Гигабит

Умным зданиям и производству тоже нужен Ethernet

В системах контроля и управления зданиями, на производстве, используется множество простых устройств — датчики для детектирования света, тепла, движения, задымления, влажности и давления, механизмы для активации и контроля выключателей, запирающих устройств, сигнализации и т.п. Используемые элементы управления, датчики, системы и устройства собирательно называют «операционными технологиями» (Operational Technology, OT).

Для их подключения традиционно использовались различные коммуникационные протоколы и технологии полевой шины, такие, как Modbus для систем кондиционирования, BACnet для контроля доступа и LonWorks для освещения. Из-за фрагментации сети ранее требовалось использовать шлюзы для преобразования протоколов при создании единой системы автоматизации здания. Это усложняло реализацию сложных систем управления зданиями.

Хотя однопарный Ethernet — «тоже Ethernet», разъемы для него радикально отличаются от привычного RJ-45

ИТ-сети унифицированы, но использующийся в них протокол Ethernet для операционных технологий по разным причинам (историческим, технологическим и, в конце концов, он был слишком дорог для соединения датчиков) широкого распространения не получил.

Решением стали стандарты однопарного Ethernet (Single-Pair Ethernet, SPE), их применение устраняет многие из проблем, для решения которых разрабатывались специфические коммуникационные протоколы — передача на большие расстояния, обеспечение питания, поддержка нескольких отводов и т.п. Подключение конечных устройств с помощью Ethernet обеспечивает множество преимуществ, таких, как прямой доступ к контролируемым системам, простое обслуживание, совместимость различных систем.

Что дает SPE

«Продление» сети Ethernet до датчиков устраняет необходимость в дополнительных шлюзах и упрощает автоматизацию зданий благодаря использованию одного общего протокола.

Однопарные кабели дешевле и легче, что упрощает их прокладку, а быстрая и простая установка снижает трудозатраты. Облегчает этот процесс и поддержка PoDL.

Высокая пропускная способность по сравнению с существующими сетями полевых шин повышает гибкость при реализации дополнительных функций.

Кабель 10Base-T1L с дальностью передачи 1000 м. в ряде случаев способен заменить более дорогие оптические кабели.

Однопарный Ethernet позволяет подключить все устройства в общую локальную сеть здания. Традиционно за информационные и операционные технологии отвечают различные подразделения, однако расширение сферы использования Ethernet в конечном итоге приведет к конвергенции ИТ и ОТ, как это произошло с сетями передачи голоса и данных.

Обозначение гигабита согласно стандарту JEDEC [2] [ править | править код ]

Стандарт памяти JEDEC 100B.01 (JEDECJoint Electron Device Engineering Council (Объединенный инженерный совет по электронным устройствам), занимающийся разработкой и продвижением стандартов для микроэлектронной промышленности) распространяется на обозначение значений терминов и буквенных символов. Целью данного стандарта является содействие единообразному использованию символов, аббревиатур, терминов и определений в полупроводниковой промышленности. Из-за частой путаницы гигабита и гибибита спецификация стандарта дефинирует специально для IT двоичные префиксы, в качестве единицы измерения количества информации, определяет значение приставки Gi (gibi) множителем равным 1 073 741 824 (2 30 ), то есть гибибит обязан быть обозначен как Gibit и иметь значение равное 1 073 741 824 бит (2 30 бит или K 3 , где K = 1024) .

Стандарты на однопарный Ethernet

В архитектуре компьютерных систем

В современном мире повсеместно используются компьютеры на двоичной логике, которая имеет свои ограничения. Существует минимально передаваемый (адресуемый) блок информации. В большинстве случаев это 1 байт. Компьютеры могут хранить (и адресовать) только объём информации, кратный 1 байту (см. Машинное слово). Объём данных принято измерять в байтах. Поэтому используется 1 КБ = 1024 байт. Это вызвано оптимизацией вычислений (в памяти и процессоре). От размера страниц памяти зависит всё остальное — размер блока I/O у файловых систем обычно кратен размеру страницы памяти, размер сектора на диске подбирается так, чтобы кратно укладываться в размер блока файловых систем.

Многие производители накопителей (за исключением компакт-дисков) указывают размер из расчёта 1 КБ = 1000 байт. Существует мнение, что это вызвано маркетинговыми причинами.

Практика

  • В оборудовании Cisco при выставлении скорости считается, что 1 кбит/с = 1000 бит/с.
  • С версии MAC OS X 10.6 Snow Leopard показывает в СИ-единицах.
  • В Windows для отображения хранимой информации используется 1 КБ = 1024 байт.[как трактуется скорость в «мониторе ресурсов»?]
  • Многие сборки Linux, руководствуясь стандартами, используют 1 кбит = 1000 бит, 1 кибит = 1024 бит.
  • Возможно, что некоторые прикладные программы при подсчёте скорости считают, что 1 Кб = 1024 бита.
  • Разные провайдеры предлагают разные тарифные скорости. Например, один провайдер может считать, что 1Мб = 1024 Кб, другой, что 1 Мб = 1000 Кб (несмотря на то, что в обоих случаях 1 Кб = 1000 бит)[]. Такое несоответствие не всегда является недоразумением, например, если на сети провайдера используются потоки E1, скорости всегда будут кратны 64. Некоторые люди и организации избегают неоднозначности, употребляя выражения «тысяча бит» вместо «килобит» и т. п.

Пример соответствия единиц при том и другом подходе приведены в таблице:

Значение производных единиц
Единица Сокращение «стандартный» подход «традиционный» подход [источник не указан 2248 дней]
килобит кбит, Kb 103 = 1 000 210 = 1 024
мегабит Мбит 106 = 1 000 000 220 = 1 048 576
гигабит Гбит 109 = 1 000 000 000 230 = 1 073 741 824

См. также Единицы измерения скорости.

В телекоммуникациях

В телекоммуникациях приняты десятичные приставки, например, 1 килобит = 1000 бит. Аналогично 1 килобайт = 1000 байт, хотя в телекоммуникациях не принято измерять скорость в байт/с.

На фундаментальном уровне скорость передачи информации (не путать со скоростью чтения и записи информации) зависит от частоты генератора передатчика (измеряемой в Гц) и от применяемого кода. Ни то, ни другое не связано ограничениями двоичной логики. При разработке стандартов скорости (и частоты) чаще всего подбирают так, чтобы передавалось целое число байт.

Примеры:

  • Максимальная скорость передачи информации во всех Ethernet стандартах: 10 Мбит/с = 10000000 бит/с; 100 Мбит/с = 100000000 бит/с; 1 Гбит/с = 1000000000 бит/с и т. д. При этом бодовая отличается в разных стандартах и зависит от способа кодирования.
  • Основной цифровой канал (ОЦК) имеет скорость 64 кбит/с = 64*1000 бит/с. На основе ОЦК построена вся плезиохронная цифровая иерархия. Например, скорость потока E1 (содержит 32 ОЦК) = 2,048 Мбит/с = 2048 кбит/с = 2048000 бит/с.
  • Скорость STM-1 равна 155,52 Мбит/с = 155520000 бит/с. На основе STM-1 построена вся синхронная цифровая иерархия.
  • Скорости старых модемов, написанные в спецификациях (и на коробках самих модемов), 56К, 33.6К, 28.8K, 14.4К и т. д. указаны с коэффициентом 1 K = 1000 бит.

См. также: список пропускных способностей интерфейсов передачи данных

Частые ошибки [ править | править код ]

Нужно помнить, что 1 байт содержит 8 бит. Для того чтобы узнать скорость передачи данных в единицах, обычно используемых для определения объёма хранимой информации (байт, килобайт, мегабайт и т. д.), нужно перевести в байты, разделить скорость канала на 8, и получить скорость в байтах. Примеры:

  • Некоторые жёсткие диски не имеют достаточную скорость чтения/записи, чтобы обеспечить полную загрузку сетевого канала (например, 100 Мб/с). Также ограничивающим фактором может стать насыщение шины. Это нужно учитывать, прежде чем обращаться к провайдеру с жалобой на заниженную скорость.
  • Часто путают бит/c и бод.

Теория

Как найти скорость передачи данных

Чему равна скорость передачи данных (V), если известен объём переданных данных (I) и время (t), за которое эти данные переданы?

V = I ⁄ t

Пример

Через некое соединение был передан файл размером 5MB (мегабайт), передача заняла 16 секунд. Необходимо определить скорость передачи данного файла в мегабитах в секунду.

Для начала переведём 5 мегабайт в биты (cм. таблицу ниже):

5MB = 5 ⋅ 8000000 = 40 000 000 бит

Далее считаем по формуле:

V = 40000000/16 = 2 500 000 бит/с

Переводим полученный результат в мегабиты в секунду:

V = 2500000/1000000 = 2.5 Мбит/с

Как найти объём данных

Чему равен объём данных (I), если известны скорость передачи данных (V) и время (t), за которое эти данные переданы?

I = V ⋅ t

Пример

Скорость передачи данных через ADSL-соединение равна 512000 бит/с. Передача файла заняла 16 секунд. Определим объем файла в килобайтах.

Для начала определим размер переданного файла в битах:

I = 512000 ⋅ 16 = 8192000 бит

Переведём полученный результат в килобайты:

I = 8192000/8000 = 1024 Кбайт

Этот результат верен если 1 Кбайт = 1000 бит. Если же вы производите расчет с устаревшими единицами (1 Кбайт = 1024 бит), то:

I = 8192000/8192 = 1000 Кбайт

А если результат записать в кибибайтах:

I = 8192000/8192 = 1000 КиБ

Как найти время передачи данных

Чему равно время передачи данных (t), если известны объём переданных данных (I) и скорость передачи данных (V):

Пример

За сколько секунд скачается файл размером в 1GB (гигабайт), если скорость соединения 2 Мбит/с?

1GB = 8 000 000 000 бит = 8 000 Мбит

t = 8000/2 = 4000 сек

ОбозначениеRU ОбозначениеEN бит в секунду байт в секунду перевод в бит/сформула перевод в Б/сформула
бит в секунду бит/с bit/s 1 0.125 1 1⁄8
байт в секунду Б/с B/s 8 1 8 1
килобит в секунду Kбит/с kbit/s 1,000 125 103 1⁄8 × 103
кибибит в секунду Кибит/с Kibit/s 1,024 128 210 27
килобайт в секунду Кбайт/с kB/s 8,000 1,000 8 × 103 103
кибибайт в секунду КиБ/с KiB/s 8,192 1,024 213 210
мегабит в секунду Мбит/с Mbit/s 1,000,000 125,000 106 1⁄8 × 106
мебибит в секунду Мибит/с Mibit/s 1,048,576 131,072 220 217
мегабайт в секунду Мбайт/с MB/s 8,000,000 1,000,000 8 × 106 106
мебибайт в секунду МиБ/с MiB/s 8,388,608 1,048,576 223 220
гигабит в секунду Гбит/с Gbit/s 1,000,000,000 125,000,000 109 1⁄8 × 109
гибибит в секунду Гибит/с Gibit/s 1,073,741,824 134,217,728 230 227
гигабайт в секунду Гбайт/с GB/s 8,000,000,000 1,000,000,000 8 × 109 109
гибибайт в секунду ГиБ/с GiB/s 8,589,934,592 1,073,741,824 233 230
терабит в секунду Тбит/с Tbit/s 1,000,000,000,000 125,000,000,000 1012 1⁄8 × 1012
тебибит в секунду Тибит/с Tibit/s 1,099,511,627,776 137,438,953,472 240 237
терабайт в секунду Тбайт/с TB/s 8,000,000,000,000 1,000,000,000,000 8 × 1012 1012
тебибайт в секунду ТиБ/с TiB/s 8,796,093,022,208 1,099,511,627,776 243 240

Активное оборудование, кабели и питание «от пуделя»

Полный перевод сетевой инфраструктуры на Ethernet упростит и удешевит подключение конечных устройств и при этом обеспечит большее расстояние и большую мощность питания, чем полевые шины. Однако, активное оборудование 10Base-T1L пока еще только появляется. Включение проводки SPE в качестве признанной среды передачи данных для интеллектуальных сетей зданий и определение сценариев использования SPE в коммерческих зданиях в следующей редакции ANSI/TIA-862-B должно стимулировать выпуск коммутаторов и конечных устройств SPE.

Необходимые для поддержки SPE кабели и разъемы также пока не стандартизованы полностью. Требуемые характеристики кабеля и канала разрабатываются подкомитетом Ассоциации телекоммуникационной индустрии (Telecommunications Industry Association, TIA) TR-42.7. Соответствующий стандарт ANSI/TIA-568.5 находится на ранней стадии рассмотрения. Пока он определяет две конфигурации канала. Помимо канала протяженностью 1000 м (SP1-1000) предусматривается вариант с максимальной дальностью передачи 400 м с 5 соединениями (SP1-400).

В каналах SP1-1000 и SP1-400 могут использоваться как экранированные, так и неэкранированные кабели. Теоретически могут использоваться классические разъемы RJ-45, но их размеры слишком велики для подключения датчиков. Поэтому для SPE создано семейство новых типов разъемов для различных применений.

Стандартом ANSI/TIA-862-B для четырехпарной проводки в умных зданиях рекомендуется использование зонной проводки. Данная архитектура предусматривает использование соединительных точек, к которым подключаются розетки оборудования. Для однопарной проводки прорабатывается несколько дополнительных вариантов топологии, в том числе традиционная топология «звезда», но с линиями протяженностью свыше 100 м.

Однопарный Ethernet, как и 4-парный, предусматривает возможность передачи питания по тем же кабелям, по которым идет сигнал. Однако используемые стандарты также различаются. Передача питания по 4-парной проводке Ethernet определена в стандарте IEEE 802.3bt, который так и называется — «Питание по Ethernet» (Power over Ethernet, PoE). Передача питания по однопарной проводке специфицирована в IEEE 802.3bu «Питание по линиям передачи данных» (Power over Data Lines, PoDL, произносится как «пудл», схоже по звучанию с английским «пудель»).

IEEE 802.3bu предусматривает несколько классов питаемых устройств с мощностью от 0,5 до 50 Вт. Хотя технология подачи питания PoDL несовместима с существующим оборудованием PoE с 2 и 4 парами, она предоставляет те же преимущества, что и PoE, такие как централизованное управление питанием и резервное питание.

Сценарии применения SPE

TIA также разрабатывает три документа, где рассматривается реализация и сценарии использования SPE. Варианты внедрения, топология и архитектура описываются в дополнении к ANSI/TIA-568.0-E-1 к недавно принятому стандарту на типовую проводку. Оно также вводит новую терминологию, относящуюся к интеллектуальному зданию. Рекомендации относительно однопарной проводки должны быть включены в следующую редакцию стандарта ANSI/TIA-862 на системы для интеллектуальных зданий (ANSI/TIA-862-C). Кроме того, вскоре должна начаться работа над стандартом для промышленных применений ANSI/TIA-568.7.

В качестве примера рассмотрим применение однопарного Ethernet для подключения камер видеонаблюдения. Камеры устанавливаются по периметру здания и расстояние от них до видеорекордера может достигать 1 км. Для покрытия такого расстояния с помощью стандартного Ethernet придется использовать либо несколько повторителей, либо оптическую проводку. Благодаря современным эффективным кодекам H.264 и H.265 скорости передачи 10 Мбит/с оказывается достаточно для передачи видео даже при использовании сенсоров 4 мегапикселя с частотой кадров 30 fps.

Новые модели камер с поддержкой SPE будут также получать питание непосредственно от видеорекордера. Классов питания 14 и 15 (мощность от 50 до 58 Вт) хватает для питания видеокамер даже со встроенным подогревом. В качестве промежуточного решения, например, для подключения уже имеющихся камер без поддержки SPE можно использовать конвертеры из Ethernet в SPE.

  • Короткая ссылка
  • Распечатать

Онлайн калькулятор

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Андрей Измаилов
Наш эксперт
Написано статей
116
Добавить комментарий