Auf die Schnelle

Das Wesentliche in 20 Sek.

  • Single Pair Ethernet – Status Quo der Normung
  • SPE-Stecker sind verabschiedet
  • Systemansatz – Stecker, Leitung, Anschlusstechnik – muss passen
  • Eco-System ist im Aufbau
  • Inkompatibilitäten nutzen keinem, schaden allen

Generationen von Netzwerktechnikern, Planern, Installateuren und Anwendern haben gelernt, dass für Fast-Ethernet (10/100 Mbit/s) zwei Adernpaare benötigt werden, für Gigabit-Ethernet alle vier Adernpaare. Zusammen mit dem Wissen über die unterschied­lichen Komponentenkategorien für die jeweiligen Übertragungs­geschwindigkeiten von Cat. 5 bis hin zu Cat. 8.1/8.2 ist dies das Handwerkzeug, um die Kommunikationsinfrastruktur zu planen, zu errichten und zu betreiben.

Mit Single Pair Ethernet (SPE) drängt nun eine interessante Technologie in den Markt, die diese TCP/IP-basierten Datenströme auch über lediglich ein einziges Adernpaar übertragen kann.

Wie alles begann – die aktuellen IEEE802.3 Standards

Single-Pair-Ethernet-Steckverbinder nach IEC 63171-6 in IP65/67 sowie IP20

Single-Pair-Ethernet-Steckverbinder nach IEC 63171-6 in IP65/67 sowie IP20 haben das Potenzial, die klassischen Feldbusse als Kommunikationsinfrastruktur abzulösen. Harting

Ausgangspunkt für die Entwicklung von SPE ist der BroadR-Reach Standard, der von der Broadcom Corporation entwickelt wurde. Nachdem die Automobilindustrie auf der Suche nach einem Nachfolger für den CAN-Bus dieses TCP/IP-basierte Übertragungsverfahren identifiziert hatte, wurde der erste SPE-Standard von der IEEE 802.3 als Standard 100BASE-T1 in IEEE 802.3bw-2015 Clause 96 veröffentlicht. Technologien wie teilautonomes Fahren erfordern jedoch noch höhere Datenraten. Und so folgte dem SPE-Standard für 100 Mbit/s recht schnell auch die Gigabit-Variante (IEEE 802.3bp 1000BASE-T1), die bereits 1 GBit/s unterstützt. Ende 2019 wurde der IEEE 802.3cg Standard verabschiedet, der Übertragungsraten von bis zu 10 Mbit/s über maximal 1 000 m Distanz ermöglicht. Speziell dieser Standard hat für viele Bereiche der Industrie besondere Relevanz, da sich mit diesen Eckdaten nahezu alle Feldbusse durch SPE ersetzen lassen. Aktuell arbeitet die IEEE an einem weiteren Standard für Datenraten bis 10 Gbit/s (IEEE 802.3ch), der für hochauflösende Sensoren und Videoübertragungen benötigt wird. Eine weitere Studiengruppe arbeitet bereits an Ansätzen für SPE mit noch höheren Geschwindigkeiten.

Die SPE-Technologie erreicht bereits die gleiche Leistungsfähigkeit wie das vorherrschende mehrpaarige Ethernet (MPE). Der einzige Schönheitsfehler ist die derzeit noch eingeschränkte SPE-Reichweite bei 100 Mbit/s auf 15 m und bei Gigabit auf 15 m beziehungsweise 40 m. Dies resultiert aus den Anforderungen der Hauptzielgruppe Automotive Industrie. Experten gehen jedoch davon aus, dass auch hier größere Übertragungslängen erreichbar sind und die dazu notwendigen Standards in den nächsten Jahren erstellt werden.

Spielball der normativen Kräfte?

Zentrale Rolle bei der Normierung nimmt ISO/IEC JTC 1/SC 25/WG 3 ein. Hier werden, basierend auf den IEEE 802.3 Standards, die Verkabelungsnormen nach der ISO/IEC 11801 erstellt und gepflegt. Dazu erfolgt eine intensive Zusammenarbeit mit IEEE 802.3 und den Komitees für die Verkabelungskomponenten IEC SC46C ­(Kupferdatenkabel) und die IEC SC48B (Steckverbinder).

Allein innerhalb der IEC-Arbeitsgruppe SC46C sind für die Normierung der Datenkabel als Meterware folgende Normenprojekte in Arbeit:

  • IEC 61156-11 – SPE Datenkabel bis 600 MHz Bandbreite zur festen Verlegung (final veröffentlicht)
  • IEC 61156-12 – SPE Datenkabel bis 600 MHz Bandbreite zur flexiblen Verlegung (CD verfügbar)
  • IEC 61156-13 – SPE Datenkabel bis 20 MHz Bandbreite zur festen Verlegung (CD verfügbar)
  • IEC 61156-14 – SPE Datenkabel bis 20 MHz Bandbreite zur flexiblen Verlegung (geplant)

Normung der Verbindungstechnik

Der erste Normenentwurf für SPE-Steckverbinder wurde 2016 von der Firma Harting bei SC48B eingereicht und als IEC 61076-3-125 bis zum CD Dokument publiziert. 2017 wurde von der Firma CommScope ein weiteres SPE-Steck­gesicht eingereicht. Daraufhin wurde vom IEC SC48B beschlossen, für alle SPE-Steckverbinder die Normenreihe IEC 63171 zu erstellen. Dies ist die Aufgabe des Projektteams PT63171. Die bis zu dessen Gründung 2018 bereits in Arbeit befindlichen Normen (IEC 63171-1 und 63171-6) werden als in sich geschlossene Dokumente fertiggestellt und später im Rahmen von Überarbeitungen in diese Normenreihe integriert. In Arbeit sind aktuell (Stand: Januar 2020):

  • IEC 63171 – Basisnorm mit allen notwendigen Spezifikationen und Prüfsequenzen (CDV im Umlauf)
  • IEC 63171-1 – SPE Steckverbinder der Firma CommScope auf Basis der ­LC-Verriegelung für M1I1C1E1 Anwendungen (FDIS im Umlauf)
  • IEC 63171-3 – SPE Steckverbinder der Firma Siemon basierend auf einem Paar des Tera-Steckverbinders für M1I1C1E1 Anwendungen (zurückgezogen)
  • IEC 63171-4 – SPE Steckverbinder der Firma BKS für M1I1C1E1 Anwendungen (CD verfügbar)
  • IEC 63171-2 – SPE Steckverbinder der Firma Reichle & De-Massari für M1I1C1E1 Anwendungen (CD verfügbar)
  • IEC 63171-5 – SPE Steckverbinder der Firma Phoenix Contact basierend 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 (genehmigt und veröffentlicht)

Verkabelungsstandards für SPE

Die Übertragungsphysik lässt sich nicht überlisten: Bei gleichen Datenraten benötigt Single Pair Ethernet höhere Signalbandbreiten, was beispielsweise mehr Detailarbeit bei der HF-Schirmung und dem Steckverbinderdesign verlangt.

Die Übertragungsphysik lässt sich nicht überlisten: Bei gleichen Datenraten benötigt Single Pair Ethernet höhere Signalband-breiten, was beispielsweise mehr Detailarbeit bei der HF-Schirmung und dem Steckverbinderdesign verlangt. IEE-Redaktion

SPE und dafür normierte Steckverbinder fließen in die aktuellen Verkabelungs­standards mit ein. International betrifft das vor allem die Normenreihe für strukturierte Verkabelung nach ISO/IEC 11801: 2017 und in ähnlicher Weise auch die europäische Normenreihe EN50173.

Die Implementierung von SPE in die ISO/IEC 11801 Dokumente ist deshalb so wichtig, da nur diese Norm die Verkabelungskanäle mit allen notwendigen Parametern (Länge, Anzahl Verbindungen, Bandbreite und das komplette Set an ­übertragungstechnischen Parametern) in Relation zur Umgebung beschreibt – die Voraussetzung, um Installationen messtechnisch nach einheitlichen Vorgaben überprüfen und abnehmen zu können.

Parallel dazu werden auch die Installationsstandards für die Industrie als Basis für die Verkabelung von Automatisierungslösungen nach IEC 61918 beziehungsweise IEC SC65C entsprechend angepasst. Inwieweit das dann auch die Automatisierungsprofile selbst beeinflusst, bleibt abzuwarten. Sicher ist, dass sich Profibus International (Profinet) und die ODVA (EtherNet/IP) aktiv an der Weiterentwicklung und Implementierung von Standards zu SPE beteiligen.

In Verbindung mit den Standards zu Steckverbindern und Kabeln erhalten alle Anwender klare Vorschläge und Richt­linien zum Aufbau und zur Überprüfung von SPE-Übertragungsstrecken bei der Abnahme. 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 1 000 m und darüber hinaus realisiert.

Worin die Tücken des ‚cable sharings‘ liegen, steht auf der nächsten Seite.

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