Тестирование проводки Категорий 5e и 6

До принятия стандарта тестирование на соответствие требованиям выше Категории 5 лучше рассматривать как оценку возможностей усовершенствованной кабельной системы.

Спецификация на тестирование четырехпарной проводки UTP на 100 МГц была принята в конце 1995 года. И по сегодняшний день Категория 5 остается наиболее жестким кабельным стандартом. Однако с того времени характеристики сетевой проводки и компонентов намного превысили в результате усовершенствований уровень Категории 5. Заказчикам теперь приходится сталкиваться с такими определениями кабельной системы, как "усовершенствованная", "улучшенная" и "высокопроизводительная", т. е. что она превосходит возможности Категории 5 и расширяет рабочий диапазон частот.

Такая ситуация ставит несколько важных вопросов — от "Что покупать и устанавливать?" до "Как протестировать компоненты и инсталляцию в целом?". Из-за отсутствия стандартов на электрические характеристики высокопроизводительных кабельных систем пользователи пребывают в неведении относительно соответствия своей кабельной проводки требуемому уровню производительности. Сможет ли их проводка поддерживать в будущем все возрастающие скорости передачи данных по сети, если она протестирована только на соответствие стандартам Категории 5? Какие тесты следует выполнить помимо стандартных для Категории 5? Какие ожидаемые сетевые стандарты предполагают проведение тестирования на более высоком уровне? Ответить на эти и многие другие вопросы невозможно без понимания того, чем вызван спрос на системы с характеристиками лучше, чем у Категории 5, и какие дополнительные шаги требуется предпринять в отношении кабельной системы в целях обеспечения ее гарантированной работоспособности при ужесточении требований.

Направляющая сила

Возлагаемая на сеть нагрузка продолжает возрастать ввиду роста числа пользователей и появления новых приложений типа потокового видео. Вряд ли число пользователей или сложность приложений уменьшится, поэтому, не боясь ошибиться, мы можем считать, что требования к сетевой проводке будут продолжать возрастать и в дальнейшем. Организациям по стандартизации хорошо известны эти тенденции, и они рассматривают предложения на спецификации с характеристиками лучше, чем у Категории 5, так как будущие сверхвысокоскоростные сети передачи данных смогут работать, только если диапазон рабочих частот будет увеличен.

Таблица 1. Различия в категориях кабеля

За пределами категории 5

Организации по стандартизации, в том числе TIA/EIA и ISO/EIC, подготавливают стандарты с характеристиками лучше, чем у Категории 5. Это является прямым ответом на требования разрабатываемых и ожидаемых сетевых стандартов, а также признанием значительного усовершенствования сетевых кабелей и соединителей за последние несколько лет. Новые стандарты будут описывать Усовершенствованную Категорию 5 (Category 5e), Категорию 6 и Категорию 7. Различия в характеристиках каждой из специфицируемых категорий представлены в Таблице 1.

Категория 5 поддерживает большинство имеющихся типов сетей, таких, как 100BaseT (Fast Ethernet) и ATM на 155 Мбит/с, но она не описывает тестовых параметров, без соблюдения которых поддержка новых сетевых технологий, например 1000BaseT (Gigabit Ethernet), окажется невозможной.

Категория 5e будет непосредственно удовлетворять требованиям Gigabit Ethernet. TIA и IEEE совместно работают над определением стандарта на Категорию 5е с учетом требований Gigabit Ethernet к среде передачи.

Категория 6 включает все параметры Категории 5е, но она расширяет диапазон тестируемых частот до 200 МГц, значительно превосходя требования Категории 5. (IEEE предложила расширить диапазон тестируемых частот до 250 МГц для классификации линий, у которых характеристики при 200 МГц близки к предельно допустимым.) Скорее всего, Категория 6 станет последним — и наиболее требовательным — стандартом для четырехпарных кабелей UTP с соединителями RJ-45. Как и Категория 5е, Категория 6 предназначена для поддержки разрабатываемых сетевых стандартов типа Gigabit Ethernet. Категория 6 будет предусматривать механизм сертификации на соответствие уровню, намного превосходящему Категорию 5. Она дает гарантию, что кабельная инфраструктура будет поддерживать будущие сети, даже если им потребуется диапазон рабочих частот, больший 100 МГц.

О Категории 7 мы пока можем только сказать, что она не будет представлять собой, так как ее спецификация находится еще в младенческом состоянии. Категория 7 не будет использовать UTP (следовательно, ее тестирование будет производиться в соответствии с параметрами экранированной проводки). Оконцовка кабелей не будет выполняться с помощью RJ-45 ввиду ограниченности поддерживаемого этими соединителями диапазона частот. Категория 7 будет не только поддерживать разрабатываемые высокоскоростные технологии, но и удовлетворять намного более высоким требованиям к диапазону рабочих частот будущих сетей.

Рисунок 1. Передача данных по четырем парам одновременно.

Сетевые стандарты, кабельные стандарты и сертификация проводки

Современные высокоскоростные сети требуют, чтобы кабельная инфраструктура соответствовала как минимум характеристикам Категории 5. Сертификация Категории 5 предполагает тестирование на соответствие следующим кабельным/электрическим параметрам на частотах до 100 МГц.

Схема соединений (Wire Map). Тест схемы соединений состоит в определении сквозных соединений терминированного кабеля. Он позволяет также обнаружить физические разрывы и замыкания в проводке и установить правильность подключения витых пар.

Длина (Length). Этот тест предполагает определение электрической длины тестируемого сегмента. Измерения длины необходимы для проверки соблюдения ограничений на максимальную длину линии. Превышение максимальной протяженности линии из конца в конец может привести к чрезмерной задержке распространения и/или погонному затуханию, а это, в свою очередь, приведет к ухудшению работы сети.

Погонное затухание (Attenuation). Данная величина, измеряемая в децибелах (дБ), служит мерой потерь сигнала в кабеле. Удаляясь от источника передачи, сигнал ослабевает. Если сигнал уменьшается (затухает) значительно, то он может оказаться невосстановимым на дальнем конце. Затухание находится в прямой зависимости от протяженности кабеля, частоты, на которой данные передаются, и, до некоторой степени, от температуры кабеля.

Переходное затухание на ближнем конце (NEXT). Измерения NEXT (в дБ) показывают, в какой мере передаваемый сигнал влияет на соседнюю пару. Такое нежелательное влияние сигнала одной пары на другую может внести возмущение или исказить полезный сигнал. Как следует из названия теста, NEXT измеряется на ближнем, т. е. на ближайшем к передаваемому сигналу конце. Стандарты рекомендуют выполнять двунаправленное тестирование переходного сигнала, т. е. на ближнем (NEXT) и дальнем (FEXT) концах. При тестировании NEXT измерения производятся попарно, т. е. каждая пара тестируется на переходное затухание относительно другой пары (см. Рисунок 2). Потери NEXT возрастают с увеличением частоты передачи.

Рисунок 2. Попарное переходное затухание на ближнем конце.

Этих четырех параметров вполне достаточно для адекватного измерения характеристик проводки на соответствие требованиям современных сетей. Однако усложнение схем передачи данных влечет за собой усложнение методик сертификации проводки, а это, в свою очередь, вызывает усложнение кабельных тестеров. Недавно появившиеся кабельные тестеры работают на частотах свыше 200 МГц и учитывают новые параметры тестирования кабеля. Эти тестеры следующего поколения намного сложнее и мощнее, чем тестеры Категории 5 первого поколения. Им предназначается важная роль в последующих сертификациях кабельных систем на категорию выше пятой.

Сертификация на категорию выше пятой предполагает тестирование на соответствие вышеописанным, а также нескольким новым параметрам.

Отношение сигнал—шум (ACR). ACR — это не какой-то новый тест, а скорее сравнение переходного и погонного затухания. Выражаемое в децибелах, это соотношение равняется арифметической разнице между NEXT и затуханием. ACR является важной характеристикой, причем она говорит о возможностях кабеля больше, чем NEXT или затухание сами по себе.

Задержка распространения/перекос задержки (Propagation Delay/Delay Skew). Измеряемая в наносекундах, задержка распространения характеризует время, за которое электрический сигнал проходит от передатчика до приемника. Перекос задержки — это разница во времени между прибытием первого сигнала по одной паре и последующими сигналами по оставшимся парам. Избыточная задержка или перекос задержки отрицательно сказываются на работе сети, особенно в случае таких схем передачи, как Ethernet, где информационные сигналы должны поступать практически одновременно.

Суммарное переходное затухание на ближнем конце (PowerSum Next). Данная величина (в дБ) вычисляется арифметически на основании шести результатов попарных измерений переходного затухания. PowerSum NEXT отличается от NEXT тем, что оно характеризует наведенный сигнал на данной паре со стороны трех оставшихся пар (см. Рисунок 3). Этот тест приобретает важное значение, когда передача осуществляется по всем четырем парам, как в Gigabit Ethernet.

Рисунок 3. PowerSum Next характеризует влияние на сигнал всех соседних пар.

Возвратные потери (Return Loss). Возвратные потери (в дБ) служат мерой равномерности импеданса кабеля. Изменения импеданса кабеля могут вызвать нежелательные отражения сигнала или эхо, накладывающееся на передаваемый сигнал.

Переходное затухание на дальнем конце (Far End Crosstalk, FEXT). Данная величина аналогична по своей сути NEXT, но FEXT измеряется на противоположном от передаваемого сигнала конце. Погонное затухание сигнала сказывается на FEXT в гораздо большей степени, чем NEXT, так как FEXT измеряется на дальнем конце кабеля, где затухание сигнала является наибольшим. Поэтому измерения FEXT служат гораздо более важным индикатором характеристик кабеля, когда учитывается погонное затухание. Сравнительное измерение FEXT и затухания называется приведенным переходным затуханием на дальнем конце (Equal-Level FEXT, ELFEXT). ELFEXT — это арифметическая разность между FEXT и затуханием. Знание ELFEXT необходимо в случае, когда кабельные линии предназначены для поддержки полнодуплексной передачи по четырем парам.

Спецификация Категории 5е объединяет эти новые тесты с уже определенными, предоставляя таким образом дополнительную информацию о характеристиках кабеля Категории 5. Категория 6 делает еще один шаг (большой шаг!) вперед за счет расширения тестируемого диапазона частот до 200 МГц, что в два раза больше стандартного диапазона частот Категории 5.

Тестирование на более высоких частотах вместе с введением новых измеряемых параметров означает, что для соответствия Категории 6 кабельная система должна обладать превосходными характеристиками. Кабель и компоненты должны быть согласованы на всем протяжении линии для того, чтобы она отвечала требованиям более строгого стандарта. Компоненты нельзя будет больше комбинировать произвольным образом, если вы хотите иметь систему Категории 6. Помимо выбора компонентов многое будет зависеть от методов и практики монтажа, иными словами, требования к знаниям и умениям инсталляторов станут намного более жесткими.

Что тестировать?

Число инсталляторов и конечных пользователей высокопроизводительной сетевой проводки увеличивается. Это ставит логичный вопрос о том, что следует тестировать. Возможна ли сертификация на соответствие непринятому стандарту? Ответ однозначный — нет. Сертификация означает, что результаты тестов укладываются в рамки, определенные принятым стандартом. При отсутствии стандарта на новые тестовые параметры, а также на частоты свыше 100 МГц сертификация на соответствие уровню выше, чем Категория 5, невозможна. Однако если вы устанавливаете проводку с характеристиками, превосходящими Категорию 5, то она наверняка обойдется вам дороже. Единственный способ проверить, что вы получили то, за что платили, — это тестирование.

Тестирование само по себе не означает сертификации. Сертификация возможна только в том случае, когда результаты тестов сравниваются с ратифицированным стандартом. Однако тестирование позволяет определить важные электрические характеристики передачи, значение которых будет играть немаловажную роль с увеличением скорости передачи сети. Показания кабельного тестера важны не сами по себе, а в сравнении с принятыми допусками Категории 5, а также с предполагаемыми допусками Категории 5е или 6.

Для оценки линий с улучшенными характеристиками рекомендуются следующие тесты. Это не означает, что если указанные тесты проведены, то проводка может быть сертифицирована на соответствие уровню Категории 5е или 6, но они позволяют установить относительные электрические характеристики кабельной системы. Эти тесты являются дополнительными по отношению к принятым для сертификации Категории 5.

Расширение тестируемого диапазона частот до 250 МГц. Некоторые из новейших кабельных тестеров могут производить тестирование на частотах свыше 100 МГц. Если у вас есть подобный тестер, то предоставляемая им информация будет нелишней.

Тест на наличие запаса. Сравнить измеренные характеристики кабеля с требованиями стандарта на Категорию 5 не составляет труда. Подобное измерение называется тестом на наличие запаса. Запас вычисляется как разница между предельно допустимым стандартом значением и реальным результатом теста. Чем выше запас (т. е. чем больше значение в дБ), тем лучше характеристики кабеля.

Тест на отношение сигнал—шум. ACR характеризует рабочий диапазон кабеля. Особый интерес представляет определение частоты (в МГц), при которой значение ACR равняется 10 дБ. Это значение считается минимально допустимым для эффективной передачи данных, когда процент ошибок (Bit Error Rate, BER) находится в приемлемых пределах. Если значение ACR в 10 дБ достигается на частоте 185 МГц, то такой кабель имеет гораздо лучшие характеристики, чем кабель со значением ACR в 10 дБ на частоте 100 МГц (предельно допустимое значение для Категории 5). Для Категории 6 значение ACR в 10 дБ должно достигаться при частоте 200 МГц. Поэтому проводку имеет смысл протестировать по крайней мере на частотах до 200 МГц (IEEE рекомендует до 250 МГц).

Тест с использованием PowerSum. Грядущими сетевыми стандартами будет, скорее всего, предусматриваться использование всех четырех пар для полнодуплексной передачи, поэтому вам понадобится кабельный тестер с возможностями определения величины PowerSum. Эти измерения позволят проверить, что переходное затухание от нескольких возмущающих пар находится по крайней мере в допустимых для Категории 5 пределах.

Тест на задержку распространения и перекос задержки. Этот тест необходим для правильного функционирования сетей Ethernet сегодня и в будущем. Результат теста можно сравнить с предварительными требованиями для Категории 5е и Категории 6.

Необязательное дополнительное тестирование. Предварительные спецификации на Категорию 5е и Категорию 6 (Таблицы 2 и 3) предусматривают измерение возвратных потерь и ELFEXT. Надо, однако, заметить, что ни один из этих тестов не предусматривается каким-либо принятым стандартом на проводку внутри здания, поэтому какие-либо критерии для классификации тестируемой линии отсутствуют, в особенности когда кабель и компоненты не соответствуют ожидаемому уровню производительности.

Таблица 2. Допустимые значения для конфигурации Basic Link Категории 6

Таблица 3. Допустимые значения для конфигурации Basic Link Категории 5е

Одно предостережение

Важно помнить, что сертификация на соответствие требованиям Категории 5е или 6 пока невозможна, потому что стандарты еще не были приняты. Тестирование на соответствие уровням выше Категории 5 лучше рассматривать как проверку характеристик или оценку усовершенствованной кабельной системы. Браковка линии только потому, что она не отвечает предполагаемым спецификациям Категории 5е или 6, не вполне оправдана, потому что предварительные допуски и/или новые тестовые параметры могут и не попасть в окончательный вариант стандарта. Наилучшим решением как для инсталляторов, так и для конечных пользователей является повторное тестирование линий с улучшенными характеристиками после ратификации соответствующих стандартов.

А монтажники кто?

Усовершенствованные кабельные системы имеют значительно лучшие характеристики, чем проводка Категории 5. Вместе с тем пользователи сталкиваются при этом с опасностью, что отличные характеристики компонентов могут скрыть недостатки монтажа кабельной системы. Где обычный кабель Категории 5 должен устанавливаться с осторожностью для прохождения сертификационных тестов, там новейшие продукты проходят те же самые тесты без проблем.

Так как спецификация Категории 5 не позволяет полностью протестировать возможности усовершенствованной кабельной системы, качество монтажа приобретает чрезвычайно важное значение. Следование правильным методам инсталляции позволяет во многом гарантировать, что проводка будет соответствовать требованиям будущих сетей.

Повторная сертификация

Повторная сертификация после принятия новых стандартов на тестирование в интересах как конечных пользователей, так и инсталляторов, даже если кабель был первоначально протестирован на соответствие уровню выше Категории 5. Она является единственным способом гарантировать соответствие стандарту.

Качественный монтаж вкупе с пониманием разрабатываемых кабельных тестов и их влияния на процесс тестирования/сертификации имеет важнейшее значение для поддержки будущих сетей. Полевые сертификационные приборы типа LANcat System 6 от Datacom Textron являются ключевым слагаемым успеха при создании сети завтрашнего дня.

Изменения в сертификации проводки в связи с 1000BaseT

Комитет по стандартизации IEEE 802.3 определяет сигнализацию Ethernet для передачи по коаксиалу, витым парам и оптике. Принятые скорости передачи составляют 1, 10 и 100 Мбит/с. В настоящее время он разрабатывает стандарт для передачи данных со скоростью 1000 Мбит/с по оптическому и медному кабелю (стандарт для оптических кабелей уже принят — прим. ред.). Цель рабочей группы 802.3 состоит в разработке стандарта на передачу со скоростью один гигабит в секунду по проложенной четырехпарной медной проводке Категории 5 на частотах до 100 МГц.

Схема сигнализации весьма сложна. Если Fast Ethernet (100 Мбит/с) предусматривает прием и передачу только в одном направлении, причем одна пара используется для передачи, а одна — для приема (две пары, полудуплексный режим), то Gigabit Ethernet будет использовать все четыре пары с одновременной передачей в обоих направлениях (четыре пары, полнодуплексный режим). Вследствие сложности 1000BaseT кабельную среду передачи требуется протестировать на соответствие электрическим характеристикам, не определяемым для имеющихся топологий.

• PowerSum (три возмущающие пары) приобретает важное значение ввиду того, что все четыре пары оказываются задействованы одновременно. Тестирование PowerSum не заменяет попарные измерения переходного затухания, а дополняет их.
• Возвратные потери или эхо сигнала необходимо тестировать потому, что нежелательная отраженная передача может исказить полезный информационный сигнал.
• Переходное затухание на дальнем конце (FEXT) становится жизненно важной характеристикой ввиду наличия нескольких получателей на дальнем конце.
• Задержка/перекос задержки являются обязательными параметрами при параллельных схемах передачи. Данные должны поступать на принимающей стороне практически одновременно в пределах допустимого отклонения по времени.

Fast Ethernet в сравнении с Gigabit Ethernet

Статья опубликована с разрешения журнала сетевых решений "LAN", №02 1999