介绍物联网 (IoT) 解决方案开发人员除了简单定义一个特性集外, 还要面对无数的决策最近的研究表明, 只有四分之一的物联网项目是成功的选择熟知的硬件和应用平台, 包括网络协议栈, 可以帮助 IoT 项目顺利启动, 但通信媒介的选择可以说是最关键的决策之一本文为想要提高有线和无线网络的可靠

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溥荣
5 years ago
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1 ISO 标准的自由拓扑 (FT) 网络技术为物联网 (IoT) 设备提供卓越的连接性自由拓扑 (FT) 布线提供了一种既经济又高效的网络解决方案, 同时解决了 RS-485 网络的许多局限性和复杂性概述当比较 FT (ISO/IEC ) 和 RS-485 (EIA-485) 网络的优缺点安装的简易程度和总体成本时,FT 网络的优势和好处就变得非常清晰明了本文建议那些正在考虑将 RS-485 作为他们有线网络解决方案的产品开发人员阅读 1

介绍物联网 (IoT) 解决方案开发人员除了简单定义一个特性集外, 还要面对无数的决策最近的研究表明, 只有四分之一的物联网项目是成功的选择熟知的硬件和应用平台, 包括网络协议栈, 可以帮助 IoT 项目顺利启动, 但通信媒介的选择可以说是最关键的决策之一本文为想要提高有线和无线网络的可靠性和安全性的, 以及正在考虑将 RS-485 作为他们有线网

用有线还是使用无线通信 HIS( 全球具有领先地位的关键信息产品解决方案和服务供应商 ) 在其发表的 World Market for Connected Devices 文章中预测,2017 年 IoT 市场约 80 亿设备中有线设备和无线设备各占 50% ( 见下图 ) Industrial: Internet Connected Devices Installed Base by

2 介绍物联网 (IoT) 解决方案开发人员除了简单定义一个特性集外, 还要面对无数的决策最近的研究表明, 只有四分之一的物联网项目是成功的选择熟知的硬件和应用平台, 包括网络协议栈, 可以帮助 IoT 项目顺利启动, 但通信媒介的选择可以说是最关键的决策之一本文为想要提高有线和无线网络的可靠性和安全性的, 以及正在考虑将 RS-485 作为他们有线网络解决方案的开发人员着重讨论主要考虑因素本文还对 FT (ISO/IEC ) 和 RS-485 (EIA-485) 网络进行比较, 探讨每种技术的优缺点安装的简易程度和总体成本等 IoT 应用所选的通信媒介和协议通常规定和限制以下系统属性 : 通信频率和延迟 ; 拓扑和安装 ; 支持的设备数量 ; 系统可靠性 ; 系统安全性 ; 以及设备安装和维护成本最关键的决策是使用有线还是使用无线通信 HIS( 全球具有领先地位的关键信息产品解决方案和服务供应商 ) 在其发表的 World Market for Connected Devices 文章中预测,2017 年 IoT 市场约 80 亿设备中有线设备和无线设备各占 50% ( 见下图 ) Industrial: Internet Connected Devices Installed Base by Connectivity 有时优选无线通信以增加移动性和便携性, 例如通过智能手机或平板电脑提供 IoT 设备的监视和控制而选择有线通信可以增加通信的可靠性和安全性, 例如对诸如变风量控制器智能室内扬声器或列车制动等固定设备的控制智能有线连接的 IoT 设备需要这些特性 : 易于安装 ; 简单可靠的网络通信 ; 具有成本效益的本地处理 ; 灵活性和可扩展性, 以及维护成本低与常见的 RS-485 网络相比, 自由拓扑网络解决方案提供了许多更实际的好处, 特别是可以满足当今日益严格的需求和期望由国际标准 ISO/IEX 定义的自由拓扑网络, 已经改变了许多公司开发解决方案的发展方向, 包括从楼宇控制到天然气泵, 再到乳品厂, 工业过程控制和交通运输等各个应用领域设备制造商已经发现, 使用 FT 网络技术后他们不仅可以节省时间还可以节省成本, 基于 FT 网络技术设计的产品比 RS-485 更容易安装 2

3 安装简便安装人员和系统集成人员更能理解建立在更宽容的平台上的系统的好处, 并且在考量安装设备所需的工作量时,FT 远远优于 RS-485 自由拓扑就是这样没有 RS-485 要求的有极性严格限制的总线型拓扑结构自由拓扑网络可以使用总线型星型和环型拓扑布线, 甚至是这些的混合组合更好的是,FT 是无极性的, 只需两根线缆, 消除了任何网络连接中出现错误接线的可能 FT 网络可以使用低成本的非屏蔽双绞线线缆或常见的五类线, 也可以为了改造安装使用屏蔽双绞线线缆 FT 网络只需要在网络的任意位置安装一个终端匹配器最后, 即使线路或设备故障,FT 网络仍然可以继续工作有了这些特性,FT 网络安装和维护快速性价比搞且不出错 RS-485 需要熟练的技术人员进行安装和故障排除昂贵的屏蔽线缆 ( 通常是三根导线加屏蔽 ), 每个设备都需要更多的接线并保持极性的要求, 导致初始网络安装过程中出现接线错误的可能性很高此外,RS-485 网络通常需要两个终端匹配器, 总线的两端各安装一个一些 RS-485 协议, 例如 BACnet MS/TP 需要令牌传递, 每当有设备或线缆故障时会导致整个网络故障, 并使故障排除成为一个艰苦的过程忽略屏蔽连接并只使用两根线的 RS-485 安装对接地回路问题非常敏感, 而且可靠性远低于两线的 FT 或三线的 RS-485 安装采用 FT 网络的好处不仅仅局限于拓扑结构 FT 收发器通常是隔离的, 并且使用通信变压器利用每个设备上两根连线实现隔离, 从而确保了稳定的通信质量 RS-485 标准设计用于处理 -7V 到 +12V 的输入范围在现实应用中, 从节点到节点的接地电位相差很大, 导致超出该范围的共模电压, 自由拓扑网络提供卓越的 RF 抗扰性, 从而确保在由变频器产生的噪声环境中更好的通信例如 +/- 24V 如果共模电压在-7V 至 +12V 范围之外, 非隔离型 RS-485 收发器通常会发生故障隔离型 RS-485 收发器可用于较高的共模电压, 但通常比其非隔离型相对昂贵得多这些隔离型 RS-485 收发器通常需要一个隔离的信号共地连接, 这又需要三线连接, 进一步增加了接线故障的可能性以及其他可能难以诊断和定位的问题自由拓扑网络还提供卓越的 RF 抗扰性, 从而确保在由变频器产生的噪声环境中更好的通信通信故障可能发生在 RS-485 收发器上, 它不提供常用来抵抗 RF 干扰所需的 EN Level 3 设计标准在恶劣的工业环境中, 共模 RF 噪声可以被注入到 10VRMS 范围或 50.9V 峰间值范围的双绞线线缆中如果发生这种情况, 识别噪声源并设计和安装滤波器既耗钱又耗时 FT 收发器符合 EN Level 3 规定的严格的抗扰性要求 3

简单而又可靠的网络通信许多 IoT 设备的关键特性是需要有效地交换简单的数据例如,IoT 温度传感器只需要传递一个单位为摄氏度或华氏度的温度值的消息 ; 而 IoT 照度传感器只需要传递一个单位为勒克斯 ( 照明单位 ) 的亮度值的消息 FT 技术支持 ISO/IEC 14908-1 标准网络通信, 可以在单个设备之间, 成组的设备之间, 以及设备和互联网云服务之间有效地可靠地

4 简单而又可靠的网络通信许多 IoT 设备的关键特性是需要有效地交换简单的数据例如,IoT 温度传感器只需要传递一个单位为摄氏度或华氏度的温度值的消息 ; 而 IoT 照度传感器只需要传递一个单位为勒克斯 ( 照明单位 ) 的亮度值的消息 FT 技术支持 ISO/IEC 标准网络通信, 可以在单个设备之间, 成组的设备之间, 以及设备和互联网云服务之间有效地可靠地安全地交换数据此外,FT 还支持能够自动为网络设备分配地址加速系统配置的网络工具 RS-485 方案通常需要安装人员设置设备地址, 并需要提前规划和仔细执行不正确的寻址造成的不确定性和错误指向是难以排除网络问题的另一个原由, 并且增加了项目成本 FT 技术支持设备之间的应用消息传递, 这种消息服务可以提供类似基于 RS-485 或基于 IP 消息传递服务的对等通信 FT 技术增加了对基于网络变量的简单数据交换服务的支持, 从而在网络上交换一个诸如温度值或亮度值的简单数据点就好像在传统设备应用程序中读写一个值一样简单集成 FT 收发器的片上系统 (SoC) 芯片提供了一种简洁而经济的解决方案, 非常适合包括许多边界设备在内的简单产品具有成本效益的本地处理 FT 技术包括有保证的交付服务, 以便可靠地传递消息和数据交换, 并且如果没有按预期传递任何消息或数据点更新, 则会告知发送者 IoT 设备应用程序通常需要本地处理例如, 智能传感器的读数必须被过滤和规范化执行器通常需要由连接在执行器上的本地设备提供最优的闭环控制实现智能传感器或智能执行器的最具成本效益的方法是, 在用于读取传感器状态或控制执行器状态的同一处理器中处理所有应用处理和网络通信集成 FT 收发器的片上系统 (SoC) 芯片 ( 如右图 ) 所示提供了一种简洁而经济的解决方案, 非常适合包括许多边界设备在内的简单产品有时需要第二个处理器, 或者更具成本效益可能需要第二处理器来增加单芯片解决方案提供的处理能力或者, 现有产品设计可能已经用处理器和应用程序实现了, 将其转换为 IoT 设备所需的一切只是一个能提供有线网络连接的底层收发器 FT 技术支持经济高效的双芯片解决方案, 其中应用程序和可选的协议栈网络层的上层运行在一个处理器上,FT 芯片用作简单的网络收发器, 也可选择性地运行协议栈网络层 4

5 灵活性和可扩展性自由拓扑网络的每个双绞线段最多支持 64 个设备, 是典型 RS-485 网络的两倍, 网络中任意位置的自由拓扑和单个终端匹配器都可以轻松扩展如果设施的需求发生变化,FT 网络的安装人员可以随时轻易地进入 FT 网络添加设备, 或者随时添加分支以支持其它设备一些 RS-485 收发器可以支持每个网络超过 32 个设备, 但是由于 RS-485 信令的限制, 更多的设备数量有时会以更短的最大线缆长度或较慢的速度为代价 RS-485 网络扩展必须保持网络两端的线性拓扑和终端匹配器, 这使扩展更加复杂如果在网络末端添加设备, 则必须移动末端的网络终端匹配器虽然可以扩展安装, 但如果超出网络设备限制, 则必须增加中继器 FT 网络也可以使用中继器进行扩展由于更高的设备限制, 大型 FT 网络安装所需中继器的数量是大型 RS-485 网络安装所需的一半...FT 解决方案的安装成本与 RS-485 相比更具有竞争力, 安装人员和业主通过更灵活更可靠的解决方案获得更好的服务总体成本考虑到安装和维护方面的劳动力和材料, 与 RS-485 相比,FT 解决方案的安装成本具有竞争力, 安装人员和业主通过更灵活更可靠的解决方案获得更好的服务虽然 FT 技术的网络收发器的初始器件成本可能略高于在 IoT 市场使用的隔离型 RS-485 收发器, 但差异远远小于更新的低成本 FT 芯片组而且一旦包含安装, 故障排除和维护系统的劳动成本,FT 解决方案在总体成本方面往往具有引人注目的优势结论各种 IoT 和其他有线网络设备的精明开发人员利用 FT 解决方案, 为其客户提供改进且具有成本效益的功能无论他们的应用是否需要互操作性, 都会发现 FT 是最适合有线设备的网络随着 FT 器件成本的下降, 劳动力成本的持续上升,FT 技术在成本效益分析中与 RS-485 相比已经达到临界点随着物联网系统所有者要求更强大的控制解决方案,OEM 设备制造商和系统集成商将从 FT 网络的优势获益注 : 请参见下页 FT 和 RS-485 的比较汇总图 5

6 总结 :FT vs. RS-485 FT (ISO/IEC ) 安装人员需要较少的专业知识每个设备只需要两根线无极性可以选择非屏蔽或屏蔽双绞线, 或者更低成本的五类线收发器成本略高, 但安装成本更低安装难易安装成本 RS-485 (EIA-485) 需要专业的技术人员通常每个设备需要三根线 ( 与地隔离 ) 必须保持极性需要昂贵的屏蔽线缆收发器成本低确定安装故障可以补偿设备成本单点故障不会降低网络性能电气隔离 RF 抗扰性 : 符合 EN Level 3 标准性能 & 可靠性单点故障容易影响整个网络易受 RF 干扰, 每台设备各不相同每个网段至多 64 个设备支持混合拓扑灵活性每个网段至多 32 个设备可以扩展到 256 个设备必须是总线拓扑易于扩展可扩展性扩展需要大规模的高成本的重新布线易于故障检测, 可以最大限度减少维修和系统停机时间维护 & 故障排除网络故障定位困难, 延长了维修和系统停机时间埃施朗技术 ( 北京 ) 有限公司北京市朝阳区亮马桥路 50 号凯宾斯基饭店燕莎写字楼 C614 房间邮编 : 电话 : 电子邮件 :lonsupport@echelon.com.cn 2017 Echelon and Echelon logo are trademarks of Echelon Corporation that may be registered in the United States and other countries. All rights reserved. 6

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