Ж у р н а л   о   к о м п ь ю т е р н ы х   с е т я х   и   т е л е к о м м у н и к а ц и о н н ы х   т е х н о л о г и я х
СЕТИ И СИСТЕМЫ СВЯЗИ on-line
  ПОИСК: ПОДПИСКА НА НОВОСТИ: НОМЕР:
    ДОМОЙ • Архив: Новостей | Конференций | НомеровПодписка
 
   
 
   
    
РЕДАКЦИЯ
 
Все о журнале
Подписка
Как проехать
Где купить
Отдел рекламы
График выхода журнала
Адреса в Интернет

РУБРИКАТОР
   
• Инфраструктура
• Информационные
   системы

• Сети связи
• Защита данных
• Кабельные системы
• Бизнес
• Колонка редактора
• Электронная
   коммерция

• Только на сервере
• Системы
   учрежденческой
   связи

• Новые продукты


Rambler's Top100

  

ЭМС и Европейская Директива

А. А. Воловодов

На подготовку Европейской Директивы по электромагнитной совместимости (ЭМС) ушло почти четыре года.

С 1 января 1996 г. она наконец-то приобрела статус закона, которому обязаны следовать все члены Европейского Экономического Сообщества (ЕЭС), чтобы свести к минимуму проблемы электромагнитной совместимости.

Директива ограничивает довольно жесткими рамками одно из явлений, которое, как говорится, не дано нам в ощущениях, но играет все более заметную роль в жизни общества. Имеются в виду пронизывающие всех нас электромагнитные поля и их негативное воздействие на различные технические устройства. Проблема влияния электромагнитных полей на человека в данном своде законов не была рассмотрена. Однако допустимые уровни излучений определялись исходя из обеспечения приемлемых условий работы и проживания человека. С этой точки зрения наиболее жесткие ограничения введены для устройств, работающих в жилых помещениях.

Относится ли Директива к кабельным системам?

Применение указанного законодательства к производству и поставкам отдельных электрических и электронных устройств определено достаточно четко. Что же касается владения, эксплуатации и модификаций систем, соединяющих различные устройства, элементы которых приобретаются в различное время и у разных производителей, то здесь ситуация не столь очевидна. Более того, структурированные кабельные системы (СКС), построенные по общепризнанным международным и национальным стандартам, должны эксплуатироваться не менее десяти лет. За это время могут появиться новые приложения, которые не были учтены интеграторами, спроектировавшими и установившими кабельную систему. Это делает проблему влияния Директивы ЭМС как на СКС, так и на существующее и разрабатываемое активное сетевое оборудование еще более актуальной.

Какова же роль кабельных систем? Начнем с понятия "установка". Директива ЭМС трактует его так: "Установка — это объединенные между собой блоки оборудования или системы, собранные в заданном месте для выполнения определенных функций, но не предназначенные для рыночного тиражирования в качестве единого функционального блока".

Согласно данному определению, одним из "строительных блоков" установки является кабельная система. Основная функция последней — передача электрических сигналов. Кабельная система, будучи функциональным блоком сети, в то же время объединяет различные элементы активного оборудования только в заданном месте, и всякий раз уникальным образом, т. е. имеет признаки установки. Такая ее двойственность объясняется следующим: кабельная система, состоящая только из пассивных элементов, не может излучать электромагнитную энергию. С этой точки зрения она не подпадает под действие Директивы. Однако, объединяя активные устройства, эта система способна как излучать, так и подвергаться воздействию излучений. В этом смысле кабельная система, как и все ее элементы, должна соответствовать требованиям Директивы ЭМС.

Что определяют стандарты по ЭМС?

Два положения согласованных стандартов служат критерием при оценке излучений и характеристик электромагнитной устойчивости всего электронного оборудования, кроме специально оговоренных условий. Стандарты EN50081-1 и EN50081-2 регламентируют допустимые уровни излучений, а стандарты EN50082-1 и EN50082-2 освещают вопросы устойчивости к воздействию излучений. Документы, в номерах которых после дефиса стоит цифра 1, разработаны для жилых и коммерческих помещений, а с цифрой 2 — для тяжелой промышленности. Стандарты, касающиеся элементов, систем и сетей, описаны в двух других документах: ITE prEN55024 — "Оборудование для информационных технологий" и ITE EN55022 — "Пределы и методы измерений характеристик радиочастотных воздействий на оборудование информационных технологий". Оба они дополняют часть разделов Директивы.

Требования Директивы ЭМС к электромагнитным излучениям направлены на ограничение влияния элементов, систем или сетей при их нормальном функционировании на электромагнитную окружающую среду. Примером, иллюстрирующим необходимость ограничения излучений, является влияние мобильных телефонов на работу радио- и телевизионных приемников, компьютеров или сетей передачи данных.

Стандарты, определяющие требования к электромагнитной устойчивости, рассматривают воздействия трех видов:

· электростатические разряды, вызванные разностью потенциалов, возникающей в результате трения разнородных предметов или бомбардировки пучком электронов экрана электроннолучевой трубки;

· скачки напряжения;

· радиочастотные поля.

Иными словами, этими стандартами определены требования к допустимым уровням электромагнитных излучений, возникающих в электрических силовых и информационных цепях, а также требования к приложенным и наведенным напряжениям и разрядам, которые не должны выводить из строя элемент, систему или сеть.

В локальных сетях, где используются высокоскоростные протоколы передачи данных, внешние электромагнитные поля могут вызвать целый ряд проблем, рассматриваемых Директивой ЭМС и приводящих к существенному ухудшению работы приложений, потере данных, полному отказу системных или прикладных программ, выходу оборудования из строя. В реальных условиях для устранения их последствий, приходится ограничивать длину базовых линий1 и каналов2 для уменьшения расстояний передачи данных.

С точки зрения ограничения уровней собственных излучений кабельные системы в Директиве поставлены в более жесткие рамки. Это не случайно, так как указанные ограничения призваны устранить потенциальную угрозу здоровью людей, возникающую в результате длительного воздействия радиоизлучений от проложенных в офисных помещениях кабелей. Сотрудники современных офисов такими "антеннами" окружены практически со всех сторон.

Директива принята законодательными органами всех стран ЕЭС и является обязательной для производителей, интеграторов и даже пользователей. В США действует аналогичное законодательство, разработанное Федеральной комиссией связи.

Кто "отвечает" за электромагнитную совместимость?

Безусловно, от производителей сетевого оборудования требуется соблюдение требований Директивы ЭМС. Однако забота о соответствии сети в целом Директиве возлагается на системного интегратора.

Проектировщик/системный интегратор контролирует соответствие электромагнитных параметров каждой части сети, введенной в эксплуатацию. С этой целью он должен проверить совместимость активного оборудования с конкретной кабельной системой и кабельной системы, в свою очередь, — с этим оборудованием.

Владелец сети в более широком смысле отвечает за правильный выбор тех или иных производителей. Ведь теперь правилами Европейского Сообщества (ЕС) за нарушение стандартов предусмотрено наказание. Это может быть крупный штраф, запрет на продажу изделия или тюремное заключение.

Соответствуют ли существующие сети Директиве ЭМС?

Если вы планируете выжать максимум возможностей из сети Ethernet, работающей со скоростью 10 Мбит/с, то, вероятно, проблемы излучения и ЭМС будут волновать вас меньше всего. Скорее сначала вы столкнетесь с просьбами пользователей увеличить ширину полосы пропускания сигналов для их приложений. Но, если, как большинство сетевых профессионалов, вы намерены сейчас или в скором времени устанавливать или эксплуатировать сети, поддерживающие высокоскоростные протоколы, учет требований стандартов, определяющих уровни излучений и влияние помех, будет так же важен для успешного монтажа системы, как и выбор качественных сетевых интерфейсных карт. В этом случае вам обязательно нужно иметь представление о том, какая кабельная система и в какой степени будет соответствовать положениям Директивы ЭМС.

Руководствуясь этим, компания ITT Cannon Network Systems & Services (далее ITT Cannon) провела в независимой лаборатории серию тестов с целью сравнения показателей электромагнитной совместимости экранированной СКС ISCS (произносится как "айсис") и СКС, построенной на НВП-кабелях категории 5 (НВП — неэкранированная витая пара). Обе системы работали по двум высокоскоростным протоколам передачи данных: АТМ155 (в режиме асинхронной передачи данных со скоростью 155 Мбит/с) и 100Base-TX (по стандарту Fast Ethernet 100 Mбит/с). Ниже приведены результаты тестирования и выводы о соответствии экранированных и неэкранированных систем требованиям Директивы ЭMC. Первый тест был проведен в мае 1995 г. лабораторией NAMAS — организацией, аккредитованной для проведения испытаний элементов и систем на ЭМС. Во время измерений проверялось соответствие систем требованиям электромагнитной устойчивости Директивы ЭМС при использовании протокола ATM 155.

Устойчивость к воздействию радиоизлучений

Чтобы смоделировать конфигурацию, использующую высокоскоростное приложение, была установлена компьютерная сеть на базе ОС Windows NT путем объединения концентратора ATM Fore Systems ASX200 (с четырьмя портами 155,52 Мбит/с) и двух ПК Compaq Deskpro 486/66s с сетевыми интерфейсными картами Fore Systems ESA 200 PC EISA 155,52 Мбит/с и совместимыми сетевыми драйверами. Первый эталонный ПК был подключен к концентратору с помощью соединительного кабеля длиной 5 м, а второй, контрольный ПК — с помощью канала СКС длиной 100 м (линейный кабель3 длиной 90 м плюс два соединительных по 5 м каждый). Таким образом, контрольный ПК позволял проверять влияние радиоизлучений и скачков напряжения на функционирование СКС.

Следует отметить, что подобные испытания можно проводить только в специально оборудованных лабораториях. Чтобы создать электромагнитное поле заданной величины, необходимо решить две основные задачи.

Первая — связана с внешними помехами. Их нужно исключить. Для этого все оборудование и кабели размещают в надежно экранированной и заземленной комнате. Более того, испытательные лаборатории находятся, как правило, за городом, чтобы, насколько это возможно, удалить тестовую установку от всех действующих и потенциальных источников помех.

Вторая задача состоит в устранении отражения электромагнитных волн в помещении. Это достигается отделкой стен, потолка и пола радиопоглощающим материалом в виде пирамид. Стандарт, определяющий методику измерений (EN 61000-4—3 от 1996 г.), допускает частичную эхоизоляцию, при которой пол комнаты можно оставить без радиопоглощающего покрытия. На рис. 1 дана фотография защищенной от электромагнитных излучений комнаты с таким покрытием.

В зону излучения помещали оборудование, соединенное кабельным каналом.

При тестировании на устойчивость к воздействию радиочастотных полей экранированная и неэкранированная системы подвергались облучению сигналом, энергия которого сконцентрирована в пяти полосах частот в диапазоне 27—500 МГц. В течение каждого из семи сеансов измерений пользователи обменивались видеофайлами в формате Microsoft Video for Windows через сеть, включающую сначала неэкранированный канал категории 5, а затем экранированный канал категории 5 системы ISCS. Каждая конфигурация проверялась на соответствие требованиям Директивы ЭМС, предъявляемым к радиочастотным полям и переходным процессам, а видеоклипы контролировались на предмет ухудшения качества визуально и по ряду параметров, характеризующих потери производительности. Инструментально целостность данных определялась подсчетами ошибок на каждом порте и числа ячеек, переданных с ошибками. Напряженность электромагнитного поля была равной 3 В/м. В соответствии с Директивой ЭМС данный уровень является нормативным для коммерческих помещений.

При проведении измерений по наиболее строгому критерию — А4 стандарта EN50082-1 выяснилось, что неэкранированный канал категории 5 давал сбои в каждой полосе частот, что соответствует неудовлетворительной оценке. Экранированный канал категории 5 в каждой полосе частот давал нулевое число ошибок. Относительная частота ошибок на одну ячейку для сетей с НВП- и ЭВП-проводкой представлена на рис. 2 (ЭВП — экранированная витая пара).

Ошибки при передачах байтов (BIP) и блоков (FEBE) выявлялись путем сравнения значений контрольных взаимосвязанных битов (одного или нескольких) с расчетными суммами соответствующих битов и блоков. Что это означает на практике? Поля напряженностью несколько вольт на метр — это реальный уровень излучений в офисной среде (работа радиотелефонов, систем микросотовой связи, радиоудлинителей). Например, в близко расположенных кабелях радиотелефон создает наводки напряженностью поля до 10 В/м. Для сравнения укажем, что радиочастотное поле радиолокатора достигает 100 В/м, а вблизи силовых линий электропередач — 10 кВ/м. Что происходит с компьютерной сетью, подверженной влиянию электромагнитных помех? Получив пакеты данных с ошибками, сетевое оборудование передает их повторно, что увеличивает нагрузку на сеть и время доставки сообщений; приложения, передающие данные в режиме реального времени, начинают работать с задержками; при увеличении числа ошибок сетевые программы дают сбой. Поскольку внешние шумы имеют самое разное происхождение, поиск причин нарушений и отказов сети может оказаться делом сложным и дорогостоящим.

Компания ITT Cannon организовала многочисленные измерения систем разных производителей, проведенные в лабораториях США, Англии и Дании. Ни одна из неэкранированных систем не обеспечила "иммунитет" от электромагнитных помех с напряженностью поля, установленного Директивой (3 В/м). В то же время системы, где используются кабели с экраном из фольги, до уровня напряженности 8—10 В/м работали нормально. Кстати, это значение напряженности поля определяется Директивой как нормативное при работе системы в промышленной среде. В ходе испытаний осенью этого года экранированная система ISCS компании ITT Cannon продемонстрировала невосприимчивость к наводкам с напряженностью поля 15 В/м, а экранированная система GIGAPATH5 (второе поколение ISCS) — 25 В/м.

Устойчивость к перепадам напряжения

Вторая серия тестов была организована с целью определения устойчивости информационных кабелей к скачкам напряжения в силовой сети по критерию В стандарта EN50082-1. Директивой ЭМС предусматривается, что элемент, система или установка должны противостоять перепадам напряжения как в системе питания, так и в сигнальной системе. Методика испытаний предусматривала два способа подачи импульсов напряжения — электрическое соединение и электростатическая наводка.

С помощью первого способа проверялись силовые кабели, а с помощью второго — информационные. Напряжение положительной и отрицательной полярности величиной 1 кВ, создаваемое генератором импульсов, последовательно подводили к кабелям электропитания монитора контрольного ПК, системного блока последнего и концентратора ATM. На кабели воздействовали серией импульсов в течение 1 мин.

Напряжение 500 В от генератора импульсов подавалось в течение 1 мин через емкостной зажим на сигнальный (информационный) кабель. Этот зажим сначала размещался на расстоянии 1 м от концентратора ATM, а затем — на таком же расстоянии от контрольного ПК. В обоих случаях параметры передачи данных по кабельному каналу измеряли количественно, что оценивалось по критерию B.

НВП-система категории 5 прошла испытания только в одном частотном диапазоне, когда импульсы наведенного напряжения были поданы на информационный кабель контрольного ПК. Экранированная СКС ISCS в полной мере выдержала все тесты на устойчивость к воздействию скачков напряжения.

Воздействие излучений на сеть Fast Ethernet

В этой серии тестов были исследованы экранированная система ISCS и неэкранированная система категории 5 по протоколу 100Base-TX (Fast Ethernet).

Сначала измерялись электрические наводки в каждой паре кабелей под воздействием радиоизлучения. Кабели подключали через согласующие трансформаторы (в нашем примере через North Hills 0322BF к осциллографу HP54111D). А 10 м кабеля проложили в защищенной от помех эхопоглощающей камере. Сам канал заканчивался подключением ко второму согласующему трансформатору. Контрольная часть кабеля системы ISCS была подвергнута воздействию радиочастотных полей напряженностью 3 и 10 В/м в диапазоне частот 30—200 МГц. Контрольный отрезок неэкранированного кабеля категории 5 испытывался в более "щадящем режиме" как по уровню напряжения, так и по диапазону частот — напряженность полей равнялась только 3 В/м в диапазоне частот 30—128 МГц.

В последующих испытаниях сегмент кабеля длиной 10 м был проложен от концентратора 100Base-TX через экранированную эхопоглощающую камеру (изолирующую его от внешних помех) к персональному компьютеру Hewlett-Packard 486/66, содержащему сетевую интерфейсную карту 100Base-TX. Этот изолированный сегмент кабеля был подвергнут воздействию полей такой же напряженности, как и в начальных тестах.

В ходе испытаний удалось получить два существенных результата. Во-первых, уровень наводок в неэкранированной системе категории 5 оказался больше, чем в экранированной системе ISCS, даже при значительно меньшей напряженности радиочастотного поля. Из этого следует, что устойчивость к воздействию радиочастот в неэкранированных сетях гораздо ниже, чем в экранированных (см. диаграммы на рис. 3). Во-вторых, при отсутствии сетевого трафика концентратор сети, выполненной на НВП-кабелях, в некоторых частотных полосах показал загрузку сети более 80%. Такой уровень шума в системе приводит к нарушению целостности данных и вызывает другие проблемы.

Как видно из диаграмм, наибольший уровень наводок был зафиксирован на проводах 3—6, т. е. на третьей паре. Это объясняется тем, что проводники данной пары монтируются не на соседние контакты коннектора, а с внешней стороны контактов 4—5 первой пары6. В результате баланс третьей пары оказывается наихудшим, а наводки в ней — наибольшими. Уровень наводок в неэкранированной системе при напряженности поля 3 В/м оказался в 5—10 раз выше, чем в экранированной.

Метод передачи сигналов MLT-3, применяемый в сетях 100Base-TX (и TP-PMD), предусматривает многоуровневое кодирование и использование всех пар, что позволяет передавать данные со скоростью 100 Мбит/с в более узкой полосе частот. Так что на частотах выше 60 МГц энергетическая плотность сигнала мала. Сигналы низкого уровня приводят к существенному росту ошибок.

***

Почему так сильно различаются две кабельные системы?

Коротко на этот вопрос можно ответить так: электрическая балансировка кабеля, как основное решение, которое используется для уменьшения излучения и улучшения характеристик устойчивости для НВП-кабелей категории 5, не является оптимальной при передаче аналоговых сигналов и цифровых сигналов на высоких частотах.

Теоретически балансировка кабеля уменьшает восприимчивость к внешним электромагнитным полям. Однако на практике изготовить достаточно сбалансированные кабели почти невозможно. Кроме того, деформации их и оснащение разъемами при монтаже оказывают неблагоприятное воздействие на общую сбалансированность системы. Добавьте к этому и то, что балансировака сигнала типичного передатчика не может быть лучше 50 дБ. Качество балансировки сигналов активным оборудованием вообще находится вне контроля изготовителей кабельной продукции. При этом аргументы в пользу обеспечения ЭМС лишь балансировкой кабеля становятся неубедительными. Собственная несбалансированность сигналов ухудшает значение параметра сигнал/шум. Кабельные системы, построенные, например, на базе экранированных кабелей типа 1 компании IBM или на кабелях с индивидуальным экранированием пар, могут существенно снизить восприимчивость сетей к воздействию электромагнитных полей.

Технология экранирования электропроводящих кабелей предлагает системным интеграторам и владельцам сетей надежную защиту против излучений собственных систем и решение проблем, связанных с электромагнитной устойчивостью.





  
12 '1997
СОДЕРЖАНИЕ

колонка редактора

• Старая песня о главном

локальные сети

• Средства кластеризации серверов Windows NT

• Главный недостаток Windows NT в России, или Почему я за архитектуру клиент—сервер

• Серверы NetWare в зеркальном отражении

• ЭМС и Европейская Директива

• Оценка эффективности работы персонала

• Novell Education: кузница сетевых инженеров

корпоративные сети

• Службы LANE — мост в XXI век?

• Новейшая история транзакционных технологий

• Внезапные потери связи

• Новейшие Интернет-технологии от Novell

услуги сетей связи

• Телефонные станции для быстро растущих и крупных предприятий

• CDMA — россиянам

• О пригодности телефонных каналов для передачи данных

• Тарификационные системы для учрежденческих АТС

• Маршрутизаторы ISDN со встроенными концентраторами

интернет и интрасети

• Распределение нагрузки Web-сервера

• Естественная эволюция индустрии Интернет

• Игры в Интернет

защита данных

• Управление ИБП

новые продукты

• Network Exchange 2550 фирмы Netrix

только на сервере

• Технология Dynamic HTML: "раздвоение личности"

• Тестируем АТМ-адаптеры



 Copyright © 1997-2007 ООО "Сети и Системы Связи". Тел. (495) 234-53-21. Факс (495) 974-7110. вверх