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Single Pair Ethernet

Auch bei Ethernet genügt ein Adernpaar

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Folgende Normenprojekte sind derzeit in Arbeit:

  • IEC 63171 – Basisnorm mit allen notwendigen Spezifikationen und Prüfsequenzen (CD in Vorbereitung),
  • IEC 63171-1 – SPE-Steckverbinder der Firma Commscope auf Basis der LC-Verriegelung für M1I1C1E1-Anwendungen (CDV verfügbar),
  • IEC 63171-2 – SPE Steckverbinder der Firma Reichle & De-Massari für M1I1C1E1 Anwendungen (CD verfügbar),
  • IEC 63171-3 – SPE-Steckverbinder von Siemon basierend auf einem Paar des bekannten Tera-Steckverbinders für M1I1C1E1-Anwendungen (NP verfügbar),
  • IEC 63171-4 – SPE-Steckverbinder der Firma BKS für M1I1C1E1 Anwendungen (NP verfügbar),
  • IEC 63171-5 – SPE-Steckverbinder der Firma Phoenix Contact basierend auf dem IEC-63171-2-Steckgesicht für M2I2C2E2- und M3I3C3E3-Anwendungen (CD verfügbar),
  • IEC 63171-6 (bisher IEC 61076-3-125) – SPE-Steckverbinder der Firmen Harting und TE Connectivity für M2I2C2E2- und M3I3C3E3-Anwendungen (CDV verfügbar, FDIS in Vorbereitung und finale Veröffentlichung 2019).

Anmerkung: Die IEC 63171-1 (LC Style) und die IEC 63171-6 (Industrial Style) sind vollständige Normendokumente mit allen notwendigen Spezifikationen und Prüfsequenzen. Alle später begonnenen Normen beziehen sich auf die Basisnorm IEC 63171 und beinhalten nur die unterschiedlichen mechanischen Ausführungen.

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Die Verkabelungsstandards für Single Pair Ethernet

SPE und dafür normierte Steckverbinder fließen in die aktuellen Verkabelungsstandards mit ein. International betrifft das vor allem die Normenreihe für strukturierte Verkabelung nach ISO/IEC11801:2017 und in ähnlicher Weise dann auch die europäische Normenreihe im Cenelec nach EN50173. Dort wird SPE über Anhänge (Amendements) zuerst in den Teil 3 Industrieverkabelung einfließen. Zentrales Dokument für diese Anhänge ist das ISO/IEC 11801 TR9906 „Technical Report: Balanced 1-pair cabling channels up to 600 MHz“. Die Implementierung von SPE in die ISO/IEC-11801-Dokumente ist deshalb so wichtig, weil nur in dieser Norm die Verkabelungskanäle mit allen notwendigen Parametern (Länge, Anzahl Verbindungen, Bandbreite und das komplette Set an übertragungstechnischen Parametern einschließlich Next, Fext und Schirmungseigenschaften) mit Relation zur Umgebung – Mice beschrieben werden und damit dann auch nach der Installation messtechnisch überprüfbar sind.

Parallel dazu werden auch die Installationsstandards für die Industrie als Basis für die Verkabelung von Automatisierungslösungen nach IEC 61918 (IEC SC65C) entsprechend angepasst. Inwieweit das dann auch die Automatisierungsprofile selbst beeinflusst, bleibt abzuwarten. Sicher ist, dass sich PI (mit Profinet nach IEC 61784-5-3) und ODVA (mit Ether-Net/IP nach IEC 61784-5-2) aktiv an der Weiterentwicklung und Implementierung von Standards zu SPE beteiligen.

In Verbindung mit den Komponentenstandards zu Steckverbindern und Kabeln erhalten alle Anwender für SPE klare Richtlinien zum Aufbau und zur Überprüfung von entsprechenden Übertragungsstrecken. Diese Verkabelungen bleiben für 1 Gbit/s SPE erst einmal auf eine Reichweite von 40 m beschränkt. Für die 10-­Mbit/s-Variante werden Reichweiten von 1000 m und darüber hinaus realisiert.

Weitere Papiere zu SPE-Verkabelungen mit Relevanz für die USA einschließlich Kanada und Mexiko werden bei ANSI/TIA-568.5 und TIA TR42.7 vorbereitet. In den TIA42-Papieren wird das über ein Addendum (TIA-1005-A-3) aktualisiert. Inhaltlich sind all diese Ergänzungen weitgehend deckungsgleich.

Diese Verkabelungsnormen liefern dem Anwender Informationen über die Struktur der Verkabelung, die einzusetzenden Verkabelungskomponenten zur Erreichung der Leistungsvorgaben und die Grenzwerte zur Überprüfung der Verkabelung. Somit sind sie wichtigstes Instrument zum Aufbau und zur Inbetriebnahme von SPE-Verkabelungen.

Gleichzeitig stellen sie über die Referenzen zu den Komponentenstandards (Steckverbinder nach IEC 63171-6) die Kompatibilität zwischen Geräten und Verkabelung sicher. Sie ist Grundvoraussetzung für die Funktion von Netzwerken und Verbindungen auf Basis SPE und damit Basis für IoT/IIoT.

Der Einsatz anderer Verkabelungskomponenten als zum Beispiel in ISO/IEC 11801-3 Amd.1 ist zwar grundsätzlich möglich, allerdings dann nicht mehr normenkonform und birgt das Risiko von Inkompatibilitäten und Funktionseinbußen.

Deshalb haben ISO/IEC JTC 1/SC 25/WG 3 und TIA42 Anfang 2018 internationale Auswahlprozesse zur Festlegung einheitlicher Schnittstellen gestartet. Diese beiden Auswahlprozesse wurden von der IEEE 802.3 mit initiiert, indem von dort eine Empfehlung für ein SPE MDI (SPE-Geräteschnittstelle) von ISO/IEC und TIA erbeten wurde. An diesem Auswahlprozess haben sich über 20 nationale Expertengremien beteiligt. Im Ergebnis dieser Wahl haben sich zwei Steckgesichter durchgesetzt:

  • für die Gebäudeverkabelung (M1I1C1E1) das Steckgesicht nach IEC 63171-1: Dieses Steckgesicht basiert auf dem Vorschlag der Firma Commscope.
  • für die Industrie und industrienahe Anwendungen (M2I2C2E2 und M3I3C3E3) das Steckgesicht nach IEC 63171-6 (bisher IEC 61076-3-125): Dieses Steckgesicht basiert auf dem Vorschlag von Harting T1 Industrial.

Der Auswahlprozess bei TIA 42 hat die Ergebnisse von ISO/IEC bestätigt und damit besteht global große Einigkeit über die SPE-­Schnittstellen. Diese gewählten Steckgesichter werden jetzt in die jeweiligen internationalen Verkabelungsnormen eingearbeitet. Auch IEEE802.3 hat diese SPE-Interfaces in die IEEE802.3cg als empfohlenes Media Depended Interface (MDI) festgelegt.

Damit ist die Voraussetzung für den großflächigen Einsatz und somit für die erfolgreiche Vermarktung der SPE-Technik mit der durchgängigen Kompatibilität von Geräten, Kabeln und Steckverbindern in unterschiedlichen Anwendungsfeldern gewährleistet und Planungssicherheit für alle Marktteilnehmer hergestellt.

In diesem Beitrag geht es um die geschichtliche Entwicklung. In Teil 2 in der werden die technischen Spezifikationen genauer beschrieben.

* Dipl.-Ing. Matthias Fritsche ist Global Product Manager Device Connectivity and Expert for Ethernet Technologies bei der Harting Technologiegruppe in 32339 Espelkamp

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