Microchip ha presentado nuevos dispositivos de grado industrial para Ethernet de un solo par (Single Pair Ethernet, SPE) que implementan la capa física de 10BASE-T1S y 100BASE-T1. Estos productos llevan Ethernet hasta el borde de las redes industriales.

SPE define la parte del transceptor de un sistema Ethernet. Todas las capas superiores de software permanecen sin cambios, con independencia de cuál sea la velocidad. SPE también se denomina T1 en referencia a un par equilibrado de cables. Algunas aplicaciones utilizan un par de cables trenzados, pero otras recurren tan solo a dos cables instalados uno junto al otro. El estándar IEEE define un canal en función de sus características eléctricas, no de unos cables físicos determinados.

En SPE se han definido varios anchos de banda. La primera parte del nombre indica los Mbit/s: 10BASE significa 10 Mbit/s. Hay estándares para 10BASE-T1S (S se refiere a “Short”, es decir, corta distancia), 10BASE-T1L (L por “Long”, es decir, larga distancia), 100BASE-T1, 1000BASE-T1 e incluso velocidades más altas de transmisión de los datos: 2,5, 5 y 10 Gbit/s. SPE reduce el coste del sistema al disminuir el peso y la complejidad del cableado.

La megatendencia en las redes es pasar de sistemas distribuidos, definidos principalmente por el hardware utilizado, a sistemas más más centralizados y definidos por software. La tendencia es conectar todo con Ethernet:

• Las arquitecturas de hardware destinadas a un ámbito determinado dejan paso a zonas conectadas entre sí y a una plataforma informática centralizada.

• Los múltiples buses específicos para cada aplicación son sustituidos por una red Ethernet basada en IP y ubicua.

• Se eliminan las pasarelas o los controladores necesarios para la conversión entre diferentes tipos de hardware, así como su complejo cableado. El cableado de bajo coste y un solo par lleva Ethernet hasta el borde de la red.

Todo esto da como resultado una red más potente y flexible para los retos de la industria.

Ethernet ofrece la posibilidad de desarrollar infraestructuras conectadas entre la nube y el borde de la red. Las redes tradicionales IT de la parte superior permiten establecer comunicaciones a los niveles más altos. Las redes OT (Operational Technology) se utilizan dentro de los edificios para controlar los procesos y las líneas de montaje. A medida que nos acercamos al borde de la red empresarial encontramos sensores, actuadores y otros dispositivos de bajo nivel.

Ethernet permite disponer de una vía común para conectar y comunicar todos estos elementos y que pongan sus datos a disposición de los niveles más altos de la organización, de modo que se pueda aprovechar el gran volumen de datos (Big Data) para mejorar el funcionamiento de la empresa. También facilita la configuración y el control de los sistemas. Los mecanismos establecidos para Ethernet pueden proteger estos elementos. Autenticación, cifrado y actualizaciones seguras son aspectos cada vez más importantes como requisitos de las redes actuales.

Microchip  ayudó a elaborar los estándares del IEEE y ha desarrollado en paralelo un completo catálogo de soluciones SPE flexibles y escalables. Tanto para 10Mbits/s, 100Mbits/s o 1000 Mbits/s, Microchip tiene un PHY, MAC-PHY o conmutador Ethernet capaz de gestionar un solo par de cables para transmitir los datos.

La tecnología 10BASE-T1S es uno de los tipos más recientes de interconexión de Ethernet definidos por el IEEE.

El estándar IEEE 802.3cg fue publicado en 2019. Microchip fue uno de los principales participantes en la creación del estándar en el seno del IEEE. Este estándar fue desarrollado para llevar Ethernet hasta el borde de la Tecnología Operativa (OT) o las redes OT. Los sistemas existentes tienen anchos de banda del orden de cientos de kilobits por segundo, de ahí que pasar a megabits por segundo permite su crecimiento en el futuro.

La tecnología utiliza comunicación semidúplex y proporciona una topología flexible desde configuraciones punto-punto hasta multidrop, en cuyo caso se trata de múltiples dispositivos conectados a una línea de bus constituida por un solo par de cables.

10BASE-T1S está definida para utilizar un solo par equilibrado de conductores. Este puede consistir en un solo par de cables trenzados, otras configuraciones de pares de cables o incluso pistas paralelas sobre una placa de circuito impreso o el backplane de un servidor.

El nuevo estándar 10BASE-T1S define una capa física que crea nuevas oportunidades de negocio a las empresas que adoptan sistemas formados íntegramente por Ethernet. Los datos de cualquier punto del sistema se pueden usar de maneras innovadoras en nuevas aplicaciones.

El coste se puede reducir porque 10BASE-T1S usa componentes, software y cableado sencillos. Un nuevo controlador Ethernet MAC-PHY 10BASE-T1S disponible ahora en el mercado permite que los microcontroladores más sencillos pasen a formar parte del mundo Ethernet. 10BASE-T1S elimina la necesidad de las pasarelas que antes se requerían para convertir los datos entre diferentes sistemas de hardware. La función multidrop disminuye el número de puertos en los conmutadores ya que los dispositivos se conectan a una sola línea de bus.

El uso de mecanismos de seguridad muy consolidados y de interfaces unificadas del mundo Ethernet reducen el riesgo al crear aplicaciones en el borde de las redes industriales. Los mecanismos de seguridad son bien conocidos por un gran número de diseñadores e instaladores. Cualquier problema puede ser identificado con rapidez dado que muchas personas trabajan con la tecnología, y también pueden resolverlo rápidamente. El diseño, el desarrollo de software, las pruebas y los recursos de mantenimiento a todos los niveles de las redes OT e IT se pueden concentrar en los mismos mecanismos básicos de comunicación.

Microchip ofrece una completa gama de PHY para SPE, desde 10Mbits/s hasta 1000Mbits/s, todos ellos para el rango de temperatura industrial. Su soporte mejorado para aplicaciones industriales abarca protección, seguridad y cableado a larga distancia. Se pueden implementar soluciones completas para redes SPE con un amplio catálogo de dispositivos conmutadores para SPE. Microchip ofrece conmutadores inteligentes compatibles con TSN (Time Sensitive Networking) y tecnología SPE PHY integrada. Nuestra novedad más reciente es el primer conmutador SPE en un solo chip disponible en el mercado. Este dispositivo es compatible con TSN e integra la estructura de conmutación, CPU, RAM y memoria de código FLASH en exclusiva. Los diseñadores ahora pueden implementar soluciones de conmutación de un solo par aunque tengan poca o ninguna experiencia con la tecnología T1 PHY o con las especificaciones AVB y TSN.

Autor: Henry Muyshondt, Senior Manager, Microchip Technology, Inc.

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