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在開發新的數據通信協議時，提高數據速率通常是主要關注點。然而，在工業和樓宇自動化應用中運行的無數傳感器和執行器中，許多需要的不僅僅是快速的數據速率才能正常工作。這些邊緣設備目前使用無數傳統的多點協議進行互連，這增加了原始設備制造商（OEM）支持它們的復雜性和成本。

考慮到這一點，IEEE成立了一個工作組，研究短距離網絡技術如何通過一對以太網（SPE）電纜提供10 Mb / s的數據速率，以滿足工業4.0，汽車和其他市場的需求。

這在 2019 年發布的 IEEE 802.3cg 標準中達到高潮，該標準現在將 SPE 的優勢帶到了邊緣。

為工業 SPE 奠定基礎

雖然已經存在點對點類型的單對以太網，可以快速提供（并超過）工業應用所需的數據速率，但現有的多點類型無法提供移動機器人和執行器近乎實時響應輸入所需的確定性。這是因為它們使用載波檢測多路訪問和沖突檢測（CSMA/CD）來仲裁對多點網絡中共享介質（電纜）的訪問。

CSMA/CD表現出由數據沖突引起的隨機延遲，因此無法保證設備能夠在定義的時間間隔內與接收器進行傳輸和可靠的通信。為了解決這一缺點，開發了一種調節介質訪問控制的新方法，用于10BASE-T1S，這是一種網絡協議，旨在通過長達10米的電纜以高達25Mb/s的速率實現多點數據通信。

物理層沖突避免（PLCA）可確保半雙工多點網絡中的最大延遲。當協調器節點（節點 0）發送信標時，PLCA 傳輸周期開始，然后其他網絡節點同步到該信標。發送信標后，傳輸選項將轉發到節點 1.如果此節點沒有要發送的數據，則該選項將傳遞給節點 2。此過程一直持續到每個節點至少獲得一個傳輸機會（TO）為止。

然后，協調器節點通過發送另一個信標來重新啟動循環.為了防止節點阻塞總線，每個傳輸機會只允許一定數量的傳輸幀，由突發模式設置控制，該設置默認為每個傳輸機會（TO）一幀，但可以設置為每 TO 128 幀。總線上不會發生數據沖突，因此吞吐量不受影響。

圖2：PLCA介質訪問控制周期

布線是在工業環境中部署傳統以太網的另一個障礙。標準以太網電纜有四對電線，這增加了它們的成本并使它們難以安裝。10BASE-T1S被開發為使用一對電線工作，這些電線更小，更易于使用，并且價格便宜得多。

除了實時性能和確定性之外，在惡劣和電氣噪聲環境中可靠工作是工業網絡的關鍵要求。雖然較舊的以太網標準不是為電磁兼容性（EMC）而設計的，但 10BASE-T1S 在設計時考慮了這些惡劣環境。結果是，與其他工業網絡相比，10BASE-T1S表現出出色的EMC性能。

使用10BASE-T1S，即使使用非屏蔽單對電纜，也可以設計出滿足3類IEC61000-4-6 EMI要求（10 Vrms共模噪聲注入）的系統。PLCA是提高電磁抗擾度的關鍵因素，因為消除碰撞使物理層收發器能夠采用先進的技術，即使在存在高水平的電噪聲的情況下也能恢復信號。

工業邊緣的 SPE

工業設備原始設備制造商和工業設施運營商將在許多方面從10BASE-T1S中受益匪淺。在工廠環境中，許多通信技術傳統上在物理層（PHY）連接設備（RS-485，UART），在數據鏈路層連接各種現場總線協議。這些節點以低數據速率將溫度和壓力傳感器、機器人和 HVAC 執行器、風扇、電壓監視器、電源轉換器和其他模塊等所有設備連接回控制柜。

10BASE-T1S的多點功能允許將這些設備連接到單個共享電纜，這意味著它們可以在不影響整體網絡性能或導致過程停機的情況下被移除（或更換），從而大大簡化并降低了網絡維護成本。用 10BASE-T1S 取代傳統的多點工業網絡還消除了對大型交換機、網關和協議轉換器的需求，以及支持它們所需的額外布線和電源。

二合一麥克菲收發器

典型的 10BASE-T1S 以太網 PHY 控制器僅提供通過非屏蔽單對電纜傳輸和接收數據所需的物理層功能，并支持通過標準媒體獨立接口（MII）與 MAC 通信。安森美的NCN26010（圖3）是一款符合IEEE 802.3cg標準的以太網收發器，旨在通過在單個封裝中集成媒體訪問控制器（MAC）、PLCA協調子層（RS）和10BASE?T1S PHY，消除這種雙層方法。

這意味著它可以提供通過單個非屏蔽雙絞線發送和接收數據所需的所有物理層功能，并通過開放聯盟MACPHY SPI協議與主機MCU通信。將PHY和MAC集成到單個MACPHY器件上，允許以太網與傳感器和其他工業設備一起使用，這些設備具有沒有集成MAC的中低端MCU。這大大降低了復雜性，并提供了在初始系統安裝后重新配置節點的靈活性。