Испытания проводки Категории 5

Измерения электрических характеристик компьютерной проводки Категории 5 - довольно трудоемкая процедура, но без них невозможно гарантировать работоспособной кабельной системы.

РАСПЕЧАТКА 1 - ПРОТОКОЛ ИСПЫТАНИЙ ЛИНИИ, ВЫПОЛНЕННЫХ ТЕСТЕРОМ PENTASCANNER

При сдаче в эксплуатацию кабельных систем для информационных сетей остро стоит проблема соответствия технических характеристик смонтированной проводки требуемым значениям, оговоренным в техническом задании или определяемым в стандартах. Причем эта проблема в равной степени важна как для заказчика (по понятным причинам), так и для фирмы-подрядчика, несущей ответственность за адекватное функционирование проводки. Несоответствие характеристик предъявляемым требованиям может повлечь сбои в работе активного оборудования и, как следствие, отказы прикладного программного обеспечения, что в известном смысле смерти подобно.

Естественно, что качество смонтированной кабельной системы зависит, в первую очередь, от двух факторов: качества используемых материалов и профессионализма монтажников-инсталляторов. И тем не менее даже при использовании материалов всемирно известных фирм, даже при выполнении монтажа опытнейшими сертифицированными монтажниками проблема верификации характеристик смонтированной проводки остается.

Решают ее обычно двумя способами: назначением срока опытной эксплуатации или проведением полевых испытаний. В программу испытаний входит обычно проведение замеров характеристик кабельных линий либо сплошь по всему объекту, либо выбранных случайным образом. При проведении испытаний должна быть четко определена их методика. Далее мы попытаемся на основании имеющегося опыта описать типичную методику проведения полевых испытаний линий проводки.

В предыдущей статье была описана горизонтальная проводка для локальных сетей, выполненная из элементов Категории 5 (см. LAN/Журнал сетевых решений, декабрь 1996, с. 51). Теперь рассмотрим характеристики собранной проводки Категории 5, полученные в результате испытаний как в полевых, так и в лабораторных условиях. Отметим, что требования к такой проводке, указанные в стандартах (европейском EN50173, международном ISO/IEC 11801 и американском TIA/EIA-568A - подробнее см. LAN/Журнал сетевых решений, ноябрь 1996, с. 57), значительно различаются между собой. Поэтому требования к проводке и процедура испытаний изложены далее по TSB 67 - документу, дополняющему американский стандарт ANSI/TIA /EIA -568A.

Монтаж и испытания проводки выполняют в несколько стадий. Сначала прокладывают горизонтальный кабель и монтируют розетку. Для испытаний кабель заделывают на концах в модульные гнезда или на кросс-панели. Этот участок горизонтальной проводки во всех стандартах допускается одинаковой длины (до 90 м) и имеет одни и те же технические характеристики, если не вдаваться в тонкости. У нас его называют "проброс", а по TSB 67 - Permanent Link. Для испытаний необходимо собрать Basic Link, состоящий из проброса и двух измерительных шнуров по 2 м. Отметим, что Basic Link если и собирают, то специально для испытаний - в практике он не применяется.

Следующая стадия монтажа - установка рабочих соединений на кросс-панели и формирование линии горизонтальной проводки (согласно TSB 67 - Channel). Во время инсталляции необходимо тщательно пометить все кабели, розетки, гнезда и порты на кросс-панелях и занести эти сведения в журнал.

Современная проводка для локальной сети достаточно сложна и должна отвечать множеству стандартов и технических требований. Полные испытания по всем параметрам и характеристикам слишком трудоемки и выполняют их крайне редко. Как правило, ограничиваются тщательным осмотром и измерениями нескольких основных параметров, без записи подробных частотных характеристик. Обычно измеряют: длину кабеля ("проброса"), сопротивление и емкость пар, затухание пар, переходное затухание на ближнем конце (NEXT), волновое сопротивление, иногда измеряют уровень шумов.

НЕБОЛЬШОЕ ЛИРИЧЕСКОЕ ОТСТУПЛЕНИЕ

Введение в стандарты термина Channel (канал ???) изменило устоявшуюся терминологию для компьютерной сетевой проводки. До этого все было ясно: между рабочей станцией и концентратором (коммутатором) проложена пассивная линия, как это и принято везде в связи. Канал (связи), по традиции очень давней, включает в себя как активное, так и пассивное оборудование (линию) и образуется с помощью электронной аппаратуры. Теперь эту же линию в новых стандартах (в EIA/TIA-568 этого не было) переименовали в Channel. Стало очень похоже на ситуацию в телевидении, где программный блок кто-то назвал "каналом" (см. программу ТВ), и теперь терминология там полностью перепуталась. В данной статье мы будем придерживаться устоявшегося термина "линия" (проводки). Следует отметить, что введение термина Channel уже породило неразбериху при переводе технической документации. Так, в переводах описаний тестеров для проводки термин Channel звучит как "канал связи", "пользовательский канал", что ведет к непониманию сути текста и функций прибора. Напомним, что классический канал связи (радиоканал, телефонный, телевизионный и т. п.) обязательно содержит каналообразующую аппаратуру, которой в Channel нет и в помине.

ДВЕ СХЕМЫ ИСПЫТАНИЙ

Документ TIA/EIA TSB 67 определяет две схемы испытания линий горизонтальной проводки - тестирование Basic Link и Channel (Рисунок 1 и Рисунок 2). Channel содержит два соединителя на каждом конце, в то время как Basic Link - только по одному соединителю на каждом конце. Если вы испытываете линию от информационной розетки до оконцевателя кабеля в отсеке связи (заделки на панели), вы должны выбрать схему испытаний Basic Link. Если же вы диагностируете всю линию, из конца в конец, вместе с кроссом и шнурами, вы должны собрать схему тестирования Channel.

Кроме сказанного, может появиться необходимость испытывать горизонтальную проводку, в которой имеется два соединителя на одном и один соединитель на другом концах. Есть смысл этот случай рассматривать как Channel. Но для одного из параметров такую линию надо воспринимать и как Channel, и как Basic Link. Имеется в виду NEXT (переходное затухание), для которого с конца, имеющего два соединителя, линия должна удовлетворять требованиям к Channel, а с конца с одним соединителем - требованиям к Basic Link. Эта двойственная конфигурация испытаний применяется только в случае, если необходим тщательный анализ или детальная диагностика.

Технические требования к собранным, готовым к эксплуатации частям проводки четко сформулированы в техническом бюллетене TIA/EIA TSB 67. Значения погонного и переходного затухания (attenuation и NEXT loss, соответственно) для участков проводки Категории 5 приведены в Таблице 1.

ТАБЛИЦА 1 - ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ПРОВОДКЕ КАТЕГОРИИ 5

ТЕСТЕРЫ ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ ПРОВОДКИ

Приборы для испытаний проводки Категории 5 выпускаются в значительном ассортименте (см., например, Таблицу в LAN/Журнал сетевых решений, сентябрь 1996, с. 51-54). Мы имели дело с двумя полевыми тестерами: PentaScanner+ (Microtest) и DSP-100 (Fluke). Оба прибора измеряют параметры витых пар до 100 МГц (новая модификация PentaScanner+ имеет диапазон до 350 МГц, DSP-100 - до 155 МГц). Как нам представляется, PentaScanner+ несколько удобнее и меньше по размерам, а DSP-100 - мобильнее в измерениях и более точен.

Оба прибора хорошо подходят для испытаний в полевых условиях, имеют режим AUTOTEST, при котором испытания автоматически выполняются по заданной программе. Кроме того, оба тестера позволяют измерять в ручном режиме все параметры с нужной дискретизацией по частоте, запоминают результаты испытаний и дают возможность распечатать протокол с помощью принтера. Необходимо обратить внимание на то, что соединители в головной и хвостовой частях тестера из результатов испытаний должны быть исключены. Простейший путь для этого - калибровать тестер с коротким шнуром, прилагаемым к тестеру. Но это не всегда возможно, поэтому применяют и программные способы для автоматического исключения этих соединителей.

При испытаниях проводки очень полезным прибором служит импульсный рефлектометр (TDR - time domain reflectometer), на экране которого линия видна полностью или по частям. Принцип действия прибора радиолокационный: импульс посылается в линию, а отраженный сигнал выводится на экран прибора. Таким образом рассматривается вся линия проводки; особенно хорошо видны плохие места.

Функция TDR реализована в тестере DSP-100, упомянутом выше. У него же имется еще одна подобная операция - TDX (time domain crosstalk), показывающая переходные помехи по длине линии. Обычно же картина NEXT представляется только по частоте, что иногда затрудняет определение плохих мест.

Практически все тестеры дают зависимость погонного затухания и переходного затухания витых пар от частоты. Как в TSB 67, так и в стандартах эти характеристики заданы на дискретных частотах. При этом как бы подразумевается, что кривые на графиках в области частот до 100 МГц нигде не должны выходить за пределы (нормы), заданные в стандартах. Здесь видно противоречие: в таком случае и нормы следовало бы установить в виде непрерывных кривых. Однако этого до сих пор не сделано.

КАЛИБРОВКА ТЕСТЕРА

Тестер для проводки состоит обычно из двух устройств: основного и дополнительного. Основной блок подключается к ближнему концу линии, а дополнительный - к дальнему концу. Изготовители тестеров поставляют вместе с прибором и наборы для калибровки. Если при измерениях параметров линий необходимы переходники (адаптеры), то наилучшим решением будет включать их в схему калибровки.

Для калибровки основной блок тестера соединяется с дополнительным коротким шнуром. Затем устанавливают на табло нулевое значение затухания, измеряемое с включенными в схему калибровки переходниками. При этом точность измерений повышается, т. к. переходники по стандарту TIA/EIA-568A не входят в состав горизонтальной проводки и не учитываются при нахождении ее параметров.

Следующий шаг обычно - выбор типа кабеля из имеющихся в меню тестера, поскольку правильное определение типа кабеля сильно влияет на точность измерений длины линии и задержки сигнала при распространении. Если выбор типа кабеля неоднозначен, то лучше сначала подключить тестер к хорошо известному кабелю (например AT&T 1061C) для нахождения соответствия.

Главная проблема при начале испытания линий различный типов - определение NVP (nominal velocity of propagation) - номинальной скорости распространения сигнала по кабелю. Значения NVP даны в справочном листе, входящем в инструкцию к тестеру, или их можно найти в каталогах на кабели. К сожалению, значение NVP часто дается неточно или не приводится вовсе. Если этот параметр критичен для испытаний, то правильное значение NVP легче всего определить с помощью самого тестера на специальной эталонной длине кабеля. Для этого эталонный отрезок испытуемого кабеля (не менее 25 м длиной) разматывают в коридоре или на открытой сухой площадке и подключают к нему тестер по обычной методике. Затем, меняя показатель NVP на шкале прибора, добиваются совпадения показаний длины кабеля на приборе и длины эталонного отрезка. Полученное в результате этой процедуры значение NVP и принимают как истинное для испытуемого кабеля.

За длину эталонного кабеля принимается значение, измеренное рулеткой, а не тестером, поскольку "электрическая" длина всех четырех пар разная - из-за разных шагов скрутки. При выставлении на приборе правильного NVP следует пользоваться показанием для самой "электрически короткой" пары - это значение NVP и будет самым близким к "физической длине", измеренной рулеткой. Пользоваться для измерений длины метками на кабеле настоятельно не рекомендуется.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЙ ПРОВОДКИ

Нам приходилось испытывать множество линий проводки на различных объектах тестером PentaScanner компании Microtest. Прибор достаточно удобен в работе. Результаты подобных испытаний приведены на Распечатке 1, где показан протокол, распечатанный из памяти прибора.

В протоколе указаны: тип (марка) кабеля (AT&T 1061C), длины всех четырех пар, их волновое сопротивление, сопротивление на постоянном токе, емкость на частоте 1 КГц, затухание в полосе частот до 100 МГц и соответствующая норма. В нижней таблице протокола приведены исключительно параметры влияния - NEXT loss (переходное затухание на ближнем конце) для всех шести комбинаций пар на тех частотах, где оно наименьшее. Ниже в таблице дана норма, рассчитанная для тех же частот по специальной формуле (CAT5 Link). В нижней части таблицы приведен относительно новый параметр Active ACR (attenuation/crosstalk ratio - разница между NEXT и погонным затуханием), характеризующий соотношение сигнал/помеха в линии. Заканчивается протокол испытаний, как и полагается, подписью испытателя и датой.

Подобных протоколов на каждом объекте бывают сотни и даже тысячи, поэтому надо тщательно следить за заполнением верхней части протокола: название объекта, тип кабеля, номера портов, стоек, слотов, отсеков связи, этажей здания. Наиболее частая ошибка - пренебрежение на начальной стадии выполнением этой операции и, как расплата, жуткая неразбериха в конце работы при ее сдаче. Поэтому мы обращаем на эту работу особое внимание, что и помогает выполнять высококачественную проводку без, казалось бы, неизбежной путаницы. Надо только тщательно делать маркировку проводки и оформление записей с самого начала. Все маркировочные и испытательные работы необходимо непрерывно фиксировать в специальном журнале проводки. Можно в его компьютерном аналоге, но и в бумажном, дополнительном также не помешает. Обращаем внимание на то, что важность этой работы, как правило, недооценивается исполнителями, особенно молодыми и неопытными. Поэтому в курсы обучения инсталляторов должен с особой строгостью вводиться раздел о классификации, маркировке и сертификации проводки: молодые монтажники охотно выполняют всю монтажную работу и крайне неохотно - эту, бумажную.

ЛАБОРАТОРНЫЕ ИСПЫТАНИЯ ПРОВОДКИ

В завершение приведем результаты измерений параметров полномасштабной модели линии проводки, выполненной из компонентов Категории 5+. (Категория 5+ предложена в 1996 г. компанией Lucent Technologies. Ко времени написания статьи требования Категории 5+ еще не опубликованы.)

Эти компоненты входят в состав последней модификации структурированной кабельной системы AT&T SYSTIMAX SCS (продукта компании Lucent Technologies) - так называемые изделия типа POWER SUM.

Испытанная нами модель проводки отвечает требованиям стандарта ANSI/TIA/EIA-568A и дополнительного бюллетеня TIA/EIA TSB 67 к Channel (см. выше и Рисунок 2). Схематически она представлена на Рисунке 3 и состоит из всех необходимых элементов: информационной розетки, горизонтального кабеля длиной 95 м, двух соединителей на кросс-панели, трех шнуров по 2 м каждый и точки перехода (transition point) на горизонтальном кабеле. Отличия от реальной проводки состоят в том, что длина горизонтального кабеля увеличена на 5 м (имитация шнура длиной 4 м), а два разъема RJ-45 на концах двух крайних шнуров отрезаны. Пары проводов разведены на концах под углом 90? и нагружены на резисторы 100 Ом (кроме двух пар на переднем конце, предназначенных для измерений). Во всем остальном собранная линия проводки соответствует стандартам. Измерялись погонное и переходное затухание всех пар в полосе частот до 300 МГц. Результаты этих измерений представлены в Таблицах 2 и 3, соответственно.

ТАБЛИЦА 2 - РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗМЕРЕНИЯ ЗАТУХАНИЯ ПАР

ТАБЛИЦА 3 - РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗМЕРЕНИЯ ПЕРЕХОДНОГО ЗАТУХАНИЯ МЕЖДУ ПАРАМИ

Как видно из Таблиц 2 и 3, характеристики испытанной нами линии горизонтальной проводки значительно превосходят требования Категории 5 по TSB 67. Это позволяет думать, что такая линия будет нормально работать в полосе частот, в 1,5-2 раза превышающей заданные для линий Категории 5 100 МГц.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Необходимо совершенно ясно понимать, что испытания в полевых условиях проводятся приборами, предназначенными для проведения полевых измерений, а точность этих приборов относительно невелика. Результаты измерений могут содержать достаточно большую погрешность и, как правило, не служат основанием для сертификации. Поэтому необходимо трезво оценивать их значимость и относиться к ним скорее как к иллюстративному материалу для сдаточной документации.

Как видно из вышеизложенного, проведение полевых испытаний проводки Категории 5 - весьма трудоемкая процедура, отнимающая много времени. Поэтому и заказчику, и подрядчику необходимо предусмотреть ее выполнение и определить ее стоимость (а она может быть немалой) еще на этапе заключения договора. В противном случае, либо подрядчику придется ее выполнять за свой счет в неурочное время, либо заказчик не сумеет заставить подрядчика выполнить неоговоренные в договоре работы.

РАСПЕЧАТКА 1 - ПРОТОКОЛ ИСПЫТАНИЙ ЛИНИИ, ВЫПОЛНЕННЫХ ТЕСТЕРОМ PENTASCANNER

                             NetDialoque Inc.
                   PENTASCANNER  CABLE CERTIFICATION REPORT
                            *CAT5 Link  Autotest
 
  Circuit ID:   1       Date:   04 Jan 96
  Test Result:  PASS    Cable Type:     ATT 1061C
  Owner:        NetDialogue     Gauge:
  Serial Number:        38S94FB0085     Manufacturer:
  Inj. Ser. Num:        38I94FB0085     Connector:
  SW Version:   V04.10  User:
 
  Building:                               Floor:
  Closet:
  Rack:                                   Hub:
  Slot:                                   Port:
 
        Test          Expected Results         Actual Test Results
  ---------------------------------------------------------------------------------
  Wire Map      | Near: 12345678 |  Near: 12345678
        | Far:  12345678 |  Far:  12345678
  ---------------------------------------------------------------------------------
        |               |     Pr 12     Pr 36     Pr 45     Pr 78
        |               |    -------   -------    -------   -------
  Length        m|   0.0 -  100.0 |     40.5    39.9    40.2    39.5
  Prop. Delay   ns|       -       |
  Impedance     ohms|    80 -    125 |  108     109     109     109
  Resistance    ohms|   0.0 -   18.8 |  7.1     7.0     7.2     7.1
  Capacitance   pF|    10 -   5600 |    1938    1871    1911    1879
  Attenuation   dB|                |    8.2     7.9     8.2     7.7
   @Freq        MHz|                |   100.0   100.0   100.0   96.0
   Limit:       dB|  Cat 5 Link    |    21.6    21.6    21.6     21.1
  ---------------------------------------------------------------------------------
        Pair Combinations   |   12/36   12/45   12/78   36/45   36/78   45/78
  ---------------------------|   -------  ------  ------  ------  ------  -------
  NEXT Loss              dB|    42.3    43.3    43.6    33.4    43.0    39.7
   Freq(   0.7-100.0)    MHz|   75.2    89.7    59.2    95.2    87.7    96.7
   Limit:  Cat 5 Link     dB|   31.3    30.1    33.1    29.6    30.2    29.5
                           |
  Active ACR              dB|   35.4    35.7    36.2    26.0    35.8    31.8
   Frequency             MHz|   99.0    90.0    92.0    98.0    88.0    97.0
   Limit:  Derived        dB|   7.9     9.6     9.2     8.1     10.0    8.3
  ---------------------------------------------------------------------------------

  Signature: --------------------------------------------     Date:  -------------