FAQ: USB или Ethernet — что лучше для индустриальных применений?

Очевидно, что эти интерфейсы из разных "весовых категорий" по дальности связи (5 м для USB и 100 м для Ethernet), и есть разница в максимальных скоростях передачи. Однако при дальности в единицы метров нередко возникает вопрос выбора между USB и Ethernet. Ответ на вопрос – в концепциях, которые были заложены разработчиками при создании этих интерфейсов.

USB был создан как удобный интерфейс недалеко расположенных периферийных устройств для широкого потребительского рынка. Особенность работы USB заключается в том, что при физическом отсоединении устройства сеанс связи с ним полностью прекращается (операционная система теряет USB-устройство), и при новом подсоединении сеанс связи должен быть начат заново. Опыт показывает, что при сильных электромагнитных помехах в условиях индустриальных применений в интерфейсе USB нередко помеха приводит к потере связи с USB-устройством, иногда кратковременной, а иногда и требующей для восстановления связи участия оператора.

Заметим, что любая электромагнитная помеха имеет не только абстрактный вероятностный характер параметров, но и конкретный событийный характер, связанный с включением-выключением оборудования, с электростатическим разрядом в высоковольтной цепи, с совпадением экстремальных событий в цепях питания нескольких мощных потребителей, с грозовым разрядом.

Ethernet, созданный задолго до USB, был изначально спроектирован для индустриальных применений. Достаточно взглянуть на схемотехнику согласования кабеля в Ethernet 100BASE-TX c физическим приёмопередатчиком (Ethernet PHY) по обе стороны кабеля Ethernet, как становятся очевидными принятые меры обеспечения электромагнитной совместимости в тяжёлой электромагнитной обстановке: гальваническая изоляция, фильтр высокочастотных синфазных помех, согласование длинной симметричной линии как по противофазной волне (информационный сигнал), так и по синфазной – относительно земли (помеховая составляющая). Другими словами, на уровне физической среды приняты серьёзные электрофизические меры для максимально верного приёма и передачи информационной составляющей сигнала на фоне помех. Протокол TCP/IP (в данном случае поверх физической среды Ethernet), широко применяемый для передачи данных, по своей концепции предполагает неустойчивую связь и решает задачу передачи данных без потерь даже в случае неустойчивой связи. Как можно предположить, при длине Ethernet кабеля в единицы метров в обычных условиях неустойчивой связи по Ethernet не ожидается. Но обычные условия не относятся к условиям индустриальных помех, а также к условиям долговременной работы оборудования без участия оператора. В ситуации, когда с подавлением помехи не справился физический уровень Ethermet, вступает в действие механизм перезапросов на передачу данных протокола TCP/IP, который позволяет (даже при долговременной порче данных) восстановить их целостность на приёмной стороне. В отличие от USB, операционные системы, работающие с TCP/IP, предполагают долговременную потерю связи без разрыва сеанса.

При интеграции измерительного оборудования (например, LTR и компьютера) Ethernet позволяет подключить компьютер и LTR к разным точкам заземления. Например, Ethernet в индустриальном приборе контроля качества электроэнергии LPW-305 позволяет компьютеру и сетевому оборудованию иметь удалённую точку заземления.

Для устройств, работающих по TCP/IP, не нужны драйверы. Это упрощает адаптацию программного обеспечения для операционных систем, поддержка которых не реализована в штатном ПО (так, например, для LTR существует ПО с открытыми исходными текстами).

Интерфейс USB в свою очередь имеет преимущества в некоторых задачах. Например, с ним не требуется заботиться о правильном назначении адресов устройств. При разработке прикладных программ может играть роль то, что USB имеет более предсказуемые времена отклика, особенно на короткие команды или при поступлении данных маленькими порциями. Мгновенная потеря связи с USB-устройством при его отключении от компьютера может иногда быть предпочтительнее, чем необходимость программно отличать задержки от фатальных ошибок (для TCP/IP типичны большие таймауты).