Günümüzün birbirine bağlı dünyasında Ethernet üzerinden veri iletimi hayati bir rol oynuyor. Bu durum, özellikle Single Pair Ethernet’in devreye girmesiyle birlikte, endüstriyel uygulamalar için yepyeni olanaklar ve beraberinde bazı zorluklar ortaya çıkardığından beri daha da önem kazandı. Bu yazıda, Single Pair Ethernet tabanlı saha cihazları ve sensörlerin ağlara entegrasyonu ve bunun endüstriyel proseslere sağladığı avantajlarla ilgili en önemli soruları yanıtlıyoruz.
Single Pair Ethernet (SPE), çeşitli iletim protokollerinin temelini oluşturan Ethernet tabanlı bir iletişim teknolojisidir. Uçtan uca iletim konsepti sayesinde sensörden buluta doğrudan veri aktarımı sağlanır ve bu da otomasyon piramidinin tüm katmanlarında kesintisiz bir iletişim imkânı sunar. Bu yapı, saha seviyesindeki sensör verilerine erişimi ve uygulamaların hayata geçirilmesini önemli ölçüde kolaylaştırır. Zaman zaman bu teknoloji hatalı olarak “Single per Ethernet” şeklinde de anılmaktadır.
OSI modeli (Open Systems Interconnection Model – Açık Sistemler Ara Bağlantı Modeli), bir iletişim veya bilgisayar ağındaki standartlaştırılmış işlevleri tanımlayan kavramsal bir çerçevedir. Ağ iletişimini yedi ardışık katmana ayırır ve her katman belirli görev ve işlevlere sahiptir. Bu yapı, karmaşık ağ iletişiminin düzenlenmesine ve standartlaştırılmasına yardımcı olur. Single Pair Ethernet ise en alt katman olan fiziksel katmanda (physical layer) yer alır.
OSI Modeli: (1) Fiziksel Katman (Physical Layer) (2) Veri Bağlantı Katmanı (Data Link Layer) (3) Ağ Katmanı (Network Layer) (4) Taşıma Katmanı (Transport Layer) (5) Oturum Katmanı (Session Layer) (6) Sunum Katmanı (Presentation Layer) (7) Uygulama Katmanı (Application Layer)
En temel fark, kullanılan veri kablosundaki tel çiftlerinin sayısında görülür. Klasik Ethernet, veri iletim hızına bağlı olarak 2 veya 4 tel çifti kullanırken, SPE yalnızca korumalı bir veri kablosu içinde burulmuş tek bir tel çiftiyle çalışır. Ayrıca, 10BASE-T1L standardına dayanan bu yenilikçi teknoloji, 1000 metreye kadar kablo uzunluklarını desteklerken, geleneksel Ethernet çözümlerinde bu mesafe genellikle 100 metre ile sınırlıdır.
10BASE-T1L kısaltması, ağ bağlantısına dair temel bilgileri içeren birkaç bileşenin birleşiminden oluşur. “10” ifadesi, 10 Mbps veri iletim hızını belirtir. “BASE” terimi, sinyal türünü ifade eder ve Ethernet sinyallerinin veri kablosu üzerinden taşınabileceğini gösterir. “T1” ifadesi, burulmuş tel çifti (twisted pair) anlamına gelirken, “L” harfi ise uzun mesafe (long distance) anlamındadır ve bu sayede veri kablosu uzunluğu 1 kilometreye kadar çıkabilir.
Single Pair Ethernet (SPE), özellikle endüstriyel otomasyon ve cihaz ağ yapıları alanında birçok avantaj sunar. En önemli faydalar şu şekildedir:
Kablo karmaşıklığını azaltır
SPE, geleneksel iki ya da dört çiftli veri kabloları yerine yalnızca tek bir çift bakır kablo kullanır. Bu sayede kablolama mimarisi basitleşir, ağırlık ve alan ihtiyacı azalır. Özellikle yüksek bükülme stresine maruz kalan uygulamalarda bile karmaşık makineler ve tesislerde montaj ve kablo yönlendirmesi büyük ölçüde kolaylaşır.
Maliyet tasarrufu sağlar
Daha az kablo malzemesi kullanılması, hem kabloların kendisinde hem de kurulum aşamasında maliyet avantajı sağlar. Ayrıca bakım maliyetleri de düşürülebilir.
Gerçek zamanlı yüksek veri iletimi
SPE, gerçek zamanlı veri iletimini destekler. Bu, endüstriyel uygulamalarda proses kontrolünün iyileştirilmesini ve güvenliğin artırılmasını sağlar.
Power over Data Line (PoDL)
Veri iletimi sırasında aynı kablo çifti üzerinden gerilim de sağlanabilir. Bu, cihazların beslenmesini kolaylaştırır ve ayrı enerji kabloları ihtiyacını ortadan kaldırır.
Kolay bağlantı ve entegrasyon
SPE, mevcut Ethernet altyapılarına kolayca entegre edilebilir ve standart Ethernet protokollerini destekler. Bu da ağlara bağlantı ve entegrasyon süreçlerini sadeleştirir. Tek gereken, kullanılan teknolojik alt grubun IEEE 802.3 standardını destekleyen bir SPE anahtarıdır.
Artırılmış dayanıklılık ve güvenilirlik
SPE sistemleri, zorlu endüstriyel koşullar için tasarlanır. Bu da onları çevresel etkilere ve mekanik zorlanmalara karşı daha dayanıklı hâle getirir.
Uzun mesafeli veri iletimi
SPE, geleneksel Ethernet’e kıyasla daha uzun mesafelerde veri iletimi sağlayabilir. Bu da geniş endüstriyel tesislerde veya büyük yapılarda önemli bir avantaj sunar.
Geleceğe yönelik güvenli bir çözüm
IoT cihazlarının sayısının giderek artması ve bu cihazların verimli bir şekilde ağa bağlanma ihtiyacı, SPE’yi modern ve gelecekteki ağ uygulamalarının gereksinimlerine ayak uydurabilecek sürdürülebilir bir çözüm hâline getirir.
Saha cihazlarının engelsiz bağlantısını sağlayan Single Pair Ethernet, birçok sektör ve endüstri kolunun faydalanabileceği yeniliklerin kapısını aralar. Bunlar arasında endüstriyel ağlar, otomotiv uygulamaları, bina otomasyonu ve dayanıklı, maliyet etkin ya da alan tasarrufu sağlayan kablolama çözümlerinin gerektiği diğer uygulamalar yer alır. Single Pair Ethernet ayrıca zorlu endüstriyel ortamlarda ve büyük depo ile seralarda iklim izleme gibi alanlarda tercih edilen teknolojidir. Uzun kablo mesafesi sayesinde sensörler uzak mesafelere dahi entegre edilebilir.
Single Pair Ethernet (SPE), teknik gereksinimler ve kablo uzunluğuna bağlı olarak değişebilen farklı veri iletim hızları sunar. Bunlar şunlardır:
10 Mbit/s (IEEE 802.3cg standardına göre 10BASE-T1)
Bu hız, yüksek hızdan çok güvenilirliğin ön planda olduğu uygulamalar için tasarlanmıştır. İki ana çeşidi vardır:
T1S (kısa mesafe): Kısa mesafeler için uygundur ve çoklu bağlantı (multi-drop) özelliği ile 25 metre uzunluğa kadar korumasız kablo demetinde en fazla 8 cihaz bağlanabilir.
T1L (uzun mesafe): Noktadan noktaya Ethernet bağlantılarını 1000 metreye kadar destekler. Bu versiyonda PoDL destekleyen korumalı iki telli kablo kullanılır.
100 Mbit/s (IEEE 802.3bw standardına göre 100BASE-T1)
Bu hız genellikle otomotiv ağlarında kullanılır ve hız ile maliyet etkinliği arasında iyi bir denge sağlar. Korumasız kablo ile maksimum uzunluk 15 metredir.
1 Gbit/s (IEEE 802.3bp standardına göre 1000BASE-T1)
Daha yüksek hız gerektiren uygulamalar için idealdir; örneğin gelişmiş endüstriyel uygulamalar veya ileri araç sistemleri. Korumasız kablo ile 15 metre, korumalı kablo ile 40 metreye kadar uzunluk sağlanabilir.
2,5/5/10 Gbit/s (IEEE 802.3ch standardına göre multi-gig)
Çok yüksek bant genişliği gerektiren otomotiv sektöründeki sürücü destek sistemleri veya otomatik pilot sistemleri gibi uygulamalarda kullanılır. Korumalı veri kabloları ile 15 metre uzunluk mümkündür.
| Yıl IEEE 802.3 |
IEEE 802.3 Standardı | Max. Mesafe | Hız | Bant Genişliği | ISO/IEC TR11801-... göre kategori | Tel çift sayısı | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 2015 | IEEE 802.3bw | 100BASE-T1 | 15 m UTP | 100 Mbit/s | 66 MHz | SPE | 1 |
| 2016 | IEEE 802.3bp | 1000BASE-T1 | 40 m 15 m UTP |
1000 Mbit/s | 600 MHz | SPE | 1 |
| 2019 | IEEE 802.3cg | 10BASE-T1L 10BASE-T1S |
1000 m 25 m UTP |
10 Mbit/s | 20 MHz | SPE | 1 |
| 2020 | IEEE 802.3ch | Multi-Gig | (15 m) | 2.5/5/10 Gbit/s | — | SPE | 1 |
Verimli veri iletimi ve uçtan uca ağ bağlantısı sağlamak için birkaç önemli faktör bulunur. Bunlar arasında kullanılan kabloların türü ve kalitesi, SPE destekli donanımlar (SPE anahtarlar, yönlendiriciler ve uç cihazlar) ile uygun fiş konnektörler ve bağlantılar yer alır. Ayrıca, ağ tasarımının dikkatli planlanması, çevresel etkilerin göz önünde bulundurulması ve profesyonel montaj da gereklidir.
Single Pair Ethernet teknolojisi, şu ana kadar yalnızca belirli sensör ve otomasyon teknolojisi şirketleri tarafından sunulan yenilikçi bir teknolojidir. Başarılı pazarlama, iki farklı teknoloji liderinin birleşimiyle gerçekleşmektedir. En bilinen oluşum, üye dizininde olası sensör ve teknoloji sağlayıcılarına dair kapsamlı bir genel bakış sunan Single Pair Ethernet Systems Alliance’dır.
Single Pair Ethernet System Alliance, SPE teknolojisinin geliştirilmesi, standardizasyonu ve yaygınlaştırılmasına odaklanır. Ana hedefleri şunlardır:
Single Pair Ethernet, proses otomasyonunda öncü bir teknoloji olarak kabul edilir ve endüstriyel ile endüstriyle ilişkili uygulamalarda veri iletim biçimini köklü bir şekilde değiştirme potansiyeline sahiptir. Bu nedenle giderek artan bir endüstriyel kabul görmektedir ve gelecekte IoT uygulamalarında kritik bir rol oynayacaktır. Akıllı şehir uygulamaları, akıllı binalar, bağlı araçlar ve daha fazlası bu kapsamda yer alır. Teknik açıdan bakıldığında, Single Pair Ethernet’in gelecekte vazgeçilmez bir teknoloji olacağı kesindir.
