Vier Ader-Paare vs. Single Pair Ethernet mit PoDL Power over Data Line oder Power over Ethernet

Cloud Computing, das Internet of Things (IoT), Big Data und generell die Industrie 4.0 treiben den Bedarf nach immer mehr Bandbreite im und am Rechenzentrum. Single Pair Ethernet könnte diese befriedigen und Devices zugleich mit Strom versorgen. Das kann aber auch Power over Ethernet (PoE).

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Auf dem „Netforum19“ bei der Datentechnik Moll GmbH (DTM) am Bodensee stellte Yvan Engels von Leoni mit Single Pair Ethernet (SPE) ein für die Zukunft vielversprechendes Verfahren vor. Denn die Vernetzung heutiger Rechenzentren kann nicht zwingend als platzsparend bezeichnet werden: Fast-Ethernet mit 10 oder 100 Megabit pro Sekunde (Mbit/s) benötigt eine Verkabelung mit zwei (100Base-TX) und für Gigabit-Ethernet mit vier (1000Base-T) Ader-Paaren.

Mit Single Pair Ethernet steht nun aber eine platzsparende, leichte und einfach zu installierende Technologie zur Verfügung, die auf dem „BroadR-Reach“-Verfahren von Broadcom fußt, als IEE 803.2bw – 2015 (100Mbit, 15 m, UTP) standardisiert wurde und Daten über nur eine Doppelader überträgt.

Vor allem die Automobilindustrie hat zuletzt verzweifelt nach neuen Wegen gesucht, Kabel mit geringeren Durchmessern zu verlegen. Das interessiert aber im Zuge von Automatisierungsbemühungen auch Betreiber von Rechenzentren, IoT-Netzwerken und sogar Heimnetzwerken immer mehr.

Lernen von der Automobilindustrie

Nach Ansicht von Engels wird SPE mittelfristig die heute gängigen Busarchitekturen im Auto wie CAN, LIN oder Flexray ersetzen und danach in den Werkhallen Einzug halten. Ein Clou ist die TCI/IP-Funktionalität von SPE, mit der eine durchgängige IP-basierte Kommunikation bis in die Feldebene möglich wird. Sensoren und Kameras lassen sich damit in Industrie 4.0-Umgebungen einfach ansteuern.

Überhaupt werden heute noch analoge Messsysteme zunehmend durch Ethernet-basierte Techniken ersetzt. Einpaariges Ethernet könnte hier einfach und kostengünstig Ethernet bis zum Sensor führen. Ein weiterer Clou besteht darin, dass via Power over Data Line (PoDL) Endgeräte mit Strom versorgt werden können. Das Verfahren ist standardisiert nach IEEE 802.3bu und legt die parallele Bereitstellung von Energie bis zu 60 Watt über einpaarige Ethernet-Kanäle fest. Cat 7 funktioniert hier übrigens nicht, dort werden doppeladrige Verbindungen nach IEC 61156 benötigt.

Besser als PoE?

Damit steht SPE in direkter Konkurrenz zu Power over Ethernet (PoE), das von Zoran Borcic von Draka auf dem Netforum19 ausführlich erläutert wurde. Die entsprechenden Standards lauten

• IEEE 802.3af-2003 mit bis zu 15,4 W (min. 44 Volt und 350 Milliampere (mA)) auf jedem Port,

• IEEE 802.3at-2009, auch PoE+ genannt, mit bis zu 25,5 Watt (W),

• IEEE 802.3bu (PoDL) für ein industrielles Umfeld von 5 bis 50 W und

• IEEE 802.3bt (4PPoE oder PoE++) mit bis zu 55 W (Level 3) und 100 W (Level 4)

WLAN-Access-Points, Netzwerk-Router, VoIP-Telefone, Netzwerk-Switches oder IP-Kameras können damit angebunden und versorgt werden, genau wie Sensoren, Zähler oder Controller im industriellen Umfeld. Betreiber von Rechenzentren und Netzwerken müssen von Fall zu Fall entscheiden, ob PoE oder SPE die für sie zukunftsträchtigere Technologie ist.

Borcic verwies beispielsweise auf das Wärmeproblem von PoE – hohe Temperaturen führen zu hohen Widerständen und Transmissionsdämpfung – inklusive Linklängenreduzierung. Das muss bereits in der Planung einer Anlage berücksichtigt werden. Cat 7 / Cat 8.2 und Cat 7 LONG REACH-Kabel in AWG22 böten aktuell die maximale PoE-Effizienz. In Zweckgebäuden versorge das Long-Reach-Kupferkabel S/FTP AWG22 bis zu 180 Meter verteilte Gebäudedienste am kosteneffizientesten mit Ethernet, für Wohngebäuden empfiehlt Borcic 10 GBase-T Home Cat 7 AWG26.

Standardisierung und Zukunftsaussichten von SPE

Die Standardisierung für SPE in ISO/IEC ist im vollen Gange, daraus abgeleitet stellt sich auch die Frage nach den künftigen Connectoren. Für die Gebäudeverkabelung hat sich das Steckgesicht nach IEC 63171-1 durchgesetzt, für die Industrie 4.0 das Steckgesicht IEC 61076-3-125 für M2I2C2E2 / M3I3C3E3 von IEEE802.3cg (10BASE-T1) bis IEEE802.3ch (MultiGigBASE-T1). IEC 61076-3-125 wurde übrigens von der deutschen Firma Harting entwickelt.

Die industriellen SPE-Steckverbinder verfügen über eine große Auswahl an möglichen Varianten für unterschiedliche Kabeldurchmesser und Anwendungen von IP20 bis M8 / M12 für IP65/67 mit Schraube und Push-Pull-Verriegelung sowie über ein offenes Design für erweiterte Übertragungsfunktionen bis zu 3 GHz, die für IoT, Vision Control und zukünftige Anwendungsfälle benötigt werden.

Gerade im Moment wird in Japan über der Verabschiedung des Standards P802.3cg gebrütet, das ist eine langsame SPE-Variante mit 10 MBit/s (10Base-T1), der die Reichweite aber auf über einen Kilometer hochschrauben soll – für Industrieanlagen ein wichtiges Maß, wie Engels berichtete.

Fazit

Die Idee, mittels nur einem verdrillten Adernpaar Ethernet mit Gigabit-Geschwindigkeit zu übertragen und die Geräte gleichzeitig mit Strom zu versorgen, ist genial – insofern scheint SPE eine große Zukunft offenzustehen. Neben einfacherer Verkabelung und Verbindungstechnik entfallen störenden Schnittstelle und Gateways.

Rechenzentren müssen aber genau hingucken und sich ausrechnen, ob PoE in der einen oder anderen Form nicht vielleicht die günstigere Technologievariante darstellt. Generell kann das nicht bestimmt werden, sondern muss von Fall zu Fall entschieden werden.

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