Một thiết bị không mất kết nối mạng, nhưng khung đầu tiên sau một khoảng nhàn rỗi có thể đến muộn hơn một chút so với các khung tiếp theo. Một yếu tố đáng kiểm tra là chế độ tiết kiệm điện của cổng. Energy Efficient Ethernet, hay EEE, cho phép một cổng tương thích giảm một phần hoạt động điện khi không có lưu lượng, rồi tiếp tục hoạt động khi dữ liệu đến. Chế độ ngủ này không có nghĩa là tắt toàn bộ bộ chuyển mạch công nghiệp. Hiểu quá trình đánh thức giúp chúng ta đánh giá việc tiết kiệm năng lượng cùng với các yêu cầu điều khiển.
Vì sao cổng mạng nhàn rỗi vẫn tiêu thụ điện?
Sau khi liên kết được thiết lập qua cáp, các đầu cuối không chỉ chờ truyền tệp. Chúng mã hóa, truyền và nhận tín hiệu điện, đồng thời duy trì một kết nối có thể nhận biết. PHY là mạch thu phát lớp vật lý: mạch này chuyển dữ liệu nội bộ thành tín hiệu trên cáp và chuyển tín hiệu nhận được trở lại thành dữ liệu. MAC quản lý việc truyền và nhận khung Ethernet. Khung là một đơn vị dữ liệu được gửi qua Ethernet. Những chức năng này có các nhiệm vụ khác nhau; một cổng không chỉ là công tắc bật-tắt đơn giản.
Ở trạng thái hoạt động bình thường, một giao diện có thể tiếp tục tạo tín hiệu nhàn rỗi thông thường và vận hành các mạch liên quan ngay cả khi ứng dụng không có gì để gửi. EEE giảm hoạt động ở những bộ phận có thể chuyển sang trạng thái công suất thấp hơn. Khả năng hỗ trợ, các tốc độ áp dụng và các mạch chịu tác động phụ thuộc vào phần cứng và firmware thực tế. Phần giải thích này sử dụng một liên kết cáp xoắn đôi song công toàn phần tương thích. Nội dung không khẳng định rằng mọi cổng quang hoặc bộ chuyển mạch công nghiệp đều hỗ trợ cùng cơ chế.
Cả hai đầu cuối phải thống nhất trước khi sử dụng trạng thái nhàn rỗi công suất thấp
Trạng thái nhàn rỗi công suất thấp, viết tắt là LPI, là cơ chế mà EEE sử dụng. Khi liên kết được thiết lập, các đầu cuối tương thích trao đổi thông tin về khả năng hỗ trợ để xác định xem một chế độ EEE phù hợp có thể hoạt động hay không. Việc đánh dấu một ô tiết kiệm năng lượng tại thiết bị cục bộ không chứng minh tính năng này đang hoạt động. Thiết bị đối tác có thể không hỗ trợ, tốc độ hiện tại có thể không phù hợp hoặc trình điều khiển có thể vẫn để tính năng này ở trạng thái tắt.
Hãy hình dung hai người thống nhất khi nào tạm nghỉ và cách tiếp tục cuộc trò chuyện. Phép so sánh này chỉ giải thích sự phối hợp. Chỉ thị thực tế được truyền bằng tín hiệu lớp vật lý cụ thể, chứ không phải một thông điệp ứng dụng cho biết thiết bị sắp ngủ. Song công toàn phần nghĩa là dữ liệu có thể truyền đồng thời theo cả hai chiều. Cần xem xét riêng trạng thái của từng chiều truyền; một chiều nhàn rỗi không có nghĩa là cả hai thiết bị đã tắt nguồn hoàn toàn.
Các khoảng yên lặng và hoạt động làm tươi phục vụ những mục đích khác nhau
Khi cách triển khai cho phép ngủ và không có dữ liệu cần truyền, chiều gửi phát tín hiệu báo chuyển vào LPI, hoàn tất quá trình chuyển sang ngủ rồi bước vào một khoảng yên lặng. Các bộ phận của bộ thu phát giảm hoạt động, tạo cơ hội tiết kiệm điện. Hoạt động làm tươi ngắn ngắt quãng khoảng yên lặng. Việc làm tươi giúp duy trì các điều kiện liên kết và đồng bộ mà bộ thu cần để tiếp tục hoạt động theo cơ chế đã thống nhất.
Tín hiệu làm tươi không phải là báo cáo dữ liệu PLC hay khung ứng dụng được chuyển tiếp. Phần mềm bắt gói tin thường quan sát các khung, vì vậy một cửa sổ bắt gói trống không chứng minh rằng lớp vật lý không tạo ra tín hiệu nào. Trạng thái nhàn rỗi EEE bình thường vẫn giữ liên kết đã thiết lập. Các sự kiện UP/DOWN lặp lại vẫn đòi hỏi kiểm tra cáp, nguồn điện, trình điều khiển và khả năng tương tác; tiết kiệm năng lượng không phải là lời giải thích bao quát cho các liên kết không ổn định.
Một khung mới đến có thể phải chờ đánh thức
Khi một khung đến lúc chiều truyền đang nhàn rỗi, đầu cuối bắt đầu quá trình đánh thức. Các mạch liên quan tiếp tục hoạt động và đầu cuối nhận chuẩn bị nhận biết tín hiệu bình thường trước khi bắt đầu truyền dữ liệu. Khung chờ trong hàng đợi truyền trong khoảng thời gian cần thiết. Hàng đợi này nằm bên trong thiết bị; khung không nằm chờ ở giữa cáp.
Vì vậy, khung đầu tiên sau một khoảng nhàn rỗi có thể phải chờ thêm so với khi cổng đã hoạt động. Khi lưu lượng tiếp tục, các khung sau không nhất thiết phải trải qua riêng từng chu trình ngủ và đánh thức hoàn chỉnh. Độ trễ thực tế phụ thuộc vào loại liên kết, cách triển khai và chính sách. Một giá trị micro giây duy nhất không thể mô tả mọi thiết bị. Một số cách triển khai cũng có thể tích lũy các khung trước khi truyền. Việc gom khung như vậy có thể kéo dài thời gian chờ, nhưng không nên mặc định rằng mọi cổng đều có cơ chế này.
Điều này có ý nghĩa gì đối với điều khiển công nghiệp?
Xét một PLC giả định gửi định kỳ các khung nhỏ tới một ứng dụng giám sát vốn có ít lưu lượng khác. Nếu các khoảng trống cho phép những cổng liên quan trở lại trạng thái nhàn rỗi, mỗi lần quay lại hoạt động có thể làm thay đổi thời điểm đến. Ví dụ này minh họa một khả năng; đây không phải là phép đo của FCTEL. Việc tải tệp lên liên tục có thể diễn ra trơn tru, trong khi lưu lượng điều khiển ngắt quãng có đặc tính thời gian khác, vì hai loại tải giữ các cổng ở những trạng thái khác nhau.
Độ trễ khung đầu tiên mô tả thời gian chờ của khung đầu tiên sau một khoảng nhàn rỗi. Biến thiên độ trễ mô tả mức thay đổi thời điểm đến giữa các khung. Một khoảng chờ bổ sung nhỏ có thể chấp nhận được đối với việc đọc trạng thái không thường xuyên. Các tác vụ điều khiển có yêu cầu thời gian chặt chẽ cần đánh giá khoảng chờ này theo chu kỳ, thời gian chờ hết hạn và sai số cho phép của chúng. Bản thân trạng thái nhàn rỗi EEE không chứng minh có mất gói, cũng không hàm ý rằng luôn phải tắt EEE. Quyết định cần dựa trên bằng chứng từ liên kết cụ thể.
Cách kiểm tra cổng và thực hiện phép so sánh công bằng
Ghi lại cổng bộ chuyển mạch, bộ điều hợp mạng hoặc bộ điều khiển đối tác, phiên bản firmware và trình điều khiển, tốc độ đã thương lượng và trạng thái hoạt động EEE thực tế. Được hỗ trợ, được bật và được thương lượng thành công là ba trạng thái khác nhau. Hãy phân biệt rõ chúng trong ảnh chụp màn hình. Nếu thiết bị cung cấp số lần vào LPI, thời gian lưu trú hoặc thống kê lỗi đánh thức, hãy đối chiếu chúng với hoạt động ứng dụng. Không tự tạo số lần nhàn rỗi khi thiết bị không cung cấp thống kê đó.
Trong khoảng thời gian bảo trì đã được phê duyệt, so sánh khi bật và tắt EEE với cùng cổng, cáp và tải ứng dụng. Bao gồm lưu lượng liên tục, khung đầu tiên sau thời gian nhàn rỗi, các khung nhỏ định kỳ và các đợt lưu lượng hỗn hợp. Lặp lại phép so sánh thay vì dựa vào một lần ping. Mỗi lần chỉ thay đổi một điều kiện và ghi lại thời gian chờ tối đa, biến thiên thời gian, các lần ứng dụng hết thời gian chờ, lỗi khung và các lần liên kết lên/xuống chập chờn. Nêu rõ độ chính xác của công cụ đo và vị trí bắt gói; nếu không, độ trễ lập lịch trên máy chủ có thể bị nhầm là thời gian đánh thức cổng.
Nếu tắt EEE giúp cải thiện kết quả, hãy khôi phục thiết lập ban đầu và lặp lại phép thử để xác nhận khả năng tái lập. Kiểm tra tài liệu chính thức và khả năng tương thích giữa phiên bản của cả hai đầu cuối. Nếu vấn đề vẫn còn, hãy kiểm tra tình trạng tắc nghẽn, tải CPU, việc lập lịch ứng dụng và chất lượng cáp. Dấu thời gian của khung được sao chép qua cổng giám sát không nhất thiết xác định được thời điểm bit đầu tiên của khung gốc đi vào đường truyền. Không nên trình bày việc bắt gói thông thường như một phép đo chính xác quá trình đánh thức PHY.
Không nhầm lẫn EEE với việc đánh thức máy tính đã tắt nguồn bằng một gói tin đặc biệt hoặc với việc tiết kiệm điện sau khi rút cáp. Những cơ chế này liên quan đến các trạng thái và cách điều khiển khác nhau. Giao diện sản phẩm có nhãn green Ethernet có thể bao gồm nhiều chính sách. Đọc chính xác tên tính năng, các cổng áp dụng và điều kiện kích hoạt trước khi xác định phép thử thực sự đã thay đổi điều gì.
Ghi chép khả năng hỗ trợ và các điều kiện nghiệm thu
FCTEL cung cấp tài liệu về bộ chuyển mạch công nghiệp và bộ chuyển đổi môi trường quang. Bắt đầu từ các giao diện, tốc độ và tính năng quản lý thực tế của sản phẩm, sau đó xác nhận riêng liệu EEE có được hỗ trợ, có thể tắt và có cung cấp trạng thái quan sát được hay không. Tài liệu sản phẩm được liên kết là nguồn tham khảo để kiểm tra một sản phẩm thực tế; bài viết này không khẳng định rằng model được liên kết có triển khai EEE. Chỉ riêng cấp công nghiệp và công suất thấp không xác định được đặc tính thời gian sau trạng thái nhàn rỗi của một liên kết điều khiển.
Lưu cấu trúc liên kết, model và phiên bản các đầu cuối, thiết lập EEE liên quan của từng cổng, tải thử nghiệm và kết quả trong hồ sơ bàn giao. Kiểm tra lại sau khi thay bộ điều hợp hoặc nâng cấp firmware vì tổ hợp đã thương lượng có thể thay đổi. Nguyên lý này không cần công thức: giảm một phần hoạt động mạch khi nhàn rỗi, dùng hoạt động làm tươi để duy trì các điều kiện đã thống nhất và đánh thức trước khi gửi dữ liệu mới. Đưa thời gian chờ đó vào phép thử nghiệm thu ứng dụng thực tế.
Nếu thiết bị không cung cấp trạng thái EEE hoặc tùy chọn tắt, hãy yêu cầu nhà sản xuất làm rõ trước khi quyết định thiết bị có phù hợp với liên kết nhạy cảm về thời gian hay không. Ép sang một tốc độ khác không phải là cách thay thế hợp lệ cho việc tắt EEE trong phép thử có kiểm soát: bản thân tốc độ làm thay đổi thời gian truyền và điều kiện thương lượng. Giữ nguyên cấu hình ban đầu và ghi lại các tùy chọn đã được xác minh thay vì suy đoán từ tên menu.
Tài liệu tham khảo kỹ thuật: Microchip AN2637: EEE và các trạng thái liên kết; Tài liệu Microchip VSC7420: LPI, làm tươi và đánh thức; Cisco: Thương lượng EEE và độ trễ; Nghiên cứu về gom khung EEE; Nghiên cứu về độ trễ mạng EEE; Bài viết kỹ thuật của FCTEL; Tài liệu bộ chuyển mạch Gigabit có quản lý 24 cổng của FCTELE. Các hình minh họa nguyên bản có sự hỗ trợ của AI giải thích các nguyên lý tổng quát, không thể hiện cấu tạo bên trong hay kết quả đo của sản phẩm cụ thể. Không khẳng định model FCTEL được liên kết có khả năng EEE.
