|ГЛАВНАЯ|   |О ЖУРНАЛЕ|    |ПОДПИСКА|   |ФОРМЫ СОТРУДНИЧЕСТВА|  |КОНТАКТЫ|   |СОДЕРЖАНИЕ НОМЕРА|  |НОВОСТИ|    |ВАКАНСИИ|     |АРХИВ|  |IT-СТРАНСТВИЯ|

№ 5 (6) 2002

 

 

 
 

 

 

 


Семь раз отмерь...

 

Большое количество стандартов для СКС (международных,

европейских, американских) и их различная структура иногда

вызывают вопрос: «А все ли они нужны?» Попробуем

разобраться с измерением параметров СКС на симметричных

кабелях на примере стандартов IEC 61935-1 и TIA/EIA-568-A-5.

 

Никита ЮРЧЕНКО

 

 

В конце XX века телекоммуникационные кабельные системы, предназначенные для индивидуального использования различными приложениями, эволюционировали в общую структурированную кабельную систему (СКС). Параметры СКС изложены в базовом стандарте ISO/IEC 11801 и некоторых других международных и региональных стандартах (например, TIA/EIA-568-A). Ранее для контроля инсталляции кабельной системы считалось достаточным провести испытания на установление связи и визуальный осмотр. Сегодня пользователи нуждаются в более всестороннем тестировании, чтобы гарантировать, что линия будет поддерживать телекоммуникационные приложения, разработанные для использования в СКС. Такое тестирование может производиться как в лабораторных условиях (в процессе производства СКС), так и полевых (в процессе инсталляции).

В последние годы особую популярность получили полевые тестеры СКС, позволяющие измерять в автоматическом режиме все установленные стандартами параметры, сравнивать их с нормами и делать вывод о соответствии системы требованиям стандартов. Более того, тестеры ведущих производителей (Fluke, Microtest и др.) не только имеют огромные базы данных с параметрами СКС различных стандартов, но и позволяют пополнять и изменять их через Интернет.

И все же, на мой взгляд, использование самых интеллектуальных тестеров не отменяет необходимости знать физическую суть процессов и схемы измерений. Конечно, подробное изучение всех нюансов требует и соответствующего образования, и умения пользоваться литературой, да и просто желания, времени, настойчивости. Я надеюсь, что эта статья поможет вам ответить на простые вопросы: Нужны ли вам эти стандарты? Что полезного можно в них прочитать? Насколько можно доверять тестерам?

 

СТАНДАРТ IEC 61935-1

«Структурированные кабельные системы — Технические требования к тестированию кабельной сети на симметричных кабелях, соответствующей стандарту ISO/IEC 11801 — Часть 1: Инсталлированная кабельная система».

Действующая редакция стандарта принята в 2000 году и, что достаточно интересно, останется неизменной до 2006 года. Такое решение принято не потому, что данный документ идеален, а для создания длительного временного отрезка стабильности. Действительно, если базовые стандарты меняются ежегодно (как это часто происходит с нашими украинскими законами), то наступает полный хаос.

Сам стандарт касается только измерений на горизонтальном участке уже инсталлированной СКС Поскольку параметры передачи зависят от характеристик кабеля, соединительного оборудования, соединительных шнуров (патч-кордов) и кроссировки кабельной системы, от общего количества соединений и тщательности, с которой они установлены и поддерживаются. В принципе предусматривается измерение на двух основных моделях, указанных в ISO/IEC 11801: канал (channel) и постоянная линия (permanent link). Эта часть стандарта IEC61935 описывает эталонные лабораторные и линейные (полевые) методы испытаний, а также проводит сравнение этих методов.

Сейчас разрабатывается вторая часть стандарта IEC 61935-2 — «Структурированные кабельные системы — Технические требования к тестированию кабельной сети на симметричных кабелях, соответствующей стандарту ISO/IEC 11801 — Часть 2: Соединительные шнуры и кабельная система в рабочей области». Эта часть будет содержать методы испытаний, которые требуются для соединительных шнуров и кабелей рабочей области.

 

Область применения

Как вы уже, наверное, поняли, данный стандарт относится к СКС, построенным только на симметричных медных кабелях, а именно, обладающим волновым сопротивлением 100, 120 или 150 Ом. Предполагается, что все параметры этих кабелей соответствуют стандартам IEC 61156-1, IEC 61156-2, IEC 61156-3 или IEC 61156-4. Параметры соединительного оборудования (разъемов) должны соответствовать стандартам IEC 60603-7 или IEC 60807-8. В случае несоответствия кабелей или разъемов этим стандартам могут потребоваться дополнительные испытания.

Естественно, стандарт IEC 61935-1 не включает испытаний для отдельных кабелей и разъемов. В этом случае рекомендуется пользоваться, соответственно, IEC 61156-1 и IEC 60603-7, а также перечнями испытаний, приведенными в технических условиях на эти компоненты.

Все описанные в стандарте методы измерений не зависят от категории СКС (и, естественно, ее компонентов). Но возможно ли описать подробную методику измерений для любых частот? В общих чертах — да, конкретно — нет. Общие подходы к измерениям различных параметров выписаны, я бы сказал, скрупулезно. Но при определении характеристик симметрирующих устройств, шага перестройки частоты при измерении затухания и переходного затухания в диапазоне частот, при оценке предполагаемой точности измерений полевыми тестерами упоминаются частоты: до 100, 250 и 1000 МГц. С другой стороны, набор измеряемых параметров (таких как ELFEXT, PS NEXT, PS ELFEXT и др.) предполагает передачу сигналов стандарта Gigabit Ethernet. Видимо, такое «неединообразие» различных разделов можно считать главным недостатком этого стандарта. Как бы в ответ на возможные замечания IEC 61935-1 содержит великолепную по своей гибкости фразу: «Пользователям этого стандарта рекомендуется консультироваться со стандартами по приложениям, изготовителями оборудования и системными интеграторами, чтобы определить пригодность этих требований для специфических сетевых приложений».

 

Структура

Структурно стандарт построен следующим образом (рис. 1).

 

 

Последовательно указаны область применения этой части, перечень нормативных документов, определения (не вошедшие в ISO/IEC 11801), методики лабораторных и линейных измерений, а также требования к точности полевых тестеров.

Читая приведенные в стандарте определения, ловишь себя на мысли, что его создатели словно задались целью описать простые параметры сложными словами. Однако дальнейшая работа со стандартом показала, что именно такие определения (и соответствующие формулы) нужны с точки зрения измерений. Ряд определений вообще связан не с параметрами СКС, а только с самим процессом тестирования: минимальный статический радиус изгиба, динамический радиус изгиба, кабельная сборка, электрическая длина, сравнительное испытание, баланс выходного сигнала, эталонная плоскость.

 

Эталонные измерения

Здесь описаны процедуры измерений электрических параметров, предназначенные для использования в лабораторных условиях.

Эталонные процедуры измерений требуют применения сетевых анализаторов, симметрирующих трансформаторов, тестовых образцов кабелей с «витыми парами» и оконечных нагрузок с согласованным полным сопротивлением. Для некоторых измерений могут также использоваться отдельные тестовые генераторы или приемники.

В разделе определены требования к следующему:

•  входным и выходным портам сетевого анализатора;

•  согласованию волнового сопротивления подключаемых проводников;

•  резисторам нагрузочных сопротивлений;

•  симметрирующим трансформаторам (так как обычно порты входа и выхода сетевого анализатора несимметричны);

•  соединительным коаксиальным кабелям и шнурам.

Подробно описаны порядок измерений, калибровка, определение погрешности и представление результатов для следующих параметров СКС:

•  сопротивление шлейфа постоянному току (DC loop resistance);

•  затухание (Attenuation);

•  задержка распространения (Propagation delay) и смещение задержки (Delay Scew);

   переходные помехи на ближнем конце между парами (NEXT) и их суммарная мощность (PS NEXT);

   переходные помехи на дальнем конце между парами (FEXT) и их суммарная мощность (PS FEXT);

   равноуровневые помехи на дальнем конце (ELFEXT);

   обратные потери (RL).

Методы измерения затухания дисбаланса (асимметрии) и затухания связи (для экранированных кабелей) не даны. Предполагается их появление в следующей редакции стандарта.

 

Измерения тестерами

Этот раздел подробно определяет электрические характеристики линейного тестового оборудования и методы испытаний, интерпретацию результатов измерений СКС после ее инсталляции в реальных условиях, затрагивает вопросы, связанные с линейными испытаниями. Также описаны методы сравнения результатов, представленных линейным тестовым оборудованием с результатами, полученными при использовании лабораторных методов.

Различное линейное тестовое оборудование классифицируется по уровням характеристик (в настоящее время используются уровни I, II и IIE). Поскольку этот раздел определяет требования для тестеров, проверяющих кабельную систему класса D, то линейное тестовое оборудование, соответствующее этим требованиям, определено как уровень IIE.

В отличие от предыдущего раздела, порядок измерения тестерами описан не столь подробно (да в этом и нет большой необходимости). Измерению подлежат те же параметры, что и для сетевых анализаторов, но добавлен визуальный осмотр, определение карты проводников (wire map) и электрической длины кабеля (electrical length).

Проверка карты проводников предназначена для контроля корректного подключения выводов на каждом конце и проверки на ошибки соединения при инсталляции. Проверяется непрерывность проводников, отсутствие короткого замыкания, а также отсутствие некоторых ошибок соединения, которые могут повлиять на работу системы (рис. 2).

 

 

Электрическая длина участка системы важна при измерении некоторых параметров частотными и временными методами. Особенно это касается определения задержки распространения и смещения задержки методами рефлектометрии во временной области. Физическую длину участка здесь использовать невозможно, так как в кабеле имеется скрутка проводников в пары и скрутка всех пар сердечника. Поэтому для корректных измерений необходима предварительная калибровка номинальной скорости распространения (NVP). В свою очередь, NVP  зависит от рабочей емкости цепи, т.е. от диаметра проводников, толщины и материала диэлектрика. Приведенная в стандарте методика определения NVP  основана на простом соотношении:

 

В разделе также указано необходимое количество измерений различных параметров, критерии принятия решения, требования к повторяемости результатов.

 

Определение точности измерений тестерами

В этом разделе описываются минимальные уровни характеристик линейных тестеров уровня IIЕ. Каждый уровень точности имеет свой собственный набор характеристических требований. Сложность заключается в том, что точность является функцией не только характеристик линейного измерительного оборудования, но и характеристик передачи кабельной системы. Также описаны различные модели ошибок, обеспечивающие оценку точности измерения для каждого параметра, который будет измерен. В дополнение к характеристическим требованиям для параметров линейных тестеров определены методы сравнения результатов, полученных при использовании линейного тестового оборудования и с помощью лабораторных методов.

Для начала приведена таблица предполагаемой точности измерений вблизи тестового предела (при измерении в канале). Также в виде таблиц представлены минимальные требования к параметрам тестеров (диапазон измерений, частотный диапазон, баланс выходного сигнала, уровень случайного шума, составляющая систематической ошибки и т.п.) при измерении параметров передачи. Далее приведены подробные методы и схемы определения этих параметров тестеров.

Точность измерения для постоянной линии и канала рассчитывается, исходя из основного уровня точности и ошибок, вызванных тестовыми кабелями и адаптерами. Для этого составляются модели ошибок, использующие оценки основного уровня точности измерения тестеров и основывающиеся на определении модели ошибок двенадцати параметров измерений сетевого анализатора, с изменениями и упрощениями.

В заключительной части стандарта приведена методика сравнения результатов испытаний, проведенных с помощью сетевых анализаторов и полевых тестеров. Различие одиночных результатов должно согласовываться в пределах суммы точностей измерений лабораторного оборудования и линейного тестера при том уровне сигнала, при котором проводилось измерение.

 

СТАНДАРТ TIA/EIA-568-A-5

«Технические требования к характеристикам передачи для структурированных кабельных систем категории 5е на 4-парном кабеле с волновым сопротивлением 100 Ом».

Стандарт подготовлен в 2000 году рабочими группами Ассоциации телекоммуникационной промышленности (TIA) по запросу института IEEE, разработавшего системы и алгоритмы совместной двунаправленной передачи по 4 парам симметричного кабеля. Для работы новых высокоскоростных систем понадобилось установить дополнительные технические требования к параметрам передачи (PS NEXT, FEXT, ELFEXT, PS ELFEXT). Данный стандарт содержит требования к этим и другим параметрам передачи для СКС на 4-парном 100 Ом кабеле категории 5е. Здесь также приведены методы лабораторных измерений и измерений полевыми тестерами, а также расчетные алгоритмы для аппроксимации параметров в заданном расчетном диапазоне.

В перечне определений и сокращений даны только четыре указанных выше параметра влияния. Причем форму­ировки для них гораздо проще и привычнее (по традиции американских стандартов), чем в IEC 61935-1.

В качестве схемы тестирования СКС предполагается использование канала либо базовой линии, как это определено в TSB67. Кстати, последний документ также имеет много общего с международным стандартом IEC 61935-1 и весьма интересен особенно для тех, кто занимается измерениями.

Основная часть рассматриваемого документа содержит технические требования к следующим группам параметров передачи:

  переходные влияния на ближнем конце (NEXT, PS NEXT);

  переходные влияния и защищенность на дальнем конце (FEXT, ELFEXT, PS ELFEXT);

  обратные потери;

  задержка распространения;

  смещение задержки.

Для первых трех групп параметров приводятся отдельные технические требования к кабелю, соединительному оборудованию и фрагменту СКС (постоянная линия и базовая линия). Требования даны для диапазона до 100МГц в виде расчетных формул и информационных таблиц.

Очень интересными, с практической инженерной точки зрения, являются многочисленные приложения TIA/EIA-568-A-5 (см. «Приложения стандарта TIA/EIA-568-A-5»).

 

ОБЩИЕ ВПЕЧАТЛЕНИЯ

Рассмотренные выше стандарты, хотя и имеют схожую тематику, отличаются достаточно сильно по структуре, изложению, языку. Международный стандарт IEC 61935-1 в большей степени предназначен для персонала, специализирующегося на измерениях в СКС (в основном лабораторных), хорошо ориентирующегося в англоязычной технической и измерительной терминологии, физических процессах передачи по кабельным линиям и особенностях работы измерительного оборудования. Одной фразой я охарактеризовал бы его так: «большой, подробный и несколько тяжеловесный».

Американский стандарт TIA/EIA-568-A-5, наоборот, достаточно прост в изложении и формулировках, имеет ряд практически ценных разделов, хотя вопросы измерений здесь изложены недостаточно полно. За подробностями, например, вас отсылают к документу TSB67, что не очень удобно. Можем сформулировать это так: «простой, практичный, но неполный».

Полезность одного и другого стандарта, наверное, в большей степени определяется спецификой вашей работы. Выбор за вами!

 

Редакция благодарит компанию "Инвэкс Телеком" за предоставленный перевод стандарта IEC 61935-1, а также компанию Helsby за текст американского стандарата (TIA/EIA -568-4-5.

 

Никита Юрченко,

"Сети и бизнес",

 nikita_ur@ ukr.net

 

Приложения стандарта  TIA/EIA-568-A-5

Приложение A (нормативное) стандарта TIA/EIA-568-A-5 посвящено измерению дополнительных параметров, связанных с категорией 5е. Для измерения тестерами других параметров предлагается использовать TSB67. Приведена таблица возможных комбинаций ELFEXT для измеренных значений FEXT и затухания во всех четырех парах. Для шести параметров передачи приведена ожидаемая точность измерения (эталонная и с тестовым адаптером).

 

В нормативном приложении B даны минимальные требования к измерительной точности полевых тестеров уровня II-E. Указано, какие параметры тестеров, влияющие на точность измерений, должны предварительно тестироваться и каким образом. На этих параметрах построены модели ошибок для затухания, параметров переходных потерь на ближнем и дальнем конце, обратных потерь.

 

Нормативное приложение С содержит схемы и краткое описание процедур лабораторных измерений параметров передачи (сетевыми анализаторами). Указаны также технические требования к тестовым симметрирующим устройствам и тестовому разъему.

 

Приложение D (нормативное) содержит очень краткое описание и схему измерения сетевым анализатором FEXT для соединительного оборудования.

 

В нормативном приложении Е более подробно описана методика измерения обратных потерь для кабеля, соединительного оборудования и СКС. Сама схема и общие подходы к измерениям приведены в приложении С.

 

Нормативное приложение F содержит процедуру измерения переходного влияния (NEXT) в 8-контактной модульной вилке, которой должен быть оконцован кабель (100 Ом) типа UTP для соединения с оконечным соединительным оборудованием.

 

Приложение G (нормативное) определяет для модульного соединительного шнура процедуру измерения обратных потерь, различные отклонения от заданных параметров, в том числе и вследствие механических воздействий на шнур.

 

Информативное приложение Н предлагает модель развития фрагмента СКС, зависящую от частоты и параметров компонентов категории 5е.

 

В информативном приложении I описывается процедура конструирования модульного разъема, пригодного для проведения эталонных лабораторных измерений параметров передачи, указанных в приложении С.

 

 

№ 5 (октябрь-ноябрь) 2002