Протоколы передачи данных в ЦОД: RS-232, RS-422, RS-485

Центры Обработки Данных (ЦОД) - критически-важные объекты, сбои в которых приводят к огромным убыткам, а потому они оснащаются мощной системой автоматики и являются интеллектуальными объектами, способными длительное время работать в автоматическом режиме без вмешательства человека.

Роль человека сводится к мониторингу ситуации и реакцию в аварийных случаях. Каждая единица инженерного оборудования в ЦОД оснащена одним или несколькими протоколами для передачи данных в диспетчерский пункт. Разберемся в этих протоколах.

Зачем нужны протоколы передачи в ЦОД

Для адекватного контроля за работой ЦОД необходимо иметь перед глазами целый список параметров, характеризующих работу инженерных систем, например:

• Энергопотребление объекта,
• Текущая схема электропитания,
• Температуры на входе и выходе из стоек,
• Влажность в помещении ЦОД,
• Статусы оборудования и др.

Для передачи этих данных все устройства оборудованы тем или иным интерфейсом, подсоединение к которому позволяет считывать информацию по заданному протоколу.

Физически это означает наличие определенных разъемов на оборудовании и кабельные изделия, способные обеспечить передачу информации в диспетчерский пункт. Чаще всего это:

• RS-232 (EIA-232)
• RS-422 (EIA-422)
• RS-485 (EIA-485)

Термины и определения

RS в названии протокола означает Recommended Standard (рекомендованный стандарт).

Все три протокола относятся к физическому уровню (по модели OSI (англ. Open Systems Interconnection Basic Reference Model, базовая эталонная модель взаимодействия открытых систем)). Физический уровень является самым нижним уровнем модели OSI, т.е. поток информации передается на нижнем уровне – в двоичной системе – в виде последовательности 0 и 1.

Протоколы передачи данных можно классифицировать по разным признакам:

• По направлению сигнала
  • Симплексные (simplex) протоколы позволяют передавать данные только в одну сторону. Это, например, телевизионные и радио-сигналы. Используется одножильный провод с оплеткой.
  • Полудуплексные (half-duplex) протоколы позволяют передавать данные в обе стороны, но не одновременно. Используется двужильный провод (витая пара) с оплеткой. Пример – RS-485.
  • Дуплексные (full-duplex) протоколы позволяют передавать данные в обе стороны одновременно. Используется четырехжильный провод (двойная витая пара) с оплеткой. Пример – RS-232, RS-422, в некоторых случаях RS-485.
• Сбалансированность
• Небалансный протокол передает сигнал по одной жиле всю информацию (серию из 0 и 1). При этом сигнал подвержен наводкам и тем больше, чем длиннее провод. Пример: RS-232.
• Балансный протокол передает информацию по двум жилам, т.е. используется витая пара проводов, по которым транслируется дифференциальный сигнал. По одному проводу идет оригинальный сигнал, а по второму – инверсия сигнала, а разность между ними создает передающую разность потенциалов. Это является и защитой от помех: при наводке на оба провода сигнал каждого из них деформируется, но разность сигналов остается прежней. Это позволяет значительно удлинить допустимую протяженность провода. Пример: RS-422, RS-485.

Таким образом, уже стали проясняться принципиальные отличия протоколов серии RS.

• RS-232 позволяет устройствам передавать и получать информацию одновременно, но он ограничен по длине (15м).
• RS-422 придуман на замену RS-232, если последний не удовлетворяет требованиям по скорости и дальности (до 10Мбит/сек на 15м и до 100кбит/сек на 1220м).
• RS-485 – самый распространенный протокол с высокими характеристиками (до 10Мбит/сек на 15м и до 100кбит/сек на 1220м) и выигрывающий у RS-422 в капитальных затратах: две жилы – это дешевле четырех.

Рассмотрим каждый протокол подробнее.

RS-232 или EIA-232

RS-232 – это стандарт последовательной синхронной и асинхронной передачи двоичных данных между терминалом и коммуникационным устройством.

RS-232 был введён в 1962 году.

RS-232 представляет собой простой интерфейс для передачи данных между двумя объектами на расстояние до 15 метров (на практике может не достигаться). Устойчивость к помехам обеспечивается отказом от стандартного уровня сигналов 5В. От отправителя поступает последовательность 1 и 0 получателю, который их запоминает и «осознает» полученную информацию.

Существует понятие стартового бита, получив который получатель понимает, что сеанс передачи информации открыт. Далее через равные промежутки времени отправляются информационные биты. Передача пакетная, длина пакета равна одному байту.

Разъем RS-232 представляет собой 9- или 25-штырьковый трапецеидальный разъем. Изначально применялись 25 контактов, но со временем большинство устройств стало обходиться меньшим их числом и разъем «урезали».

RS-422 (Recommended Standard 422) или EIA-422

RS-422 – это стандарт, обеспечивающий сбалансированную (дифференциальную) однонаправленную нереверсируемую передачу данных по терминированным или нетерминированным линиям, с возможностью соединения «точка-точка», а также многоабонентскую доставку сообщений.

Учитывая полный дуплекс RS-422, его чаще используют в ведущем устройстве, а на ведомых устанавливают драйвер RS-485.

Кабель RS-422 представляет собой двойную витую пару:

RS-485 (Recommended Standard 485) или EIA-485

RS-485 - стандарт передачи данных по двухпроводному полудуплексному многоточечному последовательному каналу связи.

RS-485 поддерживает максимально 32 пары приемник/передатчик (впоследствии модернизировано до 255), но возможность использования хабов и репитеров увеличивает сеть до бесконечности.

На основе RS-485 создана целая серия промышленных сетей и сетевых протоколов (ModBus, ProfiBus, LanDrive и другие).

Передача сигнала осуществляется посредством кабеля:

• Специального RS-485:

• или обычного сетевого (используется только две жилы (одна пара)):

В качестве разъема может применяться как сетевой вход, так и клеммный (третий контакт – для оплетки):

Для RS-485 существует множество «переходников»:

• Переходник RS-485 / RS-232

• Переходник RS-485 / USB

Кто же лучше?

Итак, рассказав о трех стандартах передачи данных, сделаем выводы по каждому из них, применительно к использованию для систем мониторинга ЦОД:

• RS-232

Данный стандарт можно увидеть на многих устройствах, но его широкое применение ограничивается малой длиной кабеля: до 15м. RS-232 обычно используется для соединения с компьютером.

• RS-485

RS-485 – наиболее распространенный стандарт в современных ЦОД благодаря дальности и приемлемой скорости, а также возможности подключения большого числа устройств. Именно поверх RS-485 создано множество промышленных сетей и сетевых протоколов, таких как ModBus, ProfiBus и LanDrive.

• RS-422

RS-422 – замена RS-232 на дальних расстояниях. Будучи полностью дуплексным протоколом, используется в ведущих устройствах, что позволяет параллельно вести прием и передачу данных в различных направлениях.