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NOVEMBRE 2014
FIELDBUS & NETWORKS
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di scalare il protocollo, l’elevato livello di standardizzazione, i costi
ridotti di installazione e manutenzione. Nel 2011 è stata rilasciata
la versione 2.0, che introduce il supporto per connettività 10 GbE.
La nuova specifica supporta trasmissione su rame o fibra coprendo
distanze, nel primo caso fino a 100 m con cavi Cat.6, nel secondo fino
a 40 km. Il livello di trasporto è basato su protocollo IP con efficienza
del 90% circa. La specifica 2.0 ha inoltre introdotto delle funzionalità:
di aggregazione, ovvero le modalità di combinazione di connessioni
di rete multiple operanti in parallelo per estendere la capacità di tra-
smissione oltre i limiti garantiti dalla singola linea; per sincronizza-
zione, per cui è stato adottato lo standard Ieee 1588 Precision Time
Protocol, che consente la sincronizzazinoe delle camere in rete con
accuratezza entro 1 μs, e triggering; per la trasmissione di dati in for-
mato compresso Jpeg, Jpeg 2000 e H.264, quest’ultima come modo
alternativo per incrementare la banda di trasmissione del canale. L’a-
dozione inoltre della modalità ‘All-In Transmission’, che consente la
trasmissione di un’intera immagine mediante un singolo pacchetto,
consente di ridurre l’overhead di protocollo (oltre quanto già ottenuto
nella specifica GigE Vision dall’uso dei jumbo frame). Essendo basato
su Ethernet e protocollo IP lo standard supporta connessione in rete
distribuita ed eventualmente trasmissione multi-cast; la specifica 2.0
ha migliorato anche il processo di individuazione dei dispositivi in rete
supportando DNS multicast (mDNS). Il supporto nativo per switch e
router consente di estendere in teoria all’infinito la copertura di rete.
Diversamente dalla precedente specifica GigE Vision, la revisione 10
GigE Vision garantisce prestazioni più elevate nel solco di un pro-
tocollo standard, tuttavia risulta ancora oggi una tecnologia signi-
ficativamente più onerosa, dal punto di vista implementativo, della
precedente. Notevolmente più elevata è pure la dissipazione di po-
tenza, fino a tipicamente anche 9 W al massimo della capacità di
trasmissione di 9 Gbps, che ne preclude l’adozione in alcune appli-
cazioni critiche.
CoaxPress
è uno standard per la trasmissione di immagini e video su
cavo coassiale (a 75 Ohm). È nato da attività di ricerca svolte da Adi-
mec ed EqcoLogic nell’ambito del programma europeo Eureka, partito
nel 2006. Il primo prototipo è stato presentato nel 2008; successiva-
mente, fu creato un consorzio per la promozione della nuova speci-
fica al quale hanno aderito Active Silicon e Aval Data (per la parte
di frame grabber), Adimec e Ned (per quanto concerne le camere),
Components Express (per la realizzazione dei cavi) ed EqcoLogic (per
lo sviluppo di driver, recevitori ed equalizattori di linea). La specifica
è stata standardizzata nel 2011 da Jiia (Japan Industrial Imaging
Association) e nel marzo dello stesso anno è stata accettata come
standard universale anche da AIA ed Emva. A fine 2013 si contavano
sul mercato 16 diversi produttori di camere con interfaccia CoaxPress.
Il protocollo è asimmetrico con capacità di trasmissione dati fino a
6,125 Gbps in downlink (per i dati video) e 20 Mbps in uplink (per con-
trollo e configurazione della camera). La capacità in uplink può essere
elevata fino a 6,125 Gbps mediante soluzioni di cablaggio DIN1.0/2.3,
nel caso siano richieste funzioni avanzate di trigger a elevata accura-
tezza. In downlind invece è prevista la possibilità di arrivare a 25 Gbps
mediante l’impiego di quattro cavi in parallelo. La massima distanza
coperta è tipicamente fino a 100 m, mediante cavi standard RG59 o
RG6. Lo standard contempla inoltre la possibilità di erogare alimenta-
zione alla camera sullo stesso cavo coassiale tramite una linea a 24 V
con potenza massima di 13 W; è pure previsto supporto per hot plug.
Il protocollo mostra latenza bassa e predicibile, ideale per applicazioni
di controllo a loop chiuso. Si caratterizza per facilità di integrazione
e costi di installazione ridotti, se si considera che tipicamente fino al
50% di questi è legato al solo cablaggio dell’impianto.
Ratificato da AIA nel 2013,
USB 3.0 Vision
è lo standard per la tra-
smissione di contenuti video su connessione USB 3.0. Prima di questa
iniziativa, tutte le soluzioni disponibili sul mercato erano basate su
implementazioni proprietarie e per questo non interoperabili. Ambiti
principali di applicazione di USB 3.0 Vision sono i sistemi per machine
vision e le apparecchiature medicali. Lo standard garantisce una ca-
pacità di trasmissione tipicamente fino a 350 Mbps (dieci volte supe-
riore a quanto raggiunto con la vecchia revisione 2.0 e sufficiente per
gestire, per esempio, un flusso di immagini con risoluzione 1.080 p a
frequenza di 30 fps) su distanze fino a 5 m con cavi standard. Recente-
mente, sono stati presentati cavi attivi in grado di coprire tratte fino a
15 m e soluzioni per la trasmissione su fibra ottica per tratte fino a 100
m. Nel 2013 il promoter group dello standard ha annunciato uno stu-
dio per un’estensione futura della specifica operante a 10 Gbps. Oltre
all’impiego di connettori standard come previsto dalla specifica USB
3.0, è stata introdotto in USB 3.0 Vision una variante di connettori di
tipo micro-B con meccanismo di locking, per garantire un’affidabilità
più elevata nei sistemi industriali. Lo standard supporta operatività
plug&play, mantiene l’interoperabilità con la precedente revisione 2.0
di USB e non richiede lo sviluppo di frame grabber dedicati. Inoltre,
USB 3.0 Vision mantiene la possibilità di alimentare la camera me-
diante il cavo stesso, estendendo la massima potenza erogabile fino a
7,5 W in accordo alla revisione 1.2 della specifiche ‘Battery Charging
Specification’. Sono infine previste modalità di funzionamento low
power per la riduzione della potenza.
Nuovo standard per la connettività seriale sviluppato congiuntamente
da Intel e Apple,
Thunderbolt
è stato presentato nel 2011. Generi-
camente progettato come link per connessione tra PC e periferiche,
può essere utilizzato come connessione verso camere dedicate sup-
portando nativamente il trasporto simultaneo di una linea Display
Port 1.2 e una porta PCIe 4x 2.0 su singolo cavo; lo stesso cavo può
essere usato anche per alimentare in c.c. la periferica. La prima im-
plementazione è stata realizzata a bordo dei laptop MacBook Pro. La
capacità di trasmissione dati è di fino a 20 Gbps grazie al supporto
per aggregazione di link introdotto nella revisione 2 dello standard,
presentata nel 2013.
Secondo Intel un sistema Thunderbolt 2 è in grado di trasmettere un
video di risoluzione 4 k contemporaneamente alla sua visualizzazione
su monitor. Entro fine 2015 è atteso il rilascio della versione 3 dello
standard, che dovrebbe innalzare ulteriormente la capacità di trasmis-
sione fino a 40 Gbps. Inizialmente concepito per trasmissioni su fibra,
Thunderbolt è stato successivamente industrializzato con supporto
per le sole connessioni su rame, con capacità di trasmissione su di-
stanze fino a 3 m; a partire dal 2013 hanno iniziato a far capolino sul
mercato i primi cavi ottici in grado di coprire tratte fino a 100 m. Lo
standard supporta connessioni daisy chain con fino a sei dispositivi
in cascata.
Uno dei principali vantaggi dati dallo standard consiste nel fatto che
esso può essere visto nativamente come un’estensione del bus PCIe
del PC host ed è quindi capace di accesso diretto alla memoria dello
stesso, senza necessità di protocolli di altro tipo, che inevitabilmente
finiscono per introdurre ridondanza nella comunicazione dati.
Sfruttando tale peculiarità, Ximea ha recentemente presentato due
modelli di camere, denominati rispettivamente MT200 e MT023: il
primo è in grado di trasferire sulla connessione Thunderbolt a 20
Gbps immagini a 30 fps da un sensore da 20 Megapixel (CMV20000
di Cmosis) con 12 bit di risoluzione per pixel. Il modello MT023, in-
vece, supporta immagini da 2,3 Mpixel sfruttando il sensore IMX174
di Sony, con 12 bit per pixel a una frequenza di 128 fps (o 165 fps a
risoluzione di 10 bit per pixel).