В июне 1999 г. окончательно принят стандарт 802.3ab Gigabit Ethernet 1000BaseT. Какие же кабельные системы будут соответствовать этому стандарту?
Окончательного ответа на этот вопрос нет до сих пор. Разработчики стандарта 802.3ab были полны решимости уложить новое приложение 1000BaseT (Gigabit Ethernet для медной проводки) в прокрустово ложе старых требований, но удалось им это только частично. Понадобилось выработать ряд новых требований, ранее не предъявлявшихся к кабельной системе Категории 5, а несколько старых характеристик пришлось ужесточить.
В предыдущей статье (апрельский номер LAN, 1999 г., с. 57-63) описана медная проводка нового поколения, удовлетворяющая общим требованиям на передачу гигабитных цифровых потоков. Данная статья посвящена тому, какими характеристиками должна обладать кабельная система, чтобы она соответствовала стандарту IEEE 802.3ab на Gigabit Ethernet по четырехпарной проводке.
ИСТОРИЯ ВОПРОСА
Как же развивались события в последнее время? В разгар реляций о скором выходе стандарта на Категорию 6 (с рабочей полосой до 200 МГц) американские организации по стандартам EIA/TIA выпустили проекты двух новых стандартов. Есть такие предположения о подоплеке появления этих стандартов: либо американцы решили опередить международные организации ISO/IEC, явно задерживающие выпуск стандарта на Channel E (Cat.6); либо реализация в промышленности требований стандарта на Категорию 6 оказалась крайне тяжелой и встретила препятствия. Относительно Категории 6 в сентябре 1997 года было заявлено ISO/IEC, что он будет разработан за два года (см. апрельский номер LAN, 1998 г., с. 70). В настоящее время сложилась парадоксальная ситуация: Категория 7 (с индивидуально экранированными витыми парами) даже слегка опережает в своем развитии Категорию 6.
Новые стандарты на проводку потребовались по следующим причинам. Подкомитет 802.3 IEEE, разработавший Gigabit Ethernet, ставил своей задачей уложиться с техническими требованиями в стандарт на кабельную систему Категории 5. Новое приложение 1000BaseT, способное работать по проводке Категории 5, быстро стало бы популярным, так как подобные кабельные системы широко монтируются с 1993 года по настоящее время. Из-за спешки (выход стандарта на 1000BaseT и так уже опаздывал почти на год) разработчики в эти рамки не уложились. Вот и пришлось им обращаться в TIA/EIA с просьбой выпустить новый стандарт на проводку, поддерживающую 1000BaseT. Подкомитет TIA/EIA TR42.7 принял эту задачу к исполнению в 1998 г., и необходимый стандарт был выпущен в короткие сроки под названием TIA/EIA-568-A-5 Transmission performance specifications for 4-pair 100W category 5e cabling («Спецификации на характеристики передачи 4-парной 100-Омной проводки Категории 5e»). В то же время был разработан документ TSB95, определяющий минимальные дополнительные требования, при выполнении которых проводка Категории 5 все же будет поддерживать 1000BaseT. Внимательное рассмотрение характеристик, приведенных в TSB95, показывает, что разработчики 1000BaseT только немного не уложились в пределы Категории 5. Возможно, со временем Gigabit Ethernet впишется в рамки модернизированной Категории 5.
НОВЫЕ СТАНДАРТЫ
Американская организация по стандартам TIA (Telecommunication Industry Association) подготовила два новых документа: TSB95, в основном ориентированный на существующие кабельные системы Категории 5, и ANSI/TIA/EIA-568-A-5, представляющий собой стандарт на проводку новой Категории 5e («e» — от английского enhanced, что означает «улучшенная»). Привязка к Категории 5 в обоих документах обусловлена тем, что они ограничивают рабочий диапазон кабельной системы частотой 100 МГц. В обоих документах вводятся следующие параметры, отсутствующие в стандарте ANSI/TIA/EIA-568-A 1995 года: Return Loss (возвратные потери), PS NEXT (суммарная защищенность на ближнем конце), ELFEXT (защищенность на дальнем конце), Delay Skew (перекос задержки) и др.
На мой взгляд, сохранение старого наименования (Категория 5) в TSB95 только запутывает ситуацию. Авторы документов сами хорошо это понимают, из-за чего и пишут в предисловии к TSB95: «Хотя это и новое руководство (читай — новая Категория), есть основания полагать, что двухконнекторные топологии, удовлетворяющие стандарту TIA/EIA-568-A, будут соответствовать требованиям данного документа». А линия с двумя соединителями, упомянутая в приведенной цитате, это уже не полноценный тракт (Channel), а только базовая линия (Basic Link).
Кратко прокомментируем вновь вышедшие документы. TSB95 относится в основном к существующим, установленным кабельным системам Категории 5. В то же время его разработчики подчеркивают, что это — новый документ, как бы новый стандарт, хотя он и не имеет такого статуса. Вызвано это замечание создателей документа тем, что TSB95 содержит ряд новых характеристик, соблюдение которых приводит к ужесточению старых, а также методики их измерений.
ANSI/ TIA/EIA-568-A-5 уже полностью новый стандарт (можно его считать пятым дополнением к стандарту ANSI/ TIA/EIA-568-A). Во всяком случае, он содержит параметры и характеристики новой Категории 5e, обеспечивающей поддержку 1000BaseT в полном объеме. Методы испытаний, приведенные в стандарте 568-A-5, аналогичны методикам в TSB95. В этом смысле документы TSB95 и 568-A-5 одинаково предполагают использовать для испытаний линий проводки тестеры нового поколения, именуемые Level IIe.
НОВЫЕ ПАРАМЕТРЫ
История кабельных систем ярче всего отражается в появлении новых Категорий. За 10 лет неэкранированная компьютерная проводка проделала путь от Категории 3, с полосой 16 МГц, до Категории 6, с полосой 250 МГц. При этом количество параметров, характеризующих кабельную систему, увеличилось в несколько раз.
Введение в теорию и основные параметры четырехпарной передачи представлены в апрельском номере LAN, 1999 г., с. 57. Здесь приведем лишь некоторые частотные характеристики для Категорий 5, 5e и 6. Как видно из Таблицы 1,
| Частота, МГц | Суммарное переходное затухание на ближнем конце (PS NEXT), дБ | Защищенность на дальнем конце (ELFEXT), дБ | Суммарная защищенность на дальнем конце (PS ELFEXT), дБ | ||||||
| Кат. 5 | Кат. 5e | Кат. 6 | Кат. 5 | Кат. 5e | Кат. 6 | Кат. 5 | Кат. 5e | Кат. 6 | |
| 1,0 | - | 57,0 | 70,3 | 57,0 | 57,4 | 63,2 | 54,4 | 54,4 | 60,2 |
| 4,0 | - | 50,9 | 60,6 | 45,0 | 45,3 | 51,2 | 42,4 | 42,4 | 48,2 |
| 10,0 | - | 44,1 | 54,0 | 37,0 | 37,4 | 43,2 | 34,4 | 34,4 | 40,2 |
| 16,0 | - | 40,6 | 50,6 | 32,9 | 33,3 | 39,1 | 30,3 | 30,3 | 36,1 |
| 20,0 | - | 39,0 | 49,0 | 31,0 | 31,4 | 37,2 | 28,4 | 28,4 | 34,2 |
| 31,25 | - | 35,7 | 45,7 | 27,1 | 27,5 | 33,3 | 24,5 | 24,5 | 30,3 |
| 62,5 | - | 30,6 | 40,6 | 21,1 | 21,5 | 27,3 | 18,5 | 18,5 | 24,3 |
| 100,0 | - | 27,1 | 37,1 | 17,0 | 17,4 | 23,2 | 14,4 | 14,4 | 20,2 |
| 125,0 | - | - | 35,4 | - | - | 21,3 | - | - | 18,3 |
| 155,52 | - | - | 33,8 | - | - | 19,4 | - | - | 16,4 |
| 175,0 | - | - | 32,9 | - | - | 18,4 | - | - | 15,4 |
| 200,0 | - | - | 31,9 | - | - | 17,2 | - | - | 14,2 |
Категории 5 и 5e по параметрам влияния отличаются незначительно. Точнее говоря, ELFEXT в диапазоне до 100 МГц у Категории 5e выше всего на 0,4 дБ, чем у Категории 5, а PS ELFEXT у обеих категорий совпадает. Естественно, у Категории 6 параметры намного лучше, но она пока в проекте.
Остановимся теперь на характеристиках возвратных потерь (return loss), представленных в Таблице 2.
| Категория | Частота, МГц | Возвратные потери, дБ |
| Категория 5 (TSB95) | 1<=f<=20 20<=f<=100 | 15 15(10lg(f/20) |
| Категория 5e (TIA/EIA-568-A-5) | 1<=f<=20 20<=f<=100 | 17 17(10lg(f/20) |
| Категория 6 (проект стандарта) | 1<=f<=20 20<=f<=200 | 19 19-10lg(f/20) |
Здесь различие между Категориями 5 и 5e большее: повышение этого параметра составляет 2 дБ. И между Категориями 5e и 6 разница также равна 2 дБ. Те 2 дБ, на которые от категории к категории увеличиваются возвратные потери (затухание отражения), дались производителям кабельной продукции с большим трудом. На каждое продвижение уходило у них несколько лет. Вот какой ценой достается повышение регулярности (однородности) тракта из витых пар на 2 дБ!
Соответствие промышленной продукции новым стандартам проиллюстрируем на примере структурированной кабельной системы SYSTIMAX компании Lucent Technologies. Документу TSB95 соответствуют кабельные системы, собранные из продуктов серии HIGH-5, выпускавшейся в 1993-1995 г. г. Требованиям стандарта ANSI/TIA/EIA-568-A-5 отвечают изделия PowerSum, пришедшие на смену HIGH-5 и поставляемые в настоящее время. Наконец, проекту стандарта на Категорию 6 соответствует серия GigaSPEED, разработанная в 1997 году. Ее выпуск и поставка идут полным ходом, а на многих объектах такая проводка уже смонтирована.
МОДЕРНИЗАЦИЯ ПРОВОДКИ
Что же делать с существующими кабельными системами Категории 5, чтобы они удовлетворяли требованиям Gigabit Ethernet 1000BaseT? Первое, что надо сделать, — тщательно осмотреть нужную часть проводки и устранить все видимые недочеты в инсталляции. Затем необходимо выполнить испытания на соответствие всем требованиям TSB95. Для этого уже недостаточно тестеров типа Level II (уровень точности по документу TSB67), и потребуются приборы Level IIe. Еще раз подчеркнем, что все характеристики измеряются в рабочей полосе до 100 МГц.
Стандарт ANSI/TIA/EIA-568-A-5 подробно описывает полевые испытания проводки Категории 5e (частично они рассмотрены в апрельском номере LAN, 1999 г., с. 60). Параллельно в стандарте изложены методики поверочных (reference) испытаний, выполняемых лабораторными приборами. Для этого применяется прибор «анализатор цепей» и «балуны» (переходники от коаксиального тракта к витым парам).
Обусловлен такой подход следующим. Лабораторных измерительных приборов, прямо предназначенных для тестирования симметричной проводки в диапазоне до 350 МГц, пока нет, и приходится приспосабливать имеющиеся коаксиальные системы — подключать их к четырехпарной проводке с помощью балунов. В этой конфигурации и выполняются все необходимые измерения параметров передачи, возвратных потерь, задержки сигнала и перекоса задержки. Переставляются лишь оконечные резисторы с номиналом 100 Ом, чтобы получилась соответствующая параметру схема измерений. Таким образом измеряют все названные выше параметры и во всех сочетаниях пар друг с другом. Надо отметить, что испытания эти крайне сложны, требуют высокой квалификации персонала и больших затрат рабочего времени. Но в отсутствие тестеров Level IIe такой прием можно использовать.
Если проводка не соответствует TSB95, надо в первую очередь заменить шнуры на более высококатегорийные и вновь произвести испытания. В случае неудачи надо заменить розетки и панели переключений. Если же и такие серьезные изменения кабельной системы не приведут к успеху, придется проложить новые кабели Категории 5e или выше. Напомню, что речь идет только о той части существующей кабельной системы, по которой предполагается работа Gigabit Ethernet 1000BaseT. Для новых инсталляций следует сразу, с самого начала ориентироваться на продукцию новых Категорий — 5e или 6.
НА ПУТИ К КАТЕГОРИИ 6
 |
| Рисунок 1. Суммарная защищенность на ближнем конце (PS ACR) для тракта (Channel) Quantum компании AMP. |
Категория 6 будет не только обеспечивать работу 1000BaseT, но и поддерживать более широкий спектр гигабитных приложений. Первоначальный проект стандарта на Категорию 6 подготовлен в ISO/IEC (международные организации). Затем с аналогичным проектом выступили TIA/EIA (американские организации). Оба варианта находятся в стадии рассмотрения и согласования.
 |
| Рисунок 2. Суммарная защищенность на ближнем конце (PS ACR) для трех трактов (Channels) GigaSpeed компании Lucent. |
Хотя попытки принять стандарт на Категорию 6 пока успехом не увенчались, некоторые передовые компании выпустили продукцию, соответствующую проекту стандарта на эту категорию. В частности, AMP создала кабельную систему NETCONNECT Quantum; Lucent — SYSTIMAX GigaSPEED, Siemon — System 6. Частотные характеристики этих кабельных систем в диапазоне до 250 МГц даны на Рисунках 1-3. Графики взяты из публикаций самих компаний-производителей, с переводом надписей на русский язык.
 |
| Рисунок 3. Суммарная защищенность на ближнем конце (PS ACR) для тракта (Channel) System 6 компании Siemon. |
Не все компании смогли выпустить продукцию, отвечающую Категории 6, что послужило дополнительным стимулом к разработке стандарта на Категорию 5e. В 2000 году, вероятно, наиболее широко будут инсталлироваться кабельные системы Категории 5e. Одновременно будет интенсивно дорабатываться стандарт на Категорию 6, что приведет к новому витку в развитии компьютерной проводки.
Давид Яковлевич Гальперович — кандидат технических наук, старший научный сотрудник ОКБ КП, доцент МТУСИ. С ним можно связаться по тел.: (095) 583-5472.