Испытания высокоскоростной проводки

Стандарты и приборы для тестирования высокоскоростной компьютерной проводки с результатами испытаний тракта из компонентов CKC SYSTIMAX компании Avaya.

Цикл создания крупной кабельной системы обычно состоит в сле-дующем. Сначала, опираясь на один из стандартов: ISO/IEC 11801, EN 50173 или ANSI/TIA/EIA-568-A(B), готовят эскизный проект. Далее, используя Строительные нормы и правила (СНИП), с учетом других стандартов (в США — EIA/TIA-569, 606, 607) разрабатывают более подробный проект, называемый рабочим. Затем приступают к монтажу: осуществляют прокладку кабелей, установку розеток, другого соединительного и кроссового оборудования.

В процессе монтажа проводят полевые испытания кабельной системы при помощи кабельных тестеров (анализаторов). На этой стадии смонтированную и оттестированную проводку уже можно сертифицировать по всем правилам, чтобы получить гарантии производителя кабельных систем на срок 15—20 лет. Испытания компьютерной проводки следует выполнять периодически и в процессе эксплуатации, дабы иметь уверенность в ее соответствии стандарту. Таким образом обеспечивается жизненный цикл кабельной системы.

ОСОБЕННОСТИ МОНТАЖА ПРОВОДКИ

Наиболее трудоемкая часть проводки — это горизонтальные пробросы (четырехпарные кабели длиной до 90 м, с двумя соединителями на концах). В новых зданиях пробросы прокладывают во время строительства, а в старых — при реконструкции и капитальном ремонте. В это время выполняется наибольший объем дорогостоящих работ — штробирование стен, монтаж коробов, пробивка отверстий в стенах и потолках и т. д. Поэтому так высока ответственность прокладки пробросов, особенно в исторических зданиях: любое несоответствие стандартам, любые ошибки при трассировке ведут к большому дополнительному объему трудоемких строительно-монтажных работ, а иногда приводят к срыву графика строительства и даже сроков сдачи объекта.

Именно в этот период столь ответственные работы ведутся в самых сложных условиях: в зданиях, где во время строительства часто присутствуют грязь, пыль, не очень хорошее освещение, иногда — в обстановке аврала. Если ошибки строительных рабочих обычно видны невооруженным глазом и тут же исправляются, то погрешности при прокладке кабелей и установке розеток в стенах могут быть выявлены, как правило, когда кабели присоединены к розеткам и пробросы становятся доступными для тестирования приборами.

По изложенным причинам маркировка, а затем и тестирование проводки приобретают большое значение. При маркировке кабели часто перепутывают; иногда соответствующая маркировка вообще отсутствует. Тестирование, случается, выявляет, что длины горизонтальных кабелей превышают допустимый по стандартам предел 90 м. Бывает, ошибочно проложен не тот тип кабеля, смонтированы розетки не той категории или они неправильно разведены.

Поэтому столь большая ответственность лежит на испытателях кабельных систем, обычно — сертифицированных монтажниках или инженерах. При тестировании они пользуются приборами, специально предназначенными для испытаний кабельных систем, — кабельными тестерами или кабельными анализаторами. Далее речь пойдет в основном о стандартах для испытаний компьютерных проводок и о приборах — кабельных тестерах.

СТАНДАРТЫ ТЕСТИРОВАНИЯ

До недавнего времени при полевых испытаниях высокоскоростной проводки обычно пользовались американским нормативным документом TIA TSB 67, так как других не было. В многочисленных статьях, а также в книгах акцент делается на него, хотя TSB 67 даже не является стандартом США. В последние пару лет появились новые стандарты, которые целиком или частично посвящены вопросам тестирования скоростных кабельных систем.

Испытаниям кабельных систем Категорий 5е и 6 было посвящено несколько статей в LAN. В этих работах затронуты проблемы тестирования скоростных компьютерных проводок, отраженные в американских стандартах. Подобный международный стандарт IEC 61935-1 принят в 2000 г. и называется «Generic cabling systems — Specification for the testing of balanced communication cabling in accordance with ISO/IEC 11801-Part 1: Installed cabling» («Общие кабельные системы. Спецификация для тестирования симметричной связной проводки в соответствии с ISO/IEC 11801. Часть 1: Инсталлированная проводка»).

Международный стандарт на испытания проводки — обширный документ: в нем 60 страниц убористого текста, множество формул, 21 рисунок и 9 таблиц. При чтении кажется, что документ сильно перегружен различными аналитическими выражениями; вместе с тем, в стандарте явно ощущается нехватка практических советов. Изучать его все же необходимо: этим стандартом придется пользоваться во время испытаний кабельных систем в Европе — он принят и как европейский стандарт организацией CENELEC (Комитет европейской стандартизации в области электротехники). Можно высказать уверенность, что все кабельные тестеры в ближайшие годы будут приведены в соответствие с новым стандартом.

В стандарте IEC 61935-1 имеется две схемы линий для испытаний: проброс (permanent link) и тракт (channel). Обращаем внимание читателя на то, что традиционной для прежних стандартов схемы базовой линии (basic link) в этом стандарте нет. Справочная (Reference) схема проброса и тракта дана на Рисунке 1.

Проброс состоит из горизонтального кабеля и двух соединителей на концах, а тракт — из проброса, двух шнуров к электронному оборудованию (сетевому — слева и оконечному — справа на Рисунке 1) и соединительного (кроссового) шнура в этажном распределителе (концевые соединители в тракт не входят). Горизонтальный кабель должен иметь длину до 90 м; шнуры в сумме не должны превышать 10 м. Для испытаний именно таких линий и должны быть пригодны все новые кабельные тестеры. Аналогичные схемы для испытаний имеются в американском стандарте на проводку Категории 6 TIA/EIA-568-B.2-1 (стандарт еще не принят).

КАБЕЛЬНЫЕ ТЕСТЕРЫ

С 1995 г., когда приступили к массовым испытаниям проводки Категории 5, в основном пользовались приборами PentaScanner компании Microtest и DSP-100 компании Fluke, о чем достаточно подробно рассказано в специальной статье (см. статью Д. Гальперовича и Ю. Яшина «Испытание проводки Категории 5» в апрельском номере LAN за 1997 г.).

В 2000 г., во время изучения стандартов на кабельные системы Категорий 5е и 6, довелось осваивать кабельные анализаторы DSP-2000 и DSP-4000 компании Fluke. Поразительный прогресс наблюдается в этой отрасли приборостроения за последние пять лет, причем как в методиках измерений, так и в сервисной части. Тестеры достигли такого уровня точности и удобства работы с ними, о которых раньше можно было только мечтать. По существу, один такой прибор представляет собой целую испытательную лабораторию, автоматически выполняющую измерительные процедуры. В финале можно подготовить, отредактировать и распечатать полный или частичный отчет об испытаниях, даже с элементами статистической обработки. Протоколы тестирования хранятся в памяти прибора, с указанием даты, места и времени испытаний. Кое-кто может посчитать, что мы говорим о незначительных вещах, но многолетний опыт массовых испытаний кабельной продукции показал их первостепенную важность.

Каждый прибор состоит из двух блоков — основного и дополнительного, поэтому многие тесты выполняются с обоих концов линии. Типовые испытания базовых линий и трактов проводят в режиме AUTOTEST. Недавно появилась информация о выпуске к тестеру DSP-4000 дополнительного адаптера для измерений параметров проброса, в соответствии с требованиями упомянутых выше стандартов. Испытания в автотесте — полностью автоматические измерения всех параметров и характеристик, с возможностью запоминания результатов и распечатки протоколов.

Объем информации по результатам одного тестирования настолько большой, что описать его полностью нет никакой возможности. В памяти прибора сохраняются протоколы автотестирования, а также графики и характеристики последнего испытания. Если нет необходимости выполнять полный набор испытаний, можно перейти в режим одиночных тестов (Single Test), и тогда есть возможность подробно заниматься одним или несколькими параметрами. Наиболее познавательно в этом положении переключателя режимов рассматривать характеристики TDX и TDR: первая показывает места перехода помех с пары на пару, а вторая дает импульсную рефлектограмму по длине линии. Прибор имеет также режим работы, при котором можно выполнять отладку линии, поиск неисправностей в ней. В этом режиме измерения производятся периодически, каждые несколько секунд, так что можно успеть за отведенное время обнаружить и устранить неисправность. Правда, данный способ работы очень энергоемкий, и пользоваться им в полевых условиях нужно в самых острых случаях.

Интересная особенность обоих приборов — они показывают наименьший запас по каждому параметру (MARGIN) и наименьший запас по самому критическому параметру (HEADROOM). Не вдаваясь в подробности: HEADROOM — это тот минимальный «просвет», который отделяет испытываемую линию от брака, от того, чтобы выйти за пределы стандарта. Тестер DSP-4000 указывает, какой именно параметр находится на грани срыва, а DSP-2000, к сожалению, не показывает, так что этот параметр испытателю приходится искать самому.

КРАТКИЙ ПРОТОКОЛ АВТОТЕСТА

Приступаем к тестированию линии. Основной блок тестера оставляем на ближнем ее конце, а дополнительный блок относим на дальний конец. С помощью шнуров оба блока присоединяем к линии. Включаем прибор в режиме AUTOTEST и нажимаем на кнопку Test. За 20—30 с тестер выполняет полное автоматическое испытание линии по всем стандартным параметрам.

Во время автотеста прибор «пощелкивает» и мигает лампочками, но полученных данных не демонстрирует, а только дает ответ на вопрос: проходит или не проходит линия по всем требованиям установленного стандарта. Чтобы результаты испытаний отразились на дисплее прибора, надо нажать соответствующую кнопку, после чего они появляются либо в виде колонки цифр, либо в виде графика, со всеми необходимыми надписями.

После каждого испытания линии в режиме AUTOTEST прибор содержит очень много данных, которые можно вывести на печать. Основные же цифры, характеризующие проводку, сохраняются в энергонезависимой памяти и умещаются на одну страницу формата А4. Таких коротких протоколов в приборе может храниться около 500, в зависимости от объема информации в каждом. Эти протоколы можно просматривать, редактировать, распечатывать подряд или по выбору, удалять из памяти тестера.

Теперь распечатаем краткий протокол и рассмотрим его. Вверху протокола (см. Таблицу 1) находится «шапка», состоящая из двух колонок. В левой колонке печатается обозначение тестируемой линии, наименование компании, фамилия оператора, дополнительные данные об испытаниях. В правой колонке представлены основные сведения о результатах тестирования линии: прошла или не прошла испытания (PASS/FAIL), HEADROOM, дата, время, тип кабеля, марка тестера и стандарт, по которому проводится тестирование.

Под «шапкой» помещается таблица, разделенная на две части (верхнюю и нижнюю) довольно нечетко. В верхней части помещаются параметры, не зависящие от частоты: длина линии (Length), задержка при распространении сигнала (Propagal Delay), перекос задержки (Delay Skew), сопротивление на постоянном токе (Resistance), волновое сопротивление (Impedance). В эту часть таблицы попало затухание (Attenuation) — зависимый от частоты параметр, но имеющий наибольшее значение на высшей частоте (250 МГц).

В нижней части таблицы даны наихудшие результаты измерений частотно-зависимых параметров, с обоих концов линии — с ближнего (Main) и дальнего (Remote). Названия вынужденно присвоены не по концам линии, а по наименованиям блоков тестера. Отдельные данные приводятся о наихудших измеренных значениях параметра (Worst Value) и о наименьших запасах по параметру (Worst Margin). Кроме того, напечатаны предельные значения, допустимые по стандарту (Limit). Создается впечатление, что количество приводимых данных несколько избыточно: с трудом можно представить себе специалистов, их все обрабатывающих.

Над верхней частью таблицы, под «шапкой», помещены данные проверки схемы разводки проводов в соединителях (Wire Map) и результат определения того, как соответствуют друг другу контакты разъемов на обоих концах линии (Result RJ45 PIN).

ИСПЫТАНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ ЛИНИИ

Полномасштабный тракт был специально собран для испытаний. По составу он соответствовал стандарту, но горизонтальный кабель был смотан в бухту. Экспериментальная линия представляла собой модель тракта, а не эксплуатационный объект, и была собрана из компонентов SYSTIMAX Power Sum компании Avaya Сom-munication.

Обратим внимание, что аналогичная модель тракта уже была испытана в 1996 г., о чем имеются публикации в LAN (cм. предыдущую ссылку, а также статью Д. Гальперовича «Структурированные кабельные системы» в октябрьском номере LAN за 1997 г.). Тогда еще не было тестеров на диапазон частот до 300 МГц, измерения проводились на отдельных частотах (по точкам), поэтому в апрельской статье LAN за 1997 г. опубликованы таблицы, а не графики. При измерениях погонного и переходного затуханий было снято несколько сотен точек; все испытания заняли около месяца. Теперь же на подобное тестирование линии Категории 5е ушло около 2 ч, с получением более подробных данных, чем в 1996 г. Результаты 1996 г. и 2001 г. представлены в виде графиков погонного затухания (attenuation) и переходного затухания (NEXT) на Рисунках 2 и 3.

Сопоставление Рисунков 2 и 3 показывает, что результаты несколько улучшились как по затуханию, так и по NEXT. При этом изменения в тракте были сделаны небольшие: концевые шнуры типа Power Sum заменены на GigaSPEED. Весь основной тракт (Basic Link, согласно стандарту ISO/IEC 11801) длиной 97 м остался прежним — с 1996 г. он даже не разбирался. Причину подобного улучшения параметров еще предстоит установить. Как видно из Рисунка 3, тракт в таком виде удовлетворяет требованиям не принятой пока Категории 6. В то же время изрезанность графика NEXT намного большая, что указывает на существенно повысившуюся плотность частотного спектра, в котором выполнялись описанные выше измерения.

Результаты испытаний экспериментальной проводки, во всех отношениях соответствующей Категории 6, мы намерены опубликовать в одной из следующих статей.

Кое-кто может посчитать, что мы говорим о незначительных вещах, но многолетний опыт массовых испытаний кабельной продукции показал их первостепенную важность.