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SPE란 무엇인가

SPE는 Single Pair Ethernet의 약자로, 산업용 및 임베디드 시스템 분야에서 사용되는 이더넷 통신 기술입니다. 기존 이더넷보다 단순하고 효율적인 구성을 목표로 하며, 특히 공간이나 배선 제한이 있는 환경에서 유리합니다.

핵심 개요

• 정의: 기존 이더넷의 4쌍(또는 2쌍) 트위스티드 페어 케이블 대신 단 1쌍의 케이블로 데이터 통신을 수행하는 이더넷 기술.
• 표준: IEEE 802.3cg (10BASE-T1L), IEEE 802.3bw (100BASE-T1) 등 여러 표준이 있음.
• 속도: 10Mbps~1000Mbps까지 지원하는 여러 규격 존재.

SPE는 아직 기술이 발전중이고, 자료도 많이 없어서 그나마 조금 범용적으로 사용되고있는 10Base-T1L과 10Base-T1S에 대해 다뤄보겠다. 

10Base-T1L

• L(Long): 장거리용.
• 속도: 10 Mbps (Full-Duplex)
• 전송 거리: 최대 1,000미터 (1km) 이상
• 케이블: 단일 트위스티드 페어 (shielded 또는 unshielded)
• 전력 전송: PoDL(Power over Data Line) 지원 가능

 전송거리가 1km가 될 수 있다는 점이 제일 큰 특징이다. 멀티드롭은 지원이 안된다. 또한, Full-duplex 지원이 된다는 큰 매력이 있다. 멀티드롭이 안되기 때문에 기존 산업용 현장에서 Modbus RS-485등을 대체하는데는 어려움이 있다. 장거리 통신이 필요한 스마트 빌딩, 스마트 그리드 등에 사용되고 있다. 

10Base-T1S

• S(Short): 단거리용.
• 속도: 10 Mbps (Full-Duplex)
• 전송 거리: 최대 25미터
• 케이블: 단일 트위스티드 페어
• Topology: 다중 노드 버스(topology) 지원

 전송거리가 짧다. IEEE 802.3cg에 따르면 10Base-T1S의 최소전송거리는 15m일 정도로 어느정도 거리가 보장되어야 하는 규정을 만들어 놨다. 보편적으로 25m까지 정상동작한다고 본다고 한다. 이는 멀티드롭 기능이 가능하기 때문이다. 
 멀티드롭이 가능하기 때문에 Modbus RS-485등 기존 네트워크 환경을 대체할 수 있는 부분이 많다. 그래서 공장 자동화부분에서 많이쓰이고, CAN의 대체로써 자동차에서도 미래기술로 채택되는 것 같다. 

해당 이미지를 보면 알 수 있 듯, SPE 시리즈마다 통신거리차이가 굉장하다. 
10Base-T1L은 거리가 길지만 멀티드롭이 불가능하고, 10Base-T1S는 거리가 짧지만 멀티드롭기능이 가능하다. 
이를 보완하기 위해 10Base-T1M이 새롭게 나오고 있는 것 같다. 더불어 100Base-T1 시리즈도 아직은 상용화가 많이 되지 않았지만, 점점 많이 상용화 될 것으로 보인다.

Point to Point / Multidrop

 이번 글에서 가장 많이 언급하는 Multidrop 방식에 대한 내용이다. 10Base-T1L과 10Base-T1S의 가장 큰 차이점이기도 하다. 

이미지와 같이 Multidrop같은 경우에는 많은 device들을 한번에 한 케이블에 묶어서 제어가 가능하다. 

 애초에 Modbus라는 개념이 나온 이유가 이것이었다. 공장 자동화를 위해선 Multidrop 방식이 가능해야하는데, 기존의 RS-485에선 해당 방식이 불가능했다. 그래서 기존 RS-485를 위해 만들어진 것이 Modbus기능이었다. 그만큼 자동화 환경에서는 Multidrop기능이 중요하다. 

IEEE 802.3 규정

IEEE 802.3규정에서 SPE에 관한 규정을 찾아볼 수 있다. 802.3cg와 802.3bw를 설펴보면 좋을 듯 하다. 위의 규정의 제품은 상용화도 되어있지 않고, 아직은 말 그대로 기술에 대한 규정일뿐 아직 사용되고 있는 곳은 없는 것으로 보인다. 

일반적인 SPE 사용 예시 

이미지와 같이 아직은 범용 Ethernet과 같이 쓰이는 경우가 많다. End 노드에 가까울 수록 많이 쓰이는 것으로 보이고, 그렇기 때문에 Ethernet to SPE 기능을 수행하는 미디어 컨버터라고 불리는 제품들이 가장 많이 시장에 나와있다. 

물론 다양한 방법으로 구성을 취할 수 있다는 점이 있지만, 제일 윗 단인 제어기 부분은 거의 대부분이 범용 Ethernet으로 이루어져있기때문에 Ethernet to SPE 구성의 미디어 컨버터가 시장에 많이 필요한 것은 어쩔수 없는 부분인 것 같다.

PoDL

Standard Ethernet에 POE가 있다면, SPE엔 PoDL이 있다. 

이 부분에 대해선 아래 페이지 참고를 부탁드린다.