10Base-T1L 單對以太網(wǎng)：1000米長距離最具成本效益的選擇

什么是10Base-T1L？

10Base-T1L 是 IEEE 802.3cg 標(biāo)準(zhǔn)中定義的一種以太網(wǎng)物理層技術(shù)，屬于單對以太網(wǎng)（Single Pair Ethernet，簡稱 SPE）的一種。它的主要特點(diǎn)是使用單對雙絞線進(jìn)行通信，支持 10 Mbps 的數(shù)據(jù)傳輸速率，并能夠?qū)崿F(xiàn)最長 1000 米（1 公里）的傳輸距離。這種技術(shù)采用點(diǎn)對點(diǎn)連接方式，旨在解決工業(yè)和樓宇自動化等場景中對長距離、低成本網(wǎng)絡(luò)連接的需求。

相比傳統(tǒng)以太網(wǎng)布線方式，10Base-T1L 顯著減少了布線的復(fù)雜度和成本，僅需一對線纜即可完成通信，同時支持通過這對線纜為終端設(shè)備供電（類似于 PoE 技術(shù)）。這一特性尤其適合那些布線困難、成本敏感或分布范圍較廣的應(yīng)用場景。

在應(yīng)用方面，10Base-T1L 被廣泛用于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）、工廠自動化、智能樓宇系統(tǒng)等領(lǐng)域。例如，在樓宇自動化中，10Base-T1L 可用于連接HVAC系統(tǒng)、安防設(shè)備或照明控制器，實現(xiàn)基于 IP 的統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，從而替代傳統(tǒng)的現(xiàn)場總線如 Profibus 或 Modbus。這不僅提升了系統(tǒng)的互操作性，也為系統(tǒng)升級和遠(yuǎn)程管理提供了便利。

總的來說，10Base-T1L 的出現(xiàn)為傳統(tǒng)非以太網(wǎng)設(shè)備的 IP 化和數(shù)字化提供了新的解決方案，既保留了以太網(wǎng)的開放性和兼容性，又滿足了工業(yè)環(huán)境對高可靠性、遠(yuǎn)距離和簡化布線的特殊需求。

1000米長距離的最佳選擇

10Base-T1L 單對以太網(wǎng) (SPE) 與 IEEE 802.3bu 規(guī)定的單對以太網(wǎng)供電 (SPoE) 相結(jié)合，是將 10 Mbit/s 以太網(wǎng)設(shè)備聯(lián)網(wǎng)并為其供電，傳輸距離可達(dá) 1000 米及以上最具成本效益的選擇。SPE 將以太網(wǎng)的即插即用特性擴(kuò)展到位于大型開放空間（例如倉庫、停車場、購物中心、機(jī)場）或室外空間（用于監(jiān)控攝像頭和其他智能遠(yuǎn)程設(shè)備）的 10 Mbit/s 以太網(wǎng)設(shè)備，傳輸距離可達(dá) 1000 米及以上。

建筑技術(shù)、規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)對建筑師、咨詢工程師、建筑業(yè)主和建筑設(shè)施經(jīng)理有著巨大的影響。圖 1 展示了基于結(jié)構(gòu)化布線的 10Base-T1L/SPoE 和 10Base-T/PoE 網(wǎng)絡(luò)的示例，其中一臺 10Base-T/PoE 交換機(jī)為另一臺 10Base-T1L/SPoE 交換機(jī)供電，將 100 米的覆蓋范圍擴(kuò)展到 1000 米。此外，圖中還給出了 PoE 和 SPoE 供電等級以及距離與線規(guī)的關(guān)系。

圖1

ANSI/TIA-568.2 結(jié)構(gòu)化布線系統(tǒng)（Base-T/PoE 系統(tǒng)）的成功毋庸置疑。然而，ANSI/TIA-568.2 布線通道的最大長度為 100 米，這限制了其覆蓋范圍，例如距離超過 100 米的智能遠(yuǎn)程以太網(wǎng)設(shè)備或監(jiān)控攝像頭。為了擴(kuò)展這一覆蓋范圍，TIA TR-42 工程委員會發(fā)布了 ANSI/TIA-568.5 平衡單雙絞線電信布線和組件以及 ANSI/TIA-568.0-E 用戶場所通用電信布線。這些標(biāo)準(zhǔn)支持規(guī)劃和安裝支持 10Base-T1L/SPoE 單對線標(biāo)準(zhǔn)的單對結(jié)構(gòu)化布線系統(tǒng)。

圖2

SPoE：為您提供更多功能

SPoE 通過在接近最大允許安全特低壓 (SELV) 電源電壓（60 伏）的范圍內(nèi)運(yùn)行，最大限度地降低電流和由此產(chǎn)生的電纜功耗，從而降低能耗。電壓和功率分類機(jī)制通過串行通信分類協(xié)議 (SCCP) 實現(xiàn)，可為供電設(shè)備 (PSE) 提供有關(guān)受電設(shè)備 (PD) 要求的詳細(xì)信息，反之亦然。

圖3

10Base-T1L/SPoE：連接 Base-T/PoE 端點(diǎn)

單對以太網(wǎng) (SPE) 普及相對較慢的原因之一是缺乏 SPE 端點(diǎn)設(shè)備。媒介轉(zhuǎn)換器支持 10Base-T1L/SPoE 網(wǎng)絡(luò)連接到 Base-T/PoE 端點(diǎn)設(shè)備，從而提供 10Base-T1L 1000 米覆蓋范圍的優(yōu)勢。

通過將單個電信機(jī)房 (TR) 的集中式電子設(shè)備輻射式分布到遠(yuǎn)程供電設(shè)備（例如大型開放式空間內(nèi)的監(jiān)控攝像頭和監(jiān)控傳感器設(shè)備），可以最大限度地減少 TR 的占地面積和輔助設(shè)備。

連接 Base-T/PoE 攝像機(jī)

SPoE Class 13 (7.7 W) 和 SPoE Class 14 (20 W) 可通過媒介轉(zhuǎn)換器為市售 PoE 攝像機(jī)供電。表 1 提供了某分銷商為 PoE 攝像機(jī)指定的最大功率的供應(yīng)商信息（不含零件號）；并列出了每種 PoE 攝像機(jī)電源的可實現(xiàn)長度、等級和電纜線規(guī)。

表1

圖4

帶有集成媒體轉(zhuǎn)換器的攝像機(jī)支架可提供一致的環(huán)境外殼，并可像原始制造商的攝像機(jī)支架一樣簡化安裝。

圖5

網(wǎng)絡(luò) Base-T/PoE 監(jiān)控和傳感器設(shè)備

SPoE Class 13 (7.7 W) 配備媒介轉(zhuǎn)換器，具有擴(kuò)展覆蓋范圍的優(yōu)勢，是電池供電無線設(shè)備的替代方案，可為各種市售 PoE 監(jiān)控和傳感器端點(diǎn)設(shè)備供電。與電池供電的無線設(shè)備相比，10Base-T1L/SPoE 更易于維護(hù)、更可靠且更環(huán)保。

市售 PoE 監(jiān)控和傳感器端點(diǎn)設(shè)備可以通過單個 TR 的集中式電子設(shè)備進(jìn)行輻射式分布，在大型開放式空間（例如機(jī)場、零售建筑、數(shù)據(jù)中心和制造工廠）中與 10Base-T1L/SPoE 聯(lián)網(wǎng)。

圖6

其他 10 Mbit/s 擴(kuò)展距離選項

擴(kuò)展 ANSI/TIA-568.2 布線通道：ANSI/TIA-568.2 布線通道的最大長度限制為 100 米，電纜長度限制為 90 米。通過天花板上方或地板區(qū)域設(shè)備機(jī)架的交叉連接設(shè)施實現(xiàn)電纜端接，可實現(xiàn)超過 100 米的布線長度。

將銅纜長度延長至 100M 以上非標(biāo)準(zhǔn)：各種市售布線產(chǎn)品聲稱其性能超過標(biāo)準(zhǔn)類別布線，長度超過 100 米。表 2 中給出了兩個示例，說明了電纜長度和規(guī)格的差異。不遵守標(biāo)準(zhǔn)，市場信息可能會令人困惑，在某些情況下，相當(dāng)于沒有根據(jù)的性能聲明。以太網(wǎng)的即插即用簡單性被貶低為即插即用的工程系統(tǒng)，需要專業(yè)知識來評估詳細(xì)的技術(shù)規(guī)格。鑒于標(biāo)準(zhǔn)化 SPE 電纜和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（交換機(jī)、媒體轉(zhuǎn)換器）的可用性，為 10 Mbit/s 設(shè)備部署非標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)展距離 4 對設(shè)備的技術(shù)風(fēng)險是不必要的。

表2

請注意，電纜外徑直接影響導(dǎo)管尺寸以及其他路徑和空間要求。與 1 對相比，使用 4 對 22 AWG 電纜可能會使路徑和空間面積以及相關(guān)成本不必要地增加一倍。

圖7

圖8

混合銅光纜：使用光纖傳輸數(shù)據(jù)，使用銅纜供電可以實現(xiàn)更長的傳輸距離，但它本質(zhì)上是一種工程解決方案，通過非 PoE 2 類受限電源 （LPS） 供電。供電距離取決于銅規(guī)，典型導(dǎo)體尺寸范圍為 12 AWG；這不是支持移動、添加和更改的結(jié)構(gòu)化布線。

圖9

擴(kuò)展器設(shè)備：銅纜到光纖的介質(zhì)轉(zhuǎn)換允許超過 100 米的數(shù)據(jù)范圍，但在水平布線中添加介質(zhì)轉(zhuǎn)換器需要本地電源和空間規(guī)劃。使用中跨媒體轉(zhuǎn)換器對故障點(diǎn)進(jìn)行故障排除可能非常耗時且成本高昂。PSE 到 PoE 的電源管理僅限于 PoE 端點(diǎn)媒體轉(zhuǎn)換器跳線。

圖10

銅對銅 PoE 擴(kuò)展器允許超過 100 米的數(shù)據(jù)傳輸距離，但也在布線中增加了一個媒體轉(zhuǎn)換器，需要本地電源和空間規(guī)劃。同樣，使用 PoE 擴(kuò)展器進(jìn)行故障隔離、排除網(wǎng)絡(luò)故障點(diǎn)故障可能既耗時又昂貴。消除了 PSE 到 PoE 的電源管理。

圖11

總之，10Base-T1L 單對以太網(wǎng)與 IEEE 802.3bu 中規(guī)定的單對以太網(wǎng)供電相結(jié)合，是將 10 Mbit/s 以太網(wǎng)設(shè)備聯(lián)網(wǎng)并為 1000 米及以上供電的最具成本效益的選擇。SPE 將以太網(wǎng)的即插即用簡單性擴(kuò)展到位于大型開放空間（如倉庫、停車場、購物中心、機(jī)場）的 10 Mbit/s 設(shè)備，或擴(kuò)展到監(jiān)控攝像頭和其他智能遠(yuǎn)程設(shè)備的室外空間，最遠(yuǎn)可達(dá) 1000 米。

本文作者：Christopher DiMinico 是 SenTekse LLC 的聯(lián)合創(chuàng)始人

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