transmissÃo de dados a 10 gb/s em par metÁlico … · indústria de equipamentos ativos de rede e...
TRANSCRIPT
UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ
SETOR DE TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
MARCOS HENRIQUE MASCARENHAS FERRER
TRANSMISSÃO DE DADOS A 10 Gb/S EM
PAR METÁLICO CATEGORIA 6
Curitiba, 2008
1
MARCOS HENRIQUE MASCARENHAS FERRER
TRANSMISSÃO DE DADOS A 10 Gb/S EM PAR METÁLICO CATEGORIA 6
Projeto apresentado ao Curso de Engenharia Elétrica , da Universidade Federal do Paraná, como requisito à obtenção do título de Engenheiro.
Orientador: Prof. Dr. Eduardo Parente Ribeiro
Curitiba, 2008
2
MARCOS HENRIQUE MASCARENHAS FERRER
TRANSMISSÃO DE DADOS A 10 Gb/S EM PAR METÁLICO CATEGORIA 6
Projeto apresentado ao Curso de Engenharia Elétrica, da Universidade Federal do Paraná, como requisito à obtenção do título de Engenheiro.
COMISSÃO EXAMINADORA
___________________________________________
Prof. Dr. Eduardo Parente Ribeiro
Universidade Federal do Paraná
___________________________________________
Prof. Ph. D. Wilson A. Artuzi Jr.
Universidade Federal do Paraná
___________________________________________
Prof. Ph. D. Marcelo Rosa
Universidade Federal do Paraná
Curitiba, _____ de ___________________ de 2008
3
RESUMO
Este trabalho consiste em uma análise do cabeamento estruturado categoria 6. Esta análise enfoca o aproveitamento de uma infra-estrutura para o tráfego de 10 Gb/s em uma rede ethernet. É feita uma avaliação das condições mínimas para que a alteração da velocidade para 10 Gb/s seja viável. A verificação do efeito do Alien Crosstalk é fator que é mais enfocado, visando assim estabelecer uma maneira para que administradores de redes avaliem sua infra-estrutura.
Palavras Chaves: ALIEN CROSSTALK, TSB-155, 10 Gb/s
ABSTRACT
This work consists in analyzing the structured cabling system category 6. This analysis focuses the use of a cabling infra-structure for a 10 Gb/s transmission in an Ethernet network. It is made an evaluation of the minimal conditions to change the transmission speed up to 10 Gb/s. The verification of the Alien Crosstalk effects is focused to establish a guide line for network administrators review its infra-structure.
Keywords: ALIEN CROSSTALK, TSB-155, 10 Gb/s
4
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ............................................................................................................................ 6 1.1 OBJETIVOS ..................................................................................................................................... 9
2 FUNDAMENTAÇÃO ................................................................................................................ 11 2.1 Parâmetros de Transmissão ..........................................................................................................11 2.1.1 Atenuação ............................................................................................................................................... 11 2.1.2 NEXT 12 2.1.3 PSNEXT 12 2.1.4 FEXT 13 2.1.5 ELFEXT ou ACRF ....................................................................................................................................... 13 2.1.6 PSACRF 13 2.1.7 Perda de Retorno .................................................................................................................................... 13 2.1.8 Atraso de Propagação e Diferença Entre os Atrasos ............................................................................... 14 2.1.9 ALIEN CROSSTALK .................................................................................................................................... 14 2.1.9.1 ANEXT ................................................................................................................................... 15 2.1.9.2 PSANEXT ............................................................................................................................... 15 2.1.9.3 AACRF ................................................................................................................................... 15 2.1.9.4 PSAACRF ............................................................................................................................... 15 2.2 A Ethernet ....................................................................................................................................16 2.3 O Cabeamento Estruturado ..........................................................................................................19 2.3.1 Definições ................................................................................................................................................ 19 2.3.2 Cabeamento Horizontal .......................................................................................................................... 21 2.3.3 Categorias de Cabeamento ..................................................................................................................... 23 2.3.4 Normas 23 2.3.4.1 ANSI/EIA/TIA 568-B.2-1 ........................................................................................................ 24 2.3.4.2 ANSI/TIA 568-B.2-10 ............................................................................................................ 25 2.3.4.3 TSB-155 ................................................................................................................................ 26 2.3.4.4 A Cerificação de Alien Crosstalk ........................................................................................... 28 2.3.5 Comparativos .......................................................................................................................................... 30
3 METODOLOGIA ...................................................................................................................... 32 3.1 Metodologia de Testes .................................................................................................................33 3.2 Desempenho Das Categorias De Transmissões .............................................................................35 3.2.1 Conectores .............................................................................................................................................. 35 3.2.2 Patch cords .............................................................................................................................................. 37 3.2.3 Cabos 38
4 RESULTADOS .......................................................................................................................... 40 4.1 Testes ...........................................................................................................................................40 4.1.1 Primeiro Teste ......................................................................................................................................... 41 4.1.2 Segundo teste ......................................................................................................................................... 42 4.1.3 Terceiro Teste ......................................................................................................................................... 44 4.1.4 Quarto Teste ........................................................................................................................................... 46 4.1.5 Quinto Teste ............................................................................................................................................ 48 4.1.6 Sexto Teste .............................................................................................................................................. 50 4.1.7 Sétimo Teste............................................................................................................................................ 51 4.1.8 Adição de canais ...................................................................................................................................... 54 4.2 SITE SURVEY .................................................................................................................................56 4.2.1 Teste do link longo .................................................................................................................................. 57 4.2.2 Teste do link curto ................................................................................................................................... 61 4.2.3 Teste Com Patch Cord Categoria 6 .......................................................................................................... 63
5
4.3 Analisando os resultados ..............................................................................................................65 4.3.1 Influência do FEXT ................................................................................................................................... 66 4.3.2 Influência do NEXT .................................................................................................................................. 67 4.3.3 Influência do RL ....................................................................................................................................... 67 4.3.4 Influência do ALIEN ................................................................................................................................. 68 4.3.5 O ruído 68 4.3.6 A Relação Sinal/Ruído ............................................................................................................................. 69 4.3.7 Shannon 69
5 CONCLUSÃO ............................................................................................................................. 70
6 REFERÊNCIAS ......................................................................................................................... 72
6
1 INTRODUÇÃO O tráfego de dados em redes LAN no padrão Ethernet vem seguindo uma curva
crescente, aumentando a taxa de transmissão rapidamente. Alguns padrões muito
utilizados, mas já ultrapassados por outros são o consagrado Fast Ethernet a 100
Mb/s, depois alcançando o modelo Full duplex com o Gigabit Ethernet e chegando
com o atual (2008) 10 Gigabit Ethernet. Este último, sendo uma alavanca para a
indústria de equipamentos ativos de rede e um desafio para as indústrias de
equipamentos passivos (como o cabeamento).
O tráfego de dados em redes LAN Ethernet a altas velocidades é uma realidade,
onde o padrão mais recente é o IEEE 802.3an; no entanto já há novos padrões em
estudo, como o IEEE 802.3ba (Higher Speed Study Group) que prevê transmissão
de até 40 (ou 100) Gb/s.
O estabelecimento de uma rede funcional, dentro das normas, que trafegue 10
Gb/s é um desafio. Parâmetros de desempenho da rede nunca antes notados como
uma fonte geradora de ruídos (e erros) são, neste padrão, cruciais. Por isto foi
desenvolvido uma nova categoria de cabeamento estruturado, a Categoria 6A,
criada para suportar estes parâmetros específicos.
Com isso as redes Categoria 6 que já estavam instaladas ficaram em uma
situação desconfortável. Isto porque as redes mais antigas categoria 5e suportavam
1 Gb/s, que até então era o padrão Ethernet mais veloz. 1 Gb/s também era
suportado pelo cabeamento categoria 6 que era até então o mais moderno. Após a
criação do IEEE 802.3an, nem os cabeamentos categoria 5e nem o 6 suportavam
esta velocidade. Assim não havia nenhuma vantagem na compra dos até então
modernos cabeamentos Categoria 6.
7
No final de 2006 foi criado um boletim técnico, o TSB-155 (Guidelines For The
Assessment And Mitigation Of Installed Category 6 Cabling To Support 10Gbase-T).
Ou seja, foi criada uma metodologia de avaliação e melhora de cabeamentos
Categoria 6 para o uso em 10 Gb/s. Desta forma, este boletim técnico deu uma
sobrevida a este tipo de cabeamento e, além disso, o tornou um ótimo investimento
para novos projetos.
Figura 1 - Diferenças entre cabos Categoria 6 e 6ª
No entanto uma das premissas do cabeamento estruturado é que este deve
suportar os padrões de telecomunicações atuais e ainda suportar pelo menos dez
anos de avanços, ou seja, deve ser a prova de futuro. Sendo assim é sempre
recomendado instalar o estado da arte em novos projetos de cabeamento
estruturados.
De acordo com uma pesquisa realizada em 2006 [8] com vários administradores
de redes, 72 por cento escolheria o cabeamento categoria 6 ou 6A para uma nova
instalação. Desses, 16 por cento escolheria cabos categoria 6A para essas novas
instalações. Com relação ao padrão 10 Gb/s, 30 por cento dos pesquisados
responderam que terão esta velocidade em seu cabeamento horizontal dentro de 5
anos e 45 por cento instalariam este cabeamento em datacenter dentro de dois
anos.
8
100 Mb/s
Ethernet
16%
1 Gb/s Ethernet
30%
10 Gb/s
Ethernet
54%
Velocidade de Escolha
Figura 2 - Velocidade de transmissão em cinco anos [8]
Este movimento está sendo notado hoje (2008) em novos projetos de
cabeamentos de backbones e datacenters, onde a grande maioria destes estão
sendo especificados cabeamentos que atendam as mais altas taxas de
transmissões disponíveis. Hoje os administradores de redes estão pensando em
como o investimento em infra-estrutura será compensado. Nesta mesma pesquisa,
como mostra na Figura 3 - Tipo de escolha de um cabeamento estruturado [8], este
pensamento é o mesmo em 30% dos entrevistados.
9
1%
2%3%
3%3%
4%
11%
13%
14%
15%
30%
Tipo de EscolhaRecomendações
Garantia
Outros
Reputação do Instalador
Reputação da Marca
Reputação em Tecnologia
Custo Inicial
Solução Completa
Qualidade
Custo de Sobrevida
Figura 3 - Tipo de escolha de um cabeamento estruturado [8]
1.1 OBJETIVOS
Com a criação do TSB-155 [1] vislumbrou-se uma possibilidade de cabos
categoria 6 já instalados trafegarem 10 Gb/s. No entanto esta boletim estabelece
vários critérios, cálculos e meios de mitigar os problemas oriundos desse aumento
de velocidade do cabeamento. Sendo assim este trabalho tem um intuito de mostrar
o melhor caminho para um administrador de rede adequar sua infra-estrutura de
telecomunicação para o padrão estabelecido pelo 802.3an [5], a saber, 10 Gb/s
Ethernet.
Foram tomadas algumas etapas para o desenvolvimento deste trabalho. A seguir
serão explicitadas estas etapas que, posteriormente em outros tópicos, serão
explanadas. Primeiramente é necessário entender a fundo todas as normas de
cabeamento estruturado, sejam elas para estabelecimento de performance do
cabeamento ou de infra-estrutura. Posteriormente é necessário entender a fundo o
documento básico para este trabalho: o TSB-155 (Telecommunications Systems
Bulletin) [1]. Após isto é necessário entender os parâmetros de transmissão e sua
influência em cada aspecto de um teste de performance da rede. Com estes
10
conceitos bem fixados começa-se a realizar os testes para o estabelecimento do
guia para 10 Gb/s em par metálico Categoria 6.
11
2 FUNDAMENTAÇÃO
2.1 Parâmetros de Transmissão
Para garantir que o sinal de informação emitido após os devidos cancelamentos
realizados pelos Processadores Digitais de Sinais (DSP) chegue ao outro extremo
do meio físico (receptor), é necessário que haja um mínimo de relação Sinal/Ruído
(SNR), ou seja, o nível de sinal deve estar acima do nível de ruído em certa
quantidade para que a informação possa ser processada. Sendo assim os
parâmetros de transmissão são calculados e especificados para que os níveis de
sinal em relação ao nível de ruído satisfaçam as aplicações para cada tipo de
transmissão de dados por exemplo, o 10Gbase-T, 1000BASE-T e o 1000Base-X. A
seguir será explicitados os principais parâmetros de transmissão.
Em canais de transmissão de dados Full Duplex, ou seja, transmite e recebe ao
mesmo tempo em um mesmo meio, podem ocorrer vários efeitos de degradação do
sinal. Estes efeitos são mostrados na Figura 3 e são explanados nos itens a seguir.
2.1.1 Atenuação
É a diminuição da potência do sinal devido às perdas no meio de transmissão,
também conhecida como Perda de Inserção (Insertion Loss - IL) e é mensurado em
Figura 3 – (a) Parâmetros de transmissão (b) Modelo de transmissão Full-Duplex
12
decibel (dB). Este é um parâmetro crítico para transmissão de sinais, visto que será
o principal fator limitante da distância na transmissão de dados. A atenuação é
dependente do tipo de material e também da banda passante que a rede está
trabalhando. Em um canal de um cabeamento estruturado, o elemento que mais
afetará a performance de transmissão devido a atenuação será o cabo, pelo fato
deste ser o componente mais extenso do canal. Este efeito é proporcional ao
aumento da freqüência devido ao efeito pelicular, ou seja, o aumento da freqüência
diminui a área efetiva de transmissão em um condutor, aumentando assim a
resistência e assim a atenuação.
2.1.2 NEXT
A sigla NEXT significa Near End Crosstalk e consiste no acoplamento do sinal
(diafonia) em pares adjacentes de um mesmo cabo. O NEXT é padronizado desde
as redes de telefonia, cujo nome dado era Paradiafonia. Este efeito é medido no
lado near, ou seja, no mesmo lado onde o sinal original é injetado. Sendo assim, em
um mesmo lado de um canal, parte do sinal injetado em um par é transferido para
um par adjacente. Este efeito é mensurado em decibel e constitui-se de uma
combinação dois a dois dos pares do cabo. Pelo fato do sinal de interferência ser
medido do mesmo lado do sinal emitido, este efeito é influenciado principalmente por
cordões de manobra e conectores.
2.1.3 PSNEXT
Este parâmetro é uma soma logarítmica dos efeitos do NEXT em um par. Logo,
o Power Sum Near End Crosstalk é a somatória da interferência gerada em todos os
pares de um cabo sob um par em específico.
13
2.1.4 FEXT
O Far End Crosstalk representa o acoplamento do sinal emitido e medido em
pares adjacentes de um mesmo cabo. O FEXT também é padronizado desde as
redes de telefonia, cujo nome dado era Telediafonia. Este efeito é medido no lado
far, ou seja, no lado oposto a injeção do sinal. Este parâmetro é influenciado por
todo o canal, sendo atenuado ao longo de sua extensão. É mensurado em decibels
e constitui-se de uma combinação dois a dois dos pares do cabo.
2.1.5 ELFEXT ou ACRF
O Equal Level Far End Crosstalk ou o Attenuation to Crosstalk Ratio Far End,
que na verdade são apenas diferenças de nomenclaturas nas normas; é o mesmo
efeito verificado no parâmetro FEXT, no entanto desconsiderando o efeito da
atenuação. Por desconsiderar a atenuação este efeito pode ser entendido como
uma relação Sinal/Ruído do cabo sendo considerada apenas a contribuição do
FEXT.
2.1.6 PSACRF
Analogamente ao PSNEXT, o PSACRF (Power Sum Attenuation to Crosstalk
Ratio Far End) é uma soma logarítmica do ACRF para considerar a influência de
todos os pares sobre um par vítima.
2.1.7 Perda de Retorno
A impedância característica de um cabo de par trançado para utilização em
redes Ethernet é de 100Ω, podendo variar, por norma, até 15%. A variação desta
impedância faz com que partes do sinal emitido sejam refletidas e reenviadas para a
origem, ocasionando uma perda de potência na recepção (já considerado na
atenuação) e um ruído na transmissão. Este efeito é sentido quando são realizadas
transmissões Bi-direcionais (Full Duplex) e é chamado de Perda de Retorno (Return
14
Loss - RL). Os fatores que ocasionam problemas em Perda de Retorno são
principalmente maus contatos, falha de projeto de cabos e conectores ou
destrançamentos dos pares dos cabos.
2.1.8 Atraso de Propagação e Diferença Entre os Atrasos
Atraso de Propagação é o tempo que um determinado sinal leva para percorrer
toda a extensão de um determinado canal. A Diferença Entre os Atrasos é o cálculo
realizado entre o menor Atraso de Propagação e a diferença entre o atraso dos
outros pares.
2.1.9 ALIEN CROSSTALK
Com o aumento da freqüência e também com aumento da taxa de transmissão
do cabeamento estruturado, surgiram novos efeitos que podem degradar a relação
SNR do circuito de transmissão e conseqüentemente acarretar em aumento da taxa
de erros (Bit Error Rate – BER). Com o aumento da freqüência de 250MHz, em
transmissões 1000Base-T para 500MHz em transmissões 10GBase-T, o efeito do
Crosstalk começou a exteriorizar o cabo e seus pares e passou a ser sentido em
pares de cabos adjacentes.
Em uma transmissão de dados, as placas de redes (NIC – Network Interface
Card) realizam uma leitura do estado do canal e, a partir desta leitura, cancelam
partes dos ruídos causados pelos parâmetros acima mencionados, tais como RL,
NEXT, ELFEXT. As NICs podem então compensar parte desses efeitos. No caso do
Alien Crosstalk, como é um fenômeno de acoplamento do sinal proveniente de
outros canais, e uma NIC não realiza a comunicação com canais vizinhos, as placas
de rede não conseguem cancelar estas interferências e, mesmo pequenas porções
deste acoplamento podem causar significativa degradação da relação Sinal/Ruído. A
15
figura 4 mostra um esquemático de dois canais de transmissão quando acoplados
pelo Alien Crosstalk.
2.1.9.1 ANEXT
Alien Near End Crosstalk (ANEXT) é um acoplamento que ocorre quando parte
do sinal de um canal é sentido em um outro canal que também está transmitindo, ou
seja, no lado Near.
2.1.9.2 PSANEXT
Power Sum Alien Near End Crosstalk é uma soma logarítmica realizada para
verificar a influência em um único par relativo ao ANEXT.
(1)
2.1.9.3 AACRF
Attenuation to Alien Crosstalk Ratio Far End é um acoplamento que ocorre
quando parte do sinal transmitido de um canal, é sentido em um outro canal
adjacente no momento de sua recepção, ou seja, no lado Far.
2.1.9.4 PSAACRF
Power Sum Attenuation to Alien Crosstalk Ratio Far End é uma soma logarítmica
realizada para verificar a influência em um único par relativo ao AACRF.
Figura 4 – (a) Interferências fora do cabo (Alien Crosstalk) (b) Interferências entre os pares do
16
(2)
2.2 A Ethernet
O padrão Ethernet 802.3, que foi criado em meados da década de 1970 [7] está
amplamente difundido, e grande parte das redes LAN (Local Area Network) atuais
obedecem este padrão de transmissão. A norma do IEEE padroniza os meios, taxas
de transmissão e o MAC (Media Access Control).
Dentro deste contexto há vários tipos de meios e taxas de transmissão, variando
desde cabos coaxiais, passando aos cabos de pares trançados e chegando às fibras
ópticas. As taxas de transmissão podem variar desde 2,94 Mbit/s na sua versão
experimental até 40 Gb/s (ou 100 Gb/s) em sua última versão, o 802.3ba. O objeto
de estudo deste trabalho será o padrão IEEE 802.3an, que padroniza a transmissão
de dados a uma velocidade de 10 Gb/s (10GBase-T) em cabos de pares trançados.
A Tabela 1 mostra todos os padrões de redes Ethernet.
Tabela 1 – Padrões Ethernet [7]
Padrão Data Descrição
Experimental
Ethernet 1972 2.94 Mbit/s (367 kB/s) over coaxial cable (coax) cable bus
Ethernet II (DIX
v2.0) 1982
10 Mbit/s (1.25 MB/s) over thin coax (thinnet) - Frames have a Type
field. This frame format is used on all forms of Ethernet by protocols in the
Internet protocol suite.
IEEE 802.3 1983
10BASE5 10 Mbit/s (1.25 MB/s) over thick coax - same as DIX except
Type field is replaced by Length, and an 802.2 LLC header follows the
802.3 header
17
802.3a 1985 10BASE2 10 Mbit/s (1.25 MB/s) over thin Coax (thinnet or cheapernet)
802.3b 1985 10BROAD36
802.3c 1985 10 Mbit/s (1.25 MB/s) repeater specs
802.3d 1987 FOIRL (Fiber-Optic Inter-Repeater Link)
802.3e 1987 1BASE5 or StarLAN
802.3i 1990 10BASE-T 10 Mbit/s (1.25 MB/s) over twisted pair
802.3j 1993 10BASE-F 10 Mbit/s (1.25 MB/s) over Fiber-Optic
802.3u 1995
100BASE-TX, 100BASE-T4, 100BASE-FX Fast Ethernet at 100 Mbit/s
(12.5 MB/s) w/autonegotiation
802.3x 1997
Full Duplex and flow control; also incorporates DIX framing, so there's
no longer a DIX/802.3 split
802.3y 1998 100BASE-T2 100 Mbit/s (12.5 MB/s) over low quality twisted pair
802.3z 1998 1000BASE-X Gbit/s Ethernet over Fiber-Optic at 1 Gbit/s (125 MB/s)
802.3-1998 1998
A revision of base standard incorporating the above amendments and
errata
802.3ab 1999 1000BASE-T Gbit/s Ethernet over twisted pair at 1 Gbit/s (125 MB/s)
802.3ac 1998
Max frame size extended to 1522 bytes (to allow "Q-tag") The Q-tag
includes 802.1Q VLAN information and 802.1p priority information.
802.3ad 2000 Link aggregation for parallel links
802.3-2002 2002
A revision of base standard incorporating the three prior amendments and
errata
802.3ae 2003 10 Gbit/s (1,250 MB/s) Ethernet over fiber; 10GBASE-SR, 10GBASE-
18
LR, 10GBASE-ER, 10GBASE-SW, 10GBASE-LW, 10GBASE-EW
802.3af 2003 Power over Ethernet
802.3ah 2004 Ethernet in the First Mile
802.3ak 2004 10GBASE-CX4 10 Gbit/s (1,250 MB/s) Ethernet over twin-axial cable
802.3-2005 2005
A revision of base standard incorporating the four prior amendments
and errata.
802.3an 2006
10GBASE-T 10 Gbit/s (1,250 MB/s) Ethernet over unshielded twisted
pair(UTP)
802.3ap 2007
Backplane Ethernet (1 and 10 Gbit/s (125 and 1,250 MB/s) over
printed circuit boards)
802.3aq 2006 10GBASE-LRM 10 Gbit/s (1,250 MB/s) Ethernet over multimode fiber
802.3ar On Hold Congestion management
802.3as 2006 Frame expansion
802.3at exp. 2008 Power over Ethernet enhancements
802.3au 2006 Isolation requirements for Power Over Ethernet (802.3-2005/Cor 1)
802.3av exp. 2009 10 Gbit/s EPON
802.3aw 2007
Fixed an equation in the publication of 10GBASE-T (released as
802.3-2005/Cor 2)
802.3ax exp 2008 Move Link aggregation out of 802.3 to IEEE 802.1
802.3ay exp 2008 Maintenance to base standard
802.3ba exp. 2009
Higher Speed Study Group. 40 Gbit/s over 1m backplane, 10m Cu
cable assembly (4x25 Gbit or 10x10 Gbit lanes) and 100 m of MMF and
19
100 Gbit/s up to 10 m or Cu cable assembly, 100 m of MMF or 40 km of
SMF respectively
O padrão Ethernet atual está baseado na topologia estrela, ou seja, de um ponto
central é distribuído os vários pontos de conexão com a utilização de Hubs e
Switches. Na figura 5 pode-se ver os tipos de topologia.
Figura 5– Topologias de transmissão
2.3 O Cabeamento Estruturado
2.3.1 Definições
O cabeamento estruturado (Structured Cabling System), ou SCE, é um sistema
de interligação de equipamentos em redes LAN. É constituído de uma série de
elementos que, quando juntos e organizados de uma forma específica pode-se
chamar cabeamento estruturado.
Para que um sistema de cabos, conectores, etc. possa ser chamado de
cabeamento estruturado ele deve atender a algumas premissas básicas, tais como:
° Estar organizado em níveis hierárquicos;
° Ser multifuncional;
° Possuir suporte para as atuais e posteriores tecnologias de transmissão de dados;
20
° Ser flexível a mudanças de Lay-outs;
° Possuir alta disponibilidade;
O SCE é constituído das seguintes partes, ou sistemas:
a) Entrada de facilidades – É a entrada dos cabos provenientes das operadoras. É
nesta parte onde é realizada a transição entre os cabos das operadoras para o
sistema de cabeamento onde esses serviços estão sendo entregues. Nesta parte
além da transição dos cabos é realizada a proteção dos circuitos de comunicação.
b) Sala de Equipamentos – É o local de entrada dos cabos provenientes da Entrada de
Facilidades no edifício. Possui a função de realizar a distribuição dos cabos para os
andares do edifício. Fazem parte deste sistema os switches de bordas e os
roteadores, que vão encaminhar os pacotes de dados para a rede externa.
c) Sala de Telecomunicações – É o local onde é realizado a distribuição dos cabos
provenientes da sala de equipamentos, passando pelos switches de núcleo até as
estações de trabalho.
d) Área de Trabalho – É a área onde estão alocadas as estações de trabalho e onde os
cabeamentos devem finalizar, entregando os serviços sejam eles dado, vídeo, voz,
etc.
e) Backbone Cabling (Cabeamento Primário) – É o cabeamento que realiza a
interligação entre a Sala de Equipamentos e a Sala de Telecomunicações.
f) Horizontal Cabling (Cabeamento Secundário/Horizontal) – São os cabos que
interligam a Sala de Telecomunicações à área de trabalho..
21
O Horizontal Cabling será o objeto deste trabalho logo, a seguir, será explanado
melhor a respeito deste subsistema.
2.3.2 Cabeamento Horizontal
De acordo com as normas de cabeamento estruturado, uma Área de trabalho
deve possuir no mínimo dois pontos de telecomunicação; sendo que um deles para
telefonia (Categoria 3 ou superior) e outro para dados (Categoria 5e ou superior). No
entanto para que as premissas de flexibilidade e suporte a novas tecnologias sejam
seguidas, é recomendado que ambos os pontos sejam Categoria 6.
Desta forma o cabeamento estruturado horizontal (Horizontal Cabling) é
constituído somente das partes passivas do cabeamento estruturado, ou seja, cabos
cordões e conectores. Para efeito de norma e medições o Cabeamento Horizontal é
dividido em duas formas: Canal e Link Permanente.
O Canal é constituído pelos cordões de manobra (Patch Cords) na área de
trabalho e na sala de telecomunicação, um cross connect na sala de
telecomunicação, o cordão de ligação do cross connect, o cabo horizontal, um ponto
de consolidação e o conector na área de trabalho. A soma dos comprimentos
desses equipamentos não deve superar 100 metros. A Figura 646 mostra um
esquemático desta configuração. Nota-se que o conector do cordão de manobra não
está sob teste.
22
Figura 64 – Modelo de teste de canal (Fonte: [3])
O Link Permanente é constituído da parte do cabeamento horizontal que não
realiza a função de manobra e interligação. Logo é constituído pelo cabo horizontal,
um ponto de consolidação e o conector na área de trabalho. A Figura 7 mostra um
esquemático desta configuração. A soma dos comprimentos desses equipamentos
não deve superar 90 metros. A Figura mostra um esquemático desta configuração.
Nota-se que a conexão com o conector na área de trabalho está sob teste.
Figura 7 – Modelo de teste de Permanent Link (Fonte: [3])
23
2.3.3 Categorias de Cabeamento
A partir da publicação da norma ANSI/EIA/TIA 568, o termo categoria se tornou
amplamente utilizado para classificar um tipo de desempenho de um determinado
cabeamento.
Tabela 2 – Categorias de cabeamento
Categoria de
Cabeamento
Aplicação Banda
passante MHz)
Ano Observações
Categoria 1 POTS 0,34 Descontinuado
Categoria 2 Token Ring 1980 Descontinuado
Categoria 3 Voice 16 1991 Em Utilização
Categoria 4 Token Ring 20 1993 Descontinuado
Categoria 5 100Base-Tx 100 1994 Descontinuado
Categoria 5e 1000Base-T 100 2001 Em Utilização
Categoria 6 10000Base-T* 250 2002 Em Utilização
Categoria 6ª 10000Base-T 500 2008 Em Utilização
*Pode ser utilizado desde que sejam cumpridos alguns requisitos
2.3.4 Normas
A seguir serão descritas algumas normas de cabeamento estruturado. Estas
normas definem os requisitos mínimos de desempenho dos cabeamentos
estruturados. Serão explanadas as normas ANSI/TIA/EIA 568-B.2-1 (Commercial
Building Telecommunications Cabling Standard Part 2: Balanced Twisted Pair
Cabling Components Addendum 1 – Transmission performance Specifications For 4-
Pair 100 Category 6 Cabling), ANSI/TIA/EIA-568-B.2-10 (Transmission Performance
24
Specifications for 4-Pair 100 Ohm Augmented Category 6 Cabling) e TSB-155
(Guidelines For The Assessment And Mitigation Of Installed Category 6 Cabling To 4
Support 10gbase-T). Estas são referentes à transmissão de dados em cabeamento
categoria 6; transmissão de dados em cabeamento Categoria 6A; e transmissão de
dados a 10Gbps em cabeamento Categoria 6 respectivamente.
2.3.4.1 ANSI/EIA/TIA 568-B.2-1
Esta norma é um adendo da norma ANSI/EIA/TIA 568-B.2, que define os
requisitos mínimos de performance dos cabeamentos estruturados. A 568-B.2-1
define os requisitos para transmissão em cabos de pares trançados Categoria 6.
Dentre alguns tópicos esta norma referencia a largura de banda de 250 MHz e uma
taxa de transmissão de até 1 Gb/s. A ANSI/TIA/EIA 568-B.2-1 define os seguintes
parâmetros de transmissão:
• Atenuação;
• NEXT;
• PSNEXT;
• FEXT;
• ELFEXT (introduzido neste adendo);
• PSELFEXT (introduzido neste adendo);
• Return Loss.
Para o cabeamento Categoria 6, os parâmetros de transmissão mais críticos são
aqueles resultantes dos efeitos internos ao cabo, ou seja, aqueles que ocorrem
25
devido a interação do sinal elétrico em um par e/ou um par adjacente dentro do
cabo.
2.3.4.2 ANSI/TIA 568-B.2-10
Esta norma também é um adendo da ANSI/EIA/TIA 568-B.2, no entanto ela
define os requisitos mínimos para transmissão de dados à 10 Gb/s. Nela está
padronizado o cabeamento categoria 6A. Para que a transmissão de dados no
padrão 10GBase-T fosse possível, a freqüência de transmissão foi aumentada para
500MHz. Este incremento da freqüência acarretou no aparecimento de efeitos
oriundos de canais adjacentes, o Alien Crosstalk. A 568-B.2-10 padroniza os
seguintes parâmetros de transmissão:
• Atenuação;
• NEXT;
• PSNEXT;
• FEXT;
• ACR (Antigo ELFEXT);
• PSACRF (Antigo PSELFEXT);
• Return Loss;
• PSANEXT (introduzido neste adendo);
• PSAFEXT (introduzido neste adendo).
Como já foi explicitado na seção 2.1.9, estes dois últimos parâmetros se
tornaram os mais críticos para a performance da transmissão de dados em alta
26
velocidade. Devido a que eles interferirem diretamente na relação Sinal/Ruído, não é
possível sua eliminação através de DSPs.
2.3.4.3 TSB-155
O TSB-155 não é uma norma, mas sim, como o próprio nome diz, um boletim de
telecomunicações (TSB – Telecommunications Systems Bulletin). Este boletim traz
orientações adicionais para cabeamentos Categoria 6 suportarem aplicações
10GBase-T, definidos pela IEEE 802.3an. O TSB-155 mostra uma alternativa para
que cabeamentos já instalados possam trabalhar a uma taxa 10 vezes mais rápida
do que o padrão mais veloz anteriormente suportados por sistemas Categoria 6.
Para que o padrão 10GBase-T seja possível, é necessário que vários requisitos
sejam satisfeitos; principalmente com relação à Atenuação do link e o Alien
Crosstalk. Como este boletim foi idealizado para reavaliar instalações pré-existentes
de cabeamentos categoria 6, ele não possui especificações para testes em
laboratórios, somente testes de campo.
A base deste Boletim de Sistemas de Telecomunicação são as duas normas
citadas nos itens acima, a saber, a ANSI/TIA 568-B.2-1 e a ANSI/TIA 568-B.2-10.
São adicionados requisitos para freqüências entre 250 e 500MHz, as quais não
contemplavam cabeamentos categoria 6.
É definido que: os canais cujos comprimentos instalados não ultrapassam 37
metros devem suportar 10 Gb/s; canais com comprimentos entre 37 e 55 metros
devem suportar as velocidades de até 10 Gb/s sob algumas condições de Alien
Crosstalk; e canais cujos comprimentos superam os 55 metros podem suportar a
aplicação definida no IEEE 802.3an desde que sejam tomadas medidas que
abrandem os efeitos do Alien Crosstalk.
27
Para certificar que os cabos instalados satisfarão os requisitos mínimos da TSB-
155 é necessário realizar os testes de campo. Algumas regras (ou recomendações)
devem ser seguidas:
• Primeiramente medir somente os canais que irão trafegar 10 Gb/s;
• Verificar canais mais críticos para o Alien Crosstalk;
• Escolher o canal Influenciado e iniciar os teste pelos canais Influenciadores que
possuem portas de patch panels próximas entre si;
• Monitorar progressivamente a cada teste de um canal Influenciador o incremento em
AXTALK (Alien Crosstalk) no Power Sum.
• Verificar os canais que possuem cabos instalados próximos ao longo do caminho
percorrido.
Caso os resultados esperados não sejam atingidos, algumas ações podem ser
feitas. De acordo com o TSB-155 essas ações são processos de mitigação do Alien
Crosstalk. Há dois tipos de processos de mitigação, o relacionado com os
parâmetros internos ao cabo e aqueles relacionados aos parâmetros externos. Com
relação aos parâmetros internos pode-se fazer:
• Substituir os patch cords da área e os equipment cords por patch cords Categoria 6A
(hoje se sabe que patch cords blindados, mesmo sem a vinculação com o sistema
de aterramento, são uma boa alternativa para mitigar o Alien Crosstalk);
• Reconfigurar o cross-connect como um interconnect (que é na prática retirar uma
conexão do canal, diminuindo assim a emissão do sinal para fora do cabo);
• Substituir o ponto de consolidação por um de Categoria 6A;
28
• Substituir conectores por um de Categoria 6A;
• Substituir o cross-connect ou o interconnect por um de Categoria 6A.
Para proceder com a mitigação do Alien Crosstalk quando os requisitos mínimos
de performance não são atingidos e os cálculos das margens de Alien Crosstalk
também não são atingidos, o boletim referencia os seguintes métodos:
• A utilização de portas de patch panels não adjacentes para aplicação de 10GBase-T
• Separar os patch cords;
• Retirar as fitas de amarrações dos feixes de cabos no cabeamento horizontal.
• Se utilizar de todos os métodos especificados acima.
Após o processo de mitigação, novos testes devem ser realizados.
2.3.4.4 A Cerificação de Alien Crosstalk
Para certificar uma rede a partir da TSB-155 é necessário que seja realizadas as
medições tanto dos parâmetros internos do cabeamento, como atenuação, perda de
retorno, NEXT quanto os parâmetros externos ao cabeamento (Alien Crosstalk). No
entanto, os limites de Alien Crosstalk são dinâmicos e devem ser calculados, visto
que são dependentes do nível de atenuação do canal. Quanto menor for a
atenuação mais relaxados serão os limites de Alien Crosstalk.
O primeiro passo é verificar quanto de ruído de Alien Crosstalk o canal está
captando. Para isto devem-se fazer as medições nos cabos sob análise. Isto
29
realizado deve-se fazer alguns cálculos para se chegar à margem de Alien Crosstalk
do cabo medido.
Primeiramente são obtidos os dados de PSANEXT, que são obtidos a partir da
medição de ANEXT e calculados a partir da Equação 1. Os limites para este
parâmetro são definidos pela Tabela 3 abaixo, onde X1 é uma constante
determinada pela Equação 3 que é dependente da atenuação do canal.
Tabela 3 – Cálculo dos limites de PSANEXT
(3)
Onde:
- Cat6_IL_250MHz é a atenuação do cabo à 250 MHz de um canal de 100m.
- MCat6_IL_250MHz é a medida da atenuação à 250MHz do par influenciado.
Depois são obtidos os dados de PSAACRF, que é obtido a partir da medição de
AACRF e calculado a partir da Equação 2. Os limites para este parâmetro são
definidos pela Equação 5, onde X2 é uma constante determinada pela Equação 6
que é dependente da atenuação do canal.
(4)
(6)
Onde:
30
-L é o comprimento do canal
Se as medições satisfizerem os limites especificados acima, o canal influenciado
será aprovado com relação ao Alien Crosstalk. No entanto, mesmo que o canal
reprove nas medidas isoladas, há um método especificado em 12 passos na TSB-
155 (anexo D). É um método para avaliar a total influência do Alien Crosstalk no
canal e sua relação com o Sinal/Ruído. Estes cálculos são efetuados no momento
da medição dos canais, pelo software que faz a aquisição dos dados do
equipamento de medição.
2.3.5 Comparativos
Como verificado por Claude Shannon, quanto maior a taxa de transmissão,
maior deverá ser a relação SNR para uma mesma largura de banda. Portanto para
que o cabeamento categoria 6 suporte a aplicação 10 Gb/s todos os limites dos
parâmetros de transmissão (ruídos) ficaram mais críticos. Para exemplificar isto, a
seguir serão mostrados alguns gráficos (Figuras 8 a 11) relacionando os requisitos
para cada parâmetro de transmissão (limites da norma) e comparados entre as
normas ANSI/TIA/EIA-568-B.2-1, ANSI/TIA-568-B.2-10 e TSB-155.
Figura 8 – (a) Gráfico de Atenuação (b) Gráfico de Perda de Retorno
31
Figura 9 – (a) Gráfico de NEXT (b) Gráfico de PSNEXT
Figura 10 – Gráfico de PSACRF
Figura 11 – (a) Gráfico de PSAACRF (b) PSANEXT
Nota-se que a diferença básica entre as normas é principalmente a extensão da
freqüência de 250 para 500MHz. No entanto a norma ANSI/TIA-568-B.2-10 possui
um maior headroom com relação à atenuação, garantindo assim uma certa “folga”
em relação ao sinal/ruído do sistema.
32
3 METODOLOGIA
A metodologia para a realização dos testes e conseqüente estabelecimento
deste trabalho foi formulada da seguinte maneira: foram estabelecidos dois tipos de
testes de acordo com o TSB-155 [1], os testes em laboratório dos canais e depois
um teste de campo.
Primeiramente os testes em laboratório, os canais de cabos foram organizados
de uma forma com que se pudesse obter a situação mais crítica em um teste deste
tipo. Foram montados justapostos de modo que o cabo a ser medido, o cabo
influenciado, estivesse em uma posição central aos outros cabos, os cabos
influenciadores. Esta configuração está descrita na ANSI/TIA/EIA-568-B.2-10 [4] que
define o cabeamento categoria 6A, sendo este o teste mais crítico possível,
chamado de 6 em 1, mostrado na Figura 12.
Figura 12 - Modelo de teste Six Around One
Nesta fase foram realizadas várias simulações de várias condições diferentes,
como troca de partes do cabeamento, espaçamento de cordões de manobras e
diminuição do canal propriamente dito. Estes testes se fizeram válidos, pois o TSB-
155 estabelece as condições para infra-estruturas de cabos já instalados. Sendo
33
assim são simuladas as várias condições dos cabeamentos, suas possíveis
“mitigações” quanto ao ALIEN, configurações de canal e distâncias.
A outra fase deste projeto constitui em avaliar uma rede real e verificar a
possibilidade da troca de velocidade para 10 Gb/s. Esta verificação é importante; no
entanto é uma ação um tanto quanto engessada, pois o TSB-155 estabelece vários
métodos para se atingir o desempenho esperado, uma delas é a troca de
componentes, o que não é possível fazer em uma avaliação deste tipo.
3.1 Metodologia de Testes
Os testes foram realizados com um equipamento certificador de rede, e não de
laboratório, pois como a TSB-155 é um boletim técnico que se aplica a redes já
instalada. O equipamento utilizado pode ser visto na Figura 13, este é o Fluke DTX
1800. Este equipamento pode avaliar a performance de canais em até 1 GHz e até
10 Gb/s.
Figura 13 – Equipamento de testes Fluke DTX-1800
34
Os testes realizados foram montados de duas formas. Primeiramente foram
realizados os testes de canais, cuja configuração pode ser vista na Figura 14 nota-
se que os equipamentos estão em cada uma das extremidades do canal, ou seja,
eles estão em contato elétrico direto. Desta forma pode-se avaliar as características
internas ao cabo, como atenuação, NEXT, FEXT, Perda de Retorno, etc.
Figura 14 – Configuração de testes de canal com quatro conexões
A outra forma de teste realizada é o teste de Alien Crosstalk. No entanto a
configuração de testes deste parâmetro pode ser visto na Figura 1515. Nesta
imagem nota-se que as partes, principal e remota, não estão em contato elétrico
direto com os canais medidos. Por este motivo há a necessidade de um canal de
comunicação adicional e um computador para estabelecer a sincronia dos
equipamentos de testes e fazer a coleta dos dados.
Figura 15 – Configuração de testes de Alien Crosstalk
35
Estas duas formas de testes são necessárias para fazer a avaliação de um canal
a 10 Gb/s.
3.2 Desempenho Das Categorias De Transmissões
Neste tópico será discutida a relação entre a qualidade de componentes de
transmissão e suas utilizações em diferentes velocidades. Aqui serão analisados os
cabos, os conectores e os cordões de manobra utilizados para a transmissões de
dados em Categoria 6 e 6A.
3.2.1 Conectores
Os conectores são os equipamentos que farão a interligação entre os cabos
sólidos e os patch cords. Este contato é do padrão RJ-45, possuindo um padrão com
8 vias de contato em ouro, para a conexão com os patch cords; e 8 vias em bronze-
fosforoso para as conexões com os cabos. Sendo este um ponto de transição dos
cabos e patch cords, possuem uma grande influência na performance total do canal.
Isto porque deve haver um casamento perfeito entre as três partes do canal, que se
encontram nesta parte. Sendo assim, ele possui um papel principalmente com
relação ao NEXT, PSNEXT, PSACR, RL e os recentes Alien Crosstalk para
transmissões em 10 Gb/s. A seguir será mostrado um comparativo entra conectores
categoria 6 e 6A, as fotos da esquerda correspondem aos conectores 6 e as da
direita 6a.
36
Figura 56 – Conectores Categoria 6 e Categoria 6A
Nas fotos da Figura 56 e 17 nota-se a diferença entre os dois conectores, a
principal diferença entre eles, nesta foto, é a proteção externa em fita metalizada.
Esta fita tem o efeito de minimizar os efeitos do Alien Crosstalk funcionando com
uma gaiola de Faraday.
As fotos abaixo mostram os conectores desmontados.
Figura 17 – Conectores Categoria 6 e Categoria 6A desmontados
As fotos das Figura 1818 e Figura 19619 mostram os circuitos que ligam a área
de contato dos cabos com os condutores dos patch cords. Nelas nota-se que os
conectores possuem mais circuitos de compensação. Estes circuitos funcionam
como filtros de ruídos.
Cobertura
37
Figura 18 – Placas dos conectores Categoria 6 e 6A
Figura 196 – Circuitos de compensação das placas dos conectores
3.2.2 Patch cords
Os patch cords possuem sua maior diferença em sua blindagem aos ruídos,
onde os de Categoria 6 não são blindados, sendo totalmente suscetível aos ruídos
externos; já os de Categoria 6A são blindados, possuindo uma fita metalizada
Circuitos de
38
envolvendo o núcleo do cabo flexível que constitui o patch Cord. É importante frisar
que o patch Cord sendo blindado (F/UTP), o canal em si não se torna blindado. A
figura 20 a e b mostram as diferenças entre os patch cords 6 e 6A.
Figura 20 – (a) Cabo sem blindagem (b) Cabo com blindagem
3.2.3 Cabos
O cabo é um componente crítico para a performance final do canal. Quando se
fala em Alien Crosstalk são os cabos os mais afetados por esse efeito. Isto é devido
a sua grande extensão assim grande parte em contato com os outros cabos. Nos
cabos categoria 6A (não blindados) há uma drástica mudança em relação aos cabos
Categoria 6. Estas mudanças são devidas tanto aos efeitos internos ao cabo quanto
aos Alien Crosstalk.
Os parâmetros internos ao cabo, devido à extensão da freqüência até 500 MHz
para a categoria 6A, ficaram mais críticos. Sendo assim foi necessário alterar o
projeto do cabo. As alterações básicas foram principalmente a diminuição o passo
de binagem e a sua variação aleatória com relação aos outros pares do mesmo
cabo e o aumento no diâmetro do condutor. A alteração do passo de binagem tem o
efeito de diminuir o NEXT e o ELFEXT, já a variação aleatória do passo de binagem
em um mesmo par faz com que o acoplamento entre pares de cabos distintos seja
39
diminuído. Assim diminuindo o ANEXT e o AACRF. Finalmente o aumento do
diâmetro do condutor faz com que o cabo tenha menor atenuação.
Para amenizar os efeitos do Alien Crosstalk há duas formas: a primeira é a
blindagem do cabo, e a segunda e o distanciamento dos outros cabos. Como os
cabos analisados são U/UTP (não blindados) a forma de amenizar o Alien Crosstalk
é o distanciamento entre os cabos. Dessa forma foi adicionada uma segunda capa
ao cabo. Esta capa tem o intuito de separar os cabos e também, por ser uma capa
estriada, de diminuir a constante dielétrica entre os cabos, diminuindo assim o
acoplamento entre cabos adjacentes.
As figuras 21 e 22 mostram as diferenças entre os cabos categoria 6 e 6A.
Figura 21 – Seção transversal de um cabo (a) Categoria 6 e (b) Categoria 6A
Figura 22 – (a) Cabo categoria 6 (b) Cabo categoria 6A
40
4 RESULTADOS
4.1 Testes
Os testes da primeira parte foram realizados conforme especificado na norma
ANSI/TIA-568-B.2-10. Nela o canal deve ser disposto na forma de feixes. A
disposição mais crítica é a chamada 6 + 1 (Six around one), nela um cabo (ou canal)
Influenciado é amarrado no centro de uma configuração juntamente com seis outros
cabos dispostos como uma colméia. Assim, o cabo central fica envolto em todo o
seu diâmetro (e extensão) por cabos (ou canais) influenciadores. Para manter esta
configuração e garantir o menor espaçamento entre os cabos, eles devem ser
fixados com fitas adesivas a cada 20 centímetros.
Para a verificação da possibilidade de aprovar as condições propostas pela TSB-
155 foi montado um canal com 90 metros de link permanente e 10 metros de cabos
de manobras. Este canal foi montado com duas conexões, pois seria o menos crítico
de todas as configurações. A Figura 23 mostra a configuração da montagem do
canal.
Figura 23 – Configuração de testes nos feixes de cabos
Os testes de Alien Crosstalk foram realizados com um equipamento certificador
de redes juntamente com um módulo especial para medições destes parâmetros e
um computador para realizar os cálculos e sincronismo dos equipamentos.
41
4.1.1 Primeiro Teste
O primeiro teste, com 100 metros de cabeamento horizontal foi realizado para
reconhecer as reais influências do Alien Crosstalk sobre o canal influenciado; sendo
assim o teste falhou. Na análise dos resultados é possível identificar que, quanto
mais próximo os conectores, mais influência terá sobre os canais adjacentes em um
patch panel. Visto que o canal central era o influenciado, este estava próximo dos
canais 4 e 5, logo os que mais contribuíram com a falha nos testes. As Figuras 24,
25, 26 e 27 mostram a configuração dos conectores no patch panel, a contribuição
dos canais e os gráficos dos resultados de Alien Crosstalk respectivamente.
Figura 24 – Espaçamento entre os conectores no Patch Panel
Figura 25 – Gráfico de PSANEXT do primeiro teste
42
Figura 26 – Gráfico de PSAACRF do primeiro teste
Figura 27 – Contribuição dos canais pra (a) PSANEXT (b) PSAACRF do primeiro teste
4.1.2 Segundo teste
Como a ação mais simples de ser realizada em uma sala de telecomunicação é
a troca dos cordões de manobra, um segundo teste foi realizado simulando esta
situação. As figuras 28, 29 e 30 mostram o comportamento do canal frente a esta
alteração.
43
Figura 28 – Gráfico de PSANEXT do segundo teste
Figura 29 – Gráfico de PSAACRF do segundo teste
Figura 30 – Contribuição dos canais do segundo teste para (a) PSANEXT (b) PSAACRF
44
Nota-se que tanto os resultados de PSAACRF quanto os de PSANEXT
obtiveram melhora principalmente em altas freqüências. Isto se deve aos cordões de
manobra categoria 6A serem blindados, sendo imunes aos ruídos externos.
4.1.3 Terceiro Teste
Através dos gráficos do segundo teste notou-se que os canais, mesmo com
todas as mitigações possíveis, não passariam nos testes da TSB-155 com um
comprimento total do link de 100 metros. Os canais foram cortados, ficando com
comprimento total de 85 metros. Assim, foram realizados os mesmos testes
realizados anteriormente. As figuras 31, 32 e 33 mostram os resultados deste teste.
Figura 31 – Gráfico de PSANEXT do terceiro teste
45
Figura 32 – Gráfico de PSAACRF do terceiro teste
Figura 33 – Contribuição dos canais do terceiro teste para (a) PSANEXT (b) PSAACRF
Os resultados dos testes mostraram que houve uma melhora significativa nos
resultados obtidos dos testes de Alien Crosstalk. No entanto, olhando mais
atentamente nos gráficos dos testes anteriores, pode-se notar que o que ocorreu
não foi uma melhora significativa dos resultados de Alien Crosstalk, mas sim
melhora nos resultados de atenuação ocasionando um relaxamento nos limites de
testes.
Mesmo com a melhora nos resultados, o terceiro teste falhou. A Figura 33
mostra que os mesmos canais são os que mais contribuem para a falha do teste.
46
4.1.4 Quarto Teste
Pelo gráfico de contribuição da influência do Alien Crosstalk, notou-se que os
canais mais próximos no patch panel (canais 4 e 5) do canal influenciado foram os
maiores influenciadores para a falha no teste com relação ao parâmetro ANEXT. Há
duas ações recomendadas, a separação dos canais no patch panel ou a troca dos
conectores para conectores de categoria superior. Como o espaçamento de
conectores é algo um tanto quanto complicado para ser feito, visto que na
elaboração dos projetos de cabeamento estruturados não são previstos patch panels
adicionais em um mesmo rack. O quarto teste foi então realizado após a substituição
dos conectores por de categoria 6A. Os resultados dos testes são mostrados a nas
figuras 34, 35 e 36.
Figura 34 – Gráfico de PSANEXT do quarto teste
47
Figura 35 – Gráfico de PSAACRF do quarto teste
Figura 36 – Contribuição dos canais do quarto teste para (a) PSANEXT (b) PSAACRF
Os resultados dos testes mostraram que a substituição dos conectores, além de
melhorar a performance geral em PSANEXT, fez com que a contribuição dos
conectores frente a esse parâmetro praticamente se anulasse. Esta análise pode ser
vista na figura Figura 3636a e também no próximo teste. Mostraram também que,
mesmo substituindo todos os acessórios de conexão, os resultados de PSAACRF
não se alteraram significativamente. Para melhorar os resultados de PSACRF há
então três maneiras:
• Diminuir a área de contato do cabo influenciado com os cabos
influenciadores;
48
• Aumentar o espaçamento entre os cabos, soltando dos feixes de cabos
ou utilizando cabos com capas de maior espessura;
• Utilizar barreira metálicas para evitar o acoplamento, utilizando cabos
com blindagens.
O sexto teste foi realizado utilizando a primeira prática citada acima, ou seja,
reduzindo o comprimento do cabo.
4.1.5 Quinto Teste
Este teste foi realizado para provar a diminuição da influência do Alien Crosstalk
nos conectores. Para este efeito ser analisado os conectores foram espaçados entre
si no patch panel como mostra a Figura 3737.
Figura 37 – Espaçamento entre conectores no patch panel
As figuras 38, 39 e 40 mostram os resultados deste teste.
49
Figura 38 – Gráfico de PSANEXT do quinto teste
Figura 39 – Gráfico de PSAACRF do quinto teste
Figura 40 – Contribuição dos canais do quinto teste para (a) PSANEXT (b) PSAACRF
50
Como já havia sido mostrado, não houve alteração significativa nos resultados
dos testes com e sem a separação.
4.1.6 Sexto Teste
Como mostrado no 2.3.4.3, uma das ações possíveis para diminuir a influencia
do Alien Crosstalk é o encurtamento do canal. Assim, os cabos foram cortados mais
20 metros, permanecendo com 55 metros de cabeamento permanente e 10 de
cordões de manobra. Os canais foram cortados com este comprimento, pois a TSB-
155 estabelece 55 metros o mínimo que o canal deve atender as aplicações a 10
Gb/s após a verificação do atendimento de alguns requisitos. As figuras 41, 42 e 43
mostram os resultados deste teste.
Figura 41 – Gráfico de PSANEXT do sexto teste
51
Figura 42 – Gráfico de PSAACRF do sexto teste
Figura 43 – Contribuição dos canais do sexto teste para (a) PSANEXT (b) PSAACRF
Os canais foram medidos e mesmo após a realização dos processos de
mitigação, não foi possível atender os requisitos mínimos. Pode-se então concluir
que os cabos não podem percorrer distâncias paralelas em um feixe de cabos. A
amarração prejudica demasiadamente o desempenho em Alien Crosstalk. Para que
possam ser satisfeitos os requisitos mínimos da TSB-155, os cabos devem estar
dispostos em calhas ou bandejas sem nenhum tipo de amarração e mais
espalhados possível.
4.1.7 Sétimo Teste
Como mencionado anteriormente, um canal categoria 6 com 37 metros de link
permanente deve satisfazer os requisitos da TSB-155. No entanto quando um feixe
52
de cabos está firmemente amarrado, as condições ficam mais críticas. Este teste
mostrou isto, e mostrou também que o cálculo o Alien Crosstalk, juntamente com o
cálculo dos limites de Alien Crosstalk a partir do nível de atenuação faz com que
mesmo canais falhos em Alien Crosstalk possam satisfazer os requisitos para
aplicação de 10 Gb/s em cabeamento de par metálico categoria 6. Os cabos foram
então cortados para atingirem o comprimento total de 50 metros, sendo 40 metros
de cabeamento permanente e 10 metros de cordões de manobras formando um
canal com apenas duas conexões. As figuras 44, 45, 46 e 47 mostram os resultados
deste teste.
Figura 44 – Gráfico de PSANEXT do sétimo teste
53
Figura 45 – Gráfico de PSAACRF do sétimo teste
Figura 46 – Contribuição dos canais do sétimo teste para (a) PSANEXT (b) PSAACRF
O sumário dos resultados do teste é mostrado na Figura 47. Nele pode-se notar
que todos os testes de ANEXT passaram e todos os testes de AACRF falharam, no
entanto o cálculo de Alien Crosstalk foi aprovado. É possível notar nas Figura 44 e
Figura 45 que os limites dos testes estavam muito menos agressivos que nos testes
com maiores comprimentos do canal. Isto é devido às melhores margens obtidas
nos canais mais curtos em atenuação.
54
Figura 47 – Resumo dos resultados de Alien Crosstalk do sétimo teste
4.1.8 Adição de canais
Para comprovar a influência dos cabos ao longo do comprimento do canal
influenciado é mostrada a análise abaixo. Nela é simulada a inclusão de canais
influenciadores. Pode-se notar que quanto mais canais como vistos nas figuras 48,
49 e 50; mais críticos são os testes, principalmente com relação a PSAACRF.
O primeiro gráfico mostra a condição dos cabos com 55 metros de cabeamento
permanente e somente um canal influenciador.
55
Figura 48 – Gráfico de PSAACRF com apenas um canal influenciador
Nota-se que o teste foi aprovado. Com três canais influenciadores, observa-se
que os resultados ficam muito mais críticos, como pode ser visto na figura abaixo.
Figura 49 – Gráfico de PSAACRF com três canais influenciadores
56
Com o teste ainda sendo aprovado, nota-se que esta aprovação foi marginal,
visto que seria aprovado somente após os cálculos de Alien Crosstalk completos. O
gráfico abaixo mostra o resultado do teste com seis canais influenciadores.
Figura 50 – Gráfico de PSAACRF com seis canais influenciadores
Nota-se então que o resultado total dos testes, principalmente com relação ao
PSAACRF, são extremamente críticos com a inclusão de novos canais
influenciadores.
4.2 SITE SURVEY
Para comprovar as análises dos testes realizados no laboratório, foi realizada
uma análise de um cabeamento estruturado instalado e sendo utilizado uma
velocidade de 1 Gb/s. Este cabeamento é constituído de, no máximo 75 metros e no
mínimo 35 metros. Seu sistema é constituído de um canal com quatro conexões,
onde há um ponto de consolidação que é usado para distribuir melhor os cabos para
os pontos dos usuários finais.
57
Os testes foram realizados, no entanto com apenas três conexões para viabilizar
os testes fisicamente, visto que a primeira conexão era realizando o espelhamento
do switch, dificultando a identificação dos pontos. A figura 51 mostra a configuração
de testes.
Figura 51 - Configuração de testes
O local da avaliação da rede aconteceu na Furukawa Industrial S.A, localizada
em Curitiba, lá está instalada uma rede categoria 6. A avaliação foi realizada em
dois pontos da rede, o primeiro no ponto mais distante da sala de telecomunicações,
o segundo em um ponto intermediário.
4.2.1 Teste do link longo
Na primeira avaliação os pontos estavam distantes aproximadamente 70 metros
da sala de telecomunicações, sendo que desta forma, pelo que havia sido avaliado
anteriormente nos testes de laboratório, era esperado uma reprovação nos testes.
Este teste se fez válido, pois os cabos estavam dispostos em uma bandeja, e não
em um feixe, como os testes de laboratório. No entanto, como foi mencionado
anteriormente, os testes de Alien Crosstalk são extremamente dependentes da
atenuação total do canal. Nas figuras 52 a 56 são mostrados os resultados dos
testes. Inicialmente são mostrados os testes dos parâmetros intrínsecos do cabo do
canal influenciado. Essa avaliação já foi feita com patch Cord Categoria 6A, pois a
criticidade desta avaliação já era esperada.
58
Figura 52 – Resultado do teste de Atenuação Figura 53 – Resultado do teste de NEXT
Figura 54 – Resultado do teste de PSNEXT Figura 55 – Resultado do teste de PSELFEXT
Figura 56 – Resultado do teste de Perda de Retorno
Nota-se pelos gráficos acima que o canal foi aprovado com boa margem com
relação aos limites da norma e que também que a atenuação possui margem de 18
dB.
As figuras 57 e 58 mostram os resultados deste teste.
59
Figura 57 – Gráfico de PSANEXT
Figura 58 – Gráfico de PSAACRF
Nos gráficos acima são mostrados os resultados dos testes, neles pode-se notar
que, mesmo com os cabos instalados em bandejas, eles exercem uma grande
influencia em PSAACRF. Por isso o canal foi reprovado neste parâmetro. As Figura
59, 60 e 61 mostram como os cabos estão dispostos nas bandejas.
60
Figura 59 – Disposição dos cabos na instalação
Figura 60 – Amarração dos cabos
61
Figura 61 – Concentração de cabos
4.2.2 Teste do link curto
Com o teste anterior falho e a dependência da distância comprovada, foi
necessário escolher outro ponto na rede o qual possuísse um comprimento menor.
Assim foi escolhido um ponto intermediário da infra-estrutura e foram realizadas as
mesmas avaliações. A seguir são mostrados os gráficos dos resultados dos testes
do canal influenciado. Este teste também foi realizado com patch cord categoria 6A,
pois este apresenta melhor performance com relação ao Alien Crosstalk. As figuras
62 a 66 mostram os resultados deste teste.
Figura 62 – Resultado do teste de Atenuação Figura 63 – Resultado do teste de NEXT
62
Figura 64 – Resultado do teste de PSNEXT Figura 65 – Resultado do teste de PSELFEXT
Figura 66 – Resultado do teste de Perda de Retorno
Como pode ser notado nos gráficos acima, os resultados do teste de canal
mostraram que a performance frente aos parâmetros internos ao cabo está
excelente. Nota-se ainda que a atenuação deste link está em torno de 6 dB melhor
que o teste anterior. Desta forma os testes de Alien Crosstalk obtiveram os limites
frente a este parâmetro muito mais relaxados. As figuras 67 e 68mostram os
resultados dos testes de Alien Crosstalk deste canal.
63
Figura 67 – Gráfico de PSANEXT
Figura 68 – Gráfico de PSAACRF
Como pode ser visto nos testes acima, o canal foi aprovado em todos os
parâmetros. Em grande parte devido aos resultados de atenuação, visto que
estavam com uma margem máxima de 23 dB abaixo dos limites da norma.
4.2.3 Teste Com Patch Cord Categoria 6
Como o teste anterior foi realizado com os patch cords categoria 6A e os testes
mostraram excelentes resultados frente ao Alien Crosstalk, os patch cords foram
64
trocados por patch cords categoria 6 para. As figuras 69 a 73 mostram os resultados
deste teste.
Figura 69 – Resultado do teste de Atenuação Figura 70 – Resultado do teste de NEXT
Figura 71 – Resultado do teste de PSNEXT Figura 72 – Resultado do teste de PSELFEXT
Figura 73 – Resultado do teste de Perda de Retorno
Mais uma vez os resultados dos parâmetros internos ao canal foram muito bons,
sendo que o resultado de atenuação obteve uma margem máxima de 25 dB, sendo
assim os limites de Alien Crosstalk foram ainda mais relaxados. Esta diminuição da
atenuação foi devido aos patch cords trocados - os patch cords categoria 6A
possuem bitolas de 26 AWG e os Categoria 6 de 24 AWG - tornando estes últimos
65
menos suscetível a atenuação. As figuras 74 e 75 mostram os resultados deste
teste.
Figura 74 – Gráfico de PSANEXT
Figura 75 – Gráfico de PSAACRF
Pode-se notar nos gráficos acima que os resultados de Alien Crosstalk obtiveram
excelentes resultados, comprovando assim o essencial papel da atenuação nos
resultados finais da avaliação do canal para o TSB-155.
4.3 Analisando os resultados
Para podermos calcular a relação entre o sinal e o ruído, é necessário identificar
cada um dos ruídos. Sendo um par transmitindo um sinal qualquer em seu lado
NEAR (ou Tx), a relação SNR será obtida na extremidade FAR (ou Rx). Então o
66
sinal que chegará ao final da linha de transmissão (So) não será o mesmo que será
transmitido (Si). Este sinal terá a influência da atenuação do canal. Logo:
So = Si –IL (5)
Como o sinal So estará referenciado pelo sinal de entrada Si assim como o ruído
recebido, logo estão na mesma base, então:
S = -IL (6)
Para identificar o ruído no canal há necessidade de realizar uma análise de todos
os parâmetros que são medidos no canal. Tomando como base a figura acima e
referenciando o par 1 como par perturbado e extrapolando a análise para os outros
pares.
4.3.1 Influência do FEXT
Tomando como exemplo o par 3 transmitindo, logo terá uma influência no
receptor do par 1 devido ao acoplamento entre esses pares, chamado de FEXT13.
Essa interferência no receptor do par 1 terá influência de todos os outros pares, ou
seja, de todas as combinações de pares. Logo teremos que o ruído referente ao
FEXT no par 1 será a soma de FEXT12, FEXT13 e FEXT14. Isto é, a influência de
todos os pares sobre o par 1. Definindo assim o PowerSum FEXT (PSFEXT). Sendo
assim o ruído causado pelo FEXT no par 1 é:
)101010log(10PSFEXT R 10
FEXT
10
FEXT
10
FEXT
1FEXT1
141312 −−−
++−== (7)
É preciso mencionar que o parâmetro utilizado deve ser o FEXT e não ELFEXT,
pois este último desconsidera a influência da atenuação. Há necessidade de
considerá-la, pois o sinal de entrada é a atenuação e o ELFEXT desconsidera a este
67
parâmetro. Sendo assim, uma análise com o Equal Level Far-end Crosstalk seria
errônea.
4.3.2 Influência do NEXT
Analogamente ao parâmetro acima, a influência do NEXT é devido aos pares
adjacentes ao par 1. Como estes pares estão transmitindo e recebendo a todo
tempo, há um acoplamento. Como exemplo é tomado o par 2, quando este transmite
um sinal, parte deste sinal é transmitido para os pares vizinhos. Assim esta parte do
sinal que é transmitida para o par 1 é considerada ruído por seu receptor.
Como em uma transmissão de dados os pares estão recebendo e transmitindo,
todos os pares influenciam na transmissão. É necessário então somar a parte de
cada par com relação ao par 1 teremos então a influência de NEXT12, NEXT13 e
NEXT14 sobre o par. Isto é, a influência de todos os pares sobre o par 1, definindo
assim o PowerSum NEXT (PSNEXT). Sendo assim, o ruido causado pelo NEXT no
par um é:
)101010log(10PSNEXT R 10
EXT
10
EXT
10
NEXT
1NEXT1
141312 NN −−−
++−== (8)
4.3.3 Influência do RL
Como já mencionado anteriormente, em uma transmissão de dados um par está
transmitindo e recebendo ao mesmo tempo. Desta forma, um sinal que é enviado
para o receptor para a extremidade oposta (o receptor) sofre a influência do
descasamento de impedâncias devido às conexões, não uniformidades no cabo e
curvas acentuadas. Este descasamento de impedâncias faz com que parte do sinal
retorne à fonte, sendo considerado um ruído. Logo:
RRL1 = RL1 (9)
68
4.3.4 Influência do Alien Crosstalk
Os DSPs (Processador Digital de Sinais) possuem a habilidade de cancelamento
de parte dos ruídos mencionados acima. No entanto a característica aleatória do
acoplamento de cabos adjacentes impossibilita este cancelamento, sendo os
parâmetros Alien NETX e Alien FEXT considerados ruídos externos. Analogamente
aos parâmetros NEXT e FEXT, estes devem ser considerados como PowerSum.
Primeiramente com o Alien FEXT (AFEXT), este deve ser analisado todas as
combinações entre os pares de todos os cabos influenciadores. O cálculo deve ser
feito de acordo com a Equação (2).
De forma análoga, o Alien NEXT deve ser analisado, e seu cálculo deve ser
conforme a Equação1.
Assim o ruído referente ao Alien Crosstalk é definido como no par um é:
)1010log(10 1010
PSANEXT 11
1
PSAFEXT
AlienR
−−
+−= (10)
4.3.5 O ruído
Como os parâmetros apresentados acima estão em dB, o ruído total em um par
será a soma logarítmica de todas as interferências (RFEXT1, RNEXT1, RRL1, RALIEN1).
)10101010log(10 1010
1
10
1
10
Rpsfext1
1
1RAlienRrlRpsnext
R
−−−−
+++−= (11)
O ruído medido no receptor será referenciado pelo sinal de entrada, sendo então
que o ruído recebido será:
R = S - R1 (dB) (12)
Que é a relação entre o sinal e o ruído SNR em decibel.
69
4.3.6 A Relação Sinal/Ruído
A relação entre o sinal e o ruído (SNR) é dada pela fórmula
SNR= 10log(Ps/Pr) (13)
Como o sinal e o ruído estão relacionados com o sinal de entrada (Si) pode-se
desconsiderá-lo visto que estarão na mesma base. Logo:
SNR = 10logPS – 10logPR (14)
SNR = S – R1 (15)
Logo quanto menor for a atenuação, melhor será a relação SNR do sinal.
4.3.7 Capacidade de Shannon
A partir da equação acima é possível calcular a capacidade de Shannon. A
capacidade de Shannon é a máxima capacidade que um canal possui em transmitir,
em bits por segundos. Esta teoria foi desenvolvida por Claude Shannon durante a
Segunda Guerra Mundial e faz uma relação entre a capacidade de transmissão e o
SNR de um canal. É dado pela equação:
+=
Pr
Ps1 W.log C 2 (16)
Onde,
C = capacidade de Shannon (bits/s);
W = largura de banda (Hz);
Ps = a potência do sinal;
Pr = a potência do ruído.
70
5 CONCLUSÃO
Alteração da velocidade do cabeamento estruturado para 10 Gb/s é uma
alternativa factível, no entanto ela deve ser muito bem estudada e analisada. Todas
as condições de influencia da performance do canal devem ser verificadas,
principalmente no que tange ao Alien Crosstalk. Como visto neste documento, este
efeito é muito instável e é dependente de muitas variáveis, tais como o a qualidade
dos componentes, distanciamento de conectores, distanciamento entre cabos e,
principalmente o comprimento total do canal.
Para que possa ser realizada uma análise das principais alterações possíveis
para o atendimento do TSB-155 é necessário, antes de tudo, verificar a atenuação
do canal; porque, como foi visto acima, este é o principal efeito no cálculo do Alien
Crosstalk. Posteriormente deve-se verificar a disposições dos cabos onde estão
instalados. Cabos postos em bandejas ou em prumadas, cujas fixações ou
amarrações são realizadas com fitas, são extremamente suscetíveis aos efeitos de
Alien Crosstalk. Sendo assim a análise da implantação do TSB-155 em backbones
devem ser repensadas, pois o método de fixação dos cabos deste tipo de
cabeamento é muito rígido.
Finalmente a qualidade dos componentes do canal, sempre que possível devem
ser alterados para componentes categoria 6A, principalmente os Patch Cord, que
possuem uma influência muito grande, pois as conexões do cabeamento estruturado
terminam invariavelmente nesses componentes. E as conexões são grandes
geradoras de ruídos.
71
É importante ter em mente que o cabeamento categoria 6 não substitui o
cabeamento categoria 6A, pois este último já foi projetado para as velocidades
acima citadas, e os componentes categoria 6 são projetados e otimizados para
trabalharem até 250 MHz, e não além disso. A extensão dessa freqüência deve ser
muito bem analisada, como já foi dito anteriormente.
72
6 REFERÊNCIAS
[1] TSB-155, Guidelines For The Assessment And Mitigation Of Installed Category 6 Cabling To Support 10GBase-T
[2] ANSI/EIA/TIA 568-B.2, Commercial Building Telecommunications Cabling Standard - Part 2: Balanced Twisted-Pair Cabling Components
[3] ANSI/EIA/TIA 568-B.2-1, Commercial Building Telecommunications Cabling Standard Part 2: Balanced Twisted Pair Cabling Components Addendum 1 - Transmissionperformance Specifications For 4-Pair 100 Category 6 Cabling
[4] ANSI/EIA/TIA 568-B.2-10, Transmission Performance Specifications For 4-Pair 100 Ohm Augmented Category 6 Cabling
[5] 10 Gbase-T - Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (CSMA/CD) Access Method and Physical Layer Specifications - Amendment 1: Physical Layer and Management Parameters for 10 Gb/s Operation, Type 10GBASE-T
[6] HUGHES, Harold. Telecommunications Cables. Universidade de Michigan. 358p
[7] Wikipedia, 2008a, Padrão 802.3, http://En.Wikipedia.Org/Wiki/802.3, Acesso em Maio/2008.
[8] _____. Meeting the Network Connectivity Challenge: A Report on the Global Technology Trends for the Physical Layer of the Enterprise. Systimax, 2005. 32p.
[9] TANENBAUM, Andrew S. . Computer Networks. 4ª Edição. Prentice Hall, 2003. 384p.