Informationstechnik. High-Performance-Verkabelungen zertifizieren Mit der richtigen Ausrüstung kein Problem

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1 High-Performance-Verkabelungen zertifizieren Mit der richtigen Ausrüstung kein Problem Alfred Huber Die Netzwerkbranche bereitet sich gerade wieder auf einen Quantensprung in der Performance der Netzwerke vor. Die Applikation, die diesen Wirbel verursacht hat, ist 10- Gigabit-Ethernet über Kupferverkabelung (10GBaseT/ IEEE 802.3an). Im Zuge dieser Entwicklung stellen sich auch für die Hersteller der Feldmesstechnik einige Fragen. Passen die Geräte am Markt noch zu den neuen Frequenzbereichen? Sind die Genauigkeiten noch ausreichend? Müssen neue Parameter berücksichtigt werden? Dieser Artikel soll hierzu einige Antworten geben. Eine Verzehnfachung der Übertragungsgeschwindigkeit stellt natürlich eine große Herausforderung an die Verkabelungs- und auch die entsprechende Messtechnik dar. Im Schatten dieser Diskussion wird auch die bestehende Klasse F, also Netzwerke mit einer Bandbreite bis 600MHz, übrigens bereits heute uneingeschränkt tauglich für 10-Gigabit- Ethernet Übertragung, erweitert. Die neue Klasse F A wird bis 1000MHz hochgezogen, um Netze für die wachsende Multimediawelt bereitzustellen. Neue Anforderungen Keine Verschnaufpause gönnen sich die Spieler im Match der LAN-Verkabelungen. Nach dem Ringen um die Klasse E/Category 6, das 2002 in neuen Ausgaben der amerikanischen TIA/EIA 568 und der ISO/IEC (und entsprechend nachgeschaltet der EN 50173) mündete, sind derzeit wieder neue Anwendungen in der Diskussion, die noch mehr Bandbreite erfordern, als diese Normen derzeit abdecken. Das heißt, dass alle Beteiligten in der Applikationskette wieder in die Entwicklungslabors müssen, um sich den Anforderungen der neuen Applikationen zu stellen. So müssen die Hersteller von Verkabelungssystemen ihre Komponenten erneut auf den Prüfstand schnallen und eventuell optimieren oder neu entwickeln, um den steigenden Anforderungen zu entsprechen. Ebenso müssen die Anbieter von Feldmesstechnik ihre Produkte, die zur Überprüfung der geforderten Parameter verwendet werden, an die neuen Bedürfnisse anpassen. Neue Applikation Was sind nun diese neuen Applikationen, die diese Kettenreaktion ausgelöst haben? In der Welt der Bürokommunikation spricht man gegenwärtig allseits von der Übertragung von 10-Gigabit- Ethernet auf Kupferleitungen bis hin Alfred Huber, Technical Support & Service Manager, Ideal Industries GmbH, Ismaning Bild 1: Standards und Normen für die LAN-Verkabelung 54 de 17/2006

2 Bild 2: Unterschiede der einzelnen Normentwürfe und Arbeitspapiere am Beispiel des Übersprechens (NEXT) zum Arbeitsplatz. Hierzu werden in Zukunft Bandbreiten von 500MHz über RJ45 terminierte Netzwerke den Standard setzen. Ein Boom zeichnet sich allerdings auch in der Soho-Welt ab, also bei Netzwerken für die kleineren Büros und den Heimverkabelungen. Immer mehr dieser Anlagen werden bereits mit Netzwerken hoher Bandbreite ausgestattet. Die Konvergenz von Sprache, Daten und Video beginnt sich hier zu etablieren.»triple Play«ist das aktuelle Schlagwort in der Telekommunikationsbranche. So hat hier neben der klassischen Koaxialverkabelung auch das Twisted-Pair-Kabel Einzug gehalten, allerdings nicht mehr über das RJ45- Steckgesicht, sondern über Steckverbinder mit höherer Übertragungsbandbreite bis 1000MHz. Standards und Normen Auf welchen normativen Füßen stehen diese neuen Applikationen? Der Standard IEEE 802.3an definiert 10-Gigabit- Ethernet über Kupferleitungen, verabschiedet im Juni In diesem Standard wird beschrieben, dass eine Datenübertragung von 10Gbit/s über Kupferleitungen eine Kodierung nach PAM-16 erfordert und dadurch eine Schwerpunktfrequenz von ca. 450MHz hat. Aus diesem Standard lassen sich auch die Anforderungen an die passive Verkabelung ableiten. Diese werden nun von den jeweiligen Gremien, z. B. der amerikanischen TIA/ EIA und der internationalen ISO/IEC in ihre Verkabelungsstandards eingepflegt. So erhält die ISO/ IEC 11801:2002 einen Anhang, das»amendment 1«, welches unter anderem eine neue Übertragungsklasse E A definiert, die exakt festlegt, welche Grenzwerte ein neues (!) Verkabelungssystem einhalten muss, um 10-Gigabit-Ethernet übertragen zu können (Bild 1). Zwar liegen derzeit nur Grenzwerte für die komplette Übertragungsstrecke, den sogenannten»channel Link«vor, der aus Verlegekabel, Anschlusskomponenten und Anschlusskabeln zu den aktiven Komponenten besteht, aber die Definitionen für den»permanent Link«, also der reinen fest installierten Datenstrecke und die Grenzwerte für die einzelnen Komponenten werden sicher bald folgen. Erweitert Analog zur ISO/ IEC arbeitet die amerikanische TIA/ EIA-Normungsgruppe an einer Erweiterung ihres Verkabelungsstandards, der dann die Nummer TIA/EIA 568 B.2-10 tragen wird. Hier wird der neue Standard»Cat. 6a«heißen. Das»A/a«steht in beiden Fällen für»augmented«, was übersetzt so viel heißt wie»erweitert«. Und genauso sind auch die Grenzwerte im Klassen: Levels E/Cat. 6: Level III EA/Cat. 6a: Level IIIe F: Level IV FA: Level IVa Grunde»Erweiterungen«der bestehenden Limits der Klasse E für die ISO/ IEC und der Cat. 6 für die TIA/EIA. Einzig die Werte für das Übersprechen, auch kurz NEXT genannt, werden im oberen Frequenzbereich bei der Cat. 6a etwas entschärft (Bild 2). Eindringlinge Auch eine neue Gruppe von Messparametern wurde in diese erweiterten Standards aufgenommen. Es sind dies Parameter, die Störeinflüsse, welche von außen auf Datenstrecken einwirken, beschreiben. Diese Störungen treten de 17/2006

3 allerdings nur bei ungeschirmten (!) Anlagen im oberen Frequenzbereich, ca. > 300MHz, auf, können aber die Übermittlung von Signalen wesentlich beeinträchtigen. Diese Störungen entstehen entweder durch Einkopplungen von Signalen benachbarter Datenkanäle oder sind bedingt durch allgemeine, externe, hochfrequente Störquellen. Genannt werden diese Störsignale»Aliens«, Außerirdische, also Eindringlinge von außen, die die internen Datenflüsse stören. Die Störeffekte werden folglich»alien Crosstalk«oder kurz»axt«genannt. Beide oben beschriebenen Standardergänzungen definieren hierfür Grenzwerte, die bereits»by design«von den Komponenten eingehalten werden müssen. Da man aber schon heute davon ausgeht, dass sogar bereits bestehende Klasse-E/Cat.-6-Anlagen 10- Gigabit-Ethernet-tauglich sind, haben beide Standardisierungsorganisationen»Arbeitspapiere«entwickelt, die Grenzwerte vorgeben, bei deren Einhaltung der Betrieb mit 10-Gigabit-Ethernet möglich ist. Das amerikanische Dokument heißt TIA TSB-155 und das entsprechende ISO/ IEC-Papier TR Diese nahezu identischen Dokumente basieren eng auf den Vorgaben aus dem Übertragungsstandard IEEE 802.3an und liegen somit sehr nahe an den Minimalwerten der Applikation, was hochgenaue Messtechnik zur Verifizierung erfordert; aber dazu später mehr. Auch beinhalten diese Dokumente die Anforderung Alien-Crosstalk im Feld zu ermitteln. Hierzu gibt es zwar auch bereits unterschiedliche Vorschläge, die aber allesamt in ihrer Komplexität nicht sinnvoll anwendbar sind. So würde z. B. ein umfassender AXT- Messdurchgang an einer mittleren Anlage bereits mehrere Tage in Anspruch nehmen und allein die Anzahl der jeweils erforderlichen Steckungen an der Anlage bereits die verbauten Komponenten verschleißen. Ein reduzierter Test, bei dem nicht alle möglichen Kombinationen gegeneinander getestet werden, ist grundsätzlich abzulehnen. Das Risiko einer gezielten»unkomplizierten«auswahl der gegeneinander zu messenden Strecken wäre zu groß. Soho Netze im Heimbereich und Homeoffice Auch in der Soho-Welt dominieren derzeit die Schlagwörter wie»konvergenz«und»triple Play«, also das Zusammenführen der drei Hauptdienste des Netzwerkes auf eine gemeinsame Plattform. Es werden Statistiken aufgestellt, z. B. die Entwicklung der Anzahl von PCs pro Haushalt über die letzten Jahre, um die absolute Notwendigkeit von strukturierter Verkabelung im Heimbereich aufzuzeigen. Die gute alte Glotze wird zum»multimedia-center«, mit dem man parallel Fußball schauen, alten Spielergebnissen der Mannschaften hinterher surfen und gleichzeitig noch per Internet seine Pizza beim Italiener bestellen kann. Parallel dazu laufen alle Steuerfunktion für Beleuchtung, Klima und Sicherheit über dasselbe Netzwerk. Auch hierzu gibt es Standards und Standardentwürfe, wie z.b. die ISO/IEC und die amerikanische TIA/EIA 570. In der ISO/IEC werden z.b. die Dienste in mehrere Gruppen eingeteilt, die verschie- 56 de 17/2006

4 Bild 3: High-Performance-Adapter Messadapter für verschiedene Steckersysteme dene Übertragungsmedien verwenden. Es werden sowohl Koaxialstrecken bis zu 3GHz Bandbreite definiert, als auch Twisted-Pair-Leitungen hoch bis 1GHz Bandbreite. Die Steckgesichter, die hier zum Einsatz kommen, sind die beiden bisherigen Klasse-F-Steckverbinder GG45 und TERA, die mittlerweile beide eine Bandbreite von mindestens 1000MHz, wie vom Standard gefordert, garantieren können. Bereit für die Zukunft Wie man sieht, ist man hier schon recht weit gediehen, sich für die multimediale Zukunft aufzustellen. Im Büro- und zunehmenderweise auch im Industrieumfeld werden gerade noch die Hausaufgaben gemacht, d. h. die Twisted- Pair-Datenkabel werden neu vermessen, spezifiziert und typisiert; die RJ45- Anschlusskomponenten werden»10g«- tauglich gemacht und die Installateure werden in ihren Ausbildungen nochmals auf die zunehmende Wich- Stecker: RJ45: bis 500MHz Tera: bis 1000MHz GG45: bis 1000MHz EC7/MMC3000: 1000MHz tigkeit von richtiger Schirmung und Erdung von Strom- und Datennetzen eingeschworen. Die ungeschirmte Welt versucht gerade die»aliens«aus ihren Datenstrecken zu verjagen. Man baut hierzu Datenkabel, die nicht mehr so dicht nebeneinander liegen können, indem man sie entweder oval baut oder man erhöht den Querschnitt enorm durch dickeres Mantelmaterial. In den Verteilerpanels wird die Packungsdichte gesenkt oder man arbeitet mit Schirmblechen (!) zwischen den einzelnen Ports, um auch hier durch mehr Abstand gegenseitige Störungen klein zu halten. Da man hier den Installateuren nichts von Schirmung erklären muss, beschränkt sich die Nachhilfe auf den einen Satz:»Es lebe das Chaos«. Damit ist die Empfehlung gemeint, Datenkabel nicht mehr eng zu bündeln, sondern sie lieber locker zu verlegen, um die Abstände größer zu kriegen, denn räumliche Trennung ist in der ungeschirmten Welt das Allheilmittel gegen die»aliens«. Anforderungen an die LAN-Feldmesstechnik Aus all dem oben Genannten lassen sich nun selbstverständlich auch die neuen Anforderungen an die LAN-Feldmesstechnik ableiten. Die vier Eckpunkte sind: die neuen Grenzfrequenzen, die neuen Leistungsklassen, neue Genauigkeitsstufen passend zu den Grenzfrequenzen und evtl. benötigte neue Messparameter. Zertifizierungstester Viele Feldmessgeräte am Markt, damit sind hier die sog. Zertifizierungstester gemeint, orientieren sich bisher an den bestehenden Grenzfrequenzen von 100, 250 und 600MHz und passen ihre Performance an die verlangten Forderungen an. Die Firma Ideal hat bereits vor einiger Zeit die Zeichen der Zeit erkannt de 17/2006

5 Level und Klassen LEVEL max. Frequenz Kategorie/ Klasse LEVEL II 100MHz Cat5/Klasse D (alt) LEVEL IIe 100MHz Cat5e/Klasse D (neu) LEVEL III 250MHz Cat6/Klasse E LEVEL IIIe 500MHz Cat6a /Klasse E A (Entwurf) LEVEL IV 600MHz Klasse F LEVEL IVe 1000MHz Klasse F A (Entwurf) Tabelle:»Level«Genauigkeitsklassen für Messgeräte und Klassen im Vergleich (ermöglicht durch die aktive Mitwirkung in den relevanten Standardisierungsgremien) und mit den Messgeräten der Lantek-Serie eine Plattform entwickelt, die sich beliebig an die Anforderungen der Zeit anpassen lässt. Die ersten Geräte der Lantek-Familie kamen zwar als Lantek 6 bzw. Lantek 7 mit Bandbreiten von 350MHz bzw. 750MHz auf den Markt, also als typische Klasse- E/ Cat. 6- bzw. Klasse-F-Tester, teilen sich aber mit den derzeitigen Modellen Lantek 6A (500MHz) und 7G (1000MHz) dieselbe Plattform, die es ermöglicht, sie jederzeit bis auf 1000MHz Bandbreite hochzurüsten. Die derzeit angebotene Modellpalette besteht insgesamt aus drei unterschiedlichen Geräten: Lantek 6 bis 350MHz, Lantek 6A bis 500MHz und Lantek 7G bis 1000MHz Bandbreite, und präsentiert sich somit auf Höhe der Zeit. Verschiedene Messadapter Da auch die im LAN verwendeten Steckgesichter höhere Bandbreiten als ursprünglich zugedacht inzwischen abdecken, müssen auch die Messadapter hierfür angepasst sein. Für die Lantek- Serie bedeutet dies, dass sich neben den bisherigen Standard-Messadaptern für RJ45-Systeme bis 250MHz und den Klasse-F-Adaptern bis 600MHz für TERA- und GG45-Systeme eine neue Palette von Messadaptern im Angebot befindet. Diese Adapter werden unter dem Begriff High-Performance-Adapter angeboten. Neben den bekannten Steckgesichtern wie RJ45 (jetzt bis 500MHz) und Tera und GG45 (bis 1000MHz) gibt es zusätzlich auch einen High-Performance- Adapter bis 1000MHz für das EC7-, auch als MMC3000- bekanntes, Steckgesicht; ebenfalls ein sehr hochwertiger Steckverbinder. Dieser bietet der Hersteller optimiert für Multimediaanwendungen an, der vom Aufbau her vergleichbar ist mit dem Tera-Normstecker, da nach dem Mehrkammerprinzip gebaut (Bild 3). 58 de 17/2006

6 Bild 4: Simulation einer laufenden EDV-Anlage im»vollbetrieb«, d.h. alle Datenkanäle werden mit Signalen (»weißes Rauschen«) beidseitig beaufschlagt Genauigkeitsklassen Analog zu den Frequenzstufen der Standards müssen Feldmessgeräte feste Genauigkeitsklassen,»Level«genannt, einhalten. Dies berechtigt sie Messungen in der jeweiligen Klasse durchzuführen. Mussten z. B. Messgeräte für die Klasse E/Cat. 6»Level III«einhalten, so erfordert die Klasse E A /Cat. 6a die Einhaltung von»level IIIe«. Dementsprechend bedingt Klasse F A einen»level IVa«basierend auf»level IV«für die Klasse F. Ein»Level«besteht aus einer Vielzahl von Einzelparametern, die ein Messgerät beschreiben. Dazu gehören neben den Toleranzgrenzen der ausgegebenen Messwerte ebenso die internen Leistungsdaten der Geräte wie z. B. das Eigenrauschen oder der Dynamikbereich. Auch werden die Messgenauigkeiten an drei verschiedenen Stellen im Messaufbau definiert: einmal direkt an der Hochfrequenzschnittstelle des Messgeräts als sog.»baseline«-werte, dann jeweils an den definierten Übergabepunkten der Permanent- und Channel- Link-Definitionen. Ideal garantiert, dass die Messgeräte der Lantek-Serie die jeweils erforderlichen Genauigkeiten einhalten. Dies wird regelmäßig von einer externen Organisation (ETL) in Messreihen an Geräten aus der laufenden Produktion überwacht und dokumentiert. So gibt es zu jedem Gerätetyp das entsprechende neutrale Zertifikat über die Einhaltung der geforderten Genauigkeitsklasse. Die strikte Einhaltung dieser Messgenauigkeiten wird immer wichtiger, da die heutigen Applikationen mit ihren steigenden Anforderungen immer näher an die Möglichkeiten der Verkabelungen heranrücken. Ungenaue und zu optimistische Messgeräte würden die spätere Funktion der gesamten Anlage gefährden. (Tabelle) Jeder gegen jeden»aliens«sind nicht nur das Schreckgespenst der ungeschirmten LAN-Welt, sondern auch ein heiß diskutierter Parameter in der Feldmesstechnik. Bisher steht man wohl immer noch vor der Gretchenfrage, inwieweit die Feldmessung der AXT-Parameter überhaupt sinnvoll machbar ist. Zwar gibt es erste Vorschläge einiger Hersteller, die aber nicht umfassende Messwerte liefern, sondern jeweils nur einzelne Kanäle untereinander bewerten bzw. das Verhalten hochrechnen. Um eine sinnvolle Aussage zum AXT-Verhalten einer Anlage zu erhalten, muss wirklich jeder Kanal gegen jeden Kanal gemessen werden, noch besser ein Kanal gegen sämtliche andere gleichzeitig. Technisch ideal, aber in der Realität kaum sinnvoll machbar. (Bild 4) Fazit Wie man sieht, ist derzeit wieder viel Bewegung in der Welt der LAN-Netzwerke. Neue Applikationen bedingen neue Verkabelungsstandards. Um diese in gewohnter Weise verifizieren zu können, brauchen Sie verlässliche Feldmesstechnik. Achten Sie bei der Anschaffung darauf sich Geräte zuzulegen, die nicht nur den heutigen Standards entsprechen, sondern die Sie auch mit in die Zukunft der LAN-Netzwerke begleiten können und somit auch Ihre Investitionen über längere Zeit schützen. de 17/2006