06.05.2009. Экранированные витопарные кабели защитят от электромагнитных помех

В большинстве европейских стран экранированный медный кабель считается наилучшей средой передачи сигналов, а в США и многих других странах мира отдают предпочтение UTP-кабелю. Однако по мере распространения сетей Ethernet на промышленных предприятиях и в связи с разработкой стандарта 10GBase-T в США сетевые специалисты все чаще рассматривают возможности применения экранированной кабельной проводки.

Препятствия на пути распространения экранированных кабелей

В Германии, Франции, Швейцарии и Австрии экранированный медный кабель является стандартной средой передачи сигналов, поскольку считается, что сетевым каналам необходима защита от электромагнитных помех и межкабельных наводок (ANEXT), которую и обеспечивает этот тип кабеля. В остальных же странах преимущественно используются кабели UTP, так как они стоят недорого и, как считают специалисты по кабельным технологиям в этих странах, соответствуют условиям эксплуатации большинства сетей. “Кабель UTP устойчив к воздействию внешних помех, поскольку витая пара является симметричной линией передачи, на обоих проводниках которой возникает одинаковое напряжение наводок, компенсируемое дифференциальным приемником, — объясняет Эрик Лоренс, технический директор компании Berk-Tek (входит в состав промышленной группы Nexans). — В зависимости от типа экрана экранированные кабели либо отражают, либо поглощают внешнее электромагнитное излучение, тем самым предотвращая его попадание на сигнальные проводники”.

По поводу того, почему в Европе преобладают экранированные кабели, а в США — неэкранированные, имеются разные точки зрения. В одной статье говорится о том, что это связано с возможным вредным воздействием электромагнитных полей на организм человека, и в качестве косвенного доказательства приводится следующий факт: хотя использование UTP-кабеля в Германии не запрещено законом, страховые компании отказываются оплачивать лечение работников, обращающихся за медицинской помощью в связи с воздействием электромагнитных полей (экран не только защищает сердечник кабеля от внешнего излучения, но и препятствует его излучению во внешнее пространство). Другие источники объясняют причины столь разного отношения к экранированным и неэкранированным кабелям в разных странах разными же требованиями, предъявляемыми к параметрам сетей, и даже различиями в культуре этих стран.

“Я слышал мнение, что источник столь полярного отношения к этим двум типам кабелей связан со стремлением европейцев уменьшить стоимость кабельной инфраструктуры за счет размещения телекоммуникационных и силовых кабелей в одних и тех же кабельных каналах, — говорит менеджер по проектированию систем компании Tyco Electronics Боб Зар. — Экранированный кабель невосприимчив к электромагнитному излучению, генерируемому силовым кабелем, пролегающим в том же самом кабельном канале”.

Как бы то ни было, следует всегда учитывать тот факт, что правильно сконструированная и инсталлированная экранированная кабельная система защищает передаваемый сигнал от электромагнитных помех и поэтому гораздо лучше обеспечивает его целостность, чем это делает кабельная система UTP. “Тем не менее, когда в США речь заходит об инсталляции экранированного кабеля, многие монтажники испытывают чувство неуверенности или даже страха, что и сдерживает распространение этих кабелей в стране, — говорит Гарри Форбс, главный технолог и соучредитель компании ITT Industries Network Systems and Services. — Одно из самых значительных препятствий на пути распространения экранированного кабеля связано с инструментарием для его терминирования. Все инсталляторы имеют при себе средства для работы с контактами типа 110 или Krone, и убедить их в том, что они должны брать с собой на работу еще и другой инструмент, предназначенный для инсталляции экранированных кабельных систем, — задача непростая”.

Анализ показывает, что полная стоимость реализации экранированной кабельной системы на 30—40% превышает таковую эквивалентной системы UTP. По мнению г-на Зара, это является главным фактором, мешающим внедрению экранированных кабельных решений на предприятиях США. “К тому же большинство инсталляторов попросту не знают, как правильно инсталлировать эти решения, а это значит, что им нужно время на освоение новых методик инсталляции”, — добавляет г-н Зар.

Специалисты, предпочитающие UTP-кабель, заявляют, что рабочие характеристики неправильно инсталлированной или поврежденной экранированной кабельной системы, могут быть хуже, чем у кабельной системы категории 5. По их мнению, основной причиной ухудшения функционирования такой системы является ток, протекающий по защитному экрану между точками с разными потенциалами и наводящий помехи на проводники пар.

В ответ на это г-н Форбс заявляет: “На протяжении вот уже нескольких лет, как у нас установлена экранированная кабельная система, мы ни разу не сталкивались с проблемами, имеющими отношение к заземлению. Главное — соединить экраны компонентов системы и правильно заземлить их”.

Разнообразие экранированных кабелей

Поскольку существует несколько разновидностей конструкции экранированного кабеля, каждая со своими обозначениями в виде аббревиатур, вы должны знать их. Термин “экранированная витая пара” используется по отношению к любому витопарному кабелю, содержащему экран, а сокращение STP чаще всего обозначает устаревший кабель IBM для сетей Token Ring. Не путайте его с кабелем ScTP (Screened Twisted-Pair) или FTP (Foil Twisted-Pair), которые используются в сетях Ethernet и представляют собой витые пары, заключенные в общий экран в виде оплетки или из фольги. “Вообще говоря, обозначение ScTP должно относиться к кабелю с оплеточным экраном, а не с экраном из фольги, но очень часто специалисты используют термины ScTP и FTP как равнозначные, — объясняет г-н Зар. — FTP — это четырехпарный кабель, фактически являющийся экранированным вариантом кабеля UTP”.

Кабель с индивидуальным экранированием каждой пары называется кабелем PiMF (Pairs in Metal Foil), иногда его обозначают как SSTP (Double Shield Twisted-pair). “Помимо индивидуального экрана каждой витой пары, кабель PiMF обычно имеет общий экран вокруг всех пар, но не всегда, — говорит г-н Лоренс. — Экраны пар PiMF-кабеля практически устраняют внутренние перекрестные наводки между парами”. В стандарте ISO на кабели категории 7 (класса F) для них предусмотрена конструкция PiMF с целью устранения перекрестных наводок между всеми парами кабеля в полосе частот до 600 МГц.

Сетевые специалисты, опрошенные журналом Cabling Installation & Maintenance, считают, что PiMF-кабели не получат широкого распространения в США, поскольку имеют больший диаметр и на их установку требуется больше времени, ведь, разделывая кабель, инсталлятор должен удалить его внешнюю оболочку, общий экран и экран каждой витой пары.

Несмотря на эти трудности, Делрейский медицинский центр для своего нового центра обработки изображений выбрал экранированную кабельную систему TERA категории 7 (класса F) компании Siemon, в состав которой входит 800-МГц кабель PiMF. В нем имеются общий экран и индивидуальные экраны пар, что позволяет им работать не мешая друг другу.

“Мы выбрали этот тип экранированной кабельной системы, чтобы защитить передаваемые по сети данные от воздействия электромагнитного излучения, генерируемого в центре обработки изображений, и обеспечить высокую пропускную способность инфраструктуры, нужную для пересылки больших файлов”, — говорит Кэти Кристенсен, директор по информационным системам Делрейского медицинского центра. По словам инженеров компании Siemon, данный кабель специально производится ею для высокоскоростных приложений; все четыре его пары могут передавать трафик 10-Gigabit Ethernet на расстояние до 100 м, и специалистам не нужно опасаться негативного влияния внутренних или внешних помех.

Соответствие новым требованиям

По мере перехода промышленных предприятий от использования традиционных шин fieldbus к применению сетей Ethernet на рынке США растет спрос на экранированные кабели, поскольку они устраняют проблемы с передачей информации, вызываемые электромагнитными помехами от производственного электрического оборудования. “В разрабатываемых в настоящее время промышленных стандартах предусматривается применение кабеля FTP, — говорит г-н Зар. — Кабельная система, разворачиваемая в агрессивной промышленной среде, обязательно должна быть экранированной”.

Однако г-н Лоренс из компании Berk-Tek предупреждает, что применение экранированного кабеля отнюдь не всегда спасает от помех. “Существуют такие промышленные среды, в которых даже кабельные экраны не могут защитить передаваемый сигнал от внешнего электромагнитного излучения, — говорит он. — В таких случаях следует использовать оптоволокно”. Многие специалисты согласны с тем, что экранированный кабель лучше неэкранированного подходит для развертывания промышленных сетей, но среди них идут споры о том, какая из систем — экранированная или неэкранированная — более предпочтительна для создания сетей на базе будущей технологии 10-Gigabit Ethernet для медного кабеля.

Разработчики стандарта 10GBase-T (IEEE 802.3an) пришли к выводу о том, что межкабельные наводки являются важным фактором, мешающим передавать трафик 10-Gigabit Ethernet по медному кабелю на расстояние 100 м. Они обусловлены способностью кабеля принимать излучение от расположенных рядом кабелей. Экран из фольги существенно уменьшает межкабельные наводки.

“При использовании экранированных кабельных решений значительно легче обеспечить поддержку будущего стандарта 10-Gigabit Ethernet, поскольку в этих решениях уровень межкабельных наводок ниже, — говорит г-н Форбс. — Мы не знаем, будут ли созданы UTP-системы, соответствующие требованиям этого стандарта и пожеланиям пользователей, однако можем с полной уверенностью утверждать, что экранированный кабель гарантирует большую дальность связи, поскольку имеет лучшее соотношение уровней вносимых потерь и межкабельных наводок”.

Экранированная кабельная система ISCS XE компании ITT Industries Network Systems and Services поддерживает работу приложений класса E в полосе частот более 250 МГц, а ее же экранированная система ISCS 200 (прежнее название — Gigapath), параметры которой значительно лучше тех, что требуются стандартом на системы категории 5е, характеризуется шириной полосы пропускания, равной 200 МГц. “От кабельных систем заказчики ожидают высокой пропускной способности, гибкости конструкции, надежности работы и способности передавать трафик на большие расстояния, — говорит г-н Форбс. — Наши экранированные кабельные системы, предотвращающие появление межкабельных наводок, полностью соответствуют этим требованиям”.

Другие производители тоже выпускают подобные системы, рекламируя их как эффективные решения для создания 10-Гбит/с сетей Ethernet. Так, в ноябре 2004 г. компания Tyco Electronics анонсировала кабельную систему AMP Netconnect XG Copper Cabling System, предназначенную для поддержки разрабатываемого стандарта 10GBase-T.

Эта система состоит из экранированных кабелей, разъемов и коммутационных панелей, кото-рые спроектированы для сведения к минимуму межкабельных наводок и передачи трафика 10-Gigabit Ethernet при максимальной длине канала 100 м.

“В соответствии с законом Шеннона, определяющим максимально возможную скорость передачи данных при наличии помех, максимальная длина канала 10-Gigabit Ethernet на основе суще-ствующих UTP-решений категории 6 из-за межкабельных наводок, вероятно, будет уменьшена до 55 м, — говорит г-н Зар. — Для развертывания же сетей нужны такие кабельные системы, которые позволяют реализовывать горизонтальные каналы длиной 100 м. Наша экранированная система обеспечит такую возможность при использовании 10-Гбит/с технологии”.

Компания Berk-Tek предлагает полное семейство экранированных кабелей, включая кабель категории 6 с двойным экраном из фольги и кабель категории 7, обратно совместимый с модульными разъемами категорий 5е и 6. “С точки зрения рабочих характеристик экранированный кабель — идеальная линия передачи для сетей 10GBase-T, — говорит г-н Лоренс. — Конечно, его еще нужно правильно инсталлировать и терминировать. Стоимость развертывания экранированного кабельного решения выше, чем неэкранированного”. В продуктовом портфеле компании Berk-Tek имеется FTP-кабель GUARDmark-6 категории 6, предназначенный для высокоскоростных приложений.

По словам г-на Форбса, межкабельные наводки — явление не новое. “Еще в начале 90-х годов прошлого столетия финансовые предприятия сталкивались с проблемами в работе сетей, обусловленными несбалансированными сигналами аналоговых видеосредств, которые доставляли информацию агентств Reuters и Bloomberg, — вспоминает он. — Когда скорость передачи данных по каналам сети Ethernet падает, это, как правило, объясняют чрезмерной интенсивностью трафика (перегрузкой сети). Однако во многих случаях причиной снижения реальной пропускной способности канала являются наводки от соседних кабелей, искажающие информационные сигналы и приводящие к повторной передаче данных”.

Перспективы

Хотя на пути проникновения экранированных кабелей на рынки неевропейских стран имеется множество препятствий, а их высокая стоимость по-прежнему остается главным сдерживающим фактором для заказчиков в США, г-н Зар и другие специалисты отмечают, что эти кабели все чаще выбирают на предприятиях США для развертывания промышленных и высокоскоростных сетей. “Благодаря нашим презентациям и семинарам, на которых сравнивались характеристики кабелей FTP и UTP, некоторые заказчики приняли решение установить у себя экранированные кабельные системы”, — отмечает г-н Зар.

Г-н Лоренс из компании Berk-Tek считает, что рынок экранированных кабелей будет расти по мере распространения СКС на промышлен-ных предприятиях. “Помимо промышленного применения, увеличению доли экранированных кабелей на рынке США способствует необходимость защиты сетей от межкабельных наводок и других внешних излучений”, — рассуждает г-н Лоренс.

“Мы провели сравнительное тестирование экранированных и неэкранированных кабельных систем с использованием одних и тех же приложений и одного и того же оборудования, интенсивность трафика во всех тестах тоже была одинаковой, — рассказывает г-н Форбс. — Экранированные системы функционировали лучше UTP-систем. Кроме того, некоторые наши клиенты сообщили нам, что после перехода на экранированные кабели они не сталкивались ни с какими проблемами в работе своих сетей”.

“UTP-кабель вполне подходит для офисных сетей, где не планируется использовать 10-Гбит/с технологию Ethernet, — говорит г-н Зар. — Но если заказчик хочет установить у себя кабельную инфраструктуру, которую не придется заменять через 10 лет, следует выбрать экранированную систему”. По мнению г-н Зара, стоимость реализации экранированного решения будет сокращаться по мере расширения рынка соответствующих кабельных систем.