¿Qué tan confiable es un bus USB conectado en cadena? ¿Cuáles son los riesgos y cómo se pueden minimizar?

Introducción

El USB existe desde hace mucho tiempo y se usa ampliamente incluso en las industrias automotriz, marina y espacial hasta cierto punto. Sin embargo, ciertas formas de comunicación son más confiables que otras en términos de:

  • Posibilidad de redundancia en caliente

  • Protección de los equipos conectados frente a fallos en otras conexiones (sobretensiones, cortocircuitos, malos comportamientos [datos, niveles de tensión, temporización...]...) o en el propio hub/switch

  • Gran tiempo medio antes de la falla ("congelación" o falla de hardware)

Por lo general, la tasa de error es un poco menos importante ya que la detección y la corrección (que pueden requerir retransmisión) son manejadas por la biblioteca/pila de protocolos.

Pregunta

Me gustaría saber qué tan confiable es un sistema basado en un concentrador USB (digamos, 16 puertos, ya sea conectado en cadena o no). Qué puede salir mal comúnmente y qué se podría hacer (protecciones/topologías...) para evitar que se propaguen las fallas de un solo punto (idealmente, solo cambiaría el equipo defectuoso y estaría listo para funcionar).

problema especifico

Para un equipo específico en el trabajo, necesito conectar 16 dispositivos tanto a una PC principal como a una PC redundante (tomando el control si la otra falla). El 75 % de los dispositivos tienen tanto Ethernet como USB y el 25 % son solo USB, y me pregunto si debo simplificar todo (lo que también puede aumentar la confiabilidad) usando solo USB o ambos para maximizar la confiabilidad. Para USB, el cambio entre las 2 computadoras se haría usando un interruptor manual.

Para ilustrar, el concentrador que estoy considerando es este , que maneja sobretensiones <350W pero no parece aislado; Tengo el presentimiento de que están abusando del término "industrial", por lo que puedo cambiarlo por varios 7 puertos conectados en cadena. El equipo conectado es un grupo de controladores de temperatura PID industriales, un UPS y un termómetro de precisión. Sin embargo, esta pregunta es más general.

No estoy seguro de describir USB como "menos complejo" que Ethernet. Cierto, TCP/IP no es trivial, pero ¿alguna vez ha investigado los detalles de USB? En cualquier caso, TCP/IP es una opción fácil para la conmutación por error.
Ethernet está aislada galvánicamente, USB no. Si le preocupan las sobretensiones, es mucho más probable que USB propague fallas que Ethernet.
Gracias por tus comentarios. La cuestión es que simplifiqué el problema diciendo que todos los dispositivos eran USB/Ethernet. De hecho, el 75% son ambos, y el 25% restante son solo USB (modifiqué mi pregunta). Puedo tener ambas redes/buses, pero debe justificarse. Cuando dicen que el concentrador está protegido contra sobretensiones, ¿significa que también está aislado como Ethernet?
Utilice hosts USB Ethernet, por ejemplo, este para conectar el 25 % de los dispositivos USB a su red.
Ya analicé los concentradores USB conectados a la red y llegué a la conclusión de que se estaba complicando demasiado hasta el punto en que se vuelve menos confiable: si una computadora falla mientras está conectada al concentrador, la otra no puede obtener la unidad. .

Respuestas (2)

Tiene razón en que las sobretensiones son una preocupación para las fallas en cascada; También es cierto que el USB no está aislado galvánicamente de forma predeterminada y, de hecho, es un fastidio aislarlo debido a su naturaleza semidúplex, bidireccional, diferencial pero no siempre (¡maldita sea la SE0!). Afortunadamente, la buena gente de Analog Devices dio un paso al frente y armó el ADuM4160 para encargarse de todas las partes realmente difíciles del aislamiento USB, mientras que solo admite el funcionamiento a baja o máxima velocidad, y no puede pasar señales de negociación de baja/máxima velocidad. lo que significa que no se puede integrar en un "bulto" USB aislado de propósito general sin ayuda, sigue siendo lo más parecido a un aislador USB genérico disponible.

Suponiendo que haya disponible un suministro confiable de 5 V para los concentradores, y preferiblemente un suministro de 5 V por concentrador (¡no es difícil!), dividiría los concentradores en 4 puertos cada uno y aislaría el puerto ascendente para cada concentrador: elija su conjunto de chips de concentrador favorito aquí . Junto con una buena supresión de sobretensiones por puerto, para lo cual especificaría un par de dispositivos TBU de Bourns en serie con D+/D- y un supresor de derivación de baja capacitancia y alta energía, además de una pinza MOV y TVSS + limitador de corriente o PPTC para Vbus y la red TVSS/clamp obligatoria para D+/D-, esto debería limitar la propagación de sobretensiones a través de la red USB.

Sin embargo, tenga en cuenta las serias restricciones de ancho de banda. No hay modo de 480 Mbps con USB aislado a menos que haga algo personalizado y elegante.
@user2943160: ya los anoté aquí (480Mbps = modo de alta velocidad, y el ADuM4160 solo admite baja velocidad y velocidad máxima). Sin embargo, para los dispositivos del OP, la situación del ancho de banda no es crítica en absoluto, y esto debería funcionar bien.

Trabajo en el departamento de TI de mi lugar de trabajo y muchas personas en mi lugar de trabajo ejecutan varios dispositivos a la vez en un concentrador USB de seis puertos. Nunca he tenido quejas o problemas con ellos, ya sea en casa o entre otras personas en mi lugar de trabajo. Podemos intercambiar en caliente cualquier dispositivo en el concentrador sin problemas. Sin embargo, lo único a considerar es que el ancho de banda se compartirá entre todos los dispositivos en un concentrador. Esto significa que si tiene dos buenos discos duros USB 3.0 (teóricamente 5 Gbit/s) ejecutándose en un concentrador transfiriéndose información entre sí, solo se transferirán a 2,5 Gbit/s cada uno (en condiciones teóricas óptimas).

Si bien las anécdotas son agradables en un entorno de TI, no brindan una base muy técnica para la confiabilidad de los concentradores USB. ¿Puede ampliar su respuesta para abordar mejor la pregunta?
¿Qué tan confiable es un bus USB conectado en cadena? ¿Cuáles son los riesgos y cómo se pueden minimizar?
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