Представления о структурированных кабельных системах (СКС), как правило, идеализированы. Многие заказчики считают тестирование линий излишней и дорогостоящей процедурой, необходимой только для сертификации. Фактически качество современных систем невозможно обеспечить без 100% контроля. Объективная проверка позволяет устранить как мелкие, так и серьезные недостатки.
Долгосрочные гарантии повсеместно воспринимают как залог решения проблем на физическом уровне. В действительности, требования сетевых протоколов выше ограничений стандартов CKC. Класс или категория среды передачи не имеют значения, если сеть работает нестабильно.Оценить полученные результаты можно, используя планку приложений. Возможности среды передачи хорошо известны, однако параметры протоколови сам факт несогласованности стандартов остаются в тени. Недостаток знаний и искаженные толкования результатов часто приводят к неправильным решениям.
Модели канала
В большинстве случаев тестирование включает только часть канала. Как правило, это базовая линия, состоящая из фиксированного кабеля с разъемами на концах. Однако работа сети зависит от параметров канала, обеспечивающего передачу сигналов между двумя терминальными устройствами.
Рис.1. Интерфейсы СКС и интерфейсы тестирования 2002
Точки подключения активного оборудования и кабелей внешних служб называются интерфейсами СКС. Интерфейсы СКС не совпадают с интерфейсами тестирования. Во-первых, точка консолидации (ТК), предназначенная для удобства организации рабочих мест в открытых офисах, не является интерфейсом СКС. Стандарты не предусматривают подключение оборудования к ТК. Во-вторых, параметры гибких кабелей измеряют в составе канала, что исключает коммутационные панели магистрального канала с четырьмя разъемами в качестве портов подключения измерительного оборудования.
В настоящее время стандарты определяют две модели канала: подключение и коммутация. Второе издание ISO/IEC 11801 предусматривает четыре модели канала: подключение, коммутация, подключение с точкой консолидации (ТК) и коммутация с ТК.
Рис.2. Модели канала горизонтальной подсистемы 2002
АК – абонентский кабель, КК – коммутационный кабель, СК – сетевой кабель, ПК – переходный кабель,
ТР – телекоммуникационный разъем, ТК – точка консолидации, РП – распределительная панель, КП – коммутационная панель
На долю горизонтальной подсистемы приходится подавляющее большинство электропроводных кабелей. В магистралях телефонная и информационная подсистемы разделены, а в горизонтальной подсистеме интегрированы, поэтому все линии должны соответствовать самым строгим требованиям современных приложений.
Новые стандарты реализуют непривычную пока концепцию создания структурированной кабельной системы. В настоящее время длина фиксированных кабелей горизонтальной подсистемы не должна превышать 90 метров, а гибких – 10 метров. С 2002 года длина фиксированных линий будет определяться по формулам, различным для каждого класса среды передачи и каждой модели канала. Проектировщики будут использовать общий бюджет затухания канала и определять длину фиксированных кабелей, исходя из требуемой длины абонентских и переходных кабелей. Например, модель «подключение» класса D с абонентскими кабелями 23 метра и сетевыми 2 метра будет ограничена величиной 71 метр, а фиксированные кабели – 46 метров. Измерение параметров стационарной линии при этом не имеет практического значения.В результате применения новых стандартов доля тестируемых каналов будет возрастать.
Если длина каналов значительно меньше предельно допустимой, тестирования линий будет достаточно. Каналы более сложных моделей и линии предельной длины необходимо проверять не просто на соответствие стандартам среды передачи, но и требованиям протоколов.
Параметры каналов
Для оценки качества передачи сигналов приходится учитывать несколько десятков помех различного типа в полосе частот, определенной стандартами или пределами измерений. С этой точки зрения, интерпретация результатов симметричных электропроводных линий оказывается сложнее, чем оптоволоконных.
На рисунке 3 показаны схемы передачи протоколов Fast Ethernet 100 Base-TX и Gigabit Ethernet 1000 Base-T. До появления протоколов, задействующих все четыре пары, достаточно было учесть затухание сигнала (Attenuation) и перекрестные наводки (NEXT), изображенные красными стрелками. Если работают только две пары, возникают две наводки NEXT, влияющие на работу приемников на каждом конце линии. Протоколы используют разные пары, поэтому при тестировании проверяют все возможные комбинации – по шесть помех для обоих концов линии / канала.
Рис.3. Схема передачи протоколов Fast Ethernet и Gigabit Ethernet
Требование увеличения скорости передачи данных без расширения частотного диапазона привело к усложнению схемы передачи и числа тестируемых параметров. Тактовая частота Gigabit Ethernet составляет 250 МГц, фактическая скорость передачи данных по каждой паре – 250 Мбит в секунду. Для уменьшения эффективной полосы частот до 125 МГц применено двухбитовое кодирование.
Для передача двух битов используется четыре уровня, а для повышения помехозащищенности – пятый уровень, что реализовано в схеме PAM-5. Увеличение скорости при сохранении полосы частот потребовало расширения динамического диапазона. Пятиуровневая схема предъявляет более высокие требования к качеству сигнала, чем двух- и трехуровневая. Для работы Gigabit Ethernet предусмотрено наилучшее отношение сигнал / шум (SNR) на входе в приемник, чем у любого из действующих протоколов (таблица 1)).
Еще один резерв – число пар. Чтобы обеспечить 1000 Мбит/с, задействованы все четыре пары, каждая из которых работает одновременно в обоих направлениях. Поток битов разбивается на четыре и вновь соединяется в один, следовательно, приходится учитывать еще один параметр. Разница во времени прохождения сигналов по парам (сдвиг) не должна превышать определенного значения, чтобы правильно собрать пакеты на входе в приемник.
Дуплексная передача добавила к перекрестным наводкам (NEXT) однонаправленные наводки (FEXT). Наводки однонаправленной передачи каждой пары влияют на три смежные пары, что дает по 12 комбинаций FEXT на каждом конце линии. На рисунке 3 внизу однонаправленные наводки третьей пары отмечены стрелками сиреневого цвета.
Кроме того, для оценки качества сигналов на входе в приемник потребовалось измерять не только межпарные, но и суммарные наводки (Power Sum NEXT и Power Sum FEXT). В четырехпарном кабеле насчитывается 36 комбинаций межпарных и 16 комбинаций суммарных наводок, подлежащих контролю, – по 6 NEXT, 12 FEXT, 4 PS NEXT и по 4 PS FEXTна каждом конце линии.
Качество сигналов на входе в приемники каждой из пар определяют две величины:отношение затухания к суммарным перекрестным наводкам (PS ACR) и отношение затухания к суммарным однонаправленным наводкам (PS ELFEXT). В совокупности PS ACR и PS ELFEXT характеризуют превышение сигнала над уровнем собственных шумов и отличаются от параметра сигнал / шум (SNR) на величину внешних наводок. На рисунке 5 отношение PS ACR показано линией красного, а PS ELFEXT – линией синего цвета.
Возвратные потери учитывают отражения сигналов в результате разбалансировки и изменений волнового сопротивления среды передачи и возникают в каждой паре на каждом конце линии. Данный вид помех влияет на протоколы с одновременной передачей и приемом сигналов по каждой паре. Баланс измеряется как логарифмическая разность напряжения сигналов, подаваемых в противофазе на каждый их проводников пары. Этот параметр не оказывает непосредственно влияния на отношение сигнал / шум и не измеряется полевыми тестерами.
Результирующие параметры, характеризующие отношение мощности сигнала на входе в приемник к мощности собственных шумов (ACR, PS ACR, ELFEXT и PS ELFEXT), вычисляют по простым формулам как логарифмическую разность затухания и соответствующих наводок. Если учесть, что все эти параметры измеряются в диапазоне частот вплоть до 350–600 МГц с шагом 0,1–00,225 МГц, на выходе появляется большой объем данных по каждой тестируемой линии / каналу.
Параметры СКС заданы в диапазоне частот, определенном стандартами для каждого класса. Для класса D – это 100 МГц. Для отображения и вычисления относительных значений используется логарифмическая шкала. Логарифмы – это степени чисел, измеряемые в Белах. Десятая доля Бела называется децибелом. Таким образом, 10 децибел равны 10, 20 децибел – 100, 30 децибел – 1000. Соответственно -10 дБ составляют десятую, -20 дБ – сотую долю относительной величины, и так далее. Деление десятичных величин равноценно вычитанию логарифмов.
Рис.4. Затухание и наводки канала класса D 2002
Рис.5. Параметры канала класса D 2002
На рисунка 4 и 5 показаны параметры канала класса D Второго издания данного ISO/IEC 11801. Для приложений с простейшей схемой передачи, например, Fast Ethernet 100 Base TX, достаточно было знать всего три параметра – затухание, наводки и их отношение (рисунок 4). Учет и измерения других видов собственных шумов, изображенных на рисунке 5, потребовалось для обеспечения работы протокола Gigabit Ethernet 1000 Base-T.
Как видно из графиков, на частоте 100 МГц качество сигнала наихудшее. Источники проблем – увеличениe затухания сигнала (Attenuation) и перекрестных наводок (NEXT). В результате полезный сигнал превышает суммарный шум данного типа всего на 3,1 дБ или в два раза. Этого совершенно недостаточно для нормальной работы приложений класса D. Данное противоречие не оказалось в поле зрения только из-за недостаточной осведомленности специалистов и заказчиков. Мало кто знает реальные требования протоколов и тот факт, что они превышают возможности среды передачи своего класса.
Другая проблема заключается в терминологии и толкованиях параметров, искажающих их фактическое значение. Если считать, что NEXT – это «переходное затухание на ближнем конце», трудно представить, что это наводки, возникающие с обеих сторон линии / канала. Отношение затухания к наводкам различного типа, трактуемые как «защищенность на ближнем конце» (ACR) и «равноуровневые наводки на дальнем конце» (ELFEXT), не воспринимаются как аналогичные параметры, определяющие качество сигналов на входе в приемник. В статье «Открытые системы – частные термины» систематизированы основные понятия и поясняется физический смысл параметров среды передачи.
Удаленность приемников имеет значение только с точки зрения локализации полученных параметров. Другими словами, если выявлено превышение наводок, важно установить проблемную точку. Тестер фиксирует все параметры с привязкой к блокам, поэтому для практического использования результатов следует придерживаться системы подключения и учитывать расположение приборов.
Что касается других помех, возвратные потери (Return Loss) ограничены величиной 10 дБ, а отношение сигнала к суммарным однонаправленным наводкам – 14,4 дБ. Другими словами, мощность отраженного сигнала не может превышать десятой части мощности передатчика, а мощность однонаправленных наводок меньше мощности сигнала на входе в приемник в 27,5 раз. Как видим, эти помехи влияют значительно меньше, чем перекрестные наводки.
Читать полностью:http://www.km.ru/referats/335123-testirovanie-sks-%E2%80%93-sreda-peredachi-ili-protokoly |