Meten is weten Het netwerk meten Wat wordt er eigenlijk gemeten bij een “netwerkmeting” of meting om te kunnen “certificeren” en begrijpen we dan ook wat de gebruikte termologiën betekenen. Dit document is bedoeld om hier enig inzicht in te verkrijgen. The sky is the limit In de afgelopen 10 jaar is er een enorme ontwikkeling geweest op het gebied van netwerken. Van 2 Mbps naar 10 Gigabit. Toepassingen op het gebied van Internet en multimedia. Maar ook PC’s en servers die als maar sneller worden, zorgen ervoor dat de honger naar meer bandbreedte blijft aanhouden.
Bekabeling Dit alles maakt het noodzakelijk dat de huidige bekabeling en kabelcomponenten van zeer hoge kwaliteit moeten zijn om aan de groeiende vraag te voldoen en de kwaliteit hiervan te garanderen. Kabelverbinding Om vast te kunnen stellen of een kabelverbinding (Link) voldoet aan de gewenste specificaties zijn er een aantal testen gedefinieerd. Deze testen zijn ontworpen om de betrouwbaarheid en de performance van een verbinding te kunnen vaststellen. Wie bepaalt de standaarden Er zijn drie instanties die standaardiseren c.q. normeren voor gestructureerde bekabelingsystemen; • • •
TIA / EIA “Electronic Industries Association” / “Telecommunication Industries Association” (USA) ISO / IEC “International Organisation to Standardisation” / “International Electrotechnical Commission” (wereldwijd) EN 50173 / Genelec “European Norm” (Europees) De kabellink bij de TIA / EIA wordt aangeduid in categorieën en bij de ISO / IEC en EN 50173 spreekt men van “classes”. Onderstaande tabel geeft de relatie aan tussen de gedefineerde standaarden; Class C Cat.3 Cat.5 Cat.5e Cat.6
Class D
Class E
Class F
16 Mhz 100 Mhz 100 Mhz 250 Mhz 600 Mhz
De TIA / EIA 568 “Basic Link” De “basic Link” wordt ook wel de “contractors Link” genoemd, omdat dit de verbinding is waar in het algemeen de installateur (Contractor) verantwoordelijk voor is. Bij een “Basic Link” gaan we uit van een verbinding(en) tussen de wandkontactdoos en een patchpaneel.
Meten is weten Gedefinieerde testen Afhankelijk van het type gebouwbekabelingsysteem met de daarbij behorende specificaties zijn er gedefinieerde testen. Deze testen kunnen de electrische parameters die de data-transmissie karakteristieken bepalen in beeld brengen. Van een LAN (Local Area Network) koperverbinding wordt verwacht dat de kwaliteit van de transmissie beter is dan 1 foutief bit per één miljard bits! Correcte bedrading
Het aantal uit te voeren testen en de diverse testwaarden zijn afhankelijk van de gekozen standaard en gaan er van uit dat deze aan bovenstaande waarde zal voldoen.
Het testen gekruist paar
omgedraaid paar
Gesplitst paar
Wire Map Deze test is noodzakelijk om te garanderen dat de eind-tot-eind connectiviteit gewaarborgd is. Dit is de belangrijkste voorwaarde voor een succesvolle transmissie. Als de aansluitingen niet goed zijn is het zinloos om verder te testen. Kabellengte Het uitvoeren van een lengtemeting is een belangrijke test die altijd dient te worden uitgevoerd, omdat van iedere verbinding de lengte moet worden vastgelegd. De diverse standaarden vermelden dat een kabelverbinding maximaal 90, 94 of 100 meter mag zijn. De lengte van een verbinding wordt geschat op basis van een electrische lengtemeting. Om de exacte tijd te bepalen wordt het tijdsinterval gemeten tussen het zenden van een puls en het ontvangen van de gereflecteerde puls. Dit resultaat wordt gehalveerd en vermenigvuldigd met de lichtsnelheid (300.000 km/sec = 0,3 meter/nano seconde en de NVP-waarde (Nominal Velocity of Propagation)* van de desbetreffende kabel. Voor de goed/fout beoordeling van een link volgens de TIA/EIA basic link standaard, wordt uitgegaan van het aderpaar met de kortste doorlooptijd.
Propagation delay (doorlooptijd vertraging) Met deze test wordt als bovenstaand de doorlooptijd gemeten en hieruit wordt vervolgens de lengte bepaald. Nu gelden de metingen van alle ader paren. Een belangrijk onderdeel van deze berekening is de NVP waarde. Deze kan door allerlei oorzaken verkeerd zijn, waardoor het resultaat van de lengtemetingen incorrect zal zijn. De conseqentie hiervan kan zijn dat, indien bijvoorbeeld het ethernetprotocol wordt toegepast, hierdoor allerlei problemen kunnen ontstaan. Dit laatste omdat het ethernet protocol er onder andere van uitgaat dat een signaal een maximale doorlooptijd heeft. * Gemiddelde snelheid van de doorlooptijd
Meten is weten Delay Skew De Delay Skew test meet de verschillen tussen het langzaamste en snelste aderpaar. Nieuwe applicaties zoals Gigabit Ethernet maken gebruik van alle vier de paren voor zowel zenden als het ontvangen van data-bits. De data wordt door de zender in pakketjes verdeeld en simultaan over de vier paren verzonden. Bij de ontvanger aangekomen zal deze de datastroom weer reconstrueren. Om dit mogelijk te maken is één van de eisen dat het tijdsverband onderweg intact moet blijven. De bits moeten zich dus vrijwel met dezelfde snelheid verplaatsen om in gelijke volgorde te worden ontvangen als waarin ze verzonden zijn. De “delay skew” controleert dit.
De attenuation/verzwakking wordt onder meer veroorzaakt door:
• • • • • • • •
Elektrische eigenschappen van de kabel, toegepaste materialen en fabricage Slechte kwaliteit van de verbindingen waardoor extra weerstand kan ontstaan. De diameter van de koperkern, hoe dikker de kern hoe kleiner de attenuation. Reflecties in relatie tot impedantie en misaanpassingen. Freqentie (hogere freqentie betekent een groter verlies)
NEXT
Linklengte. Afgeschermde kabel (ca. 3% toename) Vochtigheid. Verouderingsproces.
dB
•
Attenuation (verzwakking) Elektrische signalen die door een link worden doorgegeven, verliezen onderweg een fractie van hun energie. Dit wordt verzwakking (Attenuation) genoemd. De attenuation meting bepaalt hoeveel van de energie van het signaal verloren is gegaan als het signaal aan het einde van de kabel aankomt. De verzwakking wordt gemeten in decibels (dB) en karakteriseert het signaalverlies over de kabel. Hoe lager de waarde van attenuation, des te kleiner is het signaalverlies.
ACR
Attenuation Frequentie
Overspraak De term “Cross Talk” overspraak dus, komt voort uit de telefonie-industrie. Wellicht kent u het fenomeen dat er een ander gesprek te horen is terwijl u aan het telefoneren bent. Wat ook voorkomt is dat er een soort echo is te horen van uw stem of de stem van diegene waar u mee telefoneert. Dit gebeurt dus ook met data-transmissies. Dat is dus één van de redenen waarom de paren in een kabel ongelijk zijn getwist. Signaalverliezen zijn onvermijdelijk in een link, hoe goed de kwaliteit ook mag zijn. Het is veruit de grootste veroorzaker van een niet goed functionerende verbinding. Omdat in een kabel de getwiste paren dicht bij elkaar liggen zal een signaal dat op een willekeurig paar aanwezig is “weglekken” naar een aangrenzend paar. Dit hoeft niet noodzakelijk in dezelfde kabel te zijn maar kan (zeker met UTP) ook een parallel liggende kabel zijn. Dit is uiteraard ongewenst en dient tot een minimum beperkt te worden. Om dit te beperken is afgeschermde kabel een betere optie dan UTP. Om een link te testen op de invloed van overspraak zijn een aantal testen gedefinieerd. De meest bekende is zonder meer de “NEXT” test. In aanvulling op deze “NEXT” test is voor nieuwe standaarden ook een z.g. “FEXT” meting vereist. Daarnaast zijn er testen gedefinieerd die zijn afgeleid van “NEXT” en “FEXT”. Op de volgende pagina worden deze overspraaktesten besproken en uitgelegd.
Meten is weten NEXT (Near End Cross Talk—Nabije overspraak) Een probleemsituatie ontstaat wanneer te veel overspraak optreedt aan het begin van het “zend-paar”, waar de signaalsterkte het grootst is, naar het “ontvangende-paar” waar de gevoeligheid voor beïnvloeding het hoogste is. Net als de Attenuation (verzwakking) wordt NEXT uitgedrukt in dB. De waarde voor een NEXT dient altijd zo groot mogelijk te zijn. Dit in tegenstelling tot de Attenuation welke zo klein mogelijk moet zijn. De gemeten dB-waarde is gebaseerd op het versturen van een signaal op één paar en het meten van de overspraak op een ander paar. Gegenereerd signaal Gemeten NEXT
Gegenereerd signaal
NEXT Cross Talk
Power Sum NEXT
Power Sum Next De NEXT meting bepaalt de hoeveelheid overspraak van het ene aderpaar naar het andere. Dit laatste was voldoende voor bestaande applicaties omdat deze gebruik maken van twee aderparen. Met de introductie van nieuwe applicaties zoals Gigabit Ethernet, worden alle vier de aderparen gebruikt. Met de NEXT metingen van alle vier de paren kan de Power Sum NEXT berekend worden. Ofwel de overspraak van aderparen ten opzichte van elkaar. De afgebeelde figuren verduidelijken dit verhaal.
Gemeten NEXT Cross Talk
1
2
4
3
Gegenereerd signaal Gegenereerd signaal
FEXT (Far End Cross Talk) & Power Sum FEXT (Overspraak aan het einde) De FEXT meting is een uiterst gevoelige en wel om twee redenen: de overspraak is een relatief zwak signaal (normaliter) en dit zwakke signaal wordt nog eens extra verzwakt door de attenuation in de kabel. (dit laatste stelt hoge eisen aan de tester.)
Wanneer “Full-Duplex” gewerkt wordt, dan kunnen alle vier de aderparen tegelijkertijd bezig zijn met zenden en ontvangen. Dit houdt dus in dat, paar 1 overspraak kan ontvangen van paar 2,3 en 4.
Om een uniforme FEXT meting te kunnen uitvoeren wordt niet uitgegaan van het ingaande signaal, maar van wat er nog over is op het einde van de verbinding. De gemeten FEXT is de ratio tussen de gemeten overspraak en het niveau van het input signaal op het andere paar. Om de verzwakking, welke ook afhankelijk is van de lengte van de verbinding, te compenseren wordt de ratio berekend tussen de gemeten overspraak en het output signaal op het andere paar. Men noemt dit resultaat de ELFEXT (Equal Level FEXT) ofwel “ Overspraak op het gelijke niveau aan het einde”
Meten is weten ACR Attenuation to Cross-talk Ratio (Signaal Ruis verhouding) De “ACR” is een berekende waarde die aangeeft hoeveel signaalsterkte aan het einde van een kabel nog aanwezig is. Uit de afbeelding kan men afleiden dat de kwaliteit van een ontvangen signaal afhankelijk is van de verzwakking (attenuation) en de NEXT-waarde. Bij een toename van de freqentie worden beide slechter. De feitelijke ACR-waarde is het resultaat van de gemeten NEXT en Attenuation waarde. dB
Power Sum (PSARCACR) Net als voor de NEXT is er ook een Power Sum ACR gedefinieerd. Net als de gewone ACR is dit ook een berekende waarde welke gebruikt maakt van de attenuation van het paar en nu de Power Sum NEXT. Want ook hier geldt dat het signaal beïnvloed wordt door overspraak vanuit alle overige paren, waardoor de ACR anders dient te worden berekend.
NEXT
ACR
Attenuation Frequentie
Resistance (Weerstand) Alle kabels voegen een extra ohmse weerstand toe aan het circuit. De weerstand is één van de oorzaken voor optredende verzwakking. De weerstandtest is niet voor alle standaarden vereist en voorlopig alleen voor de ISO en EN50173 standaarden. Ondanks dat het niet altijd een eis is kan men toch veel informatie over de kwaliteit van een verbinding krijgen middels deze weerstandmeting. Een slecht contact in een verbinding kan een extra overgangsweerstand opleveren, welke binnen de limiet ligt maar t.z.t. hoger kan worden door bijvoorbeeld trillingen. Een hogere weerstand heeft direct effect op de verzwakking, dus op de kwaliteit van het signaal. Impedantie Bij deze test worden de karakteristieke impedanties van de diverse paarcombinaties gemeten. De impedantie is de totale weerstand die een stroom ondervindt in een getest paar. Deze is opgebouwd uit capacitieve weerstand en inductieve componenten die aanwezig zijn in de kabel. In een goede kwalitatieve kabel is de impedantie vrijwel constant. Het grootste probleem bij een impedantie zijn de verschillende waardes die aanwezig zijn in een link. Dit is eigenlijk veel kritischer dan de waarde zelf. Return Loss Een kabel link is opgebouwd uit verschillende componenten zoals; connectors, contactdozen en horizontale kabels. En ondanks de hoge kwaliteit van deze componenten is er altijd een minimaal verschil in impedantie. Indien een signaal een impedantie-overgang detecteert zal een gedeelte van het signaal worden gereflecteerd. Meerdere overgangen veroorzaken een toename in reflecties van het signaal. Deze reflecties hebben een negatieve invloed op de kwaliteit van het signaal. Headroom (Overwaarde) Deze test laat de overwaarde zien van de laagst gemeten NEXT resultaten en wordt uitgedrukt in dB. Hoe hoger het getal, hoe meer overwaarde en is de verbinding beter dan de standaard waarmee is gemeten vereist.
Van deze uitgave mag niets geheel of gedeeltelijk worden gebruikt zonder bronvermelding.
Meten is weten
September 2003
Samengesteld door: Symen Ockhuyzen Bronvermelding : Fluke Nederland
