HEIKOIN LENKKI Tarkastelen tässä artikkelissa Ethernet-tekniikoita, markkinoilla olevia kaapelointijärjestelmiä ja asennukseen liittyviä ongelmia. Tähän ovat innoittaneet runsas keskustelu kaapeloinnin tarpeellisuudesta toimisto-, teollisuus- ja kotiympäristössä sekä epätietoisuus valittavasta kaapelityypistä, sillä saatavilla on kategoria 5e, 6, 6a, 7 ja 7a mukaisia kaapeleita. Nämä voivat olla lisäksi joko suojattuja ja pienemmillä taajuuksilla myös suojaamattomia, ja uudet kaapelimerkinnät antavat pontta tutkimukselle Taajuuden kasvaessa yli yhden Gigahertzin asennustavat ja monen asenne kaapelointia kohtaan muuttuu täysin. Sovellutuksien taso ja moninaisuus ja multimedian siirto kaapeleissa mietityttävät: minkä standardin kaapeli on ominaisuuksiltaan riittävä, ja käytetäänkö suojattua vai suojaamatonta parikaapelia. Samanlainen keskustelu käytiin myös 1990-luvun alussa, kun parikaapeli tuli markkinoille korvamaan ohut ja paksu Ethernettiä, jotka olivat standardien 10Base2 ja 10Base5 mukaisia. Olihan siinä ihmeteltävää, kun eräskin operaattorin edustaja sanoi parikaapelien ominaisuuksista, että kulkeehan se 10 Mbitin Ethernet, jos vain kaksi paria kuparia löytyy laitteiden väliltä. Eihän se ihan näin ollut, mikä selvisi meille myöhemmin perehdyttyämme tarkoin kierretyn kaapelin spesifikaatioihin. Markkinoille tuli silloin sekä suojattuja FTP ja suojaamattomia UTP kaapeleita, jotka olivat standardin 10Base-T mukaisia ja täytyi päättää, kumpi kaapelijärjestelmä olisi kaupungin strategian mukainen ja kumpi sopisi paremmin kaupungin monipuoliseen laite- ja koneympäristöön. Onneksi olin ollut elektroniikka-alalla ja puhelinpuolella töissä, joten tunsin tarkkaan, miten sähkömagneettiset ja radiotaajuiset häiriöt ( EMI/RFI ) vaikuttavat suurtaajuisen signaalin siirtoon ja maadoituksen merkityksen näissä ympäristöissä. Tiedonsiirtokapasiteetin kasvaessa käytettävä taajuuskaista suurenee myöskin, ja silloin häiriöt lisääntyvät, ja maadoituksesta tulee yhä tärkeämpää. Hyvä esimerki tästä on koaksiaalikaapeli, jota käytettiin jo vuosikymmeniä ennen parikaapelin markkinoilletuloa.
Maadoitus estää elektromagneettista ja radiotaajuista häirötä vaikuttamasta kaapeliin siten, ettei siihen synny kohinaa ja muita indusoituja komponentteja. Laajoissa kaupuniverkoissa EMI/RFIhäiriötä syntyy koneista, generaattoreista, työstökoneista ja myös terveyskeskuksien ja sairaaloiden laitteista, ja usein ongelmien lähde on laitteille virtaa syöttävä kaapeli. Parikaapelin ominaisuuksiin vaikuttaa siis: -minkälaiseen ympäristöön se kytketään, onko kaapelireitin välittömässä läheisyydessä koneita tai laitteita, jotka käyttävät runsaasti virtaa ja onko kaapelikanavassa tai rinnalla sähköjohtoja, joissa virtahuiput ovat korkeita tai esiintyykö nopeita virran vaihteluita. -taajuuden kasvaessa myös viereiset parikaapelit aiheuttavat ylikuulumista heikentäen datan siirto-ominaisuuksia. Tätä ylikuulumista sanotaan Alien Crosstalkiksi. EMI/RFI-vaikutukset suurtaajuiseen tiedonsiirtoon on tiedetty jo paljon ennen parikaapelin keksimistä ja kaapelivalinnassa tulee tarkastella koko verkon alueella sijaitsevia elektromagneettisia häiriölähteitä. Jos niitä sijaitsee useammassa ysikössä on suojatun parikaapelin ja tarvikkeiden käyttö ainut vaihtoehto. EMI/RFI aiheuttavat suojaan ja kaapeliin monenlaista häiriötä ja niiden suuruus riippuu oleellisesti kaapelin hyvyydestä: impedanssista, potentiaalieroista ja parin symmetriasta. Monien laitteiden aiheuttamat häiriöt ovat olleet tiedossa hyvinkin pitkään ja tästä syystä EEC julkaisi jo vuonna 1989 kaiille myytäville elektroniikkalaitteille EMC direktiivin, mikä määrää sallitut häiriövoimakkuudet näille laitteille. Näistä häiriöistä ei kokonaan päästä eroon, mutta rakentamalla kaapelitreitit mahdollisimman häiriöttömään ympäristöön ja asentamalla kaapelointi oikein sekä valitsemalla parhaan suojauksen omaavat kaapelit ja kaapelitarvikkeet saavutetaan hyvä lopputulos. Suojatulla parikaapelillakin ja liittimillä on olemassa eräitä hyvin oleellisia asennussääntöjä parhaan tiedonsiirron saavuttamiseksi: -kaapelin sijoittelu johtoteillä ja kouruissa on oltava oikea eli mielummin etäällä sähköjohdoista. -maadoitus tulee kytkeä koko siirtotiellä ja se tulee liittää telineen ja rakennuksen maahan. Jos maadoituksen jättää jostain kohtaa avoimeksi, saattaa syntyä ns. antenniilmiö eli kaapeli toimii antennina ja aiheuttaa häiriöitä ympäristöön.
-talon sähköverkon täytyy olla rakennettu taloverkoihin liittyvien määräysten ja suositusten edellyttämällä tavalla ja ATK-sähkö kytketään omana ryhmänä ja eikä siihen saa sekoittaa muita sähkölaitteita, jottei päädytä sellaisiin tilanteisiin, että pölynimuri kuormittaa verkkoa siten, että koko verkko menee nurin. Viestintävirasto on myöhemmin antanut tarkan määräyksen kiinteistön sisäverkosta ja urakoinnista ja uusin niistä on vuodelta 2013 (MPS 65 ). Maadoituksen tehokkuus riippuu sen kytkentätavasta, maadoituksessa ei saa olla myöskään potentialieroja, ja tärkeä seikka on siirtotien maadoittaminen aktiivilaitteeseen asti. Maadoituksen materiaalin paksuudella on myös merkitystä suojauksen tehokkuuteen. Periaatteena on, että suur- ja pientaajuiset sähkökentän vaikutukset eliminoidaan kaapelin suojavaipalla, joka kytketään tukevasti molemmista päistään maahan. Verkkostrategiaa luodessa kriittisen infrastruktuurin toimivuudella kaikissa olosuhteissa on suuri merkitys ja jos em syistä johtuen päätetään, että tietoverkko rakennetaan suojatulla parikaapelilla, ei ole mitään syytä poiketa tästä. Suojaamattoman UTP- kaapelin käyttö pienessäkin toimistossa, vaikka siellä ei oleellisesti esiinnykään EMCongelmia, johtaa vaikeuksiin jatkossa. Lukuisat virheinvestoinnit todistavat sen, että ATK-asiantuntija voi suunnitella Window-ongelmia ja sovellutuksia, mutta tiedosiirron strategia kuuluu verkkovastaaville. Alkuaikoina kaapelin asennuksessa oli monenlaisia ongelmia ja mm eräs operaattori kytki Ruukin palvelutalon kaapelit täysin väärin. Kahdessakymmenessä vuodessa parikaapelin luokka on kehittynyt A:sta luokkaaan FA, ja käytetty taajuus kasvanut 100 Khz:istä 1,2 Ghz:iin asti. Luokka Kaistaleveys Kategoria Luokka A 100 Khz Luokka B 1 MHz Luokka C 16 MHz 3 Luokka D 100 MHz 5 ja 5e Luokka E 250 MHz 6 Luokka EA 500 MHz 6e Lluoka F 600 MHz 7 Luokka FA 1000 MHz 7a Luokka G 1,2 GHz 8
Kaapelin elinikä oli aikaisemmin 10-15 vuotta, jona aikana ei ole syytä siirtyä kategoriasta toiseen vaan paremminkin jättä yksi kategoria väliin ja miettiä sitten uusittavan verkon ajankohta, vaikka ympäristö olisi hyvinkin tekninen. Kierretyssä parikaapelissa on neljä paria, joista kahta pääsääntöisesti käytetään datasiirtoon. Kahta muuta paria voidaan käyttää esimerkiksi puheelle tai siirtää siinä muiden verkkolaitteiden kuten WLANtukiaseman käyttämä virta (Poe = Power over Ethernet). Poen maksimiarvo voi olla eräissä ympäristöissä 108W. Puhe ja data erotetaan toisistaan haaroittimilla. Liittimen tyyppi on RJ45 aina kategoria 6:een asti ja CAT 7:ssä käytetään GG45 liittimiä, jotka ovat yhteensopivia RJ45:n kanssa. Lisäksi tässä kategoriassa käytetään TERA-liittimiä. Parikaapeleiden liitintavasta käytetään myös nimitystä 8P8C, ja kaapelin kytkentäjärjestys on joko standardin TIA568A tai TIA568B mukainen. Kuva Parikaapelin kytkentäjärjestys Kuva Suojattu RJ45 liitin
Parikaapelit jaetaan eri kategorioihin, ja 1990-luvun alussa valmistui kategoria 3, jolla voitiin siirtää maksimissaan 10 Mbps. Kaapelin pituus sai olla 90 metriä rasiasta ristikytkentään ja PC:ltä aktiivilaitteeseen 100m, ja johtimen impedanssi 100 ohmia sekä Kaistaleveys oli 16 MHz. Säteettäinen kaapelointi aktiivilaitteesta käyttäjän tietokoneelle tai serverille toi tietenkin käyttäjälle kaistaa lisää verrattuna ohut-ethernet-ratkaisuihin, jossa PC:t ja muut Ethernetin käyytäjät kytkettiin peräkkäin samaan kaapeliin. Ohut Ethernetissä laitteiden määrän kasvaessa liikenne puuroutui ja alkoi esiintyä datapakettien törmäyksiä, mikä johti taas tietosanoman uudelleenlähetyksiin ja pahimmassa tapauksessa Ethernetin jumiutumiseen. Sätettäisessä kaapeloinnissa törmäyksiä ei synny, jos aktiivilaitteena käytetään kytkintä. Usein kytimestä liikenne suuntautuu kuitenkin yhteistä väylää pitkin muualle verkkoon tai reitittimen kautta Internettiin ja tällä yhteisellä väylälle saattaa esiintyä törmäysiä kovan liikenteen aikana. Kuva parikaapeli-johdon osat Ohut Ethernetissä standardi 10Base2 oli myös paljon rasioihin liittyviä ongelmia, mutta koska useiden kaapeleiden sijaan voitiin vetää vain yksi kaapeli, olivat rakentamiskustannukset aivan eri luokkaa kuin parikaapeleiden asennuksessa. Vielä 2000-luvun vaihteessa monet sovellutukset olivat merkkipohjaisia ja silloin ohut-ethernetin käyttö oi järkevää ja monessa organisaatiossa kustannuksia säästävä ratkaisu. Huomattava parannus Ethernet-liikenteeseen saavutettiin kategoria 5 kaapeleilla, jotka sallivat 100 Mhz:n kaistaleveyden ja samalla aktiivilaitteiden porttinopeudet kasvoivat 100 Mbittiin sekunnissa. Kategoria 5-kaapeleilla pystytään siirtämään 10Base-tx, 100Base-TX ja 1000BaseTX Ethernet liikennettä, jolloin maksimi tiedonsiirtonopeus on 1 Gbps.
Viime vuosikymmenellä yleistyivät kategoria 6 ja 6A kaapelit, joissa nopeudet olivat 1 Gbps ja 6A:ssa jopa 10 Gbps. Tämän mahdollisti suuremman taajuuden käyttö ja kaapeleiden paremmat suojausominaisuudet. Maksimi taajuudet ovat kategoria 6:ssa 250 MHz ja 6A:ssa 500 MHz. 10 Gbitin Ethernet standardi 802.3an valmistui vuonna 2006 ja ANSI/TIA/EIA-568-B.2-10 kategoria 6Akaapelille vuonna 2008, jonka mukaan parikaapelin impedanssi edelleen on 100 ohmia. Nykyisin pystytään rakentamaan parikaapeliverkko kategoria 7 kaapeleilla ja liittimillä. Käytetty taajuus luokka F:ssä on 600 MHz ja FA:ssa 1000 MHz. Parhaat siirto-ominaisuudet saavutetaan suojatuilla kaapeleilla ja maksimi kanavapituus kuten muillakin edellä esitetyillä luokilla on 100 m. Kaapelit soveltuvat hyvin 10 Gbitin Ethernetliikenteeseen. Luokkien 7 ja 7A liittimet ovat joko GG45, joka on yhteensopiva RJ45 kanssa tai TERA-liitin. Kaapeleiden elinikä on noussut 15-20 vuoteen ja eräät valistajat myöntävät kaapelijärjestelmälleen 25 vuoden takuun. Kuva GG45- ja TERA-liittimet Kategoria 7 ja 7A komponentteja valmistavat yhtiöt tuotemerkkeineen: Simenon Company AMP Netconnect Belden Alcatel Nexans Lanmark ADC Krone TrueNet
Kehitteillä on kategoria 8 standardi ja saatavissa on jo kaapeleita, jotka yltävät 1,7 Ghz:n taajuudelle. Niissä voidaan siirtää dataa uusien Ethernet standardien 40 Gbps ja 100 Gbps mukaisesti. Kuva Nopeuden kasvu eri vuosina Ethernet-standardi 40GBase-T kierretylle parikaapelille on mahdollista ja tähän siirtonopeuteen päästään myös kategoria 7A-kaapeleilla -kaapelityypin ollessa suojattu STP. Saavutettuja mittausarvoja kategoria FA-kaapelille: -NEXT 60dB taajuus 1 GHz, -FEXT 50 db -heijastusvaimennus 8 db taajuus 1 GHz, -ANEXT 0 db taajuudella 1 GHz eli ylikuulumista ei tapahdu 1 Ghz:n taajuudella. 40 Gbps tarvitsee 1000-1200 Hz:n taajuuskaistan ja käytetyn taajuuden harmooniset voivat osua samalle taajuudelle WLANtukiasemien kanssa, josta voi syntyä häiriöitä, mutta hyvin maadoitettu kaapeli minimoi tämän vaikutuksen. Nopeita parikaapeliyhteyksiä kannattaa käyttää Infrastruktuuria rakennettaessa ATK-konesaleihin, nopeisiin serveriyhteyksiin, massamuistitaltiointiin ja tiedostopalvelimissa.
Kuva Ethernet yhteydet vuosien varrella. NewLine MMC3000 Pro ja Eline 1200 EC7 Kategoria 7A ja 8 kaapelit kykenevät datan lisäksi välittämään liikkuvaa kuvaa (TV-lähetykset), VOIP-puheluita, IP-kamerakuva ja videokuvaa esimerkiksi valvontapisteistä. Nämä multimediaverkot ovat yleistyneet Keski-Euroopassa myös kotona ja omakotitaloissa. Kapelin raja-arvot ovat suosituksen TIA TR42.7 mukaisia. BKS Kabel Sevice AG tarjoaa tähän liittyvia komponentteja tuotenimikkeellä NewLine MMC3000 PRO, jolla pitäsi olla mahdollista siirtää 40 Gbps dataa. Taajuusmittausten mukaan kaista riittää 2,3GHz:iin asti ja kaapeli mahdollistaa myös Poe+ virransyötön 108 W/pari. Multimedialiitin MMCpro6P sisältyy myös järjestelmään. BKS tarjoaa seuraavia kaapelivaihtoehtoja: NewLine 2300 S/FTP, NewLine 1500 S/FTP, NewLine 1200 S/FTP. Kaapeleita voidaan käyttää myös alempien kategorioiden liittimien kanssa. Eline 1200 EC7 on multimediajärjestelmä, joka toimii kategoria 7Akaapeleilla ja liittimet ovat EC7. Tämä voidaan sovittaa RJ45:een ja tuotteet takaavat 1 Gbps nopeuden, joten sitä käytetään TV-kuvan, puheen ja datan siirtoon.
Esimerkkinä kategoria 7a kaapelin suorituskyvystä voidaan mainita, että se välittää 50 000 samanaikaista VOIP-puhelua ja 200 MP3 tiedoston siirtoa sekunnissa. Kategoria 8 liitin saamiemme tietojen mukaan on RJ45:n kaltainen. Kaapelin vaimennus yli Gigan taajuuksilla ja 40 Gbps tiedonsiirrossa on suurin ongelma. Samoin kaapelin paksuutta joudutaan lisäämään, joten sen asennukseen täytyy kiinnittää entistä enemmän huomiota. Näillä taajuuksilla puhdas suojaamaton UTP kaapeli ei toimi kunnolla ja useat kaapelivalmistajatkin ovat vakuuttaneet, että näillä taajuuksilla suojattu toimii paljon paremmin. Kun valitaan uutta kaapelia tai kaapelijärjestelmää, kannattaa kaapeliksi valita paras mahdollinen eli sellainen, joka läpäisee mahdollisimman suuren kaistan ja se tarkoittaa tällä hetkellä yli yhden Ghz:n kaapeleita. Liittimet ja muut tarvikkeet voivat olla alemman kategorian tuotteita, sillä ne voidaan helposti vaihtaa paremmaksi, kun niitä on saatavilla. Erityisesti vähänkin vaativimmissa ympäristöissä infrastruktuurin rakentaminen kannattaa toteuttaa suojatulla parikaapelilla. Nopeuden ollessa 10Gbps kaapeleiden välinen ylikuuluminen (Alien crosstalk) muodostaa suuria ongelmia, jos kaapeli on suojaamaton, ja oikein päätetyllä maadoitetulla kaapelilla saavutetaan huomattavasti parempi datasiirron luotettavuus ja kapelin suorituskyky. Kaapelien merkinnät ovat muuttuneet suojatuilla ja suojaamattomilla parikaapeleilla, ja alla olevassa taulukossa selviää tarkemmin vanhan ja uuden järjestelmän vastaavuudet. Merkinnät Suojaus Vanha Uusi Suojaamaton UTP U/UTP Suojattu FTP F/UTP Suojattu STP U/FTP Suojattu S-FTP SF/UTP Suojattu S-STP S/FTP U = suojaamaton F = foliosuojattu S = palmikkosuojattu Kuva kaapelimerkinnät suojattu ja suojaamaton
Aktiivilaitteet Aktiivilaitteiden kehitys on ollut yhtä nopeaa kuin kaapeleissa Tähän päästään prosessoreiden kasvavan tehon ja nopeuden ansiosta. 10Gbps-portit kytkimissä ja reitittimissä ovat yleistyneet sekä kupariettä valokaapelipuolella. Valitettavasti GG45- ja TERA-liittimillä varustettuja laitteita ei vielä ole saatavissa. Cisco Systems tarjoaa 40 Gbps liittymiä heidän suosittuun Catalyst 6500-kytkinsarjaan. 40 Gbps interface-modulissa on CFP-rajapinta ja kytkimeen voidaan liittyä myös FourX-adapterin avulla neljä 10 Gbps Ethernettiä, ja mediana käytetään kuitua. Toimintaetäisyydet ovat: -max 10 km yksiuotokuidulla ja -max 100 m monimuotokuidulla. Standardointi Parikaapeloinnissa on siirrytty 1990-luvun kunhan vai kuparia - tilanteesta häiriöttömään suojattuun nelipariseen kaapeliin, jossa voidaan siirtää 2 Ghz.n kaistalla multimediaa. Ajan myötä kaapelit ja kaapelitarvikkeet ovat kehittyneet valtavasti ja samoin niiden mittausmenetelmät ja asennustavat. Kansainväliset, amerikkalaiset ja eurooppalaiset standardijärjestöt tarkentavat tulevia standardeja ja määrittelevät kaapeleille ja kaaapelikomponenteille tarkat raja-arvot. Ne ovat asettaneet kaapelointijärjestelmille erilaisia mittausparametrejä, jotka kaapelin spesifikaatioiden tulee täyttää. Standardointijärjestelmä on alla olevan kaavion mukainen. (Viestintävirasto). Maailma Eurooppa Suomi Sähköelektroniikka IEC IEC-standardit CENELEC EN-standardit SESKO SFS-standardit ja Tietoliikenne ITU ITU-suositukset EN-standardit Viestintävirasto (FICORA) SFS-standardit Muu tekniikka ISO ISO-standardit CEN EN-standardit SFS SFS-standardit IEC, International Electrotechnical Commission ITU, International Telecommunication Union ISO, International Organization for Standardization CENELEC, European Committee for Electrotechnical Standardization CEN, European Committee for Standardization SESKO, Sähkö- ja elektroniikka-alan kansallinen standardointijärjestö FICORA, Finnish Communications Regulatory Authority SFS, Suomen Standardisoimisliitto SFS ry
Parikaapeleiden vaatimukset Muuttuneille vaatimuksile standardointijärjestöt ovat laatineet tukun ohjearvoja ja parikaapeleita vertailtaessa tulee kiinnittää huomiota seuraaviin arvoihin: Kuva Kaapeloinnin osat Maksimipituus siirtotie 90 m ja kanava 100 m, Impedanssi kaikilla taajuuksilla 100 ohmia Liittimet RJ45 (kategoria 3 6a ) GG45 (kategoria 7) TERA (kategoria 7) Vaimennus (Insertion loss) mitataan 100 metrin matkalla eri taajuuksilla. Taajuuden kasvu logaritminen. Kuva vaimennuksen määrittely
Alien crosstalk (ANEXT) tarkoittaa viereisistä kaapeleista parien aiheuttamaa ylikuulumista. ANEXT riippuu kaapelityypistä, liittimistä, kaapelin pituudesta, kierteisyyden tiheydestä, viereisten kaapeleiden ja liittimien läheisyydestä ja elektromagneettisestä säteilystä. Hyvä neuvo Anextin pienentämiseksi on jättää riittävästi tilaa suurtaajuisten kaapeleiden välillä. Suojattu kaapeli voidaan kytkeä lähemmäksi viereistä kaapelia ja jo kategoria 6A suojatulla kaapelilla ANEXT on helpommin hallittavissa erityisesti suurilla taajuuksilla. Asennuksessa on huomioitava, ettei vedä kaapelia liian voimakkaasti, sillä voimakas veto saattaa muuttaa kierteisyyttä ja siten kaapelin ANEXT arvoa. Kaapelille ilmoitetaan myös minimitaivutussäde sekä verkkoympäristössä että asennusen aikana. Jos taivutussäde on liian pieni niin kierteisyys voi muuttua ja valmistajan ilmoittamat kaapeliarvot eivät enää pidä paikkansa. NEXT lähipään ylikuuluminen tarkoittaa signaalin heijastumista toiselle parille ja lähipään ylikuuluminen kuvaa siirrettävän signaalin suhdetta toiselle parille heijastuneen signaalin voimakkuuteen. Heijastuneen signaalin voimakkuus riippuu siirtotien epäsymmetriasta eli siitä, kuinka paljon kierretty pari on hajonnut ja siitä, onko parissa impedanssiheittoja. Lisäksi kaapelin päättäminen ja myös kaapelin ja parien suojaus vaikuttaa ylikuulumiseen.
PSNEXT (Power Sum NEXT) kuvaa muiden kolmen kaapeliparin aiheuttamaa ylikuulumista tehosummana yhdelle parille. ELFEXT:llä ymmärretään signaalin suhdetta toisen parin kaukopäähän syntyneeseen signaalin voimakkuuteen, joka on syntynyt ylikuulumisen kautta. Kuva ELFEXTin mittaus eli se kuvaa sitä, kuinka paljon alhaisempi toiselle parille ylikuulunut signaali on kaukopäässä verrattuna haluttuun signaaliin. Jos ylikuulunut signaali on liian voimakasta, syntyy virheitä siirtotiellä. Useilla pareilla samaan suntaan siirtyvää dataa vahvistaa ylikuulumista. PSELFEX kaukopään ylikuuluminen tehosummana, jossa huomioidaan kaikkien kolmen parin ylikuulumisen vaikutus tehosummana yhteen pariin.
Kuva PSELFEXin vaikutus Propagation Delay eli kulkuaika määritellään signaalin siirtoon kuluva aika siirtotien päästä toiseen. Propagation Delay Skew kulkuaikaero riippuu kaapelin kierrettyjen parien eri pituudesta. Pituusvaihtelut aiheuttavat sen, että signaalin siirtoon eri pareissa kuluu eri aika. Maksimi- ja minimiviiveen ero on kulkuaikaero mikrosekunteina. Suuret viivet aiheuttavat suurempaa ylikuulumista. ACR vaimennus- ylikuulumissuhde on NEXTin ja signaalivaimennuksen erotus desibeleinä. Kuva ACR:n vaikutus
Datasignaalin kulkusuunta on A ja eteneminen aiheuttaa ylikuulumista NEXT signaalin kanavalle, joka kulkee toiseen suuntaan B. Kun huomioidaan A signaalin vaimeneminen omassa kanavassa ja vähennetään se ylikuulumisen NEXT arvosta saadaan ACR. Vaimennus-ylikuulumissuhde pitäisi olla mahdollisimman suuri. ACR-F kuvaa vaimennus-ylikuulumissuhdetta etäpäässä. PSACR on vaimennus-ylikuulumissuhteen tehosumma ja se saadaan ylikuulumis-tehosumma miinus vaimennus eli kaikkien parien ylikuulumistehosumma yhdessä parissa -siirtynyt kolmelta muulta parilta. PSACRF vaimennus-ylikuulumissuhteen tehosumma etäpäässä. Return Loss heijastusvaimennus: Johtotien komponentit kaapeli ja liittimet aiheuttavat aina signaalin heijastumista, koska kaapelin impedanssi saatta vaihdella. Näiden heijastumien summa voidaan mitata lähipäässä ja heijastusvaimennus on näiden heijastuneiden aaltojen summa kanavassa. TCL (Transverse Conversion Loss) epäsymmetriavaimennus: siirtotien pari on tasapainossa, jos parin johtimien jännite maahan nähden on tasan vastakkaissuuntainen (+V/-V). Kuitenkin epäsymmetriaa esiintyy heikentäen siirtotien ja kanavan ominaisuuksia. Tämä johtuu kaapelin ja liittimien rakenteesta ja myös kytkentätavasta. Parin symmetria ja tasapaino ilmaistaan perusjännitetason (Common Mode Voltage (VCM)) ja epätasapainojännitteen (VDM) suhteena desibeleinä. Jos parin johtimet on kiinnitetty toisiinsa (bonded pair) niin epätasapainoa ei synny yhtä helposti kaapelia vedettäessä tai asennettaessa. ELTCTL (Equal Level Transverse Conversion Transver Loss) etäpään epäsymmetriavaimennus: siinä huomioidaan siirtotien pituudesta johtuva vaimennus. Mitä pienempi signaali on sitä parempi on tasapaino. Seuraavassa taulukossa on Belden suojatun FTP kaapelin 1885ENH tekniset datatiedot. Kaapeli täyttää kategoria 7:n edellytykset ja on suositusten ISO/IEC 11801 2nd edition (2002) ja ISO/IEC 11801 Amendment 2 (2010) ja ISO/IEC 61156-5 edition 2.0 (2009) sekä EN 50173-1 (2002) and EN 50173-1 Amendment 1 (2009) mukainen. Lisäksi kaapelille määritellään maksimi vetovoimakkuus 85 N ja minimi taivutussäde, joka on asennuksen aikana 58 mm ja valmiiksi kytkettynä 29 mm.
Kuva Belden FTP 1885ENH Taajuuden kasvu aiheuttaa parikaapelointiin monenlaisia ongelmia ja samalla verkon ja asennuksen suunnittelu vaatii resursseja ja asiantuntemusta. Verkkosuunnittelijan täytyy rakentaa verkkoympäristö, joka toimii vielä parinkymmenen vuoden päästä ja usein ympärisöt, laitteet, koneet ja ATK-asemat muuttuvat tänä aikana moneen kertaan. Koska verkkotekniikoita on useita (Ethernet, WLAN, PLC) kannattaa tarkoin harkita minkälaista tekniikkaa käyttää. Tässä artikkelissa paneudutaan pelkästään parikaapeliverkon ominaisuuksiin ja mitä asioita täytyy huomioida, kun rakentaa infrastruktuuria toimisto-, laitos-, kerrostalo- ja muihinkin talo- ja kotiympäristöihin. Parikaapeliverkon ja sen asennuksen suunnittelun jaan seuraaviin osiin: Suunnitteluvaihe Tarkemmat selvitykset Viestintäviraston määräyksessä MPS 65, jossa puidaan sisäverkon kaapelointeja eri ympäristöissä, sähköistystä, maadoittamista, mittausta ja dokumentointia sekä niihin liittyviä laitetilaja turvallisuusseikkoja. Olen kerännyt parikaapelointiin liittyviä asioita käyttäjän näkökulmasta ja kirjannut myös omia arvokkaita kokemuksia, joita havainnut kaapelointia rakentaessani ja asentaessani.
-kaapelireittien, hyllyjen ja kourujen rakentaminen ja läpivientien tekeminen, Huomioidaan olemassa olevat reitit ja pyritään valitsemaan reitti siten, etteivät EMI/RFI-ongelmat aiheuta häiriöitä kaapeleihin. Paljon virtaa kuluttavia laitteita ja niitä syöttäviä johtoja samoinkuin nopeita virran vaihteluita sisältäviä koneita ja kaapeleita on vältettävä. Tähtimäisen kaapeloinnin keskipisteeseen kytketään aktiivilaitteet, joten jakomon ulkopuolinen runkokaapeli viedään myös sinne ja sen reitin tulee täyttää myös korkean taajuuskaistan tuomat erityisvaatimukset. Operaattori tuo tähän talojakomoon oman kaapelinsa ulkoisia yhteyksiä varten. Kaapelireittien toteutuksessa tulee huomioida myös MICE-ympäristöluokitus asennuskohteessa. -median valinta: uuden verkon rakentaminen aloitetaan kartoittamalla käyttäjien tarpeet, ja siinä huomioidaan resurssien muutokset mahdollisimman pitkällä ajalla, sillä parikaapeliverkon elinkaari riittää uusilla kaapeleilla yli 20 vuodeksi ja omakotitaloissa verkon täytyy toimia jopa 50 vuotta. -taloverkon sähköistys ja maadoitus tulee tarkistaa. ATK-sähkö viedään omana ryhmänä pääkeskuksesta ATK-keskittymiin, huonejakomoihin, ATK-kaappiin ja työasemille. Varmistettava vanhoissa rakennuksissa, että talon syöttö on riittävä, jottei imurin teho vaikuta ATK-sähkön syöttöjännitteen tasoon eikä muutkaan laitteet tuo ATK-sähköön häiriöitä. Maapotentiaalit tulee mitata ja parantaa tarpeen vaatiessa. Huomioitava myös, että parikaapeleiden etäisyys loisteputkista oltava riittävä. Kaapelipari UTP ja FTP Etäisyys /sähköjohto Ilman väliseinää Alumiini väliseinä Teräs väliseinä Suojaamaton vahvavirtakaapeli/suojaamaton tiedonsiirtokaapeli 200 mm 100 mm 50 mm Suojaamaton vahvavirtakaapeli/suojattu tiedonsiirtokaapeli Suojattu vahvavirtakaapeli/suojaamaton tiedonsiirtokaapeli Suojattu vahvavirtakaapeli/suojattu tiedonsiirtokaapeli 50 mm 20 mm 5 mm 30 mm 10 mm 2 mm 0 0 0 Kuva: Suojaamattoman ja suojatun parikaapelin etäisyydet vahvavirtakaapelista
Kuvaa hyvin suojatun FTP ja suojaamattoman UTP parikaapelin eroja, kun viereen asennetaan sähköjohto. Suojattu FTP/STP kaapeli sietää huomattavasti paremmin sähköjohdosta indusoituvia häiriöitä. ( lähde: Melart Oy) Komponenttien valinta Kategoria 7A suojatut soveltuvat hyvin multimedian käyttöön ja siirtonopeus voi olla jopa 40 Gbps, joten suosittelemme sitä, sillä mitä suurempi taajuuskaista, sitä paremmin suojattu soveltuu siirtoon ja sillä saavutetaan paras ja virheetön tiedonkulku. Muut komponentit kuten liittimet, paneelit ja liitosjohdot kaapelin spesifikaatioiden mukaisesti, jos mahdollista. Niiden vaihto käy myös myöhemmin, jos ne eivät yllä kaapelin arvoihin, mutta kategoria 7A-tuotteet ovat nykyisin hyllytavaraa. Erityisesti liittimien taso pitää olla korkea, sillä sen on kestettävä koko elinkaaren ajan joskus hyvinkin vaativissa olosuhteissa, ja liitosjohtoja myös irroitetaan usein liittimistä. Jos suoritetaan olemassa olevan verkon laajennus, valitaan komponentit vanhaa tekniikkaa mukaillen: -kaapeli on vanhan verkon tasoinen eli suojattu tai suojaamaton, mutta kaistaleveys sovellutusten mukaan. Kategorian 6- ta 7- kaapeleilla voidaan jatkaa, mutta usein kategoria 5- ja sitä vaatimattomimmissa kaapeleissa nostetaan tasoa ja kytketään uudet vanhan rinnalle, ja uusitaan paneeli myös, jos kyseessä on uudemman standardin mukainen kaapeli. -Paneeleja ja aktiivilaitteita varten hankitaan sopiva kaappi, johon pystytään myös tulevaisuudessa päättämään lisäkaapeleita ja muita verkon laitteita. Ne varustetaan vahvalla maadoituksella ja ATKsähköllä ja usein myös tuulettimella. -Aktiivilaitteiden, erilaisten sovitinlaitteiden ja johtojen hankinta. Huomioidaan kaapeloinnin tuomat erityispiirteet ja lähtökohtaisesti verkon yhdistäjänä toimii kaapeloinnin ja työasemien liitännän mukainen kytkin ja ulospäin operaattorin verkkoon lähtevä liikenne ohjataan asikasreitittimen kautta. Parikaapelin asennus Olemme tässä artikkelissa jo tuoneet eräitä parikaapelin ominaisuuksia, joihin asentaja voi vaikuttaa omalla huolellisella työllään ja asentajien ammattitaidon merkitys korostuu, kun kriittinen infrastruktuuri toteutetaan kategoria 6, 7 ja erityisesti 7A- ja 8- kaapeleilla ja tarvikkeilla. Mitä suurempi taajuus sitä vaikeampi asentaa. Kaapeleiden ja liittimien oikeanlainen ja määräysten mukainen käsittely on ehdotonta, ettei johdoista synny spagettia ja tietoverkon heikointa lenkkiä.
Kuuma linja kaapelit sijoitetaan kaapelihyllyille tai -ritilöille siten, että ne ovat mahdollisimman kaukana virtakaapeleista, ja tarvittaessa voi käyttää omia kouruja. Eräissä tapauksissa joudutaan rakentamaan väliseinä kaapelikanavassa, jottei häiriöt olisi liian suuria, ja näin saavutetaan oikea nopeus siirtotiellä. Asentajilta vaaditaan korkeaa ammattitaitoa kaapelien, liittimien ja paneelien toimivuuden varmistamiseksi ja huomioitavia seikkoja ovat: Kaapelikelojen oikeanlainen käsittely ja varastointi sekä kaapelin purku siten, ettei synny painumia, venymiä tai liian pieniä taivutussäteitä. Varastoinnissa ja asennuksessa täytyy huomioida sallitut lämpötilaarvot. Taivutussäteen alittaminen johtaa helposti kierteisyyden muuttumiseen ja siten NEXT ja FNEXT-arvoihin ja myös TCL- ja ELTCTL-arvojen muutokseen. Kaapelia ei saa missään vaiheessa vetää liikaa ja määriteltyä vetovoimaa ei saa ylittää. Kaapelia ei saa myöskään kiertää, sillä ne vaikuttavat kaapelin NEXT- ja FNEXT-arvoihin. Samoin kaapelin huono käsittely voi vaikuttaa kaapelin impedanssiin ja siten myös heijastusvaimennukseen. Kaapelin epäsymmetria saatta muuttua, joka vaikuttaa TCL ja ELTCTL-arvoihin Kaapelin sijoittelu johtotiellä siten, että sen etäisyys vahvavirtajohdoista ja muista kaapeleista, jotka aiheuttavat EMI/RFI häiriöitä mahdollisimman etäällä. Kaapelia päätettäessä kuorinta ei saa olla liian pitkä ja suositellaan, ettei kuorinta ylitä 13 mm. Liitoksien on oltava tiukkoja, sillä muuten kaapelin NEXT- ja FNEXT-arvot muuttuvat ja ne vaikuttavat myös kanavan TCL- ja ELTCTL-arvoihin. Erityisesti johdon vieminen rasiaan on haasteellista, sillä pareja ei saa erottaa ja ylimääräistä kaapelia ei voi sulloa rasian sisälle iepille, sillä silloin minimi taivutussäde ylittyy helposti. Samoin kaapelin kuorinta vaikuttaa kanavan impedanssiin ja häiriöiden sieto heikkenee. Madoitus on kytkettävä oikein molemmista päistä ja varmistettava paneelin vahva maadoitus. Maapotentiaaleissa saa olla korkeintaan 1 V ero ja resistanssi mahdollisimman pieni. Kytkemättömät maadoitukset katkaisevat toiminnallisesti tärkeän suojan ja se aiheuttaa myös ylikuulumista, ja parin epäsymmetria yhdessä heikon maan kanssa heikentävät kaapelin TCL, ELTCTL ja ACR-arvoja.
Kaapelia niputettaessa ja sitomisessa huomioitava erityismääräykset. Kaapelia, liittimiä ja rasioita ei saa vahingoittaa tahallisesti. Asennuksessa on tärkeää, että käytetään oikeita työkaluja sekä parin kuorimiseen ja katkaisemiseen. Liitosjohdot eivät saa olla enää spagettia, jotka makaavat tai roikuvat epämääräisenä massana pöydän alla tai Atk-kaapissa. Johtojen oikea sijainti valittava siten etteivät ne joudu alttiiksi ylimääräiselle rasitukselle tai häiriöille. Ne tulee kiinnittää asiallisesti pöytiin tai muihin huonekaluihin ja siisti tila saadaan, jos ne peitetään muovilistoilla. Liittimet, rasiat ja kytkentäjohdot tulee merkitä asiallisesti myöhempiä muutoksia varten. ATK-sähkö-tarra kaikkiin madoitettuihin sähköpisteisiin ja eikä niissä saa käyttää muita laitteita. Asennusta suoritettaessa täytyy muistaa, että vioittunutta kaapelia on lähes mahdoton korjata, ja jo pienet asennusvirheet saattavat johtaa kaapelin vaihtoon. Kaapelin mittaus Rakennetulle parikaapelille tai verkolle tulee vaatia aina kunnollinen mittaus oikealla taajuudella. Markkinoilla on useita parikaapelimittalaitteita, jotka suorittavat useiden parametrien mittauksia automaattisesti samaan aikaan, ja tulokset saadaan sähköisessä muodossa joko tekstipohjaisena tai graafisesti suoraan kannettavalle tietokoneelle. On myös huolehdittava siitä, että mittaustuloksia säilytetään luotettavassa paikassa myöhempää käyttöä varten. Mittaustulosten on täytettävä standardin SFS-EN 50173 arvot, kun mittaukset tehdään standardin SFS-EN 50346 mukaisilla testausmenetelmillä. Markkinoilla olevista testereistä monet kykenevät mittaamaan kategoria 7- ja 7A-kaapeleita mittaustaajuuden ollessa yli yhden Ghz:in. Seuraavassa esittelen näille kaapeleille sopivia mittalaitteita: