はじめに

10BASE-T1SはIEEE 802.3cg-2019で規格化されたシングルツイストペアケーブルを使ってイーサネット通信をおこなう方式の一種です。

IEEE 802.3cg-2019では10BASE-T1Sの他に10BASE-T1Lという方式も規格化されていますが、この記事では短距離通信規格として定められている10BASE-T1Sの特長と応用範囲について紹介します。

10BASE-T1Sの特長

表1に10BASE-T1Sとその他のイーサネット通信の主なPHY仕様をまとめます。

ここで10BASE-T1Sは”マルチドロップ接続”と”PLCA”に対応していることが特長といえます。

表1：10BASE-T1Sとその他のイーサネット通信の主なPHY仕様

マルチドロップ接続とは

従来のイーサネット通信では1対1のPoint-to-Point接続(図1)でした。10BASE-T1Sでは、Point-to-Point接続となるLink Segmentと1対の信号バス線上に複数のデバイスを接続可能なマルチドロップ接続(図2)となるMixing Segmentに対応しています。表1に示す通り、PoDLはMixing SegmentについてはIEEE802.3cg-2019では規定されていません。

10BASE-T1Sでは少なくとも最大8ノードの接続と25mの伝送距離をサポートしています。

PLCA (物理層衝突回避)

IEEE802.3cg-2019ではサブレイヤーとしてPLCA RSが追加されました。このPLCA RSは半二重マルチドロップモードで動作する10BASE-T1S PHYで動作するように規定されています。また、PLCAは管理インターフェースによって動的に有効か無効にできます。

PLCA機能は管理デバイスによって接続される各デバイスに固有のノードIDを設定し、そのIDに基づいて混合セグメント上のPHYの送信機会を順番に付与します。

PHYの送信機会はラウンドロビン方式で決定されます。ID=0のノードはバス上でBEACON信号を出力します。このBEACON信号が新しい送信機会のサイクル開始の合図となり、その他のデバイスはBEACON信号を受信することで自身の送信機会を待ちます。ID=0のノードが故障してもネットワークはPLCAを使用しない従来のCSMA/CDネットワークと同じパフォーマンスレベルで動作します。

PHYがパケットを送信する前に送信機会の間にCOMMIT信号を送信することができ、COMMIT要求によって他のノードのタイマー(TO_TIMER)を停止し、パケットを待つように信号を送ることができます。

このように送信機会を決定することにより同じバス上で回線の衝突が発生しないようにしています。

10BASE-T1Sの応用範囲

産業用ネットワークでは上位レイヤーでは100BASE-TXや1000BASE-T、またはそれより高速なイーサネット通信を使って構成されているが、アクチュエーターやセンサーなどのフィールドデバイスではHART、RS-232、RS-485、CAN、FlexRay、その他さまざまな通信インターフェースを使って構成されています。

10BASE-T1SはOSI参照モデルにおける物理層(PHYレイヤー)に関する規格で、MACより上位のレイヤーは従来のイーサネットのものが使えます。そのため、プロトコル変換が不要になり、フィールドデバイスからファクトリーバックプレーンまでの通信をシームレスにおこなうことができます。

以下に10BASE-T1Sを産業用ネットワークに適用した場合に想定される利点を紹介します。

10BASE-T1Sの実装

各ICサプライヤーは10BASE-T1S用ドライバーをリリースしています。

リリースされている10BASE-T1SドライバーにはPHY単体製品とPHY+MAC統合製品が存在しています。

PHY単体製品を使って10BASE-T1Sを実装する場合は、イーサネットのMAC機能に対応したCPUと組み合わせて使用します。この場合、10BASE-T1SドライバーとCPU間はMII(メディアインディペンデントインターフェース)で通信がおこなわれるため18本の信号線が必要となってきます。

PHY+MAC統合製品を使って10BASE-T1Sを実装する場合はSPI通信でCPU/MCUと通信が可能です。この場合、CPU/MCU側でイーサネットのMAC機能に対応している必要はなくなり、10BASE-T1SドライバーとCPU/MCU間の通信は5本の信号線で接続可能です。

オンセミ社の10BASE-T1Sコントローラー NCN26010 はPHYとMACが統合されたコントローラー製品です。

まとめ

工場のファクトリーオートメーションでは、フィールドデバイスと基幹システムとのシームレスな接続が重要ななか、広く普及したイーサネットテクノロジーを活用できる10BASE-T1Sは注目されているインターフェースの一つです。

オンセミ社の10BASE-T1Sコントローラーはエンハンスド・ノイズ・イミュニティ・モードを有効にすることでノイズ耐性を強化しており、25mのシングルペアイーサネットネットワークで40ノード接続の実績があります。

NCN26010についての製品概要や特長などについては、以下のリンク先の製品紹介を参照ください。

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