Стандарты и категории СКС

История вопроса

Структурированные кабельные системы получили широкое распространение в начале 80-х годов 20 века — во времена тотального роста телекоммуникационных услуг и сервисов, а также компьютеризации. И, как следствие, спустя почти 10 лет, стало очевидно, что кабельные системы здания приобретают так называемую структурированность и, что особенно примечательно, особую важность. Для каждого офиса строилась отдельная кабельная система, которая была удобна в эксплуатации для заказчиков. Однако на стояки и кабельные трассы зданий оказывалась огромная нагрузка, в силу использования при строительстве собственных кабелей, шнуров и прочего оборудования. Данную проблему нужно было решать, притом срочно!

Американские и международные стандарты для СКС

Поэтому в 1991 году в США был издан первый официальный стандарт для проектирования и испытания структурированных кабельных сетей. Так появился TIA/EIA-568, который в течении нескольких лет дополнялся и, в результате, спустя 4 года был опубликован стандарт TIA/EIA-568А. Этот стандарт включал следующие кабельные категории: Cat1, Cat2, Cat3, Cat4 и Cat5. Тогда же появляется аналогичный международный стандарт (ISO/IEC 11801: 1995), в целом, базирующийся на американском документе. В прочем, ISO/IEC 11801: 1995, кончено же, имел ряд не принципиальный отличий, заключающихся в структуре документа и разности терминологии. К 2001 году американский стандарт был доработан и обновлен до TIA/EIA-568В.



В 1991 году в США был разработан первый стандарт для структурированных кабельных систем — TIA/EIA-568



В новое издание были внесены важные изменения. Во-первых, были исключены категории 4 и 5, а также внесены требования для усовершенствованных модификаций категорий 3 и 5а. Во-вторых, добавлено понятие фиксированной линии (permanent line), отсутствовавшее в прежнем издании. В третьих, добавлена основные параметры волоконно-оптического кабеля 50/125 мкм. Также стандарт претерпел структурные изменения — теперь документ состоял из трех частей, посвященных общим положениям, электропроводным кабельным системам и волоконно-оптическим элементам. Годом позже, в 2002 году, был обновлен и международный стандарт для СКС. Основные изменения затронули организацию подсистемы рабочего места. Важным отличием стало исключение коммутационных шнуров из списка функциональных компонентов СКС, т.к. состоит из двух описанных компонентов — кабеля и двух информационных вилок.

В отличие от американского стандарта для кабельных систем, ISO/IEC 11801 имеет более объемную типологию компонентов. В международном стандарте для кабельных систем, как и в американском, указаны категории: 3, 5, 5а, 6, 6а и 7. Также приведены классы каналов, указанные в сравнительной таблице стандартов ISO/IEC 11801 и TIA/EIA-568С. (Таблица 1)

ISO/IEC 11801

TIA/EIA-568С

Класс канала

Категория компонентов

Категория компонентов

Маркировка

Частота полосы пропускания

Частота полосы пропускания

С

16 МГц

Категория 3

Cat 3

16 МГц

-

-

-

Cat 5

D

100 МГц

Категория 5а

Cat 5a

100 МГц

E

250 МГц

Категория 6

Cat 6

250 МГц

Ea

500 МГц

Категория 6а

Cat 6a

500 МГц

F

600 МГц

Категория 7

-

-

Fa

1200 МГц

Категория 7а

-

-

Таблица 1

Российские стандарты (ГОСТ Р 53245-2008 и ГОСТ Р 53246-2008)

Только в 2010 году в России были разработаны собственные стандарты, которые, впрочем, создавались на основе американских и европейских соответствующих нормативных документах. Поэтому отечественные ГОСТы для кабельных систем во многом аналогичны международным и американским стандартам, как первоисточникам. Российские стандарты имеют приоритетное значение при организации структурированных кабельных систем на территории Российской Федерации. В прочем, даже сегодня в технических заданиях заказчиков на территории РФ нередко встречаются ссылки именно на международный стандарт, следование которому в процессе создания СКС не является нарушением российских нормативных документов.

Итак, ГОСТ Р 53246-2008 общие требования к проектированию структурированных кабельных систем на базе медной витой пары и ВОЛС (волоконно-оптические линии связи). Данный стандарт предназначен для объектов с площадью обслуживания не более 1 000 000 м2, а количество пользователей ограничивается 50 тыс. В состав документа включены рекомендации и необходимые требования для всех возможны компонентов и подсистем СКС.



На территории России приоритетное значение имеет государственный стандарт для строительства и тестирования СКС ГОСТ Р 53246-2008



Стандарт ГОСТ Р 53245-2008 содержит необходимые правила и рекомендации для испытания кабельных систем на основе медной витой пары с показателем волнового сопротивление 100 Ом, а также волоконно-оптических кабельных систем. Для этих видов систем включены следующие пункты:

  • Общие положения
  • Конфигурации тестирования
  • Параметры испытаний
  • Полевые тестеры
  • Результаты тестирования
  • Пункт «Конфигурации тестирования» содержит необходимую информацию о требованиях к конфигурациям так называемых полевых тестирований горизонтальной и магистральной подсистем СКС. В разделе «параметры испытаний» приводится перечень основных и необходимых параметров:

  • Схема разводки (Т568А/Т568В) и непрерывность экрана
  • Длина (L)
  • Вносимые потери (IL)
  • Переходное затухание на ближнем конце для модели «пара-пара» (NEXT)
  • Переходное затухание на ближнем конце для модели суммарной мощности (PSNEXT)
  • Переходное затухание на дальнем конце для модели «пара-пара» (ELNEXT)
  • Переходное затухание на дальнем конце для модели суммарной мощности (PSELNEXT)
  • Возвратные потери (RL)
  • Задержка распространения (PD)
  • Смещение задержки (PDS)

В пункте «полевые тестеры» описаны требования к программному обеспечению тестирующего оборудования, установках режимов испытаний, заводской калибровке и рекомендации для проверки достоверности результатов.Также в содержание данного документа внесена необходимая информация (графическая документация, результаты сертифицированного тестирования) для регистрации структурированной кабельной системы на территории России.

Стандарты для волоконно-оптических линий связи

В составе СКС уже довольно давно используются волоконно-оптические линии связи (ВОЛС). Данная технология позволяет передавать сигнал на большие расстояния. К концу 80-х годов 20 века необходимость в стандартизации компонентов и проектирования СКС стала очевидной, и ВОЛС, в этом смысле, не стали исключением. Изначально в США Институтом Инженеров Электротехники и Электроники (IEEE) был выпущен стандарт (IEEE 802.3j), включающий описание технологии Ethernet. Посредством этой технологии передача данных осуществлялась со скоростью 10Мбит/с и максимальной длиной сегмента 2 км.

Однако вскоре из «волокна» смогли «выжать» большую производительность. В 1995 году была разработана технология Fast Ethernet, которой по сей день находится применение. Эта технология была описана в стандарте IEEE 802.3u. Теперь скорость передачи данных достигала 100 Мбит/с — революционного на тот момент показателя.



Разработанная в 1995 году технология Fast Ethernet достаточно активно эксплуатируется и сегодня



Итак, в стандарте IEEE 802.3u содержится информация об использовании технологии Fast Ethernet (100BASE-FХ). В данном случае подразумевается эксплуатация волоконно-оптического многомодового кабеля с шириной диаметра сердцевины 62,5 микрон. При этом длина сегмента не должна превышать 2000 м.

Однако уже через 3 года, в 1998-ом публикуется стандарт IEEE 802.3z, в котором описана технология Gigabit Ethernet. Теперь передача данных стала возможна на скорости до 125 Мбайт/с при условии использования волоконно-оптической кабельной системы, длина сегмента в которой колеблется от 225 м до 5000 м в зависимости от показателей полосы пропускания кабелей и длины волны (Таблица 2). Допустимая длина лазерного излучения для 1000Base-LX колеблется в диапазоне от 1270 до 1355 нм и для 1000Base-SX от 770 до 860 нм.

1000Base-LX

Волокно

Диаметр сердцевины

Показатель частоты пропускания

Макс. расстояние сегмента

Одномодовое

9 мкм

5000 м

Многомодовое

50 мкм

500 МГц*км

550 м

Многомодовое

62,5 мкм

320 МГц*км

400 м

1000Base-SX

Волокно

Диаметр сердцевины

Показатель частоты пропускания

Макс. расстояние сегмента

Многомодовое

50 мкм

400 МГц*км

500 м

Многомодовое

62,5 мкм

200 МГц*км

275 м

Многомодовое

62,5 мкм

160 МГц*км

220 м

Таблица 2

В прочем, уже сегодня опубликован стандарт IEEE 802.3ba-2010 официально принятый 17 июня 2010 года, в котором описаны технологии «40Gbe» и «100Gbe». Передача данных на расстояния 10 и 40 км осуществляется посредством четырех разных длин волн (около 1310 нм) и оптических элементов со скоростью передачи 10 Гбит/с (для 40GBASE-LR4).

Классы и категории СКС

За прошедшие 30 лет проделана действительно огромная и важная работа по производству стандартизирующих документов. Разработаны регламенты проектировки и монтажа структурированных кабельных систем разных типов. Сегодня оборудования также производится по существующим стандартам. Однако, технологии, всегда стремящиеся к прогрессу, не стоят на месте, а уверенно продвигаются к лучшим показателям производительности, скорости передачи данных, качеству работы приложений и сервисов. Некоторые технологии, можно сказать, обогнали свое время и пока не находят широкого применения. Однако их существование уже является поводом для разработки дополнений и усовершенствований существующих стандартов.

На момент первой публикации американского стандарта Cat 3 была наиболее востребованной. Посредством кабельной системы с подобными компонентами осуществлялась передача голоса (телефонная связь) и данных при помощи технологии 10BASE-Т на скорости до 10 Мбит/с или со скоростью 100 Мбит/с при использовании технологии 10BASE-ТХ. Однако в этом случае действует ограничение на расстояние передачи сигнала — 100 м. Стоит отметить, что кабели данной категории уже соответствуют требованиям стандарта IEEE 802.3.

Следующая категория является расширенной и усовершенствованной версией Cat 5. Эксплуатация категории 5е открывает новые возможности. Использование двух пар кабелей позволяет передавать данные на скорости до 100 Мбит/с и до 1Гбит/с при 4 парах кабелей. Важно отметить, что даже на сегодняшний день, данная категория является наиболее востребованной в силу сравнительной дешевизны и эксплуатационных характеристик элементов.

Cat 6 является более поздним добавлением в стандарт (2002 год). Элементы категории 6 обеспечивают передачу сигнала на скорости до 10Гбит/с при условии соблюдения ограничения на расстояние до 55 м. Разработка кабелей, соответствующих данной категории, была связана с рядом сложностей, которые, в прочем, производители успешно преодолели. Для достижения допустимых значений переходного затухания на ближнем конце (NEXT в конструкцию кабеля был добавлен специальный сепаратор, а повышение производительности было достигнуто благодаря увеличению диаметра кабеля. К сожалению, наряду с выгодами, появились и недостатки. Цена на данные компоненты стала выше, чем в предшествующей категории.

Категория 6а позволяет передавать данные со скоростью до 100 Гбит/с на расстояние не превышающее 100 м. Область применения систем данной категории ограничивается высокопроизводительным оборудование, т.е. строительство СКС категории 6а в обыкновенном офисе по крайней мере на сегодняшний день не имеет обоснования. Более подробное сравнение параметров линий различных классов (соот. категориям), описанных в европейском стандарте ISO/IEC 11801 приведено в таблице 3.



На сегодняшний день категория 5е является наиболее востребованной по причине сравнительно низкой цены и удовлетворительных эксплуатационных характеристик



Дело в том, что офисные рабочие станции (персональные компьютеры сотрудников) функционируют на основе шины PCI, полоса пропускания которой низка. Следовательно, передача данных на 10 и, тем более, 100 Гбит/с физически невозможна. Однако использование компонентов данной категории в структурированных кабельных системах в составе центров обработки данных более чем обоснованно.

Тестируемые параметры

Класс D. ISO/IEC 11801:2002 Edition2 (Amd.2:2010)

Максимальная скорость передачи данных, Гбит/с

Частотный диапазон, МГц

Frequency

100

1

Затухание, дБ (Maximum)

Insertion loss

20,4

Переходное затухание на ближнем конце, дБ (Minimum)

NEXT

32,3

Суммарные двунаправленные наводки, дБ (Minimum)

PS NEXT

29,3

Защищенность от переходных помех, дБ (Minimum)

ACR-N

11,9

Отношение затухания к суммарным двунаправленным наводкам, дБ (Minimum)

PS ACR-N

8,9

Отношение затухания к однонаправленным наводкам, дБ (Minimum)

ACR-F

18,6

Отношение затухания к суммарным однонаправленным наводкам, дБ (Minimum)

PS ACR-F

15,6

Возвратные потери, дБ (Minimum)

Return loss

12,0

Задержка прохождения сигнала, мс (Maximum)

Propagation delay

0,491

Разброс задержек прохождения сигналов, мс (Maximum)

Delay skew

0,044

Тестируемые параметры

Класс E. ISO/IEC 11801:2002 Edition2 (Amd.2:2010)

Максимальная скорость передачи данных, Гбит/с

Частотный диапазон, МГц

Frequency

250

10

Затухание, дБ (Maximum)

Insertion loss

30,7

Переходное затухание на ближнем конце, дБ (Minimum)

NEXT

35,3

Суммарные двунаправленные наводки, дБ (Minimum)

PS NEXT

32,7

Защищенность от переходных помех, дБ (Minimum)

ACR-N

4,7

Отношение затухания к суммарным двунаправленным наводкам, дБ (Minimum)

PS ACR-N

2,0

Отношение затухания к однонаправленным наводкам, дБ (Minimum)

ACR-F

16,2

Отношение затухания к суммарным однонаправленным наводкам, дБ (Minimum)

PS ACR-F

13,2

Возвратные потери, дБ (Minimum)

Return loss

10,0

Задержка прохождения сигнала, мс (Maximum)

Propagation delay

0,490

Разброс задержек прохождения сигналов, мс (Maximum)

Delay skew

0,044

Тестируемые параметры

Класс Ea. ISO/IEC 11801:2002 Edition2 (Amd.2:2010)

Максимальная скорость передачи данных, Гбит/с

Частотный диапазон, МГц

Frequency

500

10

Затухание, дБ (Maximum)

Insertion loss

42,1

Переходное затухание на ближнем конце, дБ (Minimum)

NEXT

29,2 (27,9)

Суммарные двунаправленные наводки, дБ (Minimum)

PS NEXT

26,4 (24,8)

Защищенность от переходных помех, дБ (Minimum)

ACR-N

-12,9 (-14,2)

Отношение затухания к суммарным двунаправленным наводкам, дБ (Minimum)

PS ACR-N

-15,7 (-16,3)

Отношение затухания к однонаправленным наводкам, дБ (Minimum)

ACR-F

10,2

Отношение затухания к суммарным однонаправленным наводкам, дБ (Minimum)

PS ACR-F

7,2

Возвратные потери, дБ (Minimum)

Return loss

8,0

Задержка прохождения сигнала, мс (Maximum)

Propagation delay

0,490

Разброс задержек прохождения сигналов, мс (Maximum)

Delay skew

0,044

Power sum alien NEXT, дБ (Minimum)

PS ANEXT

49,5

PS ANEXTavg for permanent link, дБ (Minimum)

PS ANEXTavg

51,8

Power sum alien ACR-F, дБ (Minimum)

PS AACR-F

23,0

The PS AACR-Favg of each permanent link, дБ (Minimum)

PS AACR-Favg

27,0

Тестируемые параметры

Класс F. ISO/IEC 11801:2002 Edition2 (Amd.2:2010)

Максимальная скорость передачи данных, Гбит/с

Частотный диапазон, МГц

Frequency

600

10

Затухание, дБ (Maximum)

Insertion loss

46,6

Переходное затухание на ближнем конце, дБ (Minimum)

NEXT

54,7

Суммарные двунаправленные наводки, дБ (Minimum)

PS NEXT

51,7

Защищенность от переходных помех, дБ (Minimum)

ACR-N

8,1

Отношение затухания к суммарным двунаправленным наводкам, дБ (Minimum)

PS ACR-N

5,1

Отношение затухания к однонаправленным наводкам, дБ (Minimum)

ACR-F

32,6

Отношение затухания к суммарным однонаправленным наводкам, дБ (Minimum)

PS ACR-F

29,6

Возвратные потери, дБ (Minimum)

Return loss

10,0

Задержка прохождения сигнала, мс (Maximum)

Propagation delay

0,489

Разброс задержек прохождения сигналов, мс (Maximum)

Delay skew

0,026

Тестируемые параметры

Класс Fa. ISO/IEC 11801:2002 Edition2 (Amd.2:2010)

Максимальная скорость передачи данных, Гбит/с

Частотный диапазон, МГц

Frequency

1000

100

Затухание, дБ (Maximum)

Insertion loss

57,6

Переходное затухание на ближнем конце, дБ (Minimum)

NEXT

49,1 (47,9)

Суммарные двунаправленные наводки, дБ (Minimum)

PS NEXT

46,1 (44,9)

Защищенность от переходных помех, дБ (Minimum)

ACR-N

-8,5 (-9,7)

Отношение затухания к суммарным двунаправленным наводкам, дБ (Minimum)

PS ACR-N

-11,5 (-12,7)

Отношение затухания к однонаправленным наводкам, дБ (Minimum)

ACR-F

28,8

Отношение затухания к суммарным однонаправленным наводкам, дБ (Minimum)

PS ACR-F

25,8

Возвратные потери, дБ (Minimum)

Return loss

8,0

Задержка прохождения сигнала, мс (Maximum)

Propagation delay

0,489

Разброс задержек прохождения сигналов, мс (Maximum)

Delay skew

0,026

Power sum alien NEXT, дБ (Minimum)

PS ANEXT

60,0

Power sum alien ACR-F, дБ (Minimum)

PS AACR-F

32,0

Таблица 3