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Definition Was ist 802.3cg (10Base-T1)?

802.3cg ist ein Standard zur Ethernet-Datenübertragung mit 10 Mbit/s über einpaarige Twisted-Pair-Kabel. Die maximale Verbindungslänge beträgt bis zu 1000 Meter. Gegenüber LAN-Kabeln mit vier Doppeladern sind 10Base-T1-Kabel leichter, dünner, günstiger und aufgrund kleinerer möglicher Biegeradien einfacher zu verlegen. Die Finalisierung des Standards ist für 2019/20 vorgesehen.

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Die wichtigsten IT-Fachbegriffe verständlich erklärt.
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(Bild: © aga7ta - stock.adobe.com )

802.3cg ist ein sich aktuell noch in der finalen Standardisierungsphase befindlicher Standard des Institutes of Electrical and Electronics Engineers. Die Finalisierung des Standards ist für 2019/20 vorgesehen. Er spezifiziert die 10Base-T1-Ethernet-Schnittstelle, die eine Datenübertragung mit einer Geschwindigkeit von 10 Megabit pro Sekunde über einpaarige Twisted-Pair-Kupferkabel ermöglicht.

Im Gegensatz zu den im LAN-Umfeld üblichen 10Base-T-, 100Base-TX- oder 1000Base-T-Standards werden zur Datenübertragung nicht zwei oder vier, sondern nur ein Adernpaar benötigt. 802.3cg ist einer von mehreren Single-Pair-Ethernet-Standards, die speziell für den Automotive-Bereich und die Industrieautomation entwickelt wurden.

Im Vergleich zu herkömmlichen LAN-Kabeln wie Cat-5-, Cat-6- oder Cat-7-Kabeln sind die 10Base-T1-Kabel leichter, dünner, kostengünstiger und aufgrund kleinerer möglicher Biegeradien einfacher zu verlegen. 10Base-T1 arbeitet vollduplex. Die Sende- und Empfangssignale werden gleichzeitig über ein Adernpaar in gegensätzliche Richtungen übertragen. Es kommt das Prinzip der Echokompensation zum Einsatz, mit dem eine Station das eigene Sendesignal aus dem überlagerten Gesamtsignal entfernen und das Empfangssignal isolieren kann.

Die weiteren Merkmale von 10Base-T1 entsprechen dem klassischen Ethernet. Die Frame-Formate des MAC-Levels und alle Protokolle höherer Ebenen bleiben unverändert. 802.3cg arbeitet mit Pulsamplitudenmodulation (PAM-3) und verwendet Twisted-Pair-Kabel mit 20 MHz Bandbreite und einem Wellenwiderstand von 100 Ohm. Die maximal überbrückbare Entfernung beträgt bis zu 1000 Meter. Zur Energieversorgung von Endgeräten über die Ethernet-Verbindung ist Power over Data Line (PoDL, 802.3bu) vorgesehen. Power over Data Line erlaubt Endgeräteleistungen von bis zu 50 Watt. Typische Anwendungsbereiche von 10Base-T1 sind der Automotive-Bereich, die Industrieautomation, die M2M-Kommunikation (Machine-to-Machine-Kommunikation) und intelligente Gebäudenetzwerke.

Grundsätzliches zu Single Pair Ethernet (SPE)

Die Abkürzung SPE steht für Single Pair Ethernet. Es handelt sich um verschiedene Standards wie 802.3bp (1000Base-T1), 802.3bw (100Base-T1), 802.3cg (10Base-T1) oder 802.3ch (Multi-Gig Automotive Ethernet), mit denen sich Ethernet-Verbindungen über Kupferkabel mit nur einem Adernpaar herstellen lassen. Es existieren Standards für Geschwindigkeiten von 10, 100 und 1000 Megabit pro Sekunde sowie mehreren Gigabit pro Sekunde. Die maximal überbrückbaren Entfernungen variieren zwischen 15, 40 und bis zu 1000 Metern. SPE-Standards sind Alternativen zu den im LAN-Bereich gängigen Standards wie 100Base-TX oder 1000Base-T, die zwei oder vier verdrillte Adernpaare eines Kabels zur Datenübertragung benötigen.

Die für die LAN-Verkabelung genutzten Kabeltypen wie Cat-5-, Cat-6- oder Cat-7-Kabel mit ihren RJ-45-Steckern sind im Vergleich zu den SPE-Kabeln dicker, schwerer und aufwendiger zu verlegen. Speziell für SPE existieren genormte Steckverbinder, die die Nachteile der RJ45-Steckverbinder wie die unzuverlässige Verriegelung oder den schlechten Schutz gegen Schmutz und Feuchtigkeit beseitigen. Zusätzlich zur Verwendung einpaariger Kupferkabel ermöglicht Single Pair Ethernet das so genannte Cable Sharing. Hierbei wird eine vierpaarige Verkabelung genutzt, um vier voneinander unabhängige SPE-Verbindungen über ein einziges Kabel zu realisieren.

Neben dem Automotive-Bereich sind die Automatisierung der Industrie 4.0, die Robotik, die M2M-Kommunikation (Machine-to-Machine-Kommunikation) oder die Gebäudeautomation typische Anwendungsbereiche für SPE. In diesen Anwendungen ist die SPE-Technik in der Lage, Kommunikations- oder Feldbussysteme wie den LIN-Bus, CAN-Bus, FlexRay oder Profibus abzulösen. Im Single-Pair-Ethernet-Umfeld sind mehrere Standardisierungsgremien wie das IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) oder die IEC (International Electrotechnical Commission) aktiv. Einige Standards im SPE-Umfeld sind noch nicht finalisiert und befinden sich aktuell noch in Arbeit.

Die wichtigsten technischen Merkmale von 10Base-T1

  • Übertragungsrate 10 Mbit/s
  • vollduplex über ein einziges Adernpaar
  • Kabel mit 20 MHz Bandbreite und 100 Ohm Wellenwiderstand
  • Pulsamplitudenmodulation (PAM-3)
  • maximal überbrückbare Entfernung bis zu 1000 Meter
  • Energieversorgung der Endgeräte per Power over Data Line (PoDL) möglich

Die anderen SPE-Standards im Überblick

Neben 10Base-T1 (802.3cg) existieren weitere SPE-Standards. Hier ein kurzer Überblick über die bereits standardisierten oder sich noch in der Standardisierung befindlichen SPE-Standards:

  • 10Base-T1 – 802.3cg: Single Pair Ethernet mit zehn Megabit pro Sekunde und überbrückbaren Entfernungen von bis zu 1000 Metern (Finalisierung der Standardisierung 2019/2020 vorgesehen)
  • 100Base-T1 – 802.3bw: Single Pair Ethernet mit 100 Megabit pro Sekunde und überbrückbaren Entfernungen von bis zu 15 Metern
  • 1000Base-T1 – 802.3bp: Single Pair Ethernet mit 1000 Megabit pro Sekunde und überbrückbaren Entfernungen von bis zu 15 oder 40 Metern
  • Multi-Gig Automotive Ethernet (MultiGigBase-T1) – 802.3ch: Single Pair Ethernet mit 2,5, 5 und 10 Gigabit pro Sekunde und überbrückbaren Entfernungen von bis zu 15 Metern (aktuell noch in der Standardisierung)

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