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

  

Медные провода «протянут» до ХХI века

А. П. Майоров

Упрощенные прогнозы типа того, что в ближайшее время оптические кабели вытеснят медные повсеместно, оказались несостоятельными. В недалеком будущем ныне действующие международный (IS 11801) и европейский (EN 50173) стандарты дополнятся спецификациями на кабели на витых медных парах и на элементы категорий 6 и 7.

Это уже свершившийся факт: кабельные системы на медных витых парах будут развиваться и далее. Дают о себе знать совокупный опыт монтажников, системных интеграторов, администраторов сетей и огромные инвестиции в кабельные системы на медных витых парах. К тому же потребность высокоскоростных технологий в полосе частот среды передачи данных растет не так стремительно. Многие из них работают удовлетворительно и на существующих кабельных проводках категории 5, а остальные, например гигабитная Ethernet (технология для магистральных линий в корпоративных кабельных системах), требуют расширения полосы пропускания, однако не столь значительного, чтобы безоговорочно переходить на применение оптических кабелей. Долговечности кабельных проводок на витых парах способствует и природная «консервативность» меди.

Каковы стандарты, таковы и системы

Действующие стандарты описывают структурированные кабельные системы (СКС) с полосой частот до 100 МГц, способные обеспечивать нормальную работу всех обычных телефонных и сетевых приложений, вплоть до Fast Ethernet и АТМ (155 Мбит/с). Но, кажется, достигнут технологический предел. В настоящее время отсутствует спецификация АТМ для работы со скоростью передачи 622 Мбит/с по витой паре. Была продемонстрирована лишь одна опытная установка с однонаправленной передачей данных со скоростью 622 Мбит/с по кабельной проводке категории 5. Фирме Lucent Technologies удалось создать экспериментальную сеть, работающую в дуплексном режиме передачи сигнала по технологии АТМ (622 Мбит/с), но с некоторыми особенностями. Она применила свою 64-точечную схему модуляции CAP (амплитудно-фазовую без несущей), позволившую уменьшить требуемую полосу пропускания кабельной системы до 26 МГц.

Для гигабитной Ethernet существует проблема короткого рабочего участка, которая осложняет для комитета IEEE работу по формулированию параметров канала на медных сбалансированных кабелях длиной 100 м, как того требуют действующие стандарты для СКС. По экономическим соображениям максимальная длина горизонтального канала пока ограничена 50 м.

Документ E DIN 44312-5 (см. врезку «Более 100 МГц») описывает параметры канала до частоты 600 МГц. Откуда же взялось это значение? Оно возникло из желания наиболее экономичным путем удовлетворить требования протокола АТМ для работы со скоростью передачи 622 Мбит/с по сбалансированному медному кабелю. Самый быстрый способ перехода от уже специфицированной оптической среды распространения к сбалансированной медной паре состоит в замене минимального числа электронных компонентов на существующих сетевых картах без изменения метода кодирования — например, оптических трансиверов электронными.

Расширение рабочей частоты кабельной проводки перестало быть региональной проблемой, после того как на пленарном заседании технического комитета организации ISO/IEC, отвечающего за стандарт IS 11801, было решено добавить в него две новые категории. Категория 5 остается в прежнем виде; появляется категория 6, специфицированная до частоты 200 МГц (не путать с категорией 6 из проекта стандарта E DIN 44312-5), а верхнюю рабочую частоту 600 МГц теперь будет иметь категория 7.

Основные параметры кабелей

Для кабельных систем на основе витых пар наиболее критическими параметрами являются NEXT и затухание, а также производный от них ACR, представляющий собой разницу значений затухания и NEXT в децибелах. По смыслу параметр ACR близок к отношению сигнал/шум, но не идентичен ему. Чем больше значение ACR канала, тем большей реальной скорости можно достичь или в сетевых адаптерах применить более простые электронные схемы.

Все производители кабелей стараются выполнить требования стандартов с некоторым запасом, но делают это разными способами. В частности, можно уменьшать перекрестные помехи, укорачивая шаг скрутки витков проводников пар. Но крутая завивка увеличивает затухание. В результате этого кабели разных производителей, соответствуя стандартам в целом, заметно отличаются друг от друга вспомогательными параметрами. Поэтому высокоскоростные приложения на таких кабельных проводках будут работать по-разному, несмотря на то, что все кабели удовлетворяют требования категории 5.

В новых редакциях стандартов основные изменения касаются модели канала. В действующем стандарте на отведенных для горизонтальной проводки 90 м допускается дополнительная точка перехода. В новой модели дополнительные элементы исключены.

На рис. 1 сравниваются характеристики двух каналов — категории 5 (100 МГц) и обозначенной в проекте стандарта категории 6. Поскольку ACR имеет положительное значение даже на частоте 200 МГц, у разработчиков электронных устройств для ЛВС появилась возможность ориентироваться на более высокие частоты. Также отметим, что разница в значениях параметра ACR для каналов категорий 5 и 6 на частоте 100 МГц составляет 13 дБ. Отсюда следует возможность снизить расходы (см. ниже). Для категории 6 подходят кабели всех типов: UTP, FTP, S-FTP и PiMF, при этом коннектор останется тем же самым — RJ-45 или IEC 603-7.

Рис. 1. Частотная зависимость затухания и перекрестных помех для базовых линий категорий 5 и 6

Рис. 1. Частотная зависимость затухания и перекрестных помех для базовых линий категорий 5 и 6

Не менее важной характеристикой СКС является электромагнитная совместимость (ЭМС), связанная с взаимным влиянием излучающих электромагнитных полей объектов в месте функционирования информационной системы. В кабельной системе существуют внешние и внутренние источники электромагнитных помех. Внешние источники создают поля, наводящие помехи во все элементы кабельной системы. Эти помехи можно уменьшить, улучшая балансировку неэкранированных кабелей, изменяя расположение элементов оборудования или применяя соответствующие системы заземления и экранирования. В кабеле на витых парах внутренним источником помех каждой пары является излучение всех других пар. Поэтому, чтобы избавиться от паразитного взаимодействия рядом работающих систем, создателям кабелей нужно обеспечить приемлемый уровень внешних и внутренних помех. Кстати, это необходимо сделать и в целях безопасности: из слабо излучающей системы трудно «выловить» электрические сигналы с конфиденциальными данными.

Конечно, протоколы передачи данных обнаруживают потерю кадров или ячеек и запускают механизм их восстановления, но наличие ошибок снижает эффективность работы системы, в частности эквивалентную скорость.

Вышеупомянутые стандарты содержат некоторые рекомендации по улучшению ЭМС всей системы. В данной статье мы акцентируем внимание только на применении экранирования на практике.

На рис. 2 показаны исходные спецификации канала категории 6 (E DIN 44312-5), положенные в основу новой, 7-й категории в проекте стандарта ISO/IEC (графики заимствованы из приложения В «Пример реализации» к немецкому стандарту). Пожалуй, это были первые измерения в системе, построенной из реальных элементов. Два года назад эти результаты послужили в качестве доказательства практического построения кабельной системы на медных витых парах с полосой частот до 600 МГц, поскольку в то время в это никто не верил. Сегодня единственно возможная конструкция кабеля категории 7 — это пары в отдельном экране (Pairs in Metal Foil — PiMF). В проекте стандарта оговорено, что в системе должен применяться разъем типа RJ-45. Однако коннекторы, видимо, придется разрабатывать заново. В любом случае ISO/IEC предпочтет конструкцию, которая уже стандартизована. В рассматриваемом примере коннектор конструктивно совместим с разъемом типа RJ-45 (IEC 603-7).

Рис. 2. Частотная зависимость затухания и перекрестных помех для базовых линий категории 7

Рис. 2. Частотная зависимость затухания и перекрестных помех для базовых линий категории 7

Обратите внимание на различные подходы к формированию требований, предъявляемых к кабельной проводке. Спецификации на кабельные системы категорий 3, 4 и 5 выдвигали инженеры по электронике. В результате были созданы СКС, способные поддерживать существующие приложения с некоторым запасом. Теперь же разрабатываются СКС, которые сами становятся основой для разработки новых электронных устройств для ЛВС.

Полный набор элементов кабельной системы категории 7 был представлен в докладе фирмы АМР в октябре прошлого года на прошедшей в Москве выставке «Интернетком-97». Нет сомнений, что в скором времени свои версии предложат и другие поставщики СКС. Уже сейчас некоторые фирмы объявили о разработках элементов и систем, отвечающих основным требованиям СКС категории 6 (см. врезку «Производители реагируют»). Ниже элементы системы АМР будут рассмотрены подробнее.

Экранирование – радикальное решение?

Очевидным техническим решением, уменьшающим уровень излучения и снижающим восприимчивость к внешним полям, является экранирование. Согласно стандарту EN 50173, к нему предъявляются два основных требования. Первое — общая проводимость. Для оценки ее качества используют параметр, называемый переходным импедансом, низкое значение которого указывает на большое сопротивление экрана электромагнитным полям. Для кабелей цилиндрического сечения добиться хорошего экранирования несложно. Так, кабель AMP System PiMF Cable (600 МГц) имеет переходный импеданс всего 5 мОм/м. Значительно труднее сделать это для компонентов с прямоугольным сечением, к каковым относятся и корпуса разъемов. Соединить круглый экран кабеля с прямоугольной заземляющей деталью разъема нужно так, чтобы сохранить непрерывность электропроводности экрана. Подобные сочленения всегда создавали технические трудности. Несколько возможных решений проблемы представлено ниже.

Более 100 МГц

Именно принятие стандартов по СКС (TIA/EIA 568A, IS 11801 и EN 50173), содержащих определения кабельных систем категорий 3, 4 и 5, стимулировало разработки в этой области информационных технологий. Однако сразу же после ратификации упомянутых стандартов ведущие производители кабелей и элементов для кабельных систем начали исследования с целью преодолеть частотное ограничение 100 МГц, налагаемое стандартами, и предложить более высокочастотные решения, прежде чем производителям электронного оборудования для ЛВС потребуется увеличенная пропускная способность среды передачи данных. Так появился проект немецкого стандарта E DIN 44312-5 по категории 6. Он относится к классу «желтых страниц» (т. е. печатается на желтой бумаге), допускающих в течение некоторого времени внесение исправлений и дополнений всеми заинтересованными лицами и организациями — производителями, консультантами, конечными пользователями, научными учреждениями и разработчиками, что гарантирует соответствие окончательной редакции стандарта требованиям рынка. Многие положения этого стандарта были взяты за основу.

Для будущих высокоскоростных систем передачи данных в ЛВС базовых параметров категории 5 недостаточно. Как показали опыты, для обеспечения надежной работы сети нужно еще учитывать следующие параметры: фазовый перекос — явление, связанное с разным временем прохождения сигналов в отдельных парах кабеля; суммарные взаимные помехи между всеми парами, несущими полезный сигнал; отражения от неоднородностей в кабелях, вызванные изгибами или нарушениями правил монтажа на промежуточных элементах оборудования.

Много исследований было проведено по поводу вступления в силу Европейской директивы по электромагнитной совместимости (Сети и системы связи. 1997. № 10 . С. 30; № 12 . С. 48). В частности, возобновились дискуссии о пригодности для построения высокоскоростных помехозащищенных систем различных видов экранированных и неэкранированных кабелей.

Немало шума наделала программа Levels-97, объявленная компанией Anixter — крупнейшим дистрибутором и инсталлятором кабельных систем. Основная цель программы — сформировать требования для СКС на неэкранированном кабеле следующего поколения трех уровней:

  • кабели уровня 5 должны отвечать более жестким требованиям, чем кабели категории 5. Подлежат измерению фазовый перекос и суммарные перекрестные наводки;
  • кабели уровня 6 должны иметь значение параметра ACR, равное 10 дБ на частоте 155 МГц, и нормированное значение суммарных перекрестных помех на частоте 100 МГц;
  • кабели уровня 7 должны иметь значение ACR, равное 10 дБ на частоте 200 МГц, отвечать еще более жестким требованиям к суммарным перекрестным помехам и гарантировать длину горизонтального канала 100 м для гигабитной Ethernet.

Учитывая положение компании Anixter в отрасли, некоторые производители элементов СКС осудили эту программу, посчитав ее прежде всего маркетинговым ходом в целях дальнейшей экспансии компании на рынке и подрывом принципа открытых систем, строго опирающихся на международные стандарты.

Однако в своей программе Anixter не называет градации кабельных проводок категориями, а применяет к ним термин уровень. И в этом нет ничего предосудительного, ведь в действующих европейских и международных стандартах также применяется другой термин — класс. Программу Levels-97 вполне можно расценивать и как новаторскую разработку, призванную привлечь внимание специалистов и пользователей к необходимости более тщательной спецификации кабельных проводок для высокоскоростных приложений.

Штекер

Штекер можно использовать в приложениях для кабелей категории 5, 6 и 7. Он соответствует интерфейсу IEC 603-7, поэтому совместим с 8-контактным модульным гнездом. Конструкция упрощает терминирование и тем самым сокращает общую стоимость монтажа. Кроме того, она обеспечивает хорошую воспроизводимость параметров при сборке, а значит, повышается качество передачи сигналов. Внутри разъема проводники закреплены жестко, что гарантирует минимальное воздействие на параметры соединения при изгибании кабеля. На тыльной стороне конструкции экранирующая оболочка кабеля прижимается к металлической втулке по всей длине окружности, приближая качество экранирования к идеальному. Форма передней части корпуса обеспечивает получение низкого значения переходного импеданса.

Гнездо типа ЕМТ

Гнездо обеспечивает исключительно низкое значение переходного импеданса при соединении его с соответствующим штекером. Это обеспечивается специальным интерфейсом сочленения, в котором использованы четыре контактные пружины с самоочищающимися поверхностями вместо двух в обычных разъемах. Они позиционируют корпус в вертикальной и горизонтальной плоскостях, компенсируя таким образом возможные зазоры между гнездом и вставкой. Кабельный ввод на обратной стороне гнезда имеет гибкий бандаж для крепления кабелей любой формы и размера. Его даже можно повернуть на 90°, если при установке разъема не хватает места.

Кабельная система АМР С О 600

Необходимые для построения сквозного канала категории 7 компоненты: кабель горизонтальной проводки типа PiMF; экранированный корпус розетки, в тыльной части которого по всему периметру закреплен общий экран кабеля; торцевой разъем (внутри корпуса), с которым соединены все четыре пары кабеля; адаптерная вставка в торцевой разъем; соединительный шнур с вилкой. На рис. 6 показана вставка для одиночного порта категории 7 (600 МГц) с разводкой выводов по спецификации Форума АТМ. Но можно установить адаптерную вставку для использования всех пар кабеля одновременно. В нее вставляется соединительный шнур.

Вставка AMP C O 600

Адаптерная вставка, как и гнездо EMT, имеет четыре контакта экрана с самоочищающимися поверхностями для получения низкого переходного импеданса при соединении экранов гнезда и вставки. Надежное электрическое соединение экрана вставки с экранированным корпусом розетки обеспечивается пружинящим контактом по всему периметру тыльной поверхности вставки. В ее задней части размещены золоченые сигнальные контакты, которые входят в торцевой разъем. Для перевода действующей кабельной системы на более скоростные приложения нужно всего лишь заменить вставку.

Снижение расходов на СКС

Важный для конечного пользователя аспект применения СКС — это текущие расходы на ее эксплуатацию. Один из способов их снижения — использование всех пар кабеля одновременно. Идея заключается в том, чтобы в кабеле с параметрами, превышающими требования, предъявляемые к проводке категории 5, задействовать все пары и реализовать тем самым несколько линий категории 5. В результате благодаря экономии на монтаже разъемов и кабеле удается снизить удельную стоимость соединений.

Как же реализовать такую идею? Для обратной совместимости со стандартом EN 50173 следует использовать модульные вставки. Это означает, что полностью терминированный четырехпарный кабель, первоначально соединенный с торцевым разъемом, впоследствии легко подключается к другой системе всего лишь заменой вставки. Такой вставкой может быть восьмиконтактная розетка RJ-45 с полностью задействованными контактами или двойной блок типа RJ-45 для Token Ring плюс Ethernet; ATM плюс Ethernet; TP-PMD плюс ISDN или любая их комбинация. Двойные вставки расщепляют четырехпарный кабель на два канала. Если требования изменяются или конечный пользователь захочет перейти на новый сетевой протокол, старые вставки заменяются новыми. При этом не нужно заново разделывать кабели или приостанавливать работу пользователей.

Какой же кабель подходит для этой концепции? Стандарт EN 50173 дает формулу, позволяющую рассчитывать нужное значение параметра NEXT. По сравнению с кабелем категории 5 четырехпарный кабель должен иметь запас по NEXT, равный 13 дБ. Для кабелей категории 7, перечисленных в проекте стандарта, это условие выполняется безусловно. Вероятно, для этой цели также будут пригодны кабели категории 6, но в настоящий момент есть только предварительные оценки.

***

Не следует думать, что внедрение новых категорий пройдет гладко. Некоторые аспекты построения высокоскоростных кабельных проводок еще проблематичны, например создание гибких соединительных шнуров, работающих на более высоких частотах. Еще сложнее обстоит дело с «полевыми» измерениями. Ведь СКС новых категорий придется сертифицировать. Применять для этой цели существующие лабораторные измерительные комплексы крайне дорого, а портативные приборы для частот более 100 МГц пока не появились на рынке. Вероятно, обеспечить совместимость с прежними приложениями будет тоже не так просто. А значит, удельная стоимость новых систем в расчете на порт превысит сегодняшние оценки.

Производители реагируют

Демонстрации установок с превышением требований, предъявляемых к проводкам категории 5, начались сразу же после принятия стандартов по СКС. В настоящее время несколько ведущих фирм уже заявили, что для создания более широкополосных систем не только готовы кабели, но есть и полный спектр элементов. Существует несколько названий для таких систем: улучшенная категория 5, категория 5+, категория 6. В данной статье мы рассмотрели отдельные элементы для системы фирмы АМР, удовлетворяющие требования категории 7 проектируемых стандартов.

Поскольку самым вероятным приложением для новых кабельных проводок считается так называемая гигабитная Ethernet, то в названии нескольких новых систем появилась приставка гига-. Так, фирма ITT Cannon назвала свою систему Gigapath (Сети и системы связи. 1997. № 10. С. 14.).

Почти одновременно с Gigapath появилась и система GigaSPEED, предложенная отделением SYSTIMAX фирмы Lucent Technologies. Интересно отметить, что свою систему Lucent построила на новом поколении неэкранированных кабелей. В нем полоса частот расширена вдвое и выполнены все требования по электромагнитной совместимости. Максимальная скорость передачи равна 1,2 Гбит/с. Все компоненты системы разработаны заново — кабели, соединительные шнуры, кроссы и информационные розетки, а гарантийный срок увеличен до 20 лет.

В заключение хочу выразить благодарность сотрудникам московского представительства фирмы АМР за возможность воспользоваться материалами доклада, прочитанного на конференции в рамках выставки «Интернетком-97», а также сотрудникам компании ICS, обратившим внимание автора на программу Levels-97 фирмы Anixter.





  
1 '1998
СОДЕРЖАНИЕ

колонка редактора

• Главные мысли о старом

локальные сети

• Коммутаторы и сетевые адаптеры Gigabit Ethernet

• Медные провода "протянут" до XXI века

• "5–4–3" — формула успеха

• Краткий англо-русский толковый словарь терминов СКС

• Нахождение отказов в высокопроизводительных ЛВС

корпоративные сети

• Предприятие как единый объект автоматизации. Размышления на тему

• Теряет ли АТМ свою привлекательность?

• Полезные привычки, или Как избежать ночных кошмаров

• Исследование схем тиражирования в распределенных БД

системы учрежденческой связи

• CTI: подружились компьютер с телефоном

• Учрежденческий радиопейджинг: связь внутри предприятий

услуги сетей связи

• Устройства доступа к Frame Relay

• Передача голоса по сетям АТМ (часть I)

• Телевидение: от эфирного к кабельному и далее...

интернет и интрасети

• Реализация push-технологии: JavaScript против CDF

• Факсимильная связь через Интернет

• Что могут ISP?

защита данных

• Иерархические системы хранения данных

• Исповедь взломщика-консультанта

новые продукты

• Коммутатор NH2024 фирмы NBase, Диагностический прибор для линий xDSL, Стековая система удаленного доступа фирмы 3Com, Шлюз BayStack Instant Internet II, Маршрутизирующие коммутаторы: гонка со скоростью, Coral SL — малая система с большими возможностями

бизнес

• Продолжая лучшие традиции (интервью президента АО "Информсвязь" М. Б. Купермана)

• Внимание: РИФ!

только на сервере

• Организация множественного доступа в Интернет

• xDLS-модем ASMi-50 фирмы RAD data communications



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