วิธีเลือกใช้งาน Industrial Ethernet Switch
การเลือก Industrial Ethernet Switch ให้เหมาะสมกับงานอาจเป็นสิ่งที่ทำให้เกิดความสับสนบ้างเพราะมีข้อควรพิจารณาหลายอย่างในการเลือกใช้งาน เช่น Managed switch หรือ Unmanaged switch, สภาพแวดล้อมเป็นอย่างไร, ต้องการ Redundancy หรือไม่ เป็นต้น ในที่นี้เราจะขอกล่าวถึงสิ่งที่ควรพิจารณาเบื้องต้นในการเลือกใช้ Industrial Ethernet Switch
Switch ทำหน้าที่อะไร
ก่อนที่จะทำความรู้จักกับคุณสมบัติต่างๆของ Industrial Ethernet Switch เรามาทำความรู้จักกับ Ethernet Switch กันก่อนว่ามันคืออะไรและใช้ทำอะไร
Ethernet Switch (หรือเรียกอีกอย่างว่า Switching Hub) โดยทั่วไปจะใช้เชื่อมต่อระหว่างอุปกรณ์อีเธอร์เน็ต ทำหน้าที่รับเฟรมข้อมูลจากอุปกรณ์ตัวหนึ่งและส่งไปยังพอร์ตซึ่งเชื่อมต่อกับอุปกรณ์อีเธอร์เน็ตตัวอื่น ๆ ขณะส่งเฟรมข้อมูลเหล่านี้มันก็จะรู้ตำแหน่งของอุปกรณ์อีเธอร์เน็ตและใช้ข้อมูลนี้เพื่อช่วยในการตัดสินใจว่าพอร์ตใดที่จะส่งข้อมูลไปให้ ซึ่งจะช่วยลดทราฟฟิกของเครือข่ายเนื่องจากข้อมูลถูกส่งไปที่ยังพอร์ตที่ต้องการเท่านั้น
Ethernet Hub (หรือที่เรียกสั้นๆว่า Hub) เป็นอุปกรณ์ที่คล้ายกับ Ethernet Switch แต่จะอนุญาตให้อุปกรณ์อีเธอร์เน็ตสื่อสารได้ครั้งละหนึ่งตัวเท่านั้นกับอุปกรณ์ตัวอื่นๆในเครือข่าย ซึ่งทำให้ประสิทธิภาพเครือข่ายลดลงเนื่องจากอุปกรณ์แต่ละตัวจะต้องรอการส่งข้อมูล สำหรับข้อมูลปริมาณไม่มากหรือจำนวนอุปกรณ์น้อยการใช้ Hub อาจทำให้ไม่รู้สึกว่าประสิทธิภาพเครือข่ายลดลง
Ethernet Switch ส่วนใหญ่ใช้วิธีการจัดเก็บและส่งต่อข้อมูล มันจะรับข้อมูลทั้งหมดแล้วส่งออกไปหาพอร์ตที่ต้องการ ในขณะที่ Hub จะรับข้อมูลหนึ่งบิตและก็จะส่งหนึ่งบิต
จะใช้แบบไหนดีระหว่าง Fiber หรือ Twisted-Pair
การสื่อสารผ่านอีเธอร์เน็ตส่วนใหญ่จะใช้สาย twisted-pair อย่างไรก็ตามมีบางครั้งที่การสื่อสารต้องใช้สายเคเบิลใยแก้วนำแสง ซึ่งจะใช้กับสัญญาณที่ต้องการส่งระยะทางไกลกว่า 100 ม. อุปกรณ์ใยแก้วนำแสงส่วนใหญ่สามารถสื่อสารได้สูงสุดถึง 15 กม. เมื่อใช้งานแบบ Full-duplex นอกจากนั้นสายไฟเบอร์ออปติกสามารถใช้งานได้ดีในสภาพแวดล้อมที่มีสัญญาณรบกวนเนื่องจากการสื่อสารจะไม่ได้รับผลกระทบจากสนามไฟฟ้าหรือสนามแม่เหล็ก
Managed กับ Unmanaged
หนึ่งในคำถามที่สำคัญสำหรับการเลือก Industrial Ethernet Switch คือ การเลือกว่าจะใช้ Managed switch หรือ Unmanaged switch โดยทั่วไป Managed switch จะมีราคาแพงกว่า Unmanaged switch อย่างไรก็ตามด้วยค่าใช้จ่ายที่เพิ่มขึ้นจะมาพร้อมคุณสมบัติที่เพิ่มขึ้นเช่นกัน นอกจากนี้ Managed switch จะครอบคลุมคุณสมบัติของ Unmanaged switch ไว้ด้วย
Managed switch นั้นเป็น Switch ที่รองรับ SNMP (Simple Network Management Protocol) แน่นอนว่า Managed switch ส่วนใหญ่จะให้คุณสมบัติที่เหนือกว่า SNMP โดยทั่วไป Managed switch ช่วยให้เราสามารถควบคุมเครือข่ายได้ ในขณะที่ Unmanaged switch จะช่วยให้อุปกรณ์อีเธอร์เน็ตสื่อสารกันได้ง่ายกว่าเพราะไม่ต้องตั้งค่าพารามิเตอร์ เพียงแค่เชื่อมต่ออุปกรณ์อีเธอร์เน็ตเข้ากับ Unmanaged switch จากนั้นพวกมันก็จะสื่อสารกันโดยอัตโนมัติ จะมีไฟ LED แสดงสถานะการทำงานและการเชื่อมต่อ โดยทั่วไป Managed switch จะมี LED บอกสถานะเช่นเดียวกัน แต่ Managed switch การจะสามารถปรับตั้งพารามิเตอร์การสื่อสารได้และตรวจสอบการทำงานของเครือข่ายได้หลายวิธี
ตัวอย่างเช่น ในระบบสื่อสารที่สภาพแวดล้อมมีสัญญาณรบกวนสูง บางครั้งอาจต้องตั้งให้อัตราการรับส่งข้อมูล(baud rate )เป็น 10 Mbps เพราะสัญญาณรบกวนที่เข้ามาทางสายเคเบิลอาจสร้างความสับสนให้กับกระบวนสื่อสาร Managed switch ส่วนใหญ่จะสามารถตั้งค่าอัตราการรับส่งข้อมูลของแต่ละพอร์ตได้
การใช้ Managed switch จะช่วยให้เราสามารถตรวจสอบเครือข่ายได้ผ่าน SNMP เช่น สามารถดูสถิติต่างๆของเครือข่าย ซึ่งรวมถึงจำนวนไบต์ที่ส่งและรับ จำนวนเฟรมที่ส่งและรับ จำนวนข้อผิดพลาดและสถานะพอร์ต นอกจากนั้น Managed switch บางตัวยังสามารถดูข้อมูลเหล่านี้ผ่านเว็บเซิร์ฟเวอร์ ดังนั้นเราจึงสามารถใช้เบราว์เซอร์มาตรฐานเพื่อดูสถานะเครือข่ายได้ Managed switch ส่วนใหญ่ยังมีคุณสมบัติที่สูงกว่านี้เพื่อเพิ่มขีดความสามารถในการควบคุมเครือข่าย
ตัวอย่างคุณสมบัติขั้นสูงที่ควรรู้จัก
คุณสมบัติเช่น Quality of Service (QoS), Virtual LAN (VLAN), Port mirroring, IGMP snooping, และ SNMP จะพบได้ปกติใน Managed switch เราจะขอกล่าวถึงเพียง 2-3 คุณสมบัติเท่านี้
QoS
QoS คือ ความสามารถของ Switch ในการจัดลำดับความสำคัญกับบางเฟรมข้อมูล มันสามารถใช้พอร์ตกับเฟรมข้อมูลที่มาถึงเพื่อกำหนดลำดับความสำคัญของเฟรมข้อมูล (พอร์ต QoS) หรือสามารถใช้ Tag ภายในเฟรมข้อมูลเพื่อกำหนดลำดับความสำคัญ
VLAN
VLANs จะอนุญาตให้ Switch จัดกลุ่มอุปกรณ์และแยกทราฟฟิกระหว่างกลุ่มเหล่านี้แม้ว่าอุปกรณ์ทั้งหมดจะใช้ Switch ตัวเดียวกัน ตัวอย่างเช่นหาก Switch ถูกใช้สำหรับการสื่อสารในสำนักงานและการสื่อสารในโรงงาน เราสามารถสร้าง VLAN สองวงขึ้นเพื่อแยกการสื่อสารในสำนักงานออกจากการสื่อสารในโรงงาน
Switch บางตัวยังอนุญาตให้อุปกรณ์อยู่บน VLAN หลายๆวงได้ ซึ่งสามารถใช้งานได้หากอุปกรณ์ตัวหนึ่ง เช่น ระบบ SCADA ต้องการสื่อสารกับทั้งสำนักงานและโรงงาน ดังนั้นอุปกรณ์นี้จะมีอยู่ทั้งในวง VLAN ของสำนักงานและโรงงาน การทำเช่นนี้จะแยกทราฟฟิกระหว่างอุปกรณ์สำนักงานและโรงงาน แต่จะอนุญาตให้ระบบ SCADA สื่อสารกับเครือข่ายทั้งสองได้
IGMP Snooping
ในเครือข่าย Ethernet จะมีเฟรมในการส่งข้อมูลอยู่ 3 ประเภท คือ
-ยูนิคาสต์ (Unicast) ส่งข่าวสารไปยังอุปกรณ์ใดอุปกรณ์หนึ่งบนเครือข่ายโดยเฉพาะ
-มัลติคาสต์ (Multicast) กระจายข่าวสารไปยังกลุ่มอุปกรณ์บนเครือข่ายที่เป็นสมาชิกเดียวกัน
-บอร์ดคาสต์ (Broadcast) เผยแพร่ข่าวสารไปยังทุกๆอุปกรณ์บนเครือข่าย
โปรโตคอลอีเธอร์เน็ตบางตัวจะใช้เฟรมมัลติคาสต์เพื่อส่งข้อมูลไปยังอุปกรณ์หลายตัวในเวลาเดียวกัน โปรโตคอลเหล่านี้สร้างปริมาณการรับส่งข้อมูลให้กับผู้รับจำนวนมาก Switch ที่มีคุณสมบัติ IGMP (Internet Group Multicast Protocol) จะสามารถส่งเฟรมมัลติคาสต์ไปยังอุปกรณ์ที่ร้องขอเฟรมเหล่านี้เท่านั้น ซึ่งจะช่วยป้องกันไม่ให้อุปกรณ์ตัวอื่นๆไม่ได้รับเฟรมเหล่านี้ การกรองเฟรมข้อมมูลเหล่านี้สำคัญมากสำหรับเครือข่าย EtherNet/IP
Trunking
Trunking คือ การจัดพอร์ตสองพอร์ตหรือมากกว่ารวมกันเป็นกลุ่ม และทำหน้าที่เป็น Logical path เดียว การทำเช่นนี้จะสามารถเพิ่ม bandwidth ระหว่าง Switch สองตัวได้ บางกรณีเราสามารถใช้ Path นี้ทำหน้าที่เป็น Redundancy ได้ ตัวอย่างเช่น Switch 100 Mbps สองตัวเชื่อมต่อกันด้วยสายเคเบิลสองเส้น bandwidth ระหว่าง Switch ทั้งสองนี้สามารถเพิ่มเป็น 200 Mbps
Proprietary Ring
โปรโตคอล Proprietary Ring เป็นการสร้างเครือข่ายแบบ Redundancy ชนิดหนึ่งที่จะต้องต่อสายเป็นวงแหวนและสวิตช์ทั้งหมดในวงแหวนจะต้องมาจากผู้ขายรายเดียวกัน ถ้าส่งเฟรมข้อมูลส่วนใดมีปัญหามันก็จะส่งเฟรมข้อมูลไปยังอีกด้านหนึ่งทำให้รักษาสถานะการสื่อสารได้ตลอดเวลา
สภาพแวดล้อมการใช้งาน
ข้อนี้เป็นสิ่งที่บ่งบอกได้ชัดเจนว่า Industrial Ethernet Switch แตกต่างจาก Ethernet switch เชิงพาณิชย์อย่างแท้จริง Industrial Ethernet switches ถูกออกแบบมาสำหรับสภาพแวดล้อมที่ไม่เอื้ออำนวยต่อการใช้งาน Ethernet switch เชิงพาณิชย์ ตัวอย่างเช่น สภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสุดขั้ว การสั่นสะเทือนสูงและสัญญาณรบกวนทางไฟฟ้า เนื่องจาก Ethernet switch เชิงพาณิชย์โดยทั่วไปจะใช้งานในอุณหภูมิห้อง นอกจากนี้บางตัวยังใช้พัดลมเพื่อช่วยในการระบายความร้อน ซึ่งอาจเป็นปัญหาในอุตสาหกรรมเนื่องจากฝุ่นละอองที่อาจสะสมในพัดลมและพัดลมมีอายุการใช้งานจำกัด นอกจากนั้น Ethernet switch เชิงพาณิชย์สามารถใช้งานในสภาพแวดล้อมที่มีสัญญาณรบกวนทางไฟฟ้าต่ำได้ แต่ไม่ใช่ในสภาพแวดล้อมอุตสาหกรรมที่มีสัญญาณรบกวนมากกว่า
สภาพแวดล้อมการติดตั้งในอุตสาหกรรมจะติดตั้งราง DIN หรือติดตั้งแผงควบคุม การใช้ Ethernet switch เชิงพาณิชย์จะทำให้ติดตั้งยากกว่าและสร้างปัญหาได้ในอนาคต
แล้วเราจะเลือกจากอะไรดี?
อย่างที่กล่าวไปแล้วว่ามีหลายปัจจัยที่ต้องพิจารณาก่อนเลือกซื้อ Industrial Ethernet Switch รวมถึงงบประมาณที่มีอยู่ เราสามารถตรวจสอบคุณสมบัติต่างๆได้จากผู้ผลิต เนื่องจากไม่มีมาตรฐานกำหนดคุณสมบัติทุกอย่างของ Switch เราจะต้องสอบถามผู้ผลิต Switch ว่ามีคุณสมบัติใดบ้างที่รวมอยู่ในผลิตภัณฑ์เหล่านั้น แล้วใช้ประกอบการตัดสินใจเพื่อให้ตรงกับความต้องการใช้งาน
