Горизонтальная проводка Категории 5

По данным Bell Laboratories, проводка Категории 5 имеет пропускную способность 1 Гбит/с и даже больше.

Принятый в 1991 г. стандарт EIA/TIA-568 предусматривал для применения в компьютерной проводке три типа медных кабелей (подробнее о стандартах в "LAN Magazine/Русское издание", ноябрь 1996, с.57):

1) четырехпарный, с волновым сопротивлением 100 Ом;
2) двухпарный экранированный, с волновым сопротивлением 150 Ом;
3) коаксиальный (по типу RG58), с волновым сопротивлением 50 Ом.

За прошедшие годы употребление кабелей второго и третьего типов резко сократилось, в то время как использование четырехпарного кабеля возросло и стало преобладающим. Обусловлено сказанное двумя обстоятельствами: быстрым ростом характеристик витых пар и стремлением к однотипности кабелей для различных видов связи. Поскольку на каждом рабочем месте устанавливается хотя бы одна розетка с восьмиконтактным гнездом RJ45 по стандарту EIA/TIA-568, появилось стремление и другие информационные розетки ставить такие же. Были разработаны переходники (balun - balance/unbalance) с витых пар на другие типы кабелей, и системы проводки значительно упростились. Например, AT&T SYSTIMAX SCS содержит только кабели из неэкранированных витых пар и оптические. Дрейф в сторону однотипной проводки усилил споры между сторонниками неэкранированных и экранированных кабелей: обе стороны приводят веские аргументы в пользу своей точки зрения. Можно лишь констатировать, что кабели из неэкранированных витых пар занимают главное место в современной проводке для локальных сетей. Дальше мы постараемся рассмотреть в деталях именно такие проводки, делая упор на высокоскоростные сети, работающие в полосе частот до 100 МГц и выше.

ТОПОЛОГИЯ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПРОВОДКИ

В многоэтажном здании кабельная система содержит несколько взаимосвязанных подсистем, из которых выделим вертикальную, горизонтальную и объединяющую их подсистему управления (административную). Все основные изменения, относящиеся к типу локальной сети, происходят в подсистемах управления и вертикальной. Горизонтальная проводка из неэкранированных витых пар Категории 5 остается без изменений для всех основных типов локальных сетей: Token Ring, TP-PMD, 100VG-AnyLAN, Fast Ethernet. Наиболее распространенная структура такой проводки представлена на Рисунках 1 и 2. Логические конфигурации локальных сетей - кольцо, звезда, шина - реализуются топологически на пространстве этажа в виде звезды. "Звездная" проводка из неэкранированных витых пар поддерживает практически все типы локальных сетей. При такой топологии, в случае отключения или повреждения какого-либо из лучей звезды, в подсистеме управления производятся необходимые переключения, но логическая конфигурация остается без изменений. Большие преимущества звездной топологии привели к тому, что теперь она применяется практически во всех проводках.

Подобные структурированные системы поставляют многие компании-производители оборудования, о чем подробнее поговорим ниже. Заметим, что проводка из неэкранированных витых пар с топологией "звезда" открыта в самой большой степени, по сравнению с другими. Ни один из других типов проводки такой универсальностью не обладает. Кроме скоростных локальных сетей по проводке из неэкранированных витых пар функционируют системы телефонной связи, сигнализации, охраны, пожарной безопасности, системы контроля вентиляции, кондиционирования, отопления. По существу, вся слаботочная (информационная) проводка может выполняться однотипными кабелями, вместо ранее применявшихся кабелей различных типов.

СРАВНЕНИЕ ПРОДУКЦИИ РАЗЛИЧНЫХ КОМПАНИЙ

Поскольку горизонтальная проводка универсальна и к тому же занимает основной объем капиталовложений в кабельную систему, имеет смысл рассмотреть подробнее выпускаемую для этих целей продукцию различных фирм. В этой статье использованы опубликованные материалы (каталоги, информационные листки) следующих компаний, предлагающих комплексные системы проводки: AMP, BICC Brand-Rex, Hubbell, Lucent Technologies, Panduit. Все они выпускают наборы изделий Категории 5, в различной степени отвечающие всему комплексу электрических, монтажных и эксплуатационных требований (Таблица 1). Каждая из названных фирм явно имеет уклон в сторону своей традиционной продукции: AMP сильна электротехническими изделиями; BICC выделяется качеством кабелей; Hubbell и Panduit кабельные изделия не выпускают, зато имеют обширный выбор информационных (и других) розеток, панелей переключений, монтажных приспособлений; Lucent Technologies имеет все виды изделий и развитый сервис в странах СНГ. Каждая из перечисленных фирм предлагает комплектный набор для создания проводки Категории 5 (Таблица 1) и заявляет, что ее проводка "прозрачна" для всех скоростных локальных сетей и совместима с другими подобными универсальными кабельными системами. В то же время очевидны недостатки и существенные различия в каждом из вариантов. Кабели полнее всего представлены у BICC и Lucent, что естественно, так как всегда составляли их специализацию. Розетки AMP и BICC хороши, но имеют сложную конструкцию, да и собираются прямо на месте установки. К сожалению, в каталогах этих компаний не приведены экспериментальные характеристики соединителей, которые в виде графиков и таблиц имеются в материалах Hubbell, Lucent и Panduit. Создается впечатление, что многое в этом направлении еще предстоит сделать.

ТАБЛИЦА 1 - КОМПЛЕКТЫ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПРОВОДКИ КАТЕГОРИИ 5

Отметим, что продукция BICC выпускается в двух вариантах: отвечающая как американским, так и европейским стандартам. Компании Hubbell и Panduit предлагают панели переключений с кабельными соединителями (оконцевателями) типа 110 и Krone, т.е. фактически также в американском и европейском вариантах (соединитель 110 больше распространен в Америке, а Krone - в Европе). Продукция компании Lucent содержит необходимый набор соединителей и панелей, но с сильным акцентом на соединитель типа 110. Набор соединительного, монтажного, прокладочного оборудования AMP, Hubbell и Panduit более разнообразен, чем у Lucent. Важнейшим моментом служит гарантия на смонтированные системы, которую некоторые компании дают на 15-16 лет. Упомянутые компании дают гарантии работоспособности проводки, но 15-летнюю программу сопровождения приложений сертифицированной проводки обеспечивает только Lucent Technologies. Рассмотрим некоторые, бросающиеся в глаза различия в комплектации поставляемых систем. Имеющая кабельный уклон BICC предоставляет всю необходимую гамму кабельной продукции: горизонтальные кабели со сплошными проводниками и гибкие (для шнуров), причем обе группы по европейским и американским стандартам. Что касается розеток, то их значительно меньше, и, по-видимому, не все модули фирма изготовляет сама. AMP, наоборот, специализируется на соединительном оборудовании, и оно представлено превосходно; кабелей у нее значительно меньше, и, возможно, они изготавливаются партнерами компании. Это же касается фирм Hubbell и Panduit, специализирующихся на соединительном оборудовании и не выпускающих кабелей вовсе. Как видим, узкая специализация сказывается на составе поставляемых систем проводки: "разъемные" фирмы делают упор на свои традиционные изделия, а "кабельные" - на свои, т.е. даже мощные компании довольно четко придерживаются своей традиционной ориентации. Казалось бы, истина достаточно тривиальная, но недостаточно известная системным интеграторам. Необходимо добавить, что европейские производители особо делают упор на то, что их изделия отвечают требованиям европейских стандартов и проверяются европейской испытательной организацией DELTA (бывшая Elektronik Centralen, Дания).

КОМПОНЕНТЫ ПРОВОДКИ КАТЕГОРИИ 5

Различные компании хотя и предлагают необходимые комплекты изделий для создания проводок Категории 5, эти комплекты значительно различаются составом изделий и их характеристиками.

Кабели из неэкранированных витых пар. Наиболее продвинулись в этом направлении компании Alcatel, Belden, BICC, Lucent, Mohawk/CDT, Teldor и др. Они уже относительно давно создали и выпускают кабели Категории 5 всевозможных модификаций. Пестрая картина сложилась в Москве с кабелями из неэкранированных витых пар Категории 5. Приходилось видеть изделия компаний BICC, Belden, General Cable, Lucent, Mohawk/CDT, Teldor у разных системных интеграторов. К сожалению, у автора пока нет данных, показывающих, в какой степени кабели различных компаний соответствуют Категории 5. Экспериментальные результаты, свидетельствующие о соответствии кабелей Lucent Technologies, представлены в недавно опубликованной статье ("LAN/Русское издание", октябрь 1996, с.57-59). Основными частотными характеристиками витой пары Категории 5 служат волновое сопротивление и затухание в диапазоне до 100 МГц. В многопарном кабеле дополнительно вводятся параметры влияния - переходное затухание на ближнем конце (NEXT) и соотношение переходного и собственного затуханий (ACR). Здесь остановимся на формах представления первых двух параметров; что касается NEXT и ACR, то автор намерен проанализировать их в последующих публикациях. Перед рассмотрением волнового сопротивления и затухания приведем небольшую справку о конструкции и основных параметрах витых пар и кабелей на их основе. Значения затухания и NEXT, приведенные в каталогах для кабелей компаний Alcatel, BICC Brand-Rex, Belden, Teldor, совершенно одинаковы. Это говорит о том, что публикуются не фактические, измеренные результаты, а требования из спецификации EIA/TIA TSB-36, т.к. у фирм-изготовителей различаются как используемые материалы, так и технологические процессы. Самое очевидное - шаги скрутки пар, отличие которых у кабелей различных производителей дано в Таблице 2.

ТАБЛИЦА 2 - ШАГИ СКРУТКИ ВИТЫХ ПАР (ММ)

Из Таблицы видно, что фирмы применяли для пар одной расцветки совершенно разные шаги скрутки, что должно привести и к отличию параметров одноименных пар. В остальном конструкции четырехпарных кабелей различных фирм примерно одинаковы. Восемь проводов выполнены из медных проволок диаметром 0,51 мм, изолированных полиэтиленом, и свиты в пары. Оболочка изготовлена обычно из поливинилхлорида, но бывает и из других негорючих материалов. Общий диаметр кабеля 5,0-5,3 мм. Электрические характеристики: волновое сопротивление 100?15 Ом; емкость пары 46 пФ/м; сопротивление жилы 90-94 Ом/км. Остальные параметры соответствуют EIA/TIA TSB-36 для Категории 5. Еще раз хочется отметить, что несмотря на одинаковость публикуемых значений параметров кабелей различных фирм, сами они и визуально, и механически, и по составу использованных материалов значительно отличаются.

Волновое сопротивление. В имеющихся фирменных материалах волновое сопротивление неэкранированных витых пар задано либо в виде среднего значения на интервале частот, либо в виде графика во всем рабочем диапазоне (Рисунок 3а). Как можно понять из информационных листков, среднее значение на интервале вычисляют методом квадратичного усреднения. Кроме того, в ряде материалов приводятся графики входного сопротивления пар в диапазоне частот 1-100 МГц. В программе сертификации Underwriters Labo-ratory волновое сопротивление задано на интервалах частот. В то же время отсутствуют документы, определяющие волновое сопротивление через графики входного сопротивления. Имеется лишь ссылка, что по таким графикам оценивает волновое сопротивление лаборатория DELTA (Дания). Итак, мы имеем как бы три критерия для волнового сопротивления витой пары: 1) среднее для данной пары (определяется, например, прибором Penta-Scanner); 2) кривая волнового сопротивления в диапазоне до 100 МГц; 3) график входного сопротивления (якобы так определяет волновое сопротивление DELTA). В имеющихся информационных материалах указано, что витые пары, удовлетворяющие требованиям по первому критерию, могут не соответствовать второму и третьему. Отмечается, что кабели BICC и Alcatel удовлетворяют нормам даже по жесткой европейской методике.

Затухание. В техническом бюллетене EIA/TIA TSB-36 требования по затуханию заданы на дискретных частотах. Как свидетельствуют фирменные каталоги, кабели всех названных выше компаний удовлетворяют требованиям Категории 5 по этому параметру, что желательно было бы проверить. При испытаниях на компьютеризованных установках результаты измерений затухания в зависимости от частоты, как правило, изображаются в виде кривой на графике, где одновременно наносится и кривая заданных требований во всем рабочем диапазоне частот. Образец такого графика, полученный на установке со своппированием частоты, представлен на Рисунке 3б, где точками изображены требования Категории 5, а сплошной изрезанной линией - результаты измерений.

Соединители, разъемы и розетки. Кабельные разъемы и модульные гнезда, информационные розетки - все это устройства для эффективного, высоконадежного подключения электронного оборудования к проводке из витых пар Категории 5. В настоящее время они работают в диапазоне частот до 100 МГц и выше. Унифицированной частью информационной розетки является модульное гнездо (modular jack). Контакты модуля покрыты золотом, что дает стабильное, высококачественное соединение. Информационные модули компаний Hubbell, Lucent и Panduit рассмотрим подробнее. Передняя часть модуля представляет собой модульное гнездо от соединителя RJ45, которое у различных фирм выглядит почти одинаково. Отметим некоторые различия модульных гнезд указанных компаний. Так, контактные пружинки гнезда фирмы Hubbell имеют разную длину и высоту. Снаружи, над входным отверстием гнезда Lucent, в пластике выдавлена надпись CAT 5. Гнездо Panduit повернуто на 180?. У всех трех указанных гнезд отличаются устройства фиксации в корпусе розетки. Совершенно непохожи между собой тыльные части модулей (оконцеватели), куда заделывают кабель. Hubbell в этой части применила узел от соединителя типа 110, который сочленяется с модульным гнездом через печатную плату. Lucent использовала другой тип устройства: в нем контакты со сдвигом изоляции (IDC) развернуты на 90? относительно оси розетки, а выводы от них перекрещены (транспонированы) по запатентованной схеме. Panduit применила крышку сложной конструкции, в которую предварительно укладывают провода, а уж затем крышка опускается на свое место в модуле. При этом стыковка оконцевателя с проводниками кабеля происходит автоматически, путем врубания контактов в изоляцию жил сразу всех проводов, с одновременной фиксацией крышки в задней части модуля.

Из-за указанных особенностей заделка кабеля в модули выполняется по-разному (Рисунок 4). В модуле Lucent типа M100 концы проводов изгибаются под углом 90?, причем четыре - в одну сторону, и другие четыре - в противоположную (Рисунок 4а). В модуле Hubbell типа 5110 заделка кабеля почти такая же, как в стандартном соединителе типа 110 (Рисунок 4б). И, наконец, в модуле PAN-JACK Cat5 (Panduit) провода пар расплетают (развивают), а дальше они идут под небольшими углами друг к другу (Рисунок 4в). Графики переходного затухания для этих модулей представлены на Рисунке 5 (построены по информационным материалам). Если учесть сказанное выше о кабелях и соединителях, то следует, что параметры собранных линий одинаковой длины могут значительно отличаться. К сожалению, автору неизвестны результаты исследований затронутой проблемы; собственные измерения пока только намечены. Конечно, изложенные тонкости конструкции кабелей и заделки их в соединители окажут влияние только на предельных дальностях и на верхних частотах рабочих диапазонов. Но учитывая, что технические требования для таких дальностей и частот заданы очень жесткие, описанные "мелочи" могут вывести характеристики проводки за нормы Категории 5.

Соединительные панели и шнуры. Устанавливаемые в подсистеме управления панели переключений часто выпускаются с гнездами RJ45 с передней стороны и соединителями типа 110 - с задней стороны. Кроме того, бывают панели с соединителями типа 110 и с передней стороны. В этом случае пользуются соединительным шнуром не с разъемом RJ45, а с соединителем 110. Как правило, электронное оборудование подключается к панели переключений с помощью шнура с передней стороны (см. Рисунок 1). Кабель, идущий к рабочему месту, присоединяется с помощью соединителя со сдвигом изоляции (IDC) с передней или задней стороны панели (см. Рисунки 1 и 2). На панели переключений (см. Рисунок 1) горизонтальный кабель, идущий к рабочему месту, чаще всего заделывают в соединитель типа 110. Разводка пар подобна той, что показана на Рисунке 4б, но бывает, что кабель подходит к соединителю не снизу (как показано на Рисунок 4б), а сбоку. В этом случае может оказаться невыполненным требование к проводке Категории 5 о расплетении (развивке) пар проводов не более чем на 13 мм (0,5 дюйма) при неправильной их заделке в соединитель. При перемещении абонента из одного помещения в другое его рабочая станция подключается к стенной розетке в новом помещении, а соответствующий порт концентратора переключается в подсистеме управления к нужному кабелю (см. Рисунки 1 и 2).

Как видим, при такой горизонтальной проводке не требуется прокладка новых кабелей и установка новых розеток. Но следует обратить внимание, что при этом во всех помещениях, где могут располагаться рабочие станции или другие устройства локальной сети, должны быть предварительно проложены кабели и смонтированы розетки, что ведет к большой избыточности заложенной проводки. Но это повышает ее гибкость (приспособляемость). Следует различать панели переключений (Patch Panels) (Рисунок 1) и кросс-панели (Cross-connects) (Рисунок 2). К первым постоянно присоединены только кабели, идущие к рабочим местам. Концентраторы подключаются к панели переключений с помощью соединительных шнуров (Patch Cords), изготовленных из специальных гибких кабелей. К кросс-панелям (разным их частям) присоединены постоянно и горизонтальные кабели, и концентраторы, а переключение выполняется с помощью кроссировки, т.е. переносом кроссировочного шнура. Обращает на себя внимание неустоявшаяся терминология в этой области техники. Разные фирмы однотипным панелям присваивают термины Patch Panels, Cross-connects, Cross-Panels, а шнурам - Patch Cables, Patch Cords и даже Jumper wires (см. Таблицу 1). Соединительные и кроссировочные шнуры встречаются с одинаковыми разъемами на двух концах и с различными. Как правило, один конец гибкого кабеля заделывают в разъем RJ45, а второй оставляют без разъема или оснащают разъемом того типа, который имеется у присоединяемого оборудования. Здесь также наметилась тенденция к замене на соединитель типа RJ45. В схеме, показанной на Рисунке 1, применен стандартный шнур с разъемами RJ45 на обоих концах. При небольшом количестве рабочих станций эта схема обладает преимуществом в том, что используются только однотипные соединители. Другая схема, с переносом кроссировочного шнура, армированного разъемами типа 110, показана на Рисунке 2. При таком способе переключений между рабочей станцией и концентратором находится три соединителя, вместо двух по схеме Рисунка 1. Этот принцип широко применяют в подсистеме управления при большом количестве горизонтальных кабелей.

В оборудовании Lucent Technologies шнур с двумя различными разъемами (RJ45 на одном конце и типа 110 на другом) позволяет выполнить более эффективное соединение. Разъем RJ45 вставляют, как обычно, в гнездо концентратора, а второй присоединяют к кросс-панели типа 110 (на Рисунках 1 и 2 не показано). Такая схема применяется, потому что она проще и не требует второго соединителя типа 110 на кросс-панели. Кроме того, она позволяет выполнять испытания и проверку проводки с тем же шнуром, который применяют для подключения. Поскольку при этом убирается один соединитель типа 110 из цепи, качество проводки несколько повышается. Многие инсталляторы применяют это схему горизонтальной проводки. В стандартных схемах линий для локальных сетей предусматривается либо 2 (Рисунок 1), либо 3 (Рисунок 2) соединителя (соединения с концентратором и рабочей станцией при этом не учитываются). Обратим внимание, что в аналогичной линии, описанной в стандарте ANSI/TIA/EIA-568-A, предусмотрено уже 4 соединителя: введена дополнительная точка перехода (Transition Point) на горизонтальном участке проводки. Подробнее это новшество рассмотрим в последующих публикациях, при описании так называемой "зонной проводки".