorfor bruke Ethernet for industrielle systemer?
Feltbusser har vært den tradisjonelle måten for datakommunikasjon i industrien. Det er mange forskjellige typer og standarder, noe som betyr at interoperabilitet er vanskelig og dyrt og er hovedårsaken til at Ethernet begynte å bli vurdert for industrielle applikasjoner. Andre fordeler er:
- Pålitelighet. Ethernet er en veldefinert åpen standard som betyr at interoperabilitet er forenklet, og komponenter er tilgjengelige fra flere kilder. Ethernet er åpen og gjennomsiktig. Mange forskjellige protokoller kan kjøre samtidig på samme nettverk.
- Hastighet. Datahastigheter på 10 Mbit/s og 100 Mbit/s er vanlig, samt at Gigabit-løsninger nå også er tilgjengelige. Den raskeste feltbuss protokollen kjører på 12 Mbit/s, og de fleste opererer på mindre enn 2 Mbit/s.
- Determinisme. Determinismeprotokoller eksisterer allerede for å prioritere data og dermed gjøre Ethernet praktisk talt deterministisk som er det ultimate målet for industriell bruker.
Er Ethernet deterministisk?
Determinisme er nøkkelordet i mange industrielle nettverk. Med et deterministisk nettverk er det mulig å si med full sikkerhet at en hendelse oppstod innenfor et bestemt tidsvindu. Med CSMA / CD-teknikken som brukes i det opprinnelige Ethernet-systemets determinisme var det umulig, men ved å introdusere switchen, har ting endret seg. Kollisjoner i kablingsinfrastrukturen oppstår ikke lenger. Med tvisted parkabel eller fiberoptiske kabler kan en oppnå full dupleks. En pakke sendt til en switch er lagret og videresendt til riktig destinasjonsport. Hvis den porten er opptatt, vil switchen vente - dermed ingen kollisjoner og ingen retransmissions. Problemet er nå potensiell lang ventetid i køen. Moderne switcher har funksjoner som kan garantere at denne køen aldri er et problem. Ethernet-pakker kan konfigureres til å bære en prioritetskode. En annen nyttig funksjon er dataflow-kontroll og head of line-blokkering.
Hvordan lage Ethernet industriell?
Ved utforming av utstyr for industrielle miljøer er det visse funksjoner som er viktigere enn andre. LM har alltid designet løsninger for industrielle applikasjoner, vi forstår hva markedet krever og vi vet at kvalitet og funksjonalitet er viktige faktorer når vi ser på total kostnad for et prosjekt.
Viktige aspekter for løsninger innen industriell datakommunikasjon inkluderer:
Enheten må være konstruert for å eliminere kommunikasjonsforstyrrelser og nedetid. Vi oppnår dette ved å bruke utstyr av høy kvalitet som er konstruert for det industrielle miljøet som utstyret er eksponert for. Industrielle enheter er ofte installert nær utstyr som genererer elektromagnetisk støy. Vi har mer enn 20 års erfaring i å designe nettverk med utstyr som nettopp er bygget for slike miljøer og tar hensyn til dette når vi velger riktig utstyr for applikasjonen.
Det er ofte et krav til utvidet temperaturområde i industrielle applikasjoner. Vi garanterer denne funksjonaliteten ved å bruke utstyr av høy kvalitet som har et utvidet arbeidstemperaturområde. I industrielle applikasjoner er metoden for installasjon alltid viktig. Ofte må enheter installeres ved maskiner som beveger seg eller er utsatt for annen vibrasjon.
Alle våre industrielle produkter er designet for høy mekanisk ytelse og med DIN-skinne montering. Når vi designer løsninger, ser vi alltid på problemer knyttet til vibrasjon, mekanisk tilkobling og montering.
En av de vanligste årsakene til datakommunikasjonsfeil er forskjellige jordpotensialer mellom tilkoblede enheter. Dette elimineres med galvanisk isolasjon på alle grensesnittene. Dette er en av standardfunksjonene i mange av våre produkter. Industrielt utstyr er også ofte utsatt for kraftledninger, reaktive belastninger eller høyspenningsbrytere. Denne typen utstyr genererer ofte transienter som forårsaker kommunikasjonsfeil. En måte å eliminere dette problemet er å velge produkter med forbedret overspenningsbeskyttelse. Ved bruk av utstyr i sanntidsapplikasjoner er det viktig å ha ulike nivåer av prioritering. I de raske ringswitchene er det innebygde funksjoner for køer som garanterer overføring av prioritert data. Våre løsninger er installert i mange forskjellige applikasjoner over hele verden. Vi bruker derfor produkter som møter lokale krav til sikkerhet, elektrisk immunitet, EDS og vibrasjon.
Industrielt Ethernet
Krav om større forretningseffektivitet og kundetilfredshet, kombinert med ønsket om et mindre miljømessig fotavtrykk, skaper nye nettverksutfordringer for mange bedrifter. Datanettverk er sentralnervesystemet for nesten alle kritiske forretningssystemer og transportløsninger som vi stoler på. Operasjonskritiske nettverk må være ekstremt robuste. De gir fersk drikkevann til våre hjem og arbeidsplasser, 24/7 strøm, avløpsanlegg, forutsigbar og pålitelig jernbane, trafikkontroll, global maritim transport av varer og mer.
Det er viktig å ha den riktige løsningen på plass. Et system som ikke fungerer riktig vil være dyrt å drifte og vedlikeholde, og det kan være skadelig både for liv, helse og miljø. For å lage gode løsninger for kritiske applikasjoner er det avgjørende at de designes for maksimal oppetid og driftssikkerhet. Dette innebærer typisk at fokus på redundans i løsningen er høyt, at nettverkssikkerhet er vurdert og at det er brukt utstyr som passer miljøet løsningen skal operere i. Under viser vi noen eksempler på redundante løsninger.