Ethernet is een gegevensoverdrachtstechniek voor kabelgebonden netwerken en de norm voor de overdracht van datapakketten in lokale thuis- of kantoornetwerken (LAN, Local Area Network).
Binnen een dergelijk netwerk kunnen alle aangesloten elektronische apparaten zoals computers, printers en servers via LAN-kabels met elkaar communiceren.
Gegevens worden via Ethernet verzonden en ontvangen. Ethernet functioneert niet draadloos zoals WLAN, maar alleen bekabeld. In vernetwerkte industriële omgevingen biedt kabelgebonden ethernet ten opzichte van de alternatieve vernetwerking via wifi (Wireless Local Area Network) een duidelijk verhoogde gegevensoverdrachtssnelheid en een betrouwbare overdrachtsstabiliteit.
De Amerikaanse werkgroep IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) heeft het ethernetnetwerkprotocol en de opbouw van de pakketten met de IEEE-specificatie 802.3 gedefinieerd en gestandaardiseerd.
De relevantie van ethernet
Het begin van de ethernetstandaard ligt in de jaren 70. Toen was echter slechts een zeer lage overdrachtssnelheid mogelijk. In de afgelopen decennia is de technologie voor gegevensoverdracht voortdurend verder ontwikkeld zodat tegenwoordig snelheden van tot max. 10.000 Mbit/sec resp. 10 Gbit/sec kunnen worden bereikt. Dan is er ook sprake van zogenaamd Gigabit-Ethernet.
Toen Industrie 4.0 en het Internet of Things opkwamen, was het moment gekomen om de mogelijkheden voor gegevensoverdracht verder te ontwikkelen. Deze nieuwe economische omgeving eiste dat informatiesystemen van gebouw- en kantoornetwerken met de industriële machine-netwerken smelten. Dat veranderde de aard van de communicatie en daarmee de eisen aan de gegevensoverdracht.
Snel bleek dat de eigenschappen van het klassieke ethernet uit het gebied van de gebouwbedrading voor industriële omgevingen niet meer toereikend waren.
Wat betekent "Ethernet" eigenlijk?
ether = ether
Uit de ethertheorie afgeleid oud Grieks woord dat "hemel" betekent. In vroeger eeuwen werd aangenomen dat ether een medium was waardoor elektromagnetische golven zich in de ruimte voortplanten.
net = internet
Wat is wat: ethernet versus Industrial-Ethernet
Industrial Ethernet is de opvolger van het conventionele LAN-Ethernet uit het kantoor en wordt primair voor de datacommunicatie in de industriële productie gebruikt. Dat heeft ook goede redenen: het biedt een naadloze netwerkinfrastructuur en dat in realtime. De toepassingsgebieden zijn divers en lopen inmiddels van het veldniveau via het besturingsniveau tot aan het bedrijfsleidingsniveau (Manufacturing Execution System [MES] voor de ordercoördinatie en Enterprise Ressource Planning [ERP] voor de materiaalplanning).
Industriële Ethernet-technologie beslaat een zeer grote adresruimte. Met IPV6-adressering kunnen netwerken met bijna onbeperkt aantal deelnemers worden gerealiseerd. Grote gegevenshoeveelheden kunnen gelijktijdig met hoge snelheden van tot max. 40 Gbit/s via koper worden overgedragen. Dit geldt eveneens voor de datacommunicatie over grote afstanden: met optische vezelkabels kunnen in vergelijking met koperen geleiders afstanden tot max. 80 km worden overbrugd. Via switches en routers kunnen netwerken eenvoudig worden uitgebreid en gesegmenteerd.
Advantages of industrial Ethernet compared to Fieldbus technology
Veldbussen zijn bussystemen die op veldniveau worden gebruikt om sensoren en actuators voor de informatie-uitwisseling met een besturingscomputer te verbinden. De oorsprong van veldbussen ligt in de productietechniek. Daar worden ze nog steeds voorrang gegeven.
Als het gaat om automatisering, vinden communicatieprocessen meestal plaats op verschillende niveaus. Industrial Ethernet wordt in de industriële automatisering altijd gebruikt wanneer de functionaliteit van de veldbussen niet meer toereikend is. Want de voordelen van het Industrial Ethernet zijn:
- vernetwerkingsmogelijkheid via meerdere niveaus van de automatiseringspiramide
- aanzienlijk snellere gegevensoverdracht
- betere realtime eigenschappen
- hogere technische prestaties
- overdracht van grotere gegevenshoeveelheden
- integratie van veiligheidsprotocollen
Verbinding met draadloze netwerken mogelijk
Bij het draadloze LAN worden gegevens binnen een netwerk draadloos overgedragen met behulp van draadloze technologie. Intelligente draadloze oplossingen vinden ook steeds vaker hun weg naar de industriële sector. Het resultaat is een complex, dynamisch vormgegeven radioveld. De gegevensoverdracht tussen draadloze en kabelgebonden netwerken is mogelijk; wifi en ethernet kunnen dus met elkaar communiceren.
Voordelen van de draadloze technologie
- Verbinding van mobiele netwerkdeelnemers met stationaire deelnemers
- Aansluiting op roterende deelnemers zoals carrousels of kranen
- Bouw van draadloze bruggen over bouwgrenzen of waterlichamen
- Communicatie met moeilijk toegankelijke deelnemers
Nadelen van de draadloze technologie
- Radiogolven worden bij obstakels afgebogen
- Radiogolven worden gereflecteerd op obstakels
- Radiogolven kunnen bij het doorlopen verzwakt worden
- Radiogolven kunnen onrechtmatig worden vastgehouden en gebruikt
Als het zonder kabel gewoon niet gaat
Het gebruik van een kabelgebonden oplossing heeft in de industriële productie nog steeds de grootste voordelen. De kabel dient als exclusief, constant medium met vaste overdrachtseigenschappen, ook om de deelnemers aan het netwerk duidelijk te herkennen. Wie ethernet als gegevensoverdrachtstechniek gebruikt, kan koperen kabels of optische vezelkabels gebruiken voor de verdeling van datapakketten.
Eenvoudige netwerkcommunicatie via ethernet protocolnormen
Een protocol of netwerkprotocol is een gestandaardiseerde regelset voor de uitwisseling van gegevens, dus een soort netwerktaal. Deze is bestemd voor de communicatie tussen computers en apparaten.
Gestandaardiseerde protocollen worden ook protocolnorm genoemd.
Informeer u hieronder over de essentiële protocolnormen voor de ethernettechnologie:
TSN-norm voor effectieve besturing van realtime kritische gegevens
TSN, kort voor Time-Sensitive Networking, beschrijft een mogelijkheid voor het besturen en prioriseren van datastromen in Ethernet-netwerken. Ethernet-TSN is echter geen zelfstandig communicatieprotocol, maar een set standaarden die de functies van protocollen definiëren. Deze functiedefinities kunnen dan op hun beurt door verschillende protocollen zoals bijvoorbeeld PROFINET worden gebruikt.
Doel van de ontwikkeling van de TSN-standaarden is de intelligente samensmelting van de informatietechnologie met de industriële bedrijfstechniek. Hiervoor heeft het een gegevensoverdracht nodig van realtime kritische toepassingen zoals bijv. een signaalopname van een veiligheidsrelevant onderdeel.
Door de definitie en uitbreiding van bestaande Ethernet-standaarden realiseert TSN een convergentie tussen de IT en de verbonden machines en apparaten. Door een effectieve besturing van realtime kritische gegevens en data-intensieve toepassingen kan het ethernet-netwerk via een enkele gemeenschappelijke ethernetkabel worden gerealiseerd.