Тестирование кабельных систем Категорий 5е и 6

Кабельные системы нового поколения и оборудование для их тестирования.

Ситуация на рынке высокоскоростных структурированных кабельных систем (СКС) Категории 6 и 7 очень сильно напоминает ситуацию с кабельными системами Категории 5 до середины 1995 года. В то время стандарты TIA/EIA-568-A и ISO/IEC 11801 на кабельные системы Категории 5 еще не были приняты, а приложения, для которых кабельные системы такой Категории были бы необходимы, отсутствовали. С другой стороны, производители уже несколько лет предлагали широкий спектр продукции, по их утверждениям, соответствующей требованиям будущей Категории 5.

Сейчас мы видим аналогичную картину. Стандарты на кабельные системы Категории 6 и Класса E (по международному стандарту ISO/IEC 11801 компоненты СКС специфицируются по категориям, а линии и каналы — по классам) еще находятся на стадии разработки, но практически все ведущие производители СКС заявили о выпуске систем, поддерживающих Категорию 6 и Класс E. Опять же, приложения, для которых кабельные системы Категории 6 и Класса E были бы необходимы, отсутствуют, даже стандарт Gigabit Ethernet 1000BaseT разрабатывался в расчете на системы Категории 5e (в новой редакции она, скорее всего, будет принята как новый стандарт Категории 5).

Если следовать аналогии, то успех СКС Категории 6 предопределен. В дальнейшем после принятия стандарта и увеличения объемов продаж компонентов цена на системы Категории 6 должна приблизиться к ценам на системы Категории 5, и, таким образом, последняя будет практически вытеснена с рынка, как устаревшая. Кроме того, в обозримом будущем мы вполне можем ожидать появления приложений, для которых потребуется СКС Категории 6. Как показывает практика, при выборе между дорогой кабельной системой с дешевым активным оборудованием и дешевой кабельной системой с дорогим активным оборудованием первый вариант оказывается предпочтительнее. Поэтому прогноз компании Frost & Sullivan по результатам исследования рынка кабельных систем США о том, что поставка систем Категории 6 в 2003 году будет составлять 52% рынка, не кажется таким уж беспочвенным.

Подобная аналогия применима и к оборудованию для диагностики кабельных систем или, по терминологии зарубежных компаний, полевым тестерам. Еще до принятия в октябре 1995 года бюллетеня TSB67 — рекомендаций по тестированию электрических кабельных систем Категории 5 — практически все ведущие производители диагностического оборудования уже предлагали на рынке тестеры для систем Категории 5.

Бюллетень TSB67 (Telecommunications Systems Bulletin) «Спецификации передаточных характеристик кабельных систем на основе неэкранированной витой пары при их полевых испытаниях», подготовленный TIA/EIA, является основным нормативным документом по тестированию электрических кабельных систем. Он определяет требования к электрическим характеристикам тестирующего оборудования, методы тестирования и минимальные требования к производительности электрических кабельных систем с неэкранированными витыми парами. TSB67 содержит две новые ключевые концепции: первая — это модели линий связи, и вторая — требования к точности тестирующего оборудования.

И сегодня все пять ведущих производителей диагностического оборудования: Datacom Textron, Fluke, Hewlett-Packard/Scope Communications, Microtest, Wavetek Wandel Goltermann — уже предлагают приборы для тестирования систем Категории 6 и Класса E.

РАБОТА НАД СТАНДАРТАМИ

В настоящее время рабочие группы по стандартам TIA/EIA и ISO активно разрабатывают как стандарты кабельных систем нового поколения — Категорий 6, 7 и Классов E, F, — так и модификации существующего стандарта на СКС Категории 5 и Класса D. Дополнительные требования и рекомендации для кабельных систем Категории 5 и Класса D должны быть приняты уже в этом году. Данные изменения в стандартах направлены на введение параметров для систем с поддержкой дуплексной передачи по 4 витым парам, таким, например, как Gigabit Ethernet. Находящиеся на стадии разработки в TIA/EIA и ISO документы приведены в Таблице 1.

Документ TIA PN-4292 или бюллетень TSB95 содержит рекомендации по новым параметрам канала Категории 5 — приведенному переходному затуханию на дальнем конце (ELFEXT) и возвратным потерям (return loss). Эти параметры не были определены ранее ни в одном из существующих стандартов, но они были специфицированы для новых высокоскоростных приложений, таких, как Gigabit Ethernet.

Документ носит рекомендательный характер и определяет процедуры проверки уже установленных СКС Категории 5 на возможность поддержки приложений Gigabit Ethernet (1000BaseT), т. е., прежде чем пытаться реализовать приложения Gigabit Ethernet на базе имеющейся СКС Категории 5, необходимо убедиться, что она соответствует спецификации TSB95. TIA PN-4292 не может быть использован как нормативный документ для вновь создающихся систем. Для гарантии поддержки 1000BaseT существующие кабельные системы должны пройти повторную сертификацию с помощью диагностического оборудования, отвечающего требованиям к уровню точности IIE, также определенному в TSB95.

Документ TIA SP4195-A или подготавливаемое Приложение 5 к TIA/EIA-568-A определяет требования к расширенной Категории 5 (Категории 5e). Скорее всего, эти требования станут минимально допустимыми для новых кабельных систем Категории 5. Приложение определяет минимальные требования к переходному затуханию на дальнем конце и возвратным потерям для канала, поддерживающего приложения с дуплексной передачей по 4 витым парам. Приложение 5 к TIA/EIA-568-A перечисляет также требования к параметрам суммарного переходного затухания на ближнем конце (PS NEXT), суммарного приведенного переходного затухания на дальнем конце (PS ELFEXT) и суммарной защищенности (PS ACR) для кабелей, линий и каналов Категории 5e. Данные параметры не измеряются непосредственно, они вычисляются математическим путем на основании значений соответствующих параметров NEXT, ELFEXT, ACR. Эти параметры необходимы для спецификации линий с поддержкой одновременной передачи по 4 парам. В отличие от TSB95, Приложение 5 к TIA/EIA-568-A представляет собой нормативный документ.

Поправка 3 к ISO/IEC 11801 или Proposed Draft Amendment 3 (PDAM 3) определяет требования к переходному затуханию на дальнем конце и возвратным потерям для приложений Класса D. PDAM 3 также включает требования к задержке прохождения сигнала и вариации задержки прохождения сигналов. Так же, как и Приложение 5 к TIA/EIA-568-A, PDAM 3 — нормативный документ. Предполагается, что его требования станут минимально допустимыми для новых кабельных систем Класса D.

Ожидаемые стандарты Категории 6 и Класса E находятся на стадии разработки в TIA/EIA и ISO (Category 6 Draft 5 — Addendum to ANSI/TIA/EIA-568-A (May 28, 1999), ISO/IEC JTC 1/ SC25/WG 3 N535 (1998-08-25)) и описывают новый класс систем с кабелями из неэкранированных витых пар (UTP) и с кабелями из витых пар с общим экраном (S/UTP). Целью указанных организаций является выработка стандартов на кабельные системы с наивысшими достижимыми для данных типов кабелей характеристиками. Как предполагается, рабочий диапазон частот систем Категории 6 и Класса E будет составлять 1—250 МГц, кроме того, системы должны будут обеспечивать положительное значение параметра ACR на частотах до 200 МГц. В дополнение к расширенному частотному и динамическому диапазонам стандартом определяются требования к переходному затуханию на дальнем конце, возвратным потерям, а также к суммарному переходному затуханию на ближнем конце (PS NEXT), суммарному приведенному переходному затуханию на дальнем конце (PS ELFEXT), суммарной защищенности (PS ACR). Спецификации СКС Категории 6 и Класса E предполагают обратную совместимость компонентов СКС с компонентами более низких категорий. Важной особенностью данных систем является использование стандартного модульного восьмипозиционного разъемного соединения.

В настоящее время ни одна из организаций по стандартизации не разрабатывает каких-либо приложений, требующих для своей работы систем Категории 6 и Класса E. TIA/EIA и ISO тесно сотрудничают в разработке нового стандарта, и, скорее всего, их стандарты будут практически идентичны.

Кабельные системы Категории 7 и Класса F предполагается создавать на основе полностью экранированного кабеля из экранированных витых пар (S/STP). Несмотря на предполагаемое использование нового типа разъема, кабельные системы Категории 7 и Класса F должны быть обратно совместимы с кабельными системами более низких категорий и классов. Предполагаемый рабочий диапазон частот систем Категории 7 и Класса F составляет 1—600 МГц. Так же, как и в случае систем Категории 6 и Класса E, в настоящее время не существует и не находится на стадии разработки ни одно приложение, требующее для своей работы систем Категории 7 и Класса F. Интересный факт: TIA не принимает активного участия в разработке данного стандарта и, скорее всего, приведет его в соответствие с Классом F, разрабатываемым ISO.

Рисунок 1. Модель канала

Всеми существующими стандартами определяются две основные конфигурации линий связи: канал и базовая (TIA) или постоянная (ISO) линия. Канал включает все необходимые элементы для передачи сигнала от устройства на одном конце до устройства на другом конце. Максимальная протяженность канала — 100 м, максимальное число соединений — четыре. Базовая или постоянная линия является частью канала без оконечных шнуров с обоих концов. Конфигурации канала, базовой и постоянной линии показаны на Рисунках 1 и 2.

Рисунок 2. Модель базовой и постоянной линии.

Постоянная линия представляет собой часть канала от информационной розетки до первой коммутационной панели в аппаратной на этаже. Она может включать в себя точку перехода. Коммутационное соединение не является частью постоянной линии.

Сравнение между параметрами канала Категорий 5, 5e, 6, 7 и Классов D, E, F на частоте 100 МГц приведено в Таблице 2.

По сравнению с Категорией 5, Категория 6 имеет лучшие значения двух параметров: возвратных потерь и переходного затухания на ближнем конце. Более строгие требования к значениям параметра возвратных потерь чрезвычайно важны для новых высокоскоростных полнодуплексных приложений, таких, как Gigabit Ethernet. Более жесткие допуски на значения переходного затухания на ближнем конце позволяют увеличить защищенность линий, поскольку значение погонного затухания не может быть улучшено без увеличения толщины проводника.

Рисунок 3. Зависимость переходного затухания на ближнем конце от частоты для базовой линии Категории 5 и 6.

На Рисунке 3 представлены графики зависимости переходного затухания на ближнем конце от частоты для базовых линий Категории 5 и Категории 6. Как видно из рисунка, базовая линия Категории 6 имеет значительно лучшие частотный и динамический диапазоны.

В системах Категории 5 для достижения соответствующих характеристик монтажникам достаточно использовать компоненты Категории 5 и соблюдать требования к структуре и к качеству монтажа. Для достижения характеристик Категории 6 в разъемных соединениях производители кабельных систем применяют разные методы, поэтому системы от разных производителей могут оказаться электрически несовместимы. Это значит, что пользователи в ближайшее время будут вынуждены работать с системами только одного производителя. Данная проблема является главным препятствием на пути принятия стандарта Категории 6.

В случае систем Категории 6 к технологии монтажа предъявляются более высокие требования по сравнению с системами Категории 5. Компоненты должны быть смонтированы в точном соответствии с инструкциями производителей. Хотя процесс монтажа систем Категории 6 не усложняется, требования к его аккуратности повышаются.

Исходя из этого, системы Категории 6 необходимо протестировать на соответствие их параметров спецификациям стандарта. Такое тестирование невозможно без применения нового класса диагностического оборудования, к тому же предназначенные для тестирования кабельных систем Категории 5 приборы непригодны для измерения новых параметров.

ПАРАМЕТРЫ И ХАРАКТЕРИСТИКИ

Согласно TSB67, при тестировании кабельных систем Категории 5 необходимо измерять следующие параметры:

• правильность разводки проводников в парах по контактам модульного разъема (wire map);
• длину;
• затухание;
• NEXT (с двух сторон).

Для тестирования систем Категорий 5e и 6 необходимо измерение следующих дополнительных параметров:

• ELFEXT (с двух сторон);
• ACR;
• возвратных потерь;
• PS ELFEXT, PS NEXT, PS ACR.

Требования к диагностическим приборам Категории 6 и типовые характеристики диагностических приборов Категории 5 приведены в Таблице 3.

Частотный диапазон по параметру ACR диагностических приборов Категории 6 должен быть по крайней мере на 25% шире, чем у канала Категории 6, т. е. не менее 250 МГц. Динамический диапазон диагностических приборов Категории 6 должен быть существенно шире, чем у приборов Категории 5, не только потому, что системы Категории 6 имеют низкое значение переходного затухания на ближнем конце NEXT, но и, главным образом, из-за дополнительных требований, предъявляемых к измерению приведенного переходного затухания на дальнем конце ELFEXT. Значение переходного затухания на ближнем конце для систем Категории 5 на частоте 100 МГц равняется 29 дБ, для Категории 6 это значение на той же частоте составляет уже 42 дБ, т. е. динамический диапазон приборов должен быть на 13 дБ шире. При измерении приведенного переходного затухания на дальнем конце необходимо учитывать максимальное затухание в линии, которое составляет 19 дБ. Таким образом, динамический диапазон приборов Категории 6 должен быть, как минимум, на 13+19=32 дБ шире, чем у приборов Категории 5. Измеряемые динамический и частотный диапазоны зависят от аппаратного решения и не могут быть изменены путем замены программного обеспечения прибора.

Погрешности измерений диагностических приборов Категории 6 должны соответствовать предполагаемым требованиям TIA уровня точности III, приведенным в Таблице 4.

Сегодня все основные производители диагностического оборудования для кабельных систем уже предлагают приборы для тестирования систем Категории 6. Данные о производителях и приборах приведены в Таблице 5.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Что же порекомендовать тем, кто собирается в ближайшее время приобрести прибор для диагностики кабельных систем? Наиболее предпочтительным было бы приобретение прибора с поддержкой тестирования систем Категории 6. Если, все же, вы планируете приобрести прибор Категории 5, то желательно, чтобы он поддерживал тестирование систем Категории 5e, т. е. позволял тестировать приведенное переходное затухание на дальнем конце и возвратные потери. При выборе прибора для тестирования систем Категории 6 можно руководствоваться требованиями, указанными в Таблице 3.

В ближайшее время мы можем ожидать принятия новых и пересмотра старых стандартов на структурированные кабельные системы. Также не за горами появление новых приложений, требующих кабельных систем нового поколения. Сегодня пользователю приходится выбирать между риском установки дорогой системы, поддержка новых стандартов которой не гарантирована, и риском установки недорогой системы, поддержка новых приложений со стороны которой будет заведомо невозможна.

Дополнительные параметры, определяемые при тестировании кабельных систем Категорий 5e и 6

ELFEXT (Equal Level Far End Crosstalk) представляет собой нормированное переходное затухание на дальнем конце линии FEXT (Far End Crosstalk). Параметр ELFEXT не является непосредственно измеряемым, он вычисляется путем вычитания значения погонного затухания из значения переходного затухания на дальнем конце (FEXT).

Параметр FEXT характеризует интенсивность перекрестных помех на дальнем конце линии, т. е. перекрестные помехи измеряются на другом конце по отношению к источнику сигнала. Сам по себе параметр FEXT не представляет интереса для измерений ввиду зависимости его от длины линии. Две линии на базе компонентов одной и той же категории, но разной длины, будут иметь различные значения FEXT. Поэтому для измерений был выбран параметр ELFEXT.

ELFEXT = FEXT - затухание.

Параметр ELFEXT можно характеризовать как защищенность (ACR), только на дальнем конце линии. Необходимость измерения параметра ELFEXT возникла ввиду появления приложений, где передача сигналов осуществляется по всем четырем витым парам одновременно в обоих направлениях. ELFEXT измеряется с двух сторон линии, при этом выполняется по 12 измерений с каждой стороны. Таким образом общее число измерений составляет 24.

Возвратные потери — это параметр, характеризующий неоднородность волнового сопротивления линии по отношению к номинальной величине (обычно 100 Ом). Возвратные потери представляют собой отношение уровня сигнала, введенного в систему, к уровню сигнала, отраженного системой. В реальных кабельных системах обеспечить однородность волнового сопротивления невозможно из-за дефектов кабеля, соединителей, коммутационных шнуров, некачественного монтажа и т. д. Кроме того, не все компоненты линии могут иметь одинаковое волновое сопротивление. Вообще, каждое дополнительное соединение является потенциальным источником изменения волнового сопротивления. Любое изменение волнового сопротивления ведет к частичному отражению сигнала.

Для кабельных систем Категории 5 возвратные потери не имели существенного значения. Для систем Категории 5e и 6 необходимо измерение этого параметра.

Задержка прохождения сигнала (propagation delay) представляет собой время распространения сигнала от одного конца линии до другого. Именно она является причиной ограничения длины кабельных линий для сетевых приложений. Вариация задержки прохождения сигналов (skew) представляет собой максимальную разницу задержек прохождения сигнала по отдельным витым парам. Введение параметра вариации задержки прохождения сигналов обусловлено тем, что некоторые приложения, такие, как 100VGAnyLAN, 100BaseT4, 1000BaseT, используют для передачи сигналов одновременно все четыре пары. Если задержка прохождения сигнала в одной паре существенно отличается от задержки прохождения сигнала в другой паре, то это может привести к их рассинхронизации, так что восстановление исходного сигнала на стороне приемника будет невозможно. Задержка прохождения сигнала и вариация задержки сигнала обычно измеряются в наносекундах.