Выбор типа кабеля для проектируемой сети

«Витая пара», назначение и характеристики Общие положения и классификация кабеля типа «витая пара».

Кабели на основе витых пар с медными проводниками, применяемые в СКС, предназначены для передачи электрических сигналов Кабель содержит несколько скрученных с различными шагами витых пар проводов и может иметь несколько дополнительных защитных, экранирующих и технологических элементов, которые образуют сердечник.

Каждый провод снабжается изоляцией из сплошного или вспененного диэлектрика.

Использование последнего несколько снижает удельную массу кабеля и значительно улучшает его частотные свойства, однако приводит к удорожанию готового изделия.

На сердечник наложена защитная оболочка в виде шланга, в большем или меньшем объеме предохраняющая витые пары от внешних воздействий и сохраняющая структуру сердечника во время прокладки и эксплуатации.

Наличие общей внешней защитной оболочки сердечника является основанием для отнесения рассматриваемой конструкции к классу кабелей.

В зависимости от основной области применения и соответственно конструкции, кабельные изделия для СКС на основе витых пар подразделяются на два основных вида:

• ? горизонтальный кабель;
• ? магистральный кабель;

Кабели СКС должны отвечать требованиям пожарной безопасности".

На основе кабелей «витая пара» могут быть реализованы все три подсистемы СКС, хотя на внешних магистралях их применение для высокоскоростных приложений класса D затруднено ввиду достаточно жестких физических ограничений на максимальную длину сегмента.

На основании этого большинство электрических кабелей предназначено для применения внутри здания.

Имеется также ограниченная номенклатура кабелей на основе витых пар, которые могут прокладываться между зданиями (так называемые уличные кабели или outdoor — кабели).

Горизонтальный кабель типа «витая пара», конструктивные особенности.

Горизонтальный кабель типа «витая пара», предназначен для использования в горизонтальной подсистеме на участке от коммутационного оборудования в кроссовой этажа до информационных розеток рабочих мест.

Наиболее распространенные на практике конструкции содержат четыре витые пары.

По видам скрутки проводников горизонтального кабеля различают парную и четверочную (см. рисунок 7).

Четверочная скрутка позволяет добиться меньших внешних габаритов кабеля, большей стабильности его конструкции и лучших электрических характеристик, однако кабель с четверочной скруткой более сложен в производстве и разделке и поэтому достаточно мало распространен в технике СКС.

В качестве материала изоляции проводников обычно используется поливинилхлорид, встречаются также другие изоляционные материалы, например, полиолефин, полиэтилен и полипропилен.

Применяются как сплошные, так и вспененные материалы, причем последние позволяют получить несколько лучшие электрические характеристики, однако являются более дорогими и применяются преимущественно в кабелях с верхней граничной частотой выше 100 МГц.

С целью снижения уровня затухания проводники горизонтального кабеля изготавливаются из монолитной (Solid) медной проволоки.

Отдельные витые пары образуют кабельный сердечник, покрытый общей для всех пар внешней защитной изоляционной оболочкой толщиной примерно 0,5−0,6 мм.

Для придания сердечнику определенной структуры в процессе производства и ее сохранения во время эксплуатации может применяться обмотка пар полимерными ленточками или нитями.

Облегчение разделки некоторых конструкций кабелей обеспечивается использованием разрывной нити (rip-cord), расположенной под оболочкой. При вытягивании эта нить делает на оболочке продольный разрез и открывает доступ к кабельному сердечнику.

Кабели «витая пара», у которых под общей оболочкой находятся три и более четырехпарных элемента, относятся к многопарным.

Для изготовления внешней оболочки наряду с обычным поливинил-хлоридом достаточно часто применяется материал типа компаунда, который не содержит галогенов и не поддерживает горения, а также так называемые малодымные полимеры.

Полному вытеснению поливинилхлорида из материалов оболочки препятствует тот факт, что переход на оболочку из негорючих материалов немедленно увеличивает цену готового продукта примерно на 20−30 процентов, а не содержащие галогенов компаунды обладают низкой огнестойкостью.

Внешняя оболочка окрашивается обычно в серый цвет различных оттенков, встречаются также другие стандартные для конкретного производителя цвета (синий, фиолетовый, белый, красный).

Оранжевая окраска обычно указывает на то, что оболочка изготовлена из негорючего материала и кабель может быть использован для прокладки в так называемых plenum_полостях.

Конструкции, предназначенные для внешней прокладки, снабжаются полиэтиленовой оболочкой, так как этот материал обладает существенно более высокой влагостойкостью по сравнению с поливинилхлоридом и огнестойким компаундом.

На внешнюю оболочку наносятся маркирующие надписи, в которых указывается тип кабеля, диаметр и тип проводников, характеристики оболочки, наименование производителя и его фирменное обозначение кабеля, наименование стандарта и сертифицирующей лаборатории, а также футовые или метровые метки длины.

По двум последним параметрам имеются определенные различия между американскими и европейскими кабельными компаниями.

Так, основной сертифицирующей лабораторией для американских производителей кабельной продукции является UL Laboratory, европейские обращаются в датскую испытательную организацию DELTA.

Американские кабельные компании применяют в основном футовые метки длины, европейские изготовители используют метровый дискрет этого параметра Экранированный и неэкранированный горизонтальный кабель типа «витая пара».

В зависимости от наличия или отсутствия дополнительных экранирующих покрытий отдельных витых пар и / или сердечника в целом горизонтальные кабели из витых пар подразделяются на неэкранированные и экранированные.

В свою очередь, среди экранированных конструкций различают кабели с общим внешним экраном, с экранами для каждой пары и с одновременным экранированием отдельных пар и сердечника в целом.

Экранирование применяют для повышения переходного затухания (NEXT), снижения уровня ЭМИ и для повышения помехозащищенности.

Внешний вид различных вариантов кабелей изображен на рисунке.

Рис. 9. Конструкции горизонтальных кабелей

Наибольшее распространение для экранирования отдельных пар получили металлизированные алюминием тонкие полимерные пленки, причем известны конструкции с ориентацией стороны металлизации как внутрь, так и наружу.

Внешние экраны, окружающие кабельный сердечник, изготавливаются из такой же пленки, или же выполняются в виде оплетки из оцинкованной медной проволоки.

В состав конструкции пленочного экрана обычно вводится дополнительный тонкий неизолированный медный луженый или оцинкованный дренажный проводник диаметром около 0,5 мм.

В функции последнего входит обеспечение электрической непрерывности экрана при случайных разрывах пленки во время прокладки и эксплуатации.

Рис. 10. Экранированный и неэкранированный кабель «витая пара»

• 1. Внешняя оболочка
• 2. Витая пара
• 3. Общий экран
• 4. Дренажный проводник
• 5. Экран витой пары

На практике получили достаточно широкое распространение кабели «витая пара» с общим пленочным экраном, который дополняется оплеткой.

Пленочные экраны хорошо защищают кабель от высокочастотных помех (RFI), а экраны в виде оплетки — от низкочастотных (EMI), то есть двухслойный экран рассматриваемого вида обеспечивает надежное экранирование кабельного сердечника во всем диапазоне частот.

Табл. 1. Типа кабеля витая пара.

Областью применения кабелей S/UTP является построение горизонтальной подсистемы СКС при значительном уровне внешних наводок (производственные цеха и другие помещения с источниками сильных электромагнитных полей) или при повышенных требованиях к безопасности кабельной системы (защита от несанкционированного доступа).

S/STP_кабели обладают в сравнении с STP улучшенными характеристиками по защите от внешних помех и по уровню ЭМИ, однако основным их преимуществом перед другими конструктивными решениями являются значительно более высокое (на 10… 15 дБ и более при условии правильного монтажа) значение NEXT.

На сегодняшний день считается, что обеспечить передачу линейных сигналов с тактовой частотой свыше 250−300 МГц на требуемое стандартами расстояние 90 м можно только с использованием конструкции S/STP.

STPи S-STP_кабели следует применять во всех случаях, перечисленных для S/UTP_кабелей, в тех ситуациях, когда:

• ? требуется получение кабельных сегментов, превышающих по длине 90 м;
• ? при построении систем передачи данных, для которых электрические характеристики кабелей категории 5 являются недостаточными;
• ? должны выполняться повышенные требования по защите от несанкционированного доступа к передаваемой информации.

Хотя параметры кабелей с индивидуальной экранировкой каждой пары могут существенно превосходить требования категории 5 (особенно по параметру NEXT и соответственно по параметру ACR), следует иметь в виду, что пока не существует стандартов ни на увеличенные длины сегментов, ни на сети, для работы которых электрические характеристики неэкранированных витых пар категории 5 являются недостаточными.

UTP_кабели в сравнении с экранированными обладают следующими преимуществами:

• ? меньшая стоимость;
• ? меньшая трудоемкость монтажа и эксплуатации;
• ? отсутствие повышенных требований к внутреннему заземляющему контуру здания;
• ? лучшие массогабаритные показатели;
• ? меньший радиус изгиба.

Основными преимуществами экранированных конструкций являются потенциально лучшая защита от внешних электромагнитных наводок, повышенная механическая прочность в случаях применения оплеточных экранов и более эффективная защита от несанкционированного доступа к передаваемой информации.

Высокая теплопроводность экранов обеспечивает эффективный отвод тепла, которое возникает в проводниках в процессе передачи информации из-за протекания электрического тока.

На основании этого некоторые производители гарантируют для производимых ими экранированных конструкций меньшее затухание по сравнению с неэкранированными.

Сравнительная характеристика некоторых механических и эксплуатационных параметров основных вариантов конструкции четырехпарных горизонтальных кабелей приведена в табл. 2.

Табл. 2. Параметры конструкции четырехпарных горизонтальных кабелей.

Кабель на катушках имеет стандартное значение длины 500 и 1000 м.

В принципе возможны и большие длины, однако масса 1000-метровой катушки достигает 50 кг и более, что делает ее неудобной при работе на объекте.

Основным преимуществом катушечной поставки является несколько меньшее количество отходов.

Меньшая популярность этой упаковки объясняется неудобством транспортировки и складского хранения, а также желательностью применения для размотки специальных приспособлений.

Катушки изготавливаются из пластмассы, дерева или фанеры Оптоволоконный кабель Оптоволоконные линии предназначены для перемещения больших объемов данных на очень высоких скоростях.

В оптоволоконном кабеле цифровые данные распространяются по оптическим волокнам в виде модулированных световых импульсов. Это относительно надежный способ передачи, поскольку электрические сигналы при этом не передаются. Следовательно, оптоволоконный кабель нельзя вскрыть и перехватить данные, от чего не застрахован любой кабель, проводящий электрические сигналы. Кроме того, такие проблемы передачи информации по проводам как электромагнитные помехи, перекрестные помехи (переходное затухание) и необходимость заземления, полностью устраняются. Вдобавок, чрезвычайно уменьшается погонное затухание, позволяя протягивать оптоволоконные связи без регенерации сигналов на много большие дистанции, достигающие 120 км.

Оптическое волокно — чрезвычайно тонкий стеклянный цилиндр, называемый жилой (core), покрытый слоем стекла (Рис. 1), называемого оболочкой, с иным, чем у жилы, коэффициентом преломления. Иногда оптоволокно производят из пластика. Пластик проще в использовании, но он передает световые импульсы на меньшие расстояния по сравнению со стеклянным оптоволокном. Каждое стеклянное оптоволокно передает сигналы только в одном направлении, поэтому кабель состоит из двух волокон с отдельными коннекторами. Одно из них служит для передачи, а другое — для приема. Жесткость волокон увеличена покрытием из пластика, а прочность — волокнами из кевлара.

Рис. 11 Схема простейшего оптоволоконного кабеля.

Оптоволоконный кабель идеально подходит для создания сетевых магистралей, и в особенности для соединения между зданиями, так как он нечувствителен к влажности и другим внешним условиям. Также он обеспечивает повышенную по сравнению с медью секретность передаваемых данных, поскольку не испускает электромагнитного излучения, и к нему практически невозможно подключиться без разрушения целостности.

Недостатки оптоволокна в основном связаны со стоимостью его прокладки и эксплуатации, которые обычно намного выше, чем для медной среды передачи данных. Эта разница стала привычной, тем не менее, в последние годы она стала сглаживаться. Сама оптоволоконная среда только слегка дороже UTP категории 5. Но независимо от указанных преимуществ и недостатков применение оптоволокна приносит с собой другие проблемы, такие как процесс прокладки. Разводка оптоволоконного кабеля в основном ничем не отличается от укладки медного, но присоединение коннекторов требует принципиально иного инструмента и технических навыков.

Существуют два различных типа оптоволоконного кабеля:

• · многомодовый или мультимодовый кабель, более дешевый, но менее качественный;
• · одномодовый кабель, более дорогой, но имеет лучшие характеристики по сравнению с первым.

Суть различия между этими двумя типами сводится к разным режимам прохождения световых лучей в кабеле.

Рис. 12. Распространение света в одномодовом кабеле

В одномодовом кабеле практически все лучи проходят один и тот же путь, в результате чего они достигают приемника одновременно, и форма сигнала почти не искажается (Рис. 2). Одномодовый кабель имеет диаметр центрального волокна около 1,3 мкм и передает свет только с такой же длиной волны (1,3 мкм). Дисперсия и потери сигнала при этом очень незначительны, что позволяет передавать сигналы на значительно большее расстояние, чем в случае применения многомодового кабеля. Для одномодового кабеля применяются лазерные приемопередатчики, использующие свет исключительно с требуемой длиной волны. Такие приемопередатчики пока еще сравнительно дороги и не долговечны. Однако в перспективе одномодовый кабель должен стать основным типом благодаря своим прекрасным характеристикам. К тому же лазеры имеют большее быстродействие, чем обычные светодиоды. Затухание сигнала в одномодовом кабеле составляет около 5 дБ/км и может быть даже снижено до 1 дБ/км.

Рис. 13. Распространение света в многомодовом кабеле

В многомодовом кабеле траектории световых лучей имеют заметный разброс, в результате чего форма сигнала на приемном конце кабеля искажается (Рис. 3). Центральное волокно имеет диаметр 62,5 мкм, а диаметр внешней оболочки 125 мкм (это иногда обозначается как 62,5/125). Для передачи используется обычный (не лазерный) светодиод, что снижает стоимость и увеличивает срок службы приемопередатчиков по сравнению с одномодовым кабелем. Длина волны света в многомодовом кабеле равна 0,85 мкм, при этом наблюдается разброс длин волн около 30 — 50 нм. Допустимая длина кабеля составляет 2 — 5 км. Многомодовый кабель — это основной тип оптоволоконного кабеля в настоящее время, так как он дешевле и доступнее. Затухание в многомодовом кабеле больше, чем в одномодовом и составляет 5 — 20 дБ/км.

Типичная величина задержки для наиболее распространенных кабелей составляет около 4—5 нс/м, что близко к величине задержки в электрических кабелях.

Оптоволоконные кабели, как и электрические, выпускаются в исполнении plenum и non-plenum.

известен уже долгое время, его поддерживали даже ранние стандарты Ethernet для пропускной способности 10 Мбит/с. Первый из них получил название FOIRL (Fiber-Optic Inter-Repeater Link), а последующий — 10BaseF. Несмотря на это, оптоволокно позиционируется как высокоскоростная сетевая технология, и сегодня фактически все применяемые протоколы Канального уровня используют его в той или иной форме.

Вот некоторые из них:

• · Fast Ethernet (100BaseFX);
• · Gigabit Ethernet (1000BaseFX);/li>
• · Token Ring;
• · Fiber Distributed Data Interface (FDDI);
• · 100VG-AnyLAN;
• · Asynchronous Transfer Mode;
• · Fibre Channel.