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Prueba de performance de Prueba de performance de los sistemas de cableadolos sistemas de cableado
Norberto JuliNorberto Juliáán Curan CuraIng. Electricista ElectrIng. Electricista Electróóniconico
CCNACCNA--CCAICCAI
CERTIFICACIONCERTIFICACION
Presentación Los sistemas de cableado son los pilares de una redComo especificamos y probamos la performance del cableado instalado? Estándares de la industria
Parámetros de pruebaRango de frecuenciaLímites de paso/fallo
Agenda y Tópicos
INSTRUMENTOS PROFESIONALES DE MEDICION
Instrumentos Industriales
Instrumentos de precisión
Instrumentos de Red
Sistema de Cableado EstructuradoTopología Jerárquica en Estrella
MDF/CD
IDF/BD
Cableadohorizontal
Backbone
TC
H………H
WA
TC
WA
H………H
TC
WA
H………H
TC
WA
H………H
TC
WA
H………H
TC
WA
H………H
FD
Topología de red en estrella
“Concentrador”
¨Link¨ instalado
HUB
PATCHCORD
PATCHPANEL
CABLEADO HORIZONTAL
WALLJACK
PATCHCORD
WORKSTATION
WIRING CLOSET OFICINA
canal
Permanent Link
Modelo de transmisión
Transmisor ReceptorMedio detransmisión
Transmisor, medio y receptor para un sistemaCompatibilidad entre los tres componentes para asegurar una transmisión confiable.
Nivel de la señal que sale del transmisorFidelidad de la señal a través del medioCapacidad del receptor para recibir y decodificar la señal
Agentes que afectan la transmisión
AtenuaciónPérdida del nivel de la señal a medida que esta viaja a lo largo del medio de transmisión.
Ruido/DistorsiónSeñal no deseada insertada en el medio de transmisión entre el transmisor y el receptor.
Distorsión por retardos
Tipos de estándaresEspecificaciones genéricas de cableado.
Define la performance y calidad de los cables, conectores y hardware.Define la performance de los links instalados.Ejemplo: ANSI/TIA/EIA 568-A, ISO IEC 1180.
Network Standards (Aplicaciones).Define la performance y requerimientos de todos los elementos de una red (Ejemplo: IEEE 802, ATM Forum).
Estándares de prueba y medida.Define la metodología de medición, herramientas y procedimientos (Ejemplo: ASTM D 4566).
ANSI/TIA/EIA 568-A
Titulo: “Commercial Building Telecommunications Cabling Standard”
Sistema de cableado genérico de telecomunicaciones que soportara un entorno multimarca y multiproducto.
Define:La performance de los componentes (categorías)Dicta guías de diseñoRecomienda lineamientos y prácticas de instalaciónEspecificaciones para los tendidos instalados
TIA-568A Especificaciones
Reglas de diseño:Largo y configuración del tendido
Basic Link (90 metros, 294 feet)Channel (100 metros, 328 feet)
Máxima tensión en el cable suspensión/tensiónInterferenciaProximidad a fuentes de energía
Recomendaciones en la instalaciónRadio de curvaturaFuerza de tracciónTerminación/conectorización
Beneficios de cumplir con los estándares
Seguridad de que el cableado soportarálas aplicaciones basadas en estándares
Simplifica la administración
Facilita el crecimiento futuro
Testing para Alta Performance
Parámetros de PerformanceTest de Evaluación
Cableado UTP
TIA TSB-67
Especificaciones de Performance de Transmisión para el Testing del Sistema de
Cableados UTP
Preparado por:ANSI/EIA/TIA PN-3287
Task Group on UTP Link Performance
Requerimientos para TIA TSB-67
Mapa de cableado.Longitud.
Tiempo de propagación.Diferencia de retardo.
Atenuación.Near-End Crosstalk (NEXT), paradiafonía en el extremo cercano.
Mapa de Cableado Correcto
Pares Invertidos
Pares Cruzados
Pares Divididos
Medida de Longitud y verificación de la Impedancia
PulsoPulso Transmitido
Circuitoabierto
Pulso reflejado
Pulso
Pulso
Cortocircuito
TerminadoImpedancias acopladas
Pulso Transmitido
Pulso Transmitido
Pulso reflejado
ReflectometrReflectometríía en Dominio de Tiempoa en Dominio de Tiempo(Time Domain Reflectometry)(Time Domain Reflectometry)
(Sin reflejo)
PropagaciónVelocidad de propagación
Es la velocidad a la cual fluye una señal a través del medio.Expresada como una fracción de la velocidad de la luz.Para Cable UTP cable ~ 0.60 (60% de la velocidad de la luz)
Retardo de PropagaciónIndica cuanto tiempo toma la señal para viajar de un extremo a otro del medio.Para Cable UTP < 5.7 ns/m
Tiempo de propagación (Propagation Delay)
1
2
3
4
5
67
8
1
2
3
4
5
67
8
481 ns
486 ns
494 ns
484 ns
(Max 555 ns)
Diferencia en el Retardo (Delay Skew)
1
23
64
57
8
0 ns (481 ns)
13 ns (494 ns)
3 ns (484 ns)
Atenuación
Es la pérdida de energía de la señal a lo largo del cableDirectamente relacionada con la longitud del cableSe incrementa en la medida que aumenta la frecuencia de la señal
AtenuaciónMedida en decibeles (dB)Decibel es una expresión logarítmica de una relación.
Relacion Decibel 1/1 0 dB1/2 -6 dB1/5 -14 dB1/10 -20 dB
Efectos de la Atenuación
Transmisor Receptor
Si la atenuación es muy grande, el dispositivo receptor puede no ser capaz de interpretar los datos de entrada
La cantidad de señal perdida en el medio de transmisión (expresada expresada en dB)
Atenuación
dB LossdB Loss
Fuente deFuente deseseññalal
ReceptorReceptorde sede seññalal
Medio de transmisión
Atenuación en función de la frecuencia
Attenuation (dB) Pair 1,2
0
5
10
15
20
25
0.1 10.1 20.1 30.1 40.1 50.1 60.1 70.1 80.1 90.1 100.1
MHzTIA Cat 5 Basic Link LimitMukilteo Cable Co.
PASS: 30-May-97 01:20:22pmTEST CABLE (300 ft)
Los Patch permiten un 20% extra
Límites de Atenuación en la Categoría 5
Paradiafonía (Crosstalk)
Transmisión
NEXT FEXT
Crosstalk indica la cantidad de señal que interfiere desde un par al adyacenteNEXT mide el crosstalk en el extremo donde se inyecta la señal (extremo cercano, Near End).FEXT mide el crosstalk en el extremo donde se recibe la señal (extremo lejano, Far End).
El NEXT es medido en dB
NEAR END FAR END
Tx signal
Rx dist.
100 Ω
100 Ω
NEXT (dB) = 10 Log Nivel de la señal transmitidaNivel de la señal medida
Near End Crosstalk (NEXT)
Transmisor Receptor
Receptor Transmisor
NetworkInterface
Card (NIC) Hub
El Crosstalk ocurre a lo largo de todo el sistemaEl Crosstalk que acontece hacia el “extremo remoto” es atenuado por el que viaja hacia el “extremo cercano”
El NEXT es medido en dB
Distorsion Ref. 1V
Relacion NEXT db
0.05 1/20 26 0.04 1/25 27.96 0.0316 1/31.6 30 0.02 1/50 34 0.01 1/100 40 0.005 1/200 46 0.001 1/1000 60
Límites del NEXT para la Categoría 5
NEXT en función de la frecuencia
NEXT Loss (dB)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0.1 10.1 20.1 30.1 40.1 50.1 60.1 70.1 80.1 90.1 100.1
Frequency in MHz
NEX
T in
dB
NEXT TIA
Evaluación de la medición de NEXT
Valor mínimo absoluto en db. Esto pasa típicamente cerca de 100 MHz !
Evaluación de la medición de NEXT
Peor margen de Next
Peor margen: +4.8dB db de margen a 2.7MHzEl peor margen no siempre ocurre a 100 MHz !
NEXT – Peor margen
Margen: Diferencia entre el valor medido y el valor limite (performance mínima)
Margen positivo significa que es mejor que el mínimo requeridoMargen negativo significa que es peor que el mínimo requerido
Peor caso:El margen más pequeñoEl punto más cercano a la norma en todo el rango de frecuencia.
NEXT (Par-a-par)
A
B C
D
6 MedicionesA ⇔ BA ⇔ CA ⇔ DB ⇔ CB ⇔ DC ⇔ D
El NEXT debe ser medido desde ambos extremos
El NEXT debe ser medido desde ambos extremos para detectar la mayor cantidad de fallos posiblesPorque: La medición de NEXT esta afectada por la atenuación
Fallo de NEXT en el extremo lejano
1
23
6
Extremo cercano Extremo lejano
1
23
6
Tx PAIR
Rx PAIR
100
100
Atenuación
Atenuación
Crosstalk de 24 dB @ 62.5 MHz en el CONECTOR
Medir desde el otro extremo descubre el problema
Extremo cercano Extremo lejano1
23
6
1
23
6
Tx PAIR
Rx PAIR
100
100
MAL CONECTORCrosstalk de 24 dB @ 62.5 MHz
ACR (Attenuation(Attenuation--toto--Crosstalk Ratio)Crosstalk Ratio)
Relación entre la atenuación y el crosstalkUna variante de la relación señal ruidoParámetro calculado
La diferencia entre NEXT (en dB) y la atenuación (en dB)
Es el mejor indicador para determinar el ancho de banda disponible en un sistema de dos paresLa medición del ACR no es requerida por TIA, pero pueden derivarse condiciones deseables de TSB 67.
Límites TIA: Atenuación, NEXT, ACR
Las condiciones de la Cat 5 nos dá
7.7 dB ACR a 100 MHz
Limites TIA: Atenuación, NEXT, ACR
0
10
20
30
40
50
60
70
0 20 40 60 80 100
Frequency MHz
dB 7.717.6
Power Sum NEXT
Attenuation
NEXT
Cat 5 Limits
( Margen de 9.9 dB sobre Cat 5!)
Performance del link
El NEXT es usado como un indicador de la calidad de los componentes y del trabajo de instalación. El ACR es un indicador del máximo ancho de banda utilizable.
10 dB: Alta relación señal ruido0 dB: Tanto ruido como señal, no se puede
distinguir entre lo que es ruido o lo que es señal por encima de la frecuencia donde el ACR =0
Valores de ACR medidos
Comparación
01020304050607080
0 50 100 150 200 250
Frequency in MHz
Atte
nuat
ion
or N
EX
T lo
ss in
dB
Category 6 Attenuation
Channel NEXTwith cat 6 components
Category 5 Attenuation
Category 5 NEXT
Transmisión en varios pares en la misma dirección
FEXT
Workstation LAN Equipment
Transmisor
Transmisor Receptor
Receptor
Señal 2
Señal 1
Far-End Crosstalk (FEXT)
NEXT y FEXT
FEXT es aditivo; el crosstalk a lo largo del link agrega al FEXT perturbaciones observadas en el receptor
HorizontalCablingWorkstation HubOutlet
PatchPanel
NEXT FEXT
ELFEXT (Equal Level FEXT)
HorizontalCablingWorkstation HubOutlet
Patchpanel
ELFEXT: FEXT level relative to the attenuated signal (FEXT-ATT.)
Atenuación
FEXTELFEXT(diferenciaen dB)
ELFEXT
Se mide FEXT (“equivalente” a la medición de NEXT)
Se mide la atenuación
ELFEXT: FEXT – atenuación.
ELFEXT: otra indicación de S/N para sistemas de red donde 2 o mas señales viajan en la misma dirección (1000BASE-T).
Ejemplo de ELFEXT en función de la frecuencia
EXAMPLE FEXT AND ELFEXT
0
10
20
30
40
50
60
70
80
1 10 100Frequency in MHz
(EL)
FEX
T Lo
ss in
dB
Proposed ELFEXT test limit
FEXT measurement
ELFEXT =FEXT - attenuation
attenuation measurement
Power Sum NEXT
HorizontalCablingWorkstation HubOutlet
PatchPanel
Power Sum NEXT es la combinación del NEXT en un par desde los restantes
Ejemplo de Power Sum NEXT
Example Power Sum NEXT on one wire pair of 4-pair cable
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100Frequency in MHz
NEX
T lo
ss in
dB
Limit1,2-3,61,2-4,51,2-7,8PS 1,2
Power Sum FEXT
Workstation LAN Equipment
Transmisor Receptor
Ejemplo: 1000BASE-T: se usan 4 pares.
FEXT
PSNEXT y PSFEXT
Multiple Disturber NEXT (MDNEXT): “Power Sum”
Multiple Disturber FEXT (MDFEXT): “Power Sum”
De particular importancia cuando la aplicación de red usa transmisión en paralelo sobre 2 pares o más
Return Loss
Medición de la señal reflejada en el rango de frecuenciaResultado de las variaciones de la impedancia característica
Variaciones estructurales debido a los procesos de fabricaciónConectoresInstalación
Efectos de la Pérdida por Retorno(Return Loss)
La pérdida por retorno es causada por la desadaptación de la impedancia, debido a variaciones en las conexiones o en la estructura del cable. El Return Loss incrementa la atenuación del sistema y agrega ruido.
Transmisor Receptor
Conexión oVariación de Impedancia
Efectos del Return Loss
DirectionalCoupler
Señal de A a B
Reflexion
Sistema A Sistema B
señal de B a A
Sistema de transmisión full duplex
Señal deseada = señal atenuada desde el otro extremo.Ruido = señal reflejada sobre el mismo par.
Transmisor
Receptor Receptor
Transmisor
Perdida de retorno
Return Loss of a maximum length TIA Basic Link,compared to 1000BASE-T Limits
0
10
20
30
40
50
60
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Frequency in MHz
Ret
urn
Loss
in d
B
Link Return Loss
1000BASE-T Limit
Resumen (1)
PARAMETROS DE MEDICION
MAPA DE CABLEADO
LONGITUD
TIEMPO DE PROPAGACION
DIFERENCIA DE RETARDO
PARAMETROS DE MEDICION
NEXT FEXT
ACR ELFEXT
ATENUACION RETURN LOSS
PSNEXT PSFEXT
PSACR PSELFEXT
Resumen (2)
Fuentes de ruido en la relación S/N
ACR es el indicador de S/N tradicional para sistemas de 2 paresNo solo ACR será la única mediciónELFEXT es otro indicador de S/N cuando se transmiten varias señales en paraleloReturn loss es causa de otra S/N cuando las señales son transmitidas en un par en las 2 direcciones al mismo tiempo (Full Duplex)
TIA – Los Nuevos EstándaresCat 5
Recomendaciones
Los requerimientos son los mismos que los existentes. Para 1000BASE-T son agregadas las recomendaciones TIA TSB-95:RL,ELFEXT, y PSELFEXT
Los tests para el Link están especificados
hasta 100 MHz
El nuevo estándar fue agregado como una anexo (“addendum”)
Cat 5e“Enhanced” Cat 5
Un nuevo estándar TIA-568-A-5con mejor performance para:NEXT, PSNEXT, RL, ELFEXT y PSELFEXT.
Los tests para el Link están especificados
hasta 100 MHz
Propuesto Cat 6
Los requerimientos de performance de Cable y conector están en estudio.Los mayores desafíos son especificaciones del conector.
Típicamente, el “progreso” es un factor de 2
Los tests para el Link están especificados
hasta 250 MHz
Comparación
TSB67 TSB95Traditional Cat 5 “New” Cat 5
Frequency range 1 – 100 MHz 1–100 MHzPropagation Delay Not Specified SpecifiedDelay Skew Not Specified SpecifiedAttenuation Specified Same as Cat 5NEXT Specified Same as Cat 5PSNEXT Not Specified Not SpecifiedELFEXT Not Specified SpecifiedPS ELFEXT Not Specified SpecifiedReturn Loss Not Specified Specified
Especificaciones ampliadas
TSB95 Addendum 5“New” Cat 5 Enhanced Cat 5
Frequency range 1 – 100 MHz 1 – 100 MHzPropagation Delay Specified Same as TSB95Delay Skew Specified Same as TSB95Attenuation Same as Cat 5 Same as Cat 5NEXT Same as Cat 5 41% betterPSNEXT Not Specified SpecifiedELFEXT Specified 5% betterPS ELFEXT Specified Same as TSB95Return Loss Specified 26% better
Comparación
Una especificación mas completaGarantizado para 1000Base-T
Garantizado para 1000Base-TMejor performance
Addendum 5 Cat 6 Enhanced Cat 5 Cat 6
Frequency range 1 – 100 MHz 1 – 250 MHz Propagation Delay Same as TSB95 Same as TSB95 Delay Skew Same as TSB95 Same as TSB95 Attenuation Same as Cat 5 43% better NEXT 41% better 337% better PSNEXT Specified 216% better ELFEXT 5% better 104% better PS ELFEXT Same as TSB95 95% better Return Loss 26% better 58% better
Comparación
“Gigabit Ethernet” Conclusiones
La categoría 5 cumple los requerimientos de atenuación y NEXT para 1000BASE-T
Necesitan medirse parámetros de transmisión adicionalesELFEXT y Return Loss
Categoría 5e asegura una mejor performanceNo requiere “Cat 6”
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