Recuperamos este whitepaper escrito justo hace un año y cedido por la Excel, que recopila algunos conceptos básicos sobre SPE y nos da una idea sobre la visión y el punto de desarrollo y comercialización que tenía la tecnología entonces. En este artículo se aborda el fenómeno que está ganando mucho protagonismo en la actualidad. Se analizarán los factores que lo impulsan y su origen, así como los mercados objetivo y el potencial de mercado.

A continuación, analizaremos los últimos desarrollos normativos en curso que harán de esta tecnología la base de un sector de mercado con un enorme potencial que el cableado estructurado lleva años luchando por dominar.
A continuación, analizaremos lo que es físicamente y lo rápido que se convertirá en un conjunto de productos estándar con los que tratamos a diario.

¿De dónde viene?
En 2016, el IEEE reunió un grupo de trabajo 802.3 para debatir una petición de interés en la Ethernet de par trenzado simple (Single Twisted Pair Ethernet) de 10 Mb. En la reunión inicial participaron predominantemente empresas de Automatización Industrial y de Automoción. La intención era explorar las necesidades del mercado y los requisitos de la solución junto con los mercados objetivo y su tamaño y potencial antes de estudiar la viabilidad técnica de una solución.
La automatización industrial fue el primer sector explorado. Este interés puede explicarse de tres maneras:

- Deseo de convergencia bajo un único protocolo de red
- La adopción de Ethernet es/era ya una realidad donde era posible
- El bus de campo no Ethernet seguía siendo necesario para completar las comunicaciones edge en algunos casos.

Los retos para superar esto eran los siguientes
- Longitudes de cable superiores a 1 Km
- Ancho de banda muy bajo ≤1Mbs

El último punto se complica por el número de opciones de bus de campo disponibles, cada una de las cuales crea problemas de mantenimiento e instalación que es deseable evitar por razones de Opex si es posible.
Con la aparición de la Industria 4.0 requerirá mayores tasas de datos en el edge, mayor velocidad de registro de datos, estados del entorno y consumo de energía, junto con la optimización de los datos tanto de los equipos como del mantenimiento.

Industria 1.0 Mecanización e introducción de la energía de vapor y agua
Industria 2.0 Líneas de montaje de producción en masa que utilizan energía eléctrica
Industria 3.0 Producción automatizada, ordenadores, sistemas informáticos y robótica
Industria 4.0 La fábrica inteligente. Sistemas autónomos, IoT y aprendizaje automático

El sector de la automoción también está totalmente a favor de la Ethernet de par trenzado simple de 10M bs, de hecho se podría afirmar que están por delante de la curva con 9 organizaciones que operan en este sector representadas en la reunión inicial, algunas con múltiples delegados, incluyendo BMW, Toyota, Nissan y Renault, por nombrar sólo 4.
Con la creciente complejidad de la electrónica de los vehículos, con más ECUs y sensores, hay claras ventajas para las comunicaciones IP globales.

¿A qué se debe el impulso de la adopción de SPE?
La justificación de "ethernet to the edge" en la automatización industrial es que conducirá a un único protocolo de red y eliminará la necesidad de las complejas pasarelas necesarias para convertir desde múltiples protocolos de bus de campo diferentes, como MODbus, HART e Interbus, etc. Esto, a su vez, permitirá acelerar la puesta en marcha y el diagnóstico y la reparación de averías. Todo lo anterior, junto con las mayores economías de escala por su adopción, dará como resultado un menor coste total de propiedad (TCO) y un mejor retorno de la inversión (ROI).

Ethernet de par trenzado simple de 10 Mbs se ocupa de la mayoría de las aplicaciones de bus de campo hasta 1200 m. Además, muchos dispositivos requieren alimentación, y esto también puede cubrirse fácilmente con los cables propuestos actualmente, la mayoría de los cuales se basarán en un tamaño de conductor más grande de entre 18-24AWG, dependiendo de la distancia, y principalmente de una construcción apantallada.
La automatización de edificios, aunque no forme parte de la convocatoria de interés original, tiene una serie de problemas y requisitos muy similares; ya se está produciendo una transición con cosas como BACnet IP, pero también hay un gran deseo de converger en un tipo de red y dejar atrás, en algunos casos, los protocolos propietarios.

En lo que respecta al sector de la automoción, muchas de las redes heredadas en los vehículos (IVN) utilizan velocidades de datos inferiores a las propuestas para SPE, por lo que la transición de las IVN heredadas a ethernet requiere no sólo un menor coste, sino también una menor potencia, lo que podría reducir las emisiones y resolver múltiples problemas en este sector.

La transición a ethernet está muy avanzada con:
- 802.3bp -2016 - Gigabit Ethernet sobre par trenzado simple, entornos de automoción y transporte.
- 15m Automoción
- 40m Aviones, ferrocarriles, autobuses y camiones
- 802.3bw -2015 - 100Mb ethernet sobre par trenzado simple, entornos de automoción
-15m Automoción
Existe ahora un claro impulso hacia el "IP ubicuo" para reducir el número de IVN y las múltiples pasarelas.

Mercados objetivo
Los mercados clave para SPE no son para sustituir a las redes de 4 pares existentes, sino para funcionar junto a ellas y explotar mercados que se han considerado principalmente fuera del alcance del cableado estructurado tradicional.

Automatización industrial
- Automatización de procesos
- Automatización de fábricas

Automatización de edificios
- HVAC
- Seguridad/Control de acceso
- Incendio
- Control de alumbrado
- Residencial

Automoción
- Red IP omnipresente
- Consolidación de la IVN heredada

Potencial del mercado
El mercado de la automatización y el control industrial experimentó un crecimiento significativo en 2016, un informe declaró que el mercado tradicional de bus de campo era el 58% del mercado total y crecía a un 7% CAGR, sin embargo, el mercado de Ethernet era el 38%, pero se estableció para crecer a un 20% CAGR. Basándose en una serie de informes, se pronosticó que se suministrarían un total de 180 millones de puertos en 2020 (antes de COVID-19), el 50% de los cuales son abordables por SPE.

El tamaño del mercado de la automatización de edificios podría ser aún más emocionante con una previsión de IHS de nuevo, en 2016, que afirma que se suministrarían aproximadamente 15 millones de controladores, cada uno con 2 puertos, en todo el mundo durante 2020. Por término medio, cada controlador podría conectarse a 10 sensores/actuadores, lo que daría lugar a 300 millones de dispositivos conectados (en la siguiente sección se explica con más detalle cómo se consigue esto). Con 10Mbs SPE se podría dar servicio a más del 50% de este mercado.

Las cifras citadas en los dos ejemplos anteriores podrían palidecer cuando se observa el sector de la automoción, ya que en 2019 se suministraron aproximadamente 4.000 millones de puertos IVN. Sin embargo, hay que tener en cuenta que incluirán un mayor ancho de banda en distancias muy cortas y es más especializado que el enfoque principal de este documento, que es discutir el posible impacto en el mercado del cableado estructurado.
Si tomamos como referencia los dos mercados clave de la automatización industrial y de edificios, el sector al que podría dirigirse el SPE podría superar los 250 millones de puertos en 2021.

¿Qué es exactamente SPE? Cómo funciona y cómo proporciona alimentación
IEEE 802.3bu:2016 - Potencia sobre línea de datos (PoDL-Power over Data Line)
- Entrega de energía a través de un único segmento de par trenzado
- Se pronuncia "poodle"
- A veces se denomina SPoE (aunque es técnicamente diferente a PoE)
- Hasta 52 W de potencia, dependiendo del cable, la distancia y el número de conexiones

IEEE 802.3cg: 2019 - 10 Mb/sg
- 10BASE-T1S - Segmento de enlace (punto a punto), 4 conexiones, 15 m de alcance, alimentación PoDL
- 10BASE-T1L - Segmento de enlace (punto a punto), 10 conexiones, 1000m de alcance, alimentación PoDL

- 10BASE-T1S - Segmento de enlace (multipunto), 8 nodos, 25m de alcance

IEEE 802.3da - Mejoras en Multidrop de 10 Mb/sg
- Segmento de mezcla (multidrop), 16 nodos, 50 m de alcance, alimentación PoDL

Longitudes de canal
- Canal SP1-400 (23 AWG)

- Canal SP1-1000 (18 AWG)

Tecnología de los conectores
Hay dos grupos básicos de tecnología de conectores que son para uso 'reforzado' y 'no reforzado'.

Se suelen utilizar en el sector de la automatización industrial.

 Se basa en la huella del estilo LC y se utilizará predominantemente en la automatización de edificios y en "entornos no reforzados".

Entrega de alimentación
Hay una serie de factores que afectan a la distancia de entrega de potencia y al nivel de potencia, que son los siguientes
- Tipo de alimentación
- Tamaño del conductor
- Número de conexiones

Existen 6 clases de alimentación PoDL para aplicaciones SPE de 10Mbs, cada clase define la tensión (V), la corriente (mA), la potencia (W) y la DCR máxima (Ω)*. El valor de DCR se utiliza para calcular la distancia de entrega de potencia máxima teórica. Afortunadamente, el estándar IEEE 802.3cg proporciona una tabla que ayuda a realizar este cálculo.

*Resistencia - DCRloop = DCRcable + DCRcords + DCRconnections Esto permite entonces calcular las siguientes distancias.

Longitud máxima del canal determinada por el límite de Pérdida de Inserción (azul)
Los canales que superan los 400m o tienen más de 5 conexiones no cumplen con los requisitos de topología de canal SP1-400 (rojo)

Preguntas frecuentes
¿Sustituirá SPE a Ethernet de 4 pares?
- SPE no es un sustituto de las redes informáticas de 4 pares Ethernet
- Es un sistema totalmente nuevo para sustituir a Fieldbus y otras redes basadas en la automatización en los sectores de la automatización industrial y de edificios, así como en el de la automoción.
- así como en el sector de la automoción
La capacidad del cable de 4 pares para soportar cuatro enlaces SPE simultáneamente está todavía en evaluación

¿Puedo comprar SPE ahora mismo (2020)?
- La respuesta es no, no hay sistemas disponibles comercialmente en este momento.
- Aunque el hardware de conexión ha sido aprobado y los cables deberían ser relativamente sencillos, los PHYs
(interfaces físicas y electrónicas) aún están en desarrollo.

Conclusiones
Existe una gran actividad en torno a Single Pair Ethernet, con el IEEE y la TIA a la cabeza, aunque la ISO/IEC se está poniendo al día rápidamente, y esta última está investigando el potencial de más variantes y distancias, incluyendo el uso de cable de 4 pares como alimentación para múltiples caídas de un par.

En cualquier caso, el nivel de interés en todos los sectores del mercado es extremadamente alto y no sólo los fabricantes de cables y conectores están invirtiendo mucho, sino que los fabricantes de PHYs también están presionando mucho con anuncios de Texas Instruments, que ha sido capaz de conducir SPE hasta 1,5 km durante las pruebas en su laboratorio, no se mencionó nada sobre la potencia, por lo que puede ser una limitación física que no pueden superar.

SPE no va a sustituir al cable estructurado tradicional de 4 pares en el sector de la informática empresarial, sino que lo complementará fusionando los "sistemas de experiencia" utilizados por la tecnología operativa en una plataforma de comunicaciones uniforme.

En cuanto a los plazos, es difícil de predecir, ya se han establecido todas las normas básicas y el cableado podría implementarse muy rápidamente; ahora se trata de que los proveedores de equipos presenten los dispositivos físicos, y muchos predicen que empezaremos a ver sistemas desplegados en 2021.

Si nos fijamos en todas las curvas de adopción anteriores de la tecnología Ethernet, el tiempo que transcurre desde los primeros adoptantes hasta el mercado de masas suele ser de unos 4 años, aunque en este caso creo que se acelerará por la explosión prevista de edificios inteligentes y dispositivos conectados, ya que un informe reciente afirma que esta cifra alcanzará los 75.000 millones en los próximos 6 años.
Así que hay que estar muy atentos a este espacio. Esta tecnología llegará a un edificio cercano en un futuro no muy lejano.

Artículo cedido por Excel