Сравнительные испытания кабельных систем для 10 Гбит/с

Повсеместный переход на технологию 10 Gigabit Ethernet потребовал сформировать новые, гораздо более жесткие требования к кабельной системе. Как стало очевидно, кабельные системы должны соответствовать условиям окружающей среды, в которой они инсталлируются и эксплуатируются. Поэтому новые стандарты определяют сферы применения и пригодность различных систем согласно классификации Mechanical, Ingress, Chemical and Electromagnetic (MICE). Помимо десятикратной разницы в скорости передачи данных технологии 1 Гбит/с и 10 Гбит/с имеют еще два основных различия. Во-первых, малое отношение сигнал/шум вследствие более сложной схемы кодирования протокола 10GBaseT делает это приложение более уязвимым к электромагнитным помехам (ЭМП), исходящим от внешних источников. Во-вторых, большее электромагнитное излучение, особенно на частотах в диапазоне 250–500 МГц, приводит к перекрестным наводкам от соседних кабелей. Этот эффект характеризуется параметром Alien Crosstalk (ANEXT). Важно знать, как кабельная система способна противостоять этим факторам.

Серьезным шагом в осознании возможных последствий слабой помехозащищенности приложения 10 Gigabit Ethernet стало недавнее исследование электромагнитной совместимости (ЭМС) кабельных систем для 10 Gigabit Ethernet, проведенное независимой лабораторией GHMT в Германии. До этого времени всю информацию о помехозащищенности кабельных систем предоставляли сами производители. Непредвзятую же и объективную оценку реальных характеристик способен дать только эксперт, не связанный никакими ограничениями и потому способный разрешить все вопросы и споры.

За годы своего существования основанная в 1992 году тестовая лаборатория GHMT AG приобрела международную известность благодаря своей независимости от производителей и абсолютной беспристрастности. Сертифицированная по стандарту ISO/IEC 17025, она специализируется на тестировании ЭМС проводных и беспроводных систем, структурированных кабельных систем и компонентов. С учетом всех этих обстоятельств лаборатория была выбрана для проведения сравнительных испытаний экранированных и неэкранированных кабельных систем. Результаты испытаний представляют большую практическую ценность, так как проводились на коммерчески доступном активном оборудовании 10GBaseT в условиях, соответствующих международной классификации MICE.

Модель MICE для оценки условий окружающей среды принята всеми базовыми стандартами ISO, CENELEC и TIA. Условия окружающей среды на объекте инсталляции СКС классифицируются по типу воздействия: механическое, проникающее, химическое и электромагнитное. Для каждого критерия предусмотрены три уровня, где первый (низший) уровень характеризует среду с контролируемыми параметрами (то есть офисные помещения), а третий (наивысший) — среду с неблагоприятными условиями эксплуатации СКС (заводы, лаборатории и т. п.). Электромагнитная обстановка, принятая в исследовании GHMT для оценки результатов испытаний (пройден/не пройден), соответствовала уровню Е1, характеризуемому пятью стандартными параметрами. Дополнительные испытания для уровней E2 и E3 проводились для оценки запаса характеристик.

В ходе исследования были протестированы шесть кабельных систем Класса ЕА/Категории 6A ведущих мировых производителей: три системы U/UTP, одна экранированная система F/UTP и две дважды экранированные системы типа S/FTP. Тестирование проводилось на соответствие требованиям стандартов ISO/IEC 11801 Ed. 2.1 и TIA/EIA-568-B.2 Ad.10 к кабельному тракту (Channel) Класса ЕА и Категории 6A соответственно (см. Рисунок 1).

Первые же измерения показали, что экранированные системы обеспечивают высокое затухание излучения (Coupling Аttenuation) и вследствие этого — выдающиеся характеристики по ослаблению межкабельных наводок ANEXT. В то же время системы UTP продемонстрировали существенно более низкие характеристики по ANEXT и Coupling Аttenuation. Одна из систем UTP не прошла квалификационный отбор по ANEXT и была исключена из дальнейшего исследования. Эти результаты подтверждают, что благодаря своей конструкции системы STP способны без проблем поддерживать трафик 10 Гбит/с. В отличие от систем UTP экранированные кабельные системы могут располагаться в непосредственной близости от силовых кабелей, их не надо прокладывать в закрытых металлических лотках, кабели для 1 Гбит/с и 10 Гбит/с можно разместить в одном лотке и, самое главное, полевое тестирование параметра ANEXT не требуется.

Для исследования электромагнитной совместимости (ЭМС) испытуемые кабельные системы подвергались воздействию радиочастотных полей, кондуктивных помех, импульсных помех, магнитного поля и электростатических разрядов. В ходе первого испытания определялась устойчивость кабельной системы к радиочастотному электромагнитному полю в диапазоне от 80 МГц до 2 ГГц. Требования и методы испытаний соответствовали стандарту МЭК 61000-4-3. В ходе теста имитировалось воздействие таких потенциальных источников ЭМП, как системы радиосвязи с подвижными объектами, телерадиовещательные станции, мобильные телефоны и переносные рации. Экранированные системы прошли испытание для всех уровней напряженности поля вплоть до предельного значения 3 В/м. Cистемы UTP не выдержали тест даже на самых низких уровнях электромагнитной обстановки окружающей среды (см. Рисунок 2). Включение рации или звонок с мобильного телефона ухудшали передачу данных по неэкранированным системам или приводили к полному прерыванию трафика (см. Рисунок 3).

Далее испытывалась устойчивость кабельной системы к кондуктивным помехам, вызываемым радиочастотными полями, в диапазоне от 150 кГц до 80 МГц по МЭК 61000-4-6. И снова системы подвергались воздействию ЭМП, которые имитировали влияние сигналов телерадиовещательных станций, портативных раций, радиочастотного оборудования. Результаты оказались предсказуемыми: системы STP прошли все тесты, в то время как системы UTP с заданиями не справились.

На следующем этапе проверялась устойчивость кабельной системы к наносекундным импульсным помехам, которые возникают в результате коммутационных процессов в электроустановках. Требования и методы испытаний соответствовали стандарту МЭК 61000-4-4. В ходе тестов требовалось выяснить, воздействует ли включение флюоресцентных ламп, находящихся в непосредственной близости от информационных кабелей, на передачу данных со скоростью 10 Гбит/с. Возникающий при этом переходный процесс вызывал наведенные помехи в неэкранированных кабелях, что приводило к сбоям и даже к полному прерыванию передачи данных. Далее системы испытывались при их параллельной прокладке с силовыми кабелями. Экранированные кабельные системы прошли тесты на соответствие требованиям класса E3 на любом расстоянии от силового кабеля, в то время как для систем UTP требовалось разнесение с силовыми кабелями не менее чем на 30 см.

Четвертый тест был связан с влиянием магнитных полей от различных источников, таких как трансформаторы, низковольтные щитки и др. Это было единственное испытание, которое успешно выдержали не только экранированные, но и неэкранированные системы. И наконец, системы подверглись испытанию на устойчивость к электростатическим разрядам, вызываемым следующими обстоятельствами: низкая относительная влажность воздуха в помещении, наличие напольных покрытий из теплоизоляционного материала, синтетическая ткань, из которой изготовлена одежда обслуживающего персонала, и пр. Требования и методы испытаний соответствовали стандарту МЭК 61000-4-2. Системы STP прошли тест при воздушном и контактном разрядах, а у системы UTP при воздушном разряде амплитудой 2 кВ вышла из строя сетевая карта.

Результаты испытаний на соответствие требованиям стандартов, проведенных одной из самых известных и авторитетных испытательных лабораторий в кабельной отрасли, подтвердили правильность выбора экранированных кабельных систем для поддержки передачи данных со скоростью 10 Гбит/с (см. Таблицу 1). Подводя итог, можно констатировать следующее:

• системы UTP для 10 Гбит/с не прошли основные тесты для всех уровней электромагнитной обстановки по классификации MICE, включая офисные помещения;
• в случае использования систем UTP для поддержки 10 Гбит/с требуется соблюдение особых условий монтажа, разнесение с силовыми кабелями, флюоресцентными лампами и другими источниками ЭМП;
• системы STP соответствуют всем требованиям по ЭМС согласно классификации MICE и поддерживают 10 Гбит/с благодаря своей экранированной конструкции.

Полученные данные подтверждают тот факт, что пропускную способность структурированной кабельной системы необходимо оценивать не только по ее передаточным характеристикам, но и по ее устойчивости к электромагнитным воздействиям. Результаты исследования подробно описаны в статье, подготовленной лабораторией GHMT.

Тони Стэнли — ведущий специалист департамента AMP NETCONNECT Tyco Electronics UK.