请关注一下单对线以太网SPE（一）（留言赠书）

在“剑指工控”网站上，我们谈Ethernet-APL 已经谈了很多了，而与之关系密切的单对线以太网SPE却没怎么说，其实SPE挺重要的，所以我就请大家关注一下单对线以太网SPE。

1. 什么是SPE

单对线以太网（Single Pair Ethernet，SPE）据说源于博通(Brodcom)公司首创的BroadR-Reach（宽带覆盖）技术，它对标准以太网技术进行了调整，以用于汽车网络。它在非屏蔽双绞线上的传输速度可达100Mb /s，传输距离可达15米，采用屏蔽双绞线可以将BroadR-Reach扩展到40米。这项技术得到全球汽车工业的支持，被IEEE802.3工作小组制定为国际标准。目前，SPE已经成为汽车电子设备中的主流通信技术之一，可以用于连接车载摄像头、传感器、娱乐系统等设备，同时提高了车辆的能源效率和安全性能。

那么，什么是单对线以太网SPE呢？

单对线以太网是仅通过单对绞线进行以太网数据传输的技术(见图1)。 

图1  一种单对线以太网电缆

自动化系统中，传统以太网需要四对绞线才能实现1Gb/s的传输速率，或者需要两对绞线才能实现100Mbps的数据传输速率。仅使用一对绞线的单对线以太网，当它以1Gb/s的速率传输数据及600MHz的工作频率，传输距离可达40m，当它以10Mb/s速率传输数据及20MHz的工作频率，传输距离可达1000m（见图2）。 

图2  传统以太网需要四对、两对绞线传输，而单对线以太网只需单对绞线传输

除了通过以太网进行数据传输外，SPE还可以通过PoDL（Power over Dataline，数据线供电）为终端设备同时供电，因此，单对线以太网SPE为工业物联网（IIoT）开辟了全新的可能性和应用领域。

所以单对线以太网SPE 技术突破了过往以太网传输的高空间占用和高传输成本的限制，首次实现以更少空间占用和更低成本的方式来满足从远端到应用现场的以太网通讯。这是工业自动化数据传输应用的新趋势，是工业物联网发展的基础。 

图3  标准以太网和单对线以太网

在以往的工业网络中，以太网从企业层、操作层，过程层一直到监控层都占据主导地位，而在工业自动化网络的现场层，这个自动化金字塔的最后一层，数以千计的传感器和执行器必须通过各种各样的模拟信号直接配线或总线等方式连接，耗费大量的连接电缆和高昂的成本，以太网却不能到达，还需要各类网关和转换器实现现场层与上层两个世界的数据转换（见图3-左）。而单对线以太网技术，则能实现“一网到底”，将以太网从顶层一直延伸到现场层（见图3-右）。

近年来，在现场层应用中，对更高效传输设施的需求显著增长，越来越多的传感器要求更高的传输速率，HART和总线系统无法满足要求。与此同时，对于大多数现场应用来说，现有的以太网基础设施过于昂贵、过于庞大，没有适用于现场层需求的电缆、连接器和设备组件。为了使行业能够在现场层实现数字化，从而迈出工业物联网的重要一步，越来越多的现场层应用要求占用空间更小、重量更轻、传输能力更强的以太网通信设施。为使工业应用进入数字化、进入物联网的时代，单对线以太网就应运而生了，它将以太网延伸到现场层，实现从现场设备到系统的以太网无缝通信。

单对线以太网是一项基础技术，与目前的模拟信号直接配线或现场总线等解决方案相比，它提供了在更长的距离上高速数据传输的可能性，它能很好地支持面向未来的网络通信。同时随着设备小型化，现场设备连接到以太网将达到空间节省、材料节省的高效连接。

   SPE技术的特点包括：

1 低功耗：在传输过程中消耗的功率比传统以太网技术低，能够提高设备的能源效率；

2 高带宽：支持高速数据传输，满足新一代高速数据传输的需求；

3 高可靠性：使用单对线通信，减少信号干扰和传输损耗，提高通信的可靠性；

4 适应性强：适用于多种应用场景，例如汽车、工业自动化、医疗、智能家居等。

未完待续 下期见！

方原柏

2024年07月