Тестировании Permanent Link

Внедрение новой конфигурации обуславливает изменения в приборах для тестирования.

Ассоциация компаний телекоммуникационной отрасли (Telecommunications Industry Association, TIA) в настоящее время занимается пересмотром основного пакета стандартов (TIA 568A), в котором описываются требования к проектированию, монтажу и рабочим характеристикам телекоммуникационных кабельных систем для коммерческих зданий. Новый документ - версия B указанного стандарта (TIA 568B) - с большой долей вероятности будет одобрен в начале весны. В него войдут все бюллетени по телекоммуникационным системам (Telecommunications Systems Bulletins, TSB), которые были приняты с момента утверждения стандарта TIA 568A.

С точки зрения требований к тестированию в полевых условиях за это время произошло весьма важное изменение, которое будет также отражено в TIA 568B. TIA ввела в оборот новую подлежащую проверке конфигурацию линии при измерении характеристик смонтированной кабельной проводки с витыми парами. Эта конфигурация называется Permanent Link ("проброс"); она была введена ранее в международных стандартах (ISO 11801 и производных от него региональных стандартах). В настоящей статье рассказывается о конфигурации Permanent Link, объясняются причины появления этого нового понятия и описываются преимущества модели тестирования Permanent Link, с точки зрения как специалиста по монтажу, так и конечного пользователя. Введение данной модели во многом изменяет требования, предъявляемые к оборудованию полевого тестирования.

ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНФИГУРАЦИЙ

Channel (тракт), согласно стандартам TIA и ISO, - это законченная конфигурация кабельной линии, по которой взаимодействует между собой сетевое оборудование. На Рисунке 1a показана схема тракта в наиболее общем виде. Данная конфигурация включает шнуры для подключения активных сетевых устройств в аппаратном зале, шнуры для подключения сетевых устройств в офисе или рабочих зонах, а также соединительные шнуры на коммутационной панели (необязательный компонент).

Как справедливо отмечают многие, эффективность работы сети определяется параметрами тракта. Устанавливающая кабельную систему компания-подрядчик крайне редко берет на себя ответственность за то, что весь тракт целиком, со всеми соединительными шнурами и коммутационными кабелями останется в исходном виде. Какая-то часть линий может прокладываться с расчетом на будущее расширение и не образовывать на данный момент законченные тракты. Общепринятая практика заключается в том, что соединительные шнуры устанавливаются после завершения монтажа и тестирования стационарной части системы. На протяжении срока службы сетевой кабельной системы все эти шнуры могут неоднократно заменяться. Поэтому заказчику желательно иметь возможность в случае необходимости удостовериться в том, что стационарная кабельная инфраструктура удовлетворяет определенному уровню производительности, при котором доукомплектование тракта качественными соединительными шнурами гарантированно обеспечит требуемые характеристики тракта. Именно по этой причине отраслевые стандарты предусматривали критерии оценки рабочих параметров для стационарной кабельной инфраструктуры, каковой обычно являлась коммуникационная линия, ответственность за которую нес инсталлятор. Стандартами TIA для этих целей вначале предлагалась конфигурация Basic Link, тогда как стандарты ISO выдвигают новый вариант - Permanent Link.

BASIC LINK. На Рисунке 1b показана конфигурация Basic Link (базовая линия). Она состоит из кабеля длиной до 90 м в виде непрерывной однопроволочной витой пары с внешними соединителями на обоих концах и шнуром для подключения тестера. Максимальная длина каждого из соединительных шнуров тестера составляет 2 м. Предельные значения параметров модели Basic Link определяются для конфигурации с кабелем максимальной длины и учитывают вероятный вклад двух соединительных кабелей тестера.

PERMANENT LINK. На Рисунке 1c изображена конфигурация Permanent Link (проброс). Она предназначена для тех же целей, что и Basic Link, а именно для проверки рабочих характеристик стационарного компонента кабельной проводки. Однако конфигурация Permanent Link требует, чтобы вклады соединительных кабелей, используемых для доступа к тестируемой линии, исключались из результатов измерений. Поэтому предельные тестовые значения для Permanent Link отличаются от значений для Basic Link на величину, относимую на счет соединительных кабелей тестера согласно априорной оценке. Понятие Permanent Link и вводилось для того, чтобы определить тестовую конфигурацию, максимально точно характеризующую параметры стационарной части кабельной системы.

Различие между этими двумя тестовыми конфигурациями может на первый взгляд показаться несущественным, однако введение новых параметров тестирования (и в первую очередь величины возвратных потерь, о которых говорится ниже) и повышенных требований к рабочим характеристикам заметно усугубило трудности, с которыми приходится сталкиваться при работе с моделью Basic Link. Сейчас все стандарты вновь начинают сближаться, после того как в спецификации TIA были внесены прогнозировавшиеся изменения. Рабочие параметры конфигурации Basic Link больше не указываются ни в проекте стандарта TIA/EIA 568B для Категорий 3 и 5e, ни в проекте дополнения к стандарту для Категории 6. Точка консолидации (CP, см. общую схему тракта на Рисунке 1a) никогда не включалась в тестовую конфигурацию Basic Link. Как упоминалось выше, базовая линия предполагает непрерывную кабельную проводку от одного внешнего соединения к другому. Модель Permanent Link допускает точку консолидации, поскольку она часто используется в кабельных системах открытых офисов и рассматривается как элемент стационарной проводки.

ВЛИЯНИЕ СОЕДИНИТЕЛЬНЫХ ШНУРОВ НА РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗМЕРЕНИЯ

В Таблице 1 перечислены тестируемые параметры высокоскоростных кабельных линий при их проверке на соответствие требованиям Категории 5e или 6. Указано, какие из них измеряются непосредственно, а какие получаются путем вычислений или комбинирования соответствующих параметров.

СХЕМА РАЗВОДКИ ПРОВОДОВ. Очевидно, что витые пары в соединительных шнурах должны быть правильно подключены - это гарантирует непрерывность сигнала и возможность проверки всех остальных требований к его передаче. На этом тесте переход с конфигурации Basic Link на Permanent Link никак не отразился.

ЗАДЕРЖКА РАСПРОСТРАНЕНИЯ (ДЛИНА). Длина кабеля определяется на основании задержки распространения, которая показывает, сколько времени занимает прохождение сигнала по линии. Для вычисления длины достаточно умножить значение времени на скорость передачи. Последняя определяется параметром номинальной скорости распространения (nominal velocity of propagation, NVP). Согласно текущим стандартам TIA (TSB67), максимальная длина Basic Link равняется 94 м плюс 10-процентный допуск на неопределенность (колебания) значения NVP. Номинальная длина 94 м складывается из максимальной длины стационарной линии (90 м) и соединительных шнуров тестера (4 м). При выборе конфигурации Permanent Link тестер может сделать простую поправку на известную длину (задержку распространения) соединительных кабелей, входящих в комплект тестера.

ЗАТУХАНИЕ. В спецификации TSB67 для Basic Link указываются предельные значения и для величины затухания в соединительных кабелях тестера. Затухание является линейной функцией длины, и поправка, вносимая двумя двухметровыми кабелями, должна быть известна практически с абсолютной точностью. Измерение данного параметра не вызовет каких-либо трудностей при тестировании конфигурации Permanent Link.

ПЕРЕХОДНОЕ ЗАТУХАНИЕ. Переходное затухание на линии характеризуют две группы значений: переходное затухание на ближнем конце (Near-End CrossTalk, NEXT) и переходное затухание на дальнем конце (Far-End CrossTalk, FEXT), причем оба вида помех измеряются на всех комбинациях витых пар с обоих концов линии. И те и другие помехи возникают одновременно. NEXT - это наведенный сигнал, возвращающийся по витой паре к передающей стороне, тогда как FEXT распространяется в том же направлении, что и передаваемый сигнал, - на дальний конец линии. На Рисунке 2 показано, как помехи NEXT от сигнала, проходящего по витой паре 1, воздействуют на витую пару 2. Здесь же изображено, как возникают перекрестные помехи FEXT между витыми парами 3 и 4.

Как видно из Рисунка 1c, соединители на концах установленной линии являются частью модели Permanent Link. Измеренное значение переходного затухания в этой модели отличается от аналогичной характеристики для модели Basic Link на величину, соответствующую переходному затуханию на самих соединительных шнурах. Соединители, через которые шнуры тестера подключаются к тестируемой линии, должны учитываться в результатах измерения для обеих моделей. Оконечные соединители на тестерах в Basic Link, как и в модель Channel, не включаются. Разумеется, эти оконечные соединители не входят и в Permanent Link.

В конструкции современных полевых тестеров используются адаптеры, которые подключаются к блоку тестирования через высокоскоростной разъем. Такой разъем задает исходный уровень точности измерений и обычно характеризуется очень хорошими показателями переходного затухания. Как можно ограничить и контролировать переходное затухание в самом соединительном шнуре? Компания Fluke Networks сконструировала тестовые адаптеры для Basic Link, где используются соединительные шнуры с индивидуально экранированными витыми парами. Такой тип изоляции встречается в кабеле, называемом "витой парой в металлической фольге" (Pair in Metal Foil, PiMF), а также в "дважды экранированной витой паре" (shielded shielded twisted pair, SSTP) - кабеле, в котором помимо экранирования каждой пары используется дополнительный экран вокруг всех пар. Именно этот тип рекомендован к использованию на линиях Класса F по спецификации ISO (Категория 7). Кабель SSTP отличается крайне низкими показателями переходного затухания: на коротком соединительном шнуре ими можно пренебречь - это практически не отразится на точности измерения параметров NEXT и FEXT линии Permanent Link. Величина переходного затухания на двух метрах кабеля SSTP мала по сравнению с помехами в парных 8-штырьковых модульных разъемах, соединяющих кабель с тестируемой линией. Итак, вывод: использование высокоскоростного кабеля SSTP гарантирует нужную точность тестирования параметров NEXT и FEXT в конфигурации Permanent Link.

ВОЗВРАТНЫЕ ПОТЕРИ. Все введенные в последнее время стандарты тестирования требуют измерять величину возвратных потерь. Важность этого показателя стала общепризнанной. Возвратные потери (Return Loss, RL) - это общая мера отраженной энергии сигнала (эхо) в каждой витой паре линии связи. Эхо вызывается изменением импеданса вдоль кабельной проводки: любое такое изменение приводит к отражению части энергии сигнала назад в направлении передающей стороны.

Возвратные потери необходимо измерить, чтобы убедиться в том, что энергия отраженного сигнала достаточно мала по сравнению с переданным сигналом, и потому надежность передачи не подвергается риску. Возвратные потери - важная характеристика любой линии передачи, поскольку они могут оказаться причиной усиления шума, мешающего принимающей стороне аккуратно извлекать данные из сигнала. Особенно критичны возвратные потери для сетевых приложений, в которых витые пары используются в полнодуплексном режиме - для передачи одновременно в обоих направлениях. Так, дуплексная передача по всем витым парам одновременно применяется в технологии Gigabit Ethernet (1000Base-T). Все новые стандарты (TIA - Категория 5e, ISO - Класс D, 1999, TIA - Категория 6, и ISO - Класс E) предусматривают сертификацию кабельной линии для дуплексной передачи.

Изменения (аномалии) импеданса могут быть вызваны несколькими причинами:

• дефекты кабеля с витыми парами (характеризуются величиной структурных возвратных потерь самого кабеля);
• несоответствие кабелей разной конструкции (однопроволочный проводник для горизонтального участка проводки и многопроволочная структура для соединительных шнуров) и, возможно, различных моделей и марок;
• несоответствие между кабелем и соединительным оборудованием;
• раскручивание витых пар во внешних соединителях, даже если в целом скрутка выполнена правильно; раскручивание очень серьезно влияет на величину возвратных потерь;
• разъединение витых пар; импеданс витой пары кабеля зависит от близости других витых пар и металлических проводников, например экранирующих материалов;
• объединение кабелей в пучок должно выполняться без приложения к ним чрезмерных усилий; простой визуальный осмотр позволит заблаговременно выявить проблемы, особенно если произошла физическая деформация.

Соединительные шнуры оказывают существенное воздействие на величину возвратных потерь на линии. Изменения импеданса вблизи конца линии (с передающей стороны) вносят решающий вклад в формирование отраженного сигнала. Распространяющиеся вдоль линии передачи сигналы всегда ослабляются, причем величина затухания, как уже упоминалось выше, является линейной функцией расстояния, пройденного сигналом. Иными словами, затухание остается постоянным вдоль линии: на каждой единице расстояния сигнал ослабляется на одну и ту же величину. Затухание сигнала на отрезке в 20 м будет вдвое выше, чем на 10-метровой отметке.

Если сигнал сталкивается с аномалией импеданса на расстоянии лишь нескольких метров от тестера, то затухание будет небольшим и сигнала останется достаточно сильным. Небольшой отраженный сигнал (скажем, в 3% от мощности исходного) возвращается к передающей стороне практически без ослабления. Отражение такой величины почти наверняка не пройдет тест на обратные потери. С другой стороны, если подобная аномалия случится в 100 м от тестера, то она будет воздействовать на сигнал, который к этому моменту уже подвергся существенному затуханию. Проделав путь 100 м назад к тестеру (передающей стороне), 3-процентное отражение ослабленного сигнала едва ли даст сколько-нибудь измеримый результат.

Влияние соединительных шнуров на измерение возвратных потерь на тестируемой линии лишний раз подчеркивает, насколько важно при работе с трактом пользоваться высококачественным кабелем. С другой стороны, это решающий довод в пользу перехода на модель тестирования Permanent Link, поскольку в соответствии с данной схемой тестирования вклад соединительных кабелей тестера должен быть исключен из результатов измерения. Этому придается большое значение еще и потому, что величина возвратных потерь в любом соединительном шнуре тестера постоянно уменьшается вследствие различных манипуляций со шнуром, в частности сматывания и разматывания. Ухудшение показателя возвратных потерь, к сожалению, неизбежно, - от него нет противоядия. Это ухудшение было наглядно продемонстрировано в ходе лабораторного эксперимента. На Рисунке 3 показаны последствия сматывания и разматывания гибкого кабеля SSTP, которым оснащен интерфейсный адаптер тестера. Кривая синего цвета отражает первоначальный уровень возвратных потерь для соединительного шнура тестера; как видно, она проходит выше тестовой предельной кривой для конфигурации Basic Link Категории 6 (TIA) на 12 дБ. Это означает очень высокое качество кабеля. После того как шнур был смотан и размотан 50 раз, показатели возвратных потерь ухудшились; этим результатам соответствует кривая зеленого цвета на Рисунке 3. Желтая кривая показывает, что стало еще через 50 сматываний/разматываний. Наконец, после 200 таких манипуляций показатели возвратных поотерь приняли вид, представленный красной линией. Запас прочности по сравнению с тестовым пределом для конфигурации Basic Link сократился до 6 дБ. Общая точность измерения оказывается под угрозой, так как соединительный кабель, с помощью которого тестер оценивает величину возвратных потерь на стационарной линии, сам становится источником ощутимых помех в виде отраженных сигналов. Зная, какой вид обычно приобретают соединительные шнуры тестеров спустя какое-то время после начала эксплуатации, мы с уверенностью заявляем, что в нашем эксперименте с кабелем обращались более аккуратно, чем это бывает на практике.

Подведем итог: соединительные кабели на витых парах, какими бы высококачественными они ни были вначале, со временем в результате эксплуатации в штатном режиме начинают портиться, поэтому тестовые шнуры и изношенные коммутационные кабели заметно влияют на точность измерения возвратных потерь. Точность измерений больше не является функцией точности основных блоков тестера; она очевидным образом находится в зависимости от характеристик его соединительных кабелей. Это главная причина введения модели Permanent Link. Отсюда, естественно, возникает задача - разработать такой механизм доступа, который сам не привносил бы возвратные потери (или, по крайней мере, делал их минимальными). В следующем разделе описывается практическая реализация тестирования модели Permanent Link, которая гарантирует повышенную точность измерений.

Решение

Для практических работ по тестированию в полевых условиях понадобится гибкий кабель, чтобы приборы тестирования можно было подключить к самой линии. Для каждого измеряемого параметра вклад соединительных шнуров тестера должен быть небольшим и предсказуемым, чтобы, заложенные в приборы для тестирования алгоритмы измерения могли обеспечить точную компенсацию. В связи с возвратными потерями к этим требованиям добавляется весьма важный аспект - стабильность по времени.

Компания Fluke Networks предложила интерфейсный адаптер, сконструированный с использованием совершенно нового типа кабеля. В нем используется не витая пара, а патентованная технология, разработанная специально для того, чтобы обеспечить максимальную точность в режиме тестирования. Применяемый кабель вполне отвечает требованиям спецификации кабельной системы на витых парах и спецификации физического уровня сети в отношении номинального значения импеданса - 100 Ом. Причем он удовлетворяет этим требованиям даже лучше (с более строгим допуском), чем большинство других видов кабеля с витыми парами. Но главное его достоинство состоит в том, что эти характеристики импеданса для кабеля нового типа (при нормальных условиях эксплуатации) остаются неизменными гораздо дольше, чем в случае обычной витой пары. Благодаря таким свойствам достигается и очень высокая точность измерения возвратных потерь, и исключительная стабильность показателей. Пользователь теперь имеет возможность измерять конфигурацию Permanent Link в полном соответствии с пересмотренными отраслевыми стандартами, добиваясь максимального уровня точности, воспроизводимости и достоверности результатов.

К интерфейсному адаптеру Permanent Link подсоединяется дополнительная приставка, или персональный модуль. На нем имеется вилка для подключения к концу стационарной линии. Таким образом, этот штепсель можно менять. Правда, вилки и гнезда Категории 6 различных производителей пока еще не полностью взаимозаменяемы. По этой причине будет выпущено несколько персональных модулей Категории 6, чтобы параметры соединений NEXT и FEXT между адаптером и тестируемой линией можно было измерять с максимальной точностью.

Кроме того, если вилка износится, оконечную часть адаптера можно без труда заменить. Впрочем, следует заметить, что пользователи тестирующего оборудования считают наиболее важной деталью адаптера, в большей степени подверженной износу, именно вилку. На самом же деле гораздо более серьезную проблему представляет сгибание и перекручивание кабеля, хотя внешне ухудшение качества при этом незаметно. Проблема связана с ухудшением характеристик возвратных потерь в витых парах, как было продемонстрировано в ходе нашего лабораторного эксперимента (см. Рисунок 3).

Вместо персональных модулей можно устанавливать специальные (необязательные) модули, или артефакты, и таким образом выполнять калибровку тестера в комплекте с его интерфейсным адаптером. Эта калибровка дает возможность задать единый исходный уровень точности тестера на всем протяжении вплоть до того места, где начинается конфигурация Permanent Link. Поскольку интерфейсный кабель может со временем утратить былое качество, пусть даже незначительно, простая процедура калибровки позволит восстановить точность измерения характеристик Permanent Link. Исходный уровень точности полевого тестера, или порта высокоточных измерений (разъема на самом тестере), уже не считается надежным показателем. Как уже обсуждалось, реальные результаты измерений, полученные тестером с некачественными соединительными шнурами, будут неточными и недостоверными. Такие результаты могут привести к тому, что кабельная линия, в действительности безупречная, будет признана не прошедшей тест. Нам нередко приходилось сталкиваться с подобной ситуацией при измерении возвратных потерь.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Утверждение модели Permanent Link в качестве стандартной тестовой конфигурации для проверки параметров установленной кабельной проводки с витыми парами, заставляет производителей полевых тестеров искать новые решения. Реализация новой методологии тестирования даст гораздо более точные результаты измерений и более адекватные результаты тестирования кабельных линий, особенно в отношении возвратных потерь. Кроме того, чтобы добиться стабильно высокой степени точности измерений, необходимо разработать простую процедуру калибровки, в ходе которой проверялись бы характеристики прибора тестирования с данным интерфейсным адаптером. Наконец, изготовителям тестеров настоятельно рекомендуется подготовить методы и артефакты, позволяющие проверять текущее состояние интерфейсных адаптеров и автоматически вносить поправки в алгоритмы измерений, чтобы обеспечить высокий уровень целостности результатов.

С принятием модели тестирования Permanent Link и реализацией совместимого с ней решения тестирования в полевых условиях конечные пользователи и специалисты по монтажу смогут получать гораздо более надежные результаты.