Większa dojrzałość rynku
Ethernet jest obecnie siecią, która znacznie wykroczyła od strony aplikacyjnej poza wąsko sprecyzowany obszar przemysłu, pojawiając się w elektronice konsumenckiej i aplikacjach domowych, systemach kontroli dostępu oraz monitoringu obiektów, w urządzeniach pomiarowych, transporcie szynowym i wielu innych obszarach techniki.
Standard ten cały czas wkracza też na nowe rynki współczesnej techniki i szybko staje się na nich standardem dominującym. Wyraźnie widać, że w ciągu ostatnich pięciu lat jego znaczenie znacznie się zwiększyło i jest to rozwiązanie wykorzystywane przez małe i duże firmy. Popularyzacji sprzyja uniwersalność i dobrze umocowany w normach standard zarówno dla komunikacji przewodowej, jak i bezprzewodowej.
Pozycja rynkowa Ethernetu jest też dowodem, jak bardzo pomaga w rozwoju rynku wspólne rozwiązanie techniczne. Takich standardów sięgających całej techniki jest w sumie niewiele, bo z reguły duże firmy starają się narzucić całej reszcie własne technologie i czerpać z tego zyski (rozwiązania własnościowe). Otwarte rozwiązania zwykle oznaczają dużą konkurencję, obecność wielu producentów i znacznie mniejsze marże handlowe na produktach.
Z punktu widzenia dużych korporacji są one mniej atrakcyjne, dlatego Ethernet można postrzegać za taki sam fenomen współczesnej techniki jak peceta. Zapotrzebowanie na produkty komunikujące się za pomocą Ethernetu to również efekt powiększającego się zapotrzebowania rynku na sieci przemysłowe. Coraz więcej rozwiązań komunikacyjnych w tym obszarze ma charakter rozproszony, a więc taki, gdzie poszczególne elementy pomiarowe, kontrolne i sterujące są rozmieszczone w wielu miejscach obiektów i spięte kablem (miedzianym lub optycznym) w spójną całość.
Sieć sięga też obiektów energetycznych, telekomunikacyjnych, kolejowych, gdzie łączy części rozległych systemów, pozwalając na monitoring i zdalne sterowanie działaniem. W ten sposób zapewnia się lepszą dostępność usług, skraca czas reakcji na zdarzenia i likwiduje konieczność wykorzystania pracy ludzkiej w obszarach i sytuacjach niekorzystnych (trudny dostęp, niebezpieczne warunki).
Kolejnym aspektem pozytywnym dla rozwoju związanym z Ethernetem jest łatwość zmiany fizycznego medium komunikacyjnego. Oprócz standardowego kabla UTP może to być kabel światłowodowy lub połączenie bezprzewodowe po Wi-Fi. Ta właściwość sprzyja tworzeniu sieci rozległych, a okablowanie optyczne nierzadko staje się bazą infrastrukturalną dla całego zakładu, od której odchodzą miedziane rozgałęzienia lub tworzone są bezprzewodowe lokalne komórki.
Duża podaż i asortyment
Duża popularność Ethernetu przekłada się oczywiście na relacje rynkowe - przybywa na rynku producentów takich urządzeń, poszerza się portfolio produktów i rozszerza siatka dystrybucyjna. Urządzenia takie jak switche, punkty dostępowe lub serwery portów od strony koncepcyjnej wydają się dobrze zdefiniowane i nierzadko proste, ale po dodaniu do produktu określenia "przemysłowy" pojawiają się w nich też specyficzne parametry i funkcje związane z odpornością środowiskową, złączami, rozbudowanym oprogramowaniem, zasilaniem za pomocą PoE, opcjami montażu w stojaku, odporną obudową z metalu i podobnymi cechami.
Coraz większe znaczenie mają też certyfikaty, za pomocą których duże firmy bronią się przed agresywną konkurencją cenową. Potwierdzają one zgodność z popularnymi protokołami bazującymi na Ethernecie, jak Modbus lub Profibus, są gwarancją bezpieczeństwa użytkowania (np. zgodność z UL) i korzystania z sieci związanego z szyfrowaniem transmisji. Istotna jest też zgodność z normami branżowymi określającymi wymagania stawiane urządzeniom stosowanym w systemach stacji energetycznych, systemach transportowych i kontroli ruchu i innymi regulacjami.
Popularnym hasłem w zakresie markowych rozwiązań przemysłowych jest ponadto redundancja po stronie zasilania i komunikacji w sieci, funkcje ochrony jakości i kontroli przepływu danych (QoS), szeroki zakres temperatur pracy w zakresie -40...75°C (albo jeszcze szerszym), funkcje zarządzania siecią i diagnostyki, sygnalizacja alarmowa, modułowa konstrukcja i wiele innych podobnych aspektów. Bezsprzecznie najwięcej nowinek i funkcji pojawia się w switchach, bowiem to one stanowią ten najważniejszy i centralny punkt wielu instalacji, od którego sieci się rozwijają.
Poza uniwersalnością i możliwościami komunikacyjnymi ethernetowe urządzenia infrastrukturalne, za pomocą których buduje się sieci, dają wiele różnych mechanizmów zwiększających wydajność transmisji sieciowej, pozwalających na zarządzania urządzeniami i samą komunikacją, jak filtrowanie pakietów, kontrola dostępu, ograniczenia maksymalne na szybkość transmisji, stworzenie logicznej wydzielonej sieci prywatnej oraz implementacja usług komunikacji głosowych i wideo. Możliwość zarządzania urządzeniami w sieci przemysłowej ma kluczowe znaczenie w rozwiązywaniu potencjalnych problemów i jest kluczowa w tym, aby Ethernet był szeroko akceptowany w dużych i odpowiedzialnych systemach sięgających skalą całego przedsiębiorstwa.
Brak wiedzy na temat zagadnień sieciowych
Negatywnym zjawiskiem wynikającym z dużej konkurencji i podaży jest to, że wielu klientów poszukuje rozwiązań najtańszych. Takich, którzy patrzą na całość zagadnienia, rozumieją, co to jest TCO, czym są problemy serwisowe, z pewnością przybywa, ale ta zwiększająca się świadomość użytkowników i klientów nie przekłada się jakoś wyraźnie na sprzedaż. Być może dlatego, że edukacja użytkowników jest zbyt wolna w porównaniu do tempa rozwoju rynku i szybkości ewolucji technicznej poszczególnych rozwiązań. Są to też zagadnienia niełatwe i nierzadko zanim pozna się dobrze jedno urządzenie, producent wypuści już na rynek kolejne.
O ile wiele podstawowych urządzeń sieciowych działa praktycznie od włączenia zasilania, o tyle jednak wykorzystanie możliwości bardziej zaawansowanego sprzętu wymaga od użytkowników wiedzy na tematy sieciowe, z czym często nie jest najlepiej. Szczegóły i niuanse na temat funkcjonalności to nierzadko tematy znane wyłącznie garstce specjalistów. Na dodatek dystrybutorom trudno promować nowe technologie, bo duża konkurencja ogranicza czas i możliwości finansowe w zakresie marketingu technicznego.
Bezpieczeństwo sprzyja produktom markowym
Nadeszły takie czasy, że dzisiaj wszystko jest dostępne przez sieć. A jeśli nie jest, to wkrótce będzie, bowiem na taki obrót wydarzeń wskazują wszystkie główne trendy rozwojowe na rynku związane z IoT i innymi obszarami z przedrostkiem "smart". Nietrudno dostrzec, że Ethernet w wykonaniu przewodowym lub bezprzewodowym jest jednym z głównych mediów transmisyjnych dla danych, a rozwiązania opierające się na nim cały czas zwiększają swoje udziały w rynku, niemniej ciemną stroną tej ekspansji jest wzrost zagrożeń związanych z bezpieczeństwem, cyberataków, przejęć, utraty danych i podobnych nadużyć.
Świadomość konieczności zapewnienia bezpieczeństwa jest coraz większa, bo każdy spektakularny atak daje do myślenia, zwłaszcza gdy jego wynikiem są straty finansowe dla przedsiębiorstw. Bezpieczeństwo sieci to nie tylko wysokiej jakości oprogramowanie w dołączanych urządzeniach, które jest odporne na ataki, ale także solidny sprzęt sieciowy, z wbudowanymi mechanizmami ochronnymi, po to aby zabezpieczyć dane wrażliwe i przedsiębiorstwo przed szantażem.
W zakresie bezpieczeństwa liczy się kompleksowe podejście, bo wiadomo, że finalnie o jakości sieci decyduje najsłabszy komponent. Świadomość tych oczywistych zagadnień dociera do coraz większej liczby przedsiębiorców, którzy inwestują powoli w bezpieczeństwo posiadanych systemów. Na omawianym rynku oznacza to większe zapotrzebowanie na sprzęt markowy z rozbudowaną funkcjonalnością oraz, co jest także istotne, certyfikowany pod kątem bezpieczeństwa. Aspekty związane z bezpieczeństwem dodatkowo powiększają znaczenie certyfikatów, bo są one dokumentem potwierdzającym zapewnienia sprzedawcy przez trzecią stronę i specjalistów znających się na tej tematyce.
Obsługa techniczna i serwis
Sieci komunikacyjnych, urządzeń wymieniających dane, przedsiębiorstw, w których procesy zakładają wymianę danych, jest coraz więcej. Infrastruktura komunikacyjna w dużym tempie staje się rozległa, nasycona sprzętem i tym samym coraz bardziej skomplikowana. Równocześnie jej sprawność działania i wysoka jakość (dostępność usług) staje się kluczowym zagadnieniem dla przedsiębiorstw, co w praktyce oznacza konieczność nadzoru, utrzymania w ruchu i kontroli technicznej.
Gdy sieć jest duża, a jej znaczenie dla firmy pierwszoplanowe, zwykle oznacza to także spore koszty. Dlatego komponenty sieciowe, które zawierają specjalne oprogramowanie pozwalające na zdalną obsługę, alarmowanie o zdarzeniach, a także na obsługę i programowanie parametrów bez konieczności fizycznej obecności pracownika, stają się obecnie czymś naturalnym i standardem dla rynku.
Zasilanie przez PoE
Czas szybko płynie, bo okazuje się, że w przyszłym roku minie 15 lat od wprowadzenia pierwszej specyfikacji zasilania urządzeń za pośrednictwem kabla sieciowego - PoE (Power over Ethernet). Jego pojawienie się na rynku było skutkiem tego, że Ethernet towarzyszy coraz liczniejszym urządzeniom "niewielkim" zarówno pod względem wymiarów, jak też możliwości i wymagań komunikacyjnych.
Uwolnienie się od dodatkowych kabli oraz wielu różnych zasilaczy nierzadko o wątpliwej jakości i trwałości, które dodawane są do urządzeń końcowych, było ważnym osiągnięciem technicznym i skierowało rozwój rynku w stronę systemów monitoringu, kontroli dostępu, telefonów VoIP i podobnych. Zasilanie za pomocą PoE stało się bardzo poszukiwane w wybranych typach zastosowań, np. w systemach monitoringu za pomocą kamer wideo, gdyż dostęp do sieci energetycznej nie zawsze jest tam wygodny, a koszt okablowania jest zawsze znaczący.
PoE upraszcza okablowanie sieci i zmniejsza koszty jej budowy oraz eksploatacji. Ponadto pozwala monitorować zużycie energii w poszczególnych węzłach oraz w razie potrzeby zdalnie restartować lub wyłączać poszczególne urządzenia. Pojawienie się nowej wersji PoE+ pozwoliło na podwojenie mocy doprowadzanej do urządzeń końcowych i dzisiaj switche zapewniające możliwość zasilania oferują praktycznie wszyscy producenci.
Mikrokontrolery i moduły
Popularność Ethernetu napędza też łatwość dodania tego interfejsu do aplikacji w systemach embedded. W przypadku elektroniki dostępne są mikrokontrolery z wbudowanym interfejsem ethernetowym, dzięki czemu koszty wzbogacenia o tę funkcjonalność są w praktyce niewielkie. Poza nimi można kupić moduły, które pełnią funkcję mostów między Ethernetem a GPIO, RS232 lub innymi popularnymi interfejsami szeregowymi.
Są to rozwiązania o wysokim stopniu integracji, często niewiele większe od samego gniazda RJ i w sumie niedrogie, bo wytwarza je wiele firm. Dzięki nim dodanie portu sieciowego nie wymaga wiele pracy i jest chętnie wykorzystywane przez producentów aparatury modułowej, urządzeń sterujących i aplikacji "mniejszego kalibru".
Urządzenia przewodowe
Podstawowym elementem infrastruktury komunikacyjnej dla Ethernetu jest switch. Może on być prosty (niezarządzalny) lub złożony (zarządzalny) i o różnym wyposażeniu. Typowy switch ma od kilku do kilkunastu portów do podłączenia kabla miedzianego UTP, wersje złożone mogą mieć też port światłowodowy lub są zintegrowane z bezprzewodowym punktem dostępowym tak, że można do urządzania podłączyć się na różne sposoby. Obecnie sieci przemysłowe i te pracujące w mniej odpowiedzialnych zastosowaniach mają zwykle charakter mieszany i są uzupełniane komunikacją bezprzewodową, bo jedno urządzenie zapewniające oba typy połączeń jest wygodniejsze.
Funkcjonalność switcha obejmuje ponadto wiele funkcji związanych z transmisją danych, zarządzaniem dołączonymi urządzeniami, nakładaniem limitów, tworzeniem rozwiązań z redundancją, obsługą alarmów, szyfrowaniem transmisji oraz wsparciem dla protokołów przemysłowych opartych na Ethernecie. Switch jest też źródłem energii zasilającej w aplikacjach PoE, a niektóre wersje mają konstrukcję modułową pozwalającą na rozbudowę zasobów.
Trendem rozwojowym jest w przypadku omawianych urządzeń rosnące obecnie wykorzystanie sieci gigabitowych, a w przyszłości - spodziewana popularyzacja rozwiązań 10 Gb/s.
Do produktów zawierających się w omawianym obszarze należą też serwery portów szeregowych, mediakonwertery oraz karty sieciowe. Te pierwsze umożliwiają dostęp do portów szeregowych RS232/422/485 z poziomu Ethernetu (serial-to-Ethernet i na odwrót). Są one potrzebne do sterowania i zarządzania urządzeniem poprzez sieć oraz wydłużenia niewielkiego zasięgu RS-a. Dzięki odpowiednim sterownikom, z punktu widzenia oprogramowania, takie przedłużenie może być przeźroczyste dla danych i aplikacji.
Te drugie to moduły służące do zmiany medium transmisyjnego - w szczególności Ethernetu miedzianego na światłowodowy oraz moduły wykorzystujące transmisję bezprzewodową. Natomiast karty komunikacyjne to fizyczna realizacja interfejsu w komputerach. Niemniej od kiedy port sieciowy stał się standardowym elementem płyt głównych, karty spadły na specjalistyczny margines (głównie w systemach pomiarowych).
Moduły IO to z kolei urządzenia zapewniające możliwość podłączenia fizycznych czujników, elementów wykonawczych, liczników, napędów do sieci. Dzięki nim za pomocą jednego połączenia ethernetowego można obsłużyć wiele takich komponentów, gdyż moduły IO dostępne są w bardzo szerokim asortymencie - zarówno z wejściami i wyjściami cyfrowymi, jak też analogowymi i zawierają od kilku do ok. 16 linii w różnych kombinacjach.
Są też wersje modułowe pozwalające na rozbudowę, dzięki czemu jeden moduł może obsłużyć wszystkie sygnały dostępne w maszynie, bez konieczności rozbudowy okablowania z przekaźnikami na wyjściu, optoizolacją oraz oczywiście wersje z komunikacją bezprzewodową oraz dostosowane do polowych standardów przemysłowych bazujących na Ethernecie (Profibus, Modbus, Profinet).
Sprzęt bezprzewodowy
W zastosowaniach przemysłowych komunikacja bezprzewodowa to głównie Wi-Fi, pozwalająca na proste przedłużenie Ethernetu przez kanały radiowe. Obecnie produkty w tym standardzie w zasadzie zdominowały rynek konsumencki i profesjonalny, jeżeli chodzi o bezprzewodową transmisję danych w lokalnych sieciach informatycznych. Poza Wi-Fi komunikacja przemysłowa korzysta jeszcze z łączy komórkowych i radiomodemów do tworzenia zapasowych traktów komunikacyjnych. Bluetooth to w omawianym obszarze rzadkość, a ZigBee to już technologia wręcz egzotyczna.
Główną zaletą Wi-Fi jest duża przepustowość zwłaszcza w sprzęcie pracującym na 5 GHz, dobra stabilność połączenia i niezły zasięg. To wszystko otrzymuje się za niewielką sumę i w szerokim asortymencie, przez co rozwiązania bezprzewodowe się szybko popularyzują w przemyśle. Warto zauważyć, że funkcjonalność wielu urządzeń komunikacyjnych przenika się i wszystkie podziały stają się nieostre.
Switche przewodowe są integrowane z bezprzewodowym punktem dostępowym, porty przeznaczone do podłączenia kabla miedzianego uzupełnia się łączem optycznym. Bezprzewodowe są też serwery portów i moduły IO. Można też zauważyć, że wiele z omawianych produktów ma charakter komponentów standardowych, gdzie oferta rynku jest bardzo szeroka i praktycznie udaje się dobrać każdą kombinację.
Coraz więcej dostawców
Dostawców urządzeń komunikacyjnych można kategoryzować na różne sposoby, niemniej najbardziej przydatny wydaje się podział w zależności od stopnia specjalizacji w danej tematyce i rynkowego obszaru aktywności. Stąd silną pozycję na rynku mają duzi producenci zagraniczni aktywni na rynku przemysłowym, którzy mają w Polsce swoje biura.
Firmy te mają zazwyczaj szeroką i przekrojową ofertę urządzeń sieciowych, a zaliczyć do tej grupy można np. firmy Advantech, Antaira, Balluff , Murrelektronik, National Instruments, Phoenix Contact oraz Turck. Drugą grupę tworzą lokalni dystrybutorzy zajmujący się rynkiem przemysłowym, którzy specjalizują się w tematyce sieci przemysłowych, np. Astor, Dacpol, Guru, Elmark Automatyka, JM elektronik i inne.
Trzecią grupę firm działających na rynku stanowią tzw. dystrybutorzy katalogowi oraz podmioty, które dostarczają komponenty sieciowe, jednak te ostatnie nie są dla nich osią oferty, a jedynie jej uzupełnieniem. Takimi firmami są m.in. Gamma, Conrad, Elhurt, TME, RS Components i Farnell element14, Maritex, Soyter oraz Micros.
W Polsce działają też lokalni producenci sprzętu sieciowego, m.in.: Bitstream, Cel-Mar, Inveo, Lab-El, Energotest. A jako dodatkową grupę dostawców należy wymienić producentów i dystrybutorów okablowania, złączy i podobnych produktów - jak m.in. HARTING i Weidmüller.
Patrząc na nasze wcześniejsze opracowania poświęcone urządzeniom komunikacji sieciowej i Ethernetowi, nietrudno zauważyć, że firm zajmujących się tytułową tematyką jest coraz więcej. Dotyczy to też zwiększającej się liczby krajowych producentów specjalistycznych rozwiązań i dystrybutorów modułów komunikacyjnych do zastosowań w systemach embedded.
Ta duża liczba firm i wielka podaż produktów komunikacyjnych wskazują wyraźnie - Ethernet trafił nie tylko na dobre pod domowe strzechy, ale także pod dachy zakładów.
Robert Magdziak
Źródłem wszystkich danych przedstawionych w tabelach oraz na wykresach są wyniki uzyskane w badaniu ankietowym przeprowadzonym wśród producentów, dystrybutorów i innych firm działających w branży urządzeń komunikacji sieciowej w Polsce.















