СКС (структурированная кабельная система)

В телекоммуникационной отрасли новые возможности приносят и новые трудности, как в случае с развитием стандартов TIA. В начале 2000 годов требования к полевому тестированию значительно изменились, так как для проверки производительности установленных кабельных соединений на витой паре стандартизирующие организации приняли на вооружение новую конфигурацию тестового соединения – Постоянная линия (Permanent Link). Русский язык велик и могуч и поэтому данный термин во временном континууме переводился по-разному и Стационарная линия, и Постоянное соединение и т.д. С вступлением российских стандартов ГОСТ Р 53245-2008 и ГОСТ Р 53246-2008, я полагаю, все будут использовать именно термин Постоянная линия (хоть ГОСТ и носит добровольный характер). В этой статье мы попытаемся рассмотреть причины принятия модели Постоянная линия, выделим ее преимущества, как для монтажников, так и для пользователей структурированной кабельной системы.

Определение канала, базового соединения и постоянной линии

Канал (Channel)

Стандарты ISO и TIA определяют Канал как непрерывную кабельную линию, по которой осуществляется передача данных между любыми двумя сетевыми устройствами. Эта линия включает как пользовательский, так и аппаратный, в случае кросс-соединения еще и коммутационные шнуры.

Разумеется, производительность сети зависит от производительности Канала. Монтажные организации, да и большинство производителей кабельных систем, редко берут на себя ответственность за производительность всего Канала со всеми его коммутационными шнурами.

Во-первых, некоторая часть установленных линий планируется для будущего расширения и не может быть использована для создания Канала в момент тестирования. Во-вторых, коммутационные шнуры для подключения оборудования обычно устанавливают уже после того, как завершается монтаж и тестирование «постоянной» кабельной проводки. Ну и в-третьих, за время срока службы кабельной системы они могут быть заменены несколько раз. Поэтому при последующем добавлении шнуров необходимо использовать качественные шнуры и шнуры того же производителя, что и установленная кабельная система в случае если мы говорим о кабельных системах класса Е (категория 6) и Е_А (категория 6А).

Базовая линия (Basic Link)

Первоначально для полевого тестирования в стандартах использовали модель — Базовая линия. Базовая линия включает в себя непрерывный кабельный сегмент, который соединяет розетку в рабочей зоне с модулем, установленным в коммутационной панели в кроссовой (максимальная длина 90 метров), а также включает тестовые шнуры для подключения кабельного тестера. Максимальная длина тестовых шнуров кабельного тестера составляет 2 метра. Пределы производительности для тестирования базовой линии рассчитывались согласно этой конфигурации и включали погрешности, вносимые двумя тестовыми шнурами тестера. Модель Базовой линии устарела и не должна использоваться для сертификации кабельных систем на соответствие требованиям современных стандартов.

Постоянная линия (Permanent Link)

Современные стандарты для проверки производительности фиксированной части установленной кабельной системы определяют модель – Постоянная линия. Постоянная линия расширяет возможности и цели, которые ставились перед Базовой линией, обеспечивая достижение сразу двух целей:

• определить конфигурацию для тестирования, которая бы оценивала характеристики стационарно установленной, фиксированной части кабельной системы как можно точнее
• гарантировать, что линию, являющейся частью инфраструктуры здания, точно можно будет преобразовать в Канал, добавив качественные коммутационные кабели.

Для достижения обеих целей конфигурация Постоянная линия оговаривает, что помехи, вносимые двумя тестовыми шнурами (адаптеров для тестирования), должны быть полностью исключены из всех результатов тестирования. Вторая цель достигается использованием на конце адаптера разъема, соответствующего точностным требованиям действующих стандартов.

На первый взгляд разница между моделями тестирования Базовой и Постоянной линии может показаться незначительной. Тем не менее, появление новых требований к параметрам тестирования, увеличивает требования и к производительности самих кабельных систем. А необходимость проверки функциональной совместимости подключаемого оборудования сделали модель тестирования Базовой линии недостаточной. Требования к производительности для Базовой линии теперь уже не найти ни в TIA/EIA-568-С, ни в ISO 11801. Кроме того, конфигурация Базовая линия никогда не включала точку консолидации, которая часто используется в кабельных системах для открытого офиса, и считается элементом фиксированной кабельной системы. Модель Постоянная линия включает в себя точку консолидации.

Наиболее важные параметры, характеризующие производительность СКС

Чтобы подтвердить, что линия соответствует стандартам, необходимо измерить и оценить ряд параметров. В левой колонке в таблице 1 перечислены измеряемые параметры; в правой колонке перечислены вычисляемые параметры. В рамках данной статьи мы остановимся на измеряемых параметрах, так как точность вычисляемых параметров зависит от точности измерения параметров перечисленных в левой колонке. Два из них – перекрестные наводки на ближнем конце (NEXT) и возвратные потери (Return Loss, RL) – являются наиболее важными для обеспечения гарантии того, что кабельный анализатор тестирует Постоянную линию точно и в полном соответствии с современными промышленными стандартами. И хотя другие параметры тестирования из правой колонки тоже важны, особенно измерение вносимых потерь (insertion loss), они не представляют большой проблемы для предоставления тестером точных результатов.

Таблица 1 Измеряемые и вычисляемые параметры

Требования к адаптерам для тестирования

В соответствии с новыми стандартами для тестирования постоянного соединения, перекрестные наводки (NEXT) и возвратные потери являются параметрами, по которым на объектах получают результат FAIL (Тест не прошел). Параметры NEXT и возвратные потери имеют одну характерную особенность, а именно чем ближе источник возмущения к точке, в которой производиться измерения, тем больше это возмущение оказывает влияние на измерения. На примере измерения возвратных потерь мы можем наглядно продемонстрировать данное утверждение.

Предположим, мы тестируем линию, которая имеет некачественное подключение в точке консолидации (ТК). Пары проводников имеют большое расплетение на конце кабеля, а сам разъем вносит в линию изменение волнового сопротивления. ТК существенно усиливает возвратные потери в тестируемой линии. ТК размещена на расстоянии 60 метров от кроссовой и в 12 метрах от розетки в рабочей зоне. Если мы измеряем, возвратные потери со стороны кроссовой, тестовый сигнал проходит расстояние в 60 метров, претерпевая существенное затухание. Изменение волнового сопротивления в ТК вызовет отражение 6% полезного сигнала. Отраженный сигнал также затухает на своем пути назад к тестеру, проходя то же самое расстояние в 60 метров. Если мы измеряем, возвратные потери со стороны рабочей зоны, тестовый сигнал проходит расстояние всего в 12 метров до ТК. Отраженный сигнал снова составляет 6%, но на этот раз сигнал прибывает в проблемную точку, будучи приблизительно в пять раз сильнее, так как он проходит всего 1/5-ую часть пути. Отраженный сигнал теперь также в пять раз сильнее и ему необходимо пройти всего 12 м (снова 1/5-ая часть пути), чтобы быть измеренным тестером. Отраженный сигнал (измеренный как возвратные потери), возникший в ТК, теперь в 25 раз сильнее по сравнению с измеренным значением возвратных потерь от этой же ТК, но измеренный со стороны кроссовой. В численном выражении значение возвратных потерь, измеренное в точке, которая находится ближе к проблемной точке, будет на 28 дБ сильнее.

Адаптеры для тестирования располагаются очень близко к первой точке измерения в линии, что будет оказывать сильное влияние на результат измерений. Целью принятия модели Постоянная линия является получение точных измерений характеристик самой только что установленной линии (исключая любые влияния адаптеров для тестирования), вот почему необходимо применение специальных адаптеров и технологий тестирования.

Измерение перекрестных наводок NEXT и FEXT

1.    Исключение влияния адаптера для тестирования

Если необходимо достичь первой цели методики измерения Постоянной линии, то адаптер для тестирования не должен вносить какие-либо NEXT или FEXT-возмущения в измерения. Компания Fluke Networks достигла этой цели с помощью двух дополнительных методик: (1) использованием качественных кабелей для изготовления самого адаптера и (2) специальных алгоритмов измерения параметров во временной области, который позволяет измерить любые перекрестные наводки в адаптере для тестирования и затем исключить их из результатов измерения. Кабельные тестеры Fluke Networks для измерения параметров во временной области используют отличные возможности, которые предоставляет цифровая обработка сигнала (DSP). Результаты этих уникальных измерений во временной области можно увидеть в диагностических средствах, которые позволяют точно определить источники перекрестных наводок в линии (HDTDX или высокоточный анализ перекрестных наводок).

2.    Функциональная совместимость

Функциональная совместимость — это вторая важная цель при тестировании Постоянной линии. Функциональная совместимость гарантирует, что дополнение линии совместимыми коммуникационными кабелями позволит получить Канал, соответствующий требуемому уровню производительности. Характеристики модулей на концах Постоянной линии оказывают значительное влияние на характеристики NEXT, FEXT и возвратных потерь всей Постоянной линии. Модель тестирования Постоянная линия включает первое и последние соединение в результаты тестов. Таким образом, соединение адаптера с модулем на коммутационной панели в кроссовой, и соединение адаптера с модулем в розетке в рабочей зоне будет оказывать влияние на характеристики тестируемой линии. Результирующий показатель NEXT всей линии очень чувствителен к характеристикам сопряженного подключения на концах постоянного соединения. Из этого наблюдения становится ясно, что разъем на конце адаптера для тестирования должен полностью соответствовать требованиям стандарта (особенно важно для кабельных систем классов Е и Еа). Измерения, произведенные с использованием строго определенного разъема, гарантируют, что модуль, установленный на конце постоянного соединения, обеспечивает функциональную совместимость с разъемами совместимых коммуникационных кабелей. Требования, предъявляемые к адаптерам для тестирования Постоянной линии категории 6, недвусмысленно утверждают:

Разъемы адаптера постоянного соединения должны соответствовать требованиям по параметру NEXT, указанным в таблице С.6 для всех комбинаций пар при измерении согласно приложению E.

Источник: TIA-568-С.2 – Приложение С. В таблицеС.6 отображены допустимый диапазон значений NEXT для не заделанного тестового разъема категории 6а.

Использование в роли адаптеров для тестирования стандартных коммутационных кабелей не может гарантировать выполнения этого требования. Даже при использовании компонент, совместимых со стандартом, сопряженное соединение между разъемом и розеткой может различаться на 3 дБ. Компания Fluke Networks разработала уникальный сменный разъем для тестирования, соответствующий «центральному» определению для модульных разъемов типа RJ-45 категории 6 (DSP-PM06) и 6а (DTX-PLA002PRP), как определено в таблице С.6. Характеристики этих разъемов для тестирования попадают в узкое окно в центре диапазона, определенного стандартами, что делает их пригодными для применения даже в лабораторных условиях. Узкий диапазон характеристик разъемов PM06 и DTX-PLA002PRP гарантирует отличную воспроизводимость результатов тестирования Постоянной линии.

Измерение возвратных потерь (return loss)

Качество и характеристики возвратных потерь в кабеле адаптера для тестирования оказывают значительное влияние на точность и достоверность результатов измерения возвратных потерь в Постоянной линии. Как упоминалось ранее, аномалии, которые находятся близко к линии, на которой производится измерения, имеют огромнейшее влияние на измерений измерения. Кабели адаптера являются наиболее близкими элементами, расположенными близко с интерфейсным разъемом тестера и точке измерений в линии.

Влияние, оказываемое коммутационными кабелями на измерения возвратных потерь является наиболее важной причиной принятия модели тестирования Постоянная линия для тестирования установленных кабельных линий. Модель четко определяет, что для получения реальных характеристик тестируемой линии любое воздействие, возникающее в коммуникационных кабелях тестера, должно быть исключено. Интерфейсный адаптер постоянного соединения сам по себе должен обладать очень хорошими характеристиками возвратных потерь.

«Очень хорошие характеристики возвратных потерь» адаптеров для тестирования описываются следующими тремя условиями:

• Волновое сопротивление (дифференциальное): очень близкое к 100 Ом
• Очень хорошие характеристики возвратных потерь
• Стабильность: стабильные во времени характеристики волнового сопротивления (после сматывания и разматывания для упаковки тестера)

Промышленные коммутационные кабели в начале эксплуатации могут показывать достаточно хорошие показатели возвратных потерь, но они не соответствуют требованию стабильности в долгосрочной перспективе, выраженной в пункте 3. Показатели возвратных потерь любого коммуникационного кабеля на витой паре непрерывно ухудшаются в ходе эксплуатации, сматывания, хранения и разматывания. Никакие методики и процедуры не помогут избежать ухудшения характеристик – это односторонний процесс. Точность измерения возвратных потерь подвергается значительному искажению, если коммуникационный кабель, «через» который тестер осуществляет измерения возвратных потерь установленного соединения, вносит существенные отражения. На коммуникационном кабеле не указываются предупреждающие знаки, что возвратные потери превысили допустимые пределы для обеспечения точных измерений параметров линии.

В процессе собственных исследований инженеры Fluke Networks проверили множество коммерчески изготовленных коммуникационных кабелей на витой паре по указанным выше трем критериям. Большинство из проверенных кабелей – это коммуникационные кабели категории 7 или класса F с индивидуальным экранированием пар проводников. Образцы наматывались на барабан диаметром приблизительно 15 сантиметров, затем сматывались и наматывались вновь некоторое количество раз. Возвратные потери кабелей измерялись после 50, 100 и 200 операций наматывания. На рисунке показано ухудшение возвратных потерь одного из лучших образцов промышленных кабелей. Как показывает иллюстрация, возвратные потери этого образца после 200 наматываний опустились на 10 дБ, что сделало его непригодным для соответствия требованиям, предъявляемым к уровню точности Level III при измерении возвратных потерь.

Чтобы разрешить эти растущие требования к точности тестеров, компания Fluke Networks разработала собственный кабель для использования в адаптерах для тестирования постоянного соединения. Сейчас доступны кабели второго поколения. Эти запатентованные кабели демонстрируют высокие показатели возвратных потерь и отличные характеристики NEXT и FEXT. Также эти кабели показывают довольно незначительное ухудшение показателей со временем. Прелесть тестовых адптеров со сменными тестовыми вилками в том, что их можно проверить при производстве, а также вместо них можно подключить опциональный калибровочный модуль. Это устройство позволяет в полевых условиях выполнять простые процедуры калибровки, восстанавливающие характеристики тестера и адаптера до состояния нового в части измерений возвратных потерь. Калибровочный модуль можно приобрести дополнительно; процедура тестирования поддерживается LinkWare™, программным обеспечением для управления результатами тестирования, поставляемым с каждым сертификационным тестером Fluke Networks. Fluke Networks рекомендует проводить калибровку адаптеров приблизительно раз в шесть месяцев.

Заключение

Преимущество модели тестирования Постоянная линия состоит в том, что эта модель гарантирует соответствие стационарной кабельной инфраструктуры запланированному уровню параметров передачи и достижение функциональной совместимости с другими стандартными компонентами. Одним из наиболее значительных преимуществ сертификации кабельных систем (модель Постоянная линия) таким способом является возможность заменять или переставлять коммуникационные патч-шнуры (проф.жаргон патч-корды), не прибегая к проверке Канала на соответствие требованиям стандартов. Это утверждение остается в силе, пока коммутационные патч-шнуры проверяются на соответствие требованиям стандартов. Тестирование патч-шнуров уже было описано в предыдущей статье Тестирование и сертификация патч-шнуров с помощью кабельного анализатор DTX.

В то же время, модель тестирования Постоянная линия имеет свои особенности и трудности в получении точных и воспроизводимых результатов при использовании обычных шнуров в качестве тестовых. Только тестовые вилки на основе печатных плат обеспечивают максимальную точность измерения рабочих характеристик Постоянной линии и полностью соответствуют требованиям стандартов, предъявляемых к тестовым вилкам, находятся в центре допустимого диапазона. Поэтому они называются центрированными, и это обеспечивает их совместимость с СКС любых производителей, которые предлагают системы, соответствующие стандартам ISO и TIA.