Grundlagen für ein Single Pair Ethernet-Ökosystem

Die Entwicklung hin zu immer kleineren und leistungsfähigeren Geräten hält Einzug in immer mehr Branchen. Und es müssen immer höhere Datenraten übertragen werden, was ebenso kleinere und leichtere Verkabelungskomponenten erfordert. Single Pair Ethernet (SPE) ermöglicht die Datenübertragung per Ethernet über nur eine Doppelader sowie eine gleichzeitige Spannungsversorgung der Endgeräte via PoDL (Power over Data Line) und somit eine barrierefreie Anbindung von Feldgeräten und Sensor-/Aktortechnik.

Schon in einem sehr frühen Stadium hat HARTING deshalb den Weg in verschiedene Normengremien beschritten. Bei Ethernet über nur noch ein Twisted Pair Kabel handelt es sich um eine komplett neue Übertragungstechnik, die vollständig neue Komponenten in einer End-to-End Verbindung benötigt. Anlass genug, um die normativen Grundlagen für ein ganzes SPE-Ökosystem zu schaffen. Normenvorschläge für SPE-Steckgesichter gibt es mehrere. Genormte industrielle Schnittstellen, die in einem internationalen Voting industrieller Verkabelungs- und Gerätestandards als durchgängige Lösung festgelegt sind, gibt es nur eine - HARTING T1 Industrial nach IEC 63171-6.

Der Anwender-Unsicherheit begegnen

Während für Fast-Ethernet zwei und für Gigabit-Ethernet vier Adernpaare benötigt werden, können diese TCP/IP basierten Datenströme mit dem neuen Single Pair Ethernet (SPE) über nur ein Adernpaar übertragen werden. Es bedarf also es neuer Komponenten in den zukünftigen Geräten, wie etwa PHY’s (Physical Layer) und Magnetics. Aber auch die Infrastruktur aus Steckverbindern und passenden Kabeln muss sich der Entwicklung anpassen. In den vergangenen Monaten haben mehrere Hersteller von Verbindungstechnik Steckverbinderlösungen für SPE präsentiert. Für diese verschiedenen Schnittstellen sind nun verschiedene Normenvorschläge im Gespräch, was im Markt verständlicherweise wieder Unsicherheit hervorruft. Der Anwender kommt immer wieder mit berechtigten Fragen, auch auf HARTING zu: „Wird es mehrere Standards nebeneinander geben?“, „Sind die Steckverbinder-Standards kompatibel?“, „Welcher ist der richtige für mich als Nutzer?“

Vorreiter bei der Normung von SPE-Verbindungstechnik

Der erste SPE Steckverbinder-Normenentwurf wurde bereits 2016 von HARTING im IEC Gremium SC48B eingereicht und als IEC 61076-3-125 bis zum CD Dokument publiziert. 2017 wurde von der Firma CommScope ein weiteres Steckgesicht zur Normung eingereicht und anschließend vom Gremium beschlossen, für alle SPE Steckverbinder die Normenreihe IEC 63171 zu erstellen. Die bis zu diesem Zeitpunkt bereits in Arbeit befindlichen Normen werden als in sich geschlossene Dokumente fertiggestellt und im Rahmen von Überarbeitungen in diese neue Normenreihe integriert. Zentrale Rolle bei der Normierung nimmt das Gremium 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.

Die folgenden Normenprojekte für SPE Steckgesichter sind derzeit in Arbeit:

Resümee: Damit ist der von HARTING eingebrachte Steckverbinder der erste, der weltweit genormt ist.

Verkabelungsstandards für SPE

SPE und dafür normierte Steckverbinder fließen in die aktuellen Verkabelungsstandards mit ein. International betrifft das die Normenreihe für strukturierte Verkabelung nach ISO/IEC 11801 und auch die europäische Normenreihe im CENELEC nach EN 50173.

Die Implementierung von SPE in die ISO/IEC 11801 Dokumente ist deshalb so wichtig, da nur in dieser Norm die Verkabelungskanäle mit allen notwendigen Parametern (Länge, Anzahl Verbindungen, Bandbreite und das komplette Set an übertragungstechnischen Parametern einschließlich NEXT, FEXT, Schirmungseigenschaften usw.) mit Relation zur Umgebung – MICE beschrieben werden und damit dann auch nach Installation messtechnisch für den Anwender überprüfbar sind. Für die Märkte USA einschließlich Kanada und Mexiko werden bei ANSI/TIA-568.5 und TIA TR42.7 Normen vorbereitet. In den TIA42 Papieren wird das über das Addendum TIA-1005-A-3 aktualisiert.

Klare Richtlinien

In Verbindung mit den Standards zu Steckverbindern und Kabeln liefern diese Verkabelungsnormen dem Anwender klare Richtlinien über die Struktur der Verkabelung, die einzusetzenden Komponenten zur Erreichung der Leistungsvorgaben und die Grenzwerte zur Überprüfung der Verkabelung. Somit sind sie wichtigstes Instrument zum Aufbau und Betrieb von SPE-Verkabelungen. Gleichzeitig stellen sie über die Referenzen zu den Komponentenstandards (z.B. Steckverbinder nach IEC 63171-6 HARTING T1 Industrial die Kompatibilität zwischen Geräten und Verkabelung sicher. Diese Kompatibilität ist Grundvoraussetzung für die Funktion von Netzwerken und Verbindungen auf Basis SPE und damit Basis für IIoT. Der Einsatz anderer Verkabelungskomponenten, als in ISO/IEC 11801-3 Amd.1, ist nicht normkonform und birgt das Risiko von Inkompatibilitäten und Funktionseinbußen. Deshalb haben ISO/IEC JTC 1/SC 25/WG 3 und TIA 42 Anfang 2018 internationale Auswahlprozesse zur Festlegung einheitlicher Schnittstellen gestartet. Diese wurden von der IEEE 802.3 mit initiiert.

An diesem internationalen Auswahlprozess der IEC haben sich über 20 Expertengremien beteiligt. Im Ergebnis dieser Wahl haben sich zwei Steckgesichter durchgesetzt:

• für die Gebäudeverkabelung (M1I1C1E1) das Steckgesicht nach IEC 63171-1: Firma CommScope;
• für die Industrie und industrienahe Anwendungen (M2I2C2E2 und M3I3C3E3) das Steckgesicht nach IEC 63171-6  (bisher IEC 61076-3-125): HARTING T1 Industrial.

Voraussetzung für den großflächigen Einsatz

TIA 42 hat die Ergebnisse von ISO/IEC bestätigt und damit besteht global große Einigkeit über die SPE Schnittstellen. Diese gewählten Steckgesichter werden jetzt in die jeweiligen internationalen Standards eingearbeitet. Damit ist die Voraussetzung für den großflächigen Einsatz und somit für den Erfolg der SPE Technologie durch eine durchgängige Kompatibilität von Geräten, Kabeln und Steckverbindern in unterschiedlichen Anwendungsfeldern gewährleistet und Planungssicherheit für alle Marktteilnehmer hergestellt.