پارامترهای کلیدی تست کابل شبکه

پارامترهای کلیدی تست کابل شبکه، تست کابل شبکه مسی به عنوان لینک دائمی “Permanent Link” یکی از کلیدی ترین و پر اهمیت ترین فرایند ها به هنگام خرید، نصب و بهره برداری در زیرساخت شبکه به شمار می آید. تداخل Crosstalk می تواند تحت تاثیر عوامل مختلفی در کابل شبکه مبتنی بر مس و در محل های متفاوت آن رخ دهد. در فرایند تست شبکه های مسی ما با اصطلاحاتی مانند NEXT ا FEXT و ACR و …. روبه رو می شویم که دانستن این اصطلاحات تطابق نیازهای ما با شبکه مورد استفاده را ثابت می نماید. صنعت شبکه مجموعه ای جامعی از اندازه گیری ها و تست های تداخل را بر اساس استاندارد ایجاد نموده است تا اطمینان حاصل شود که سیستم های شبکه کاربردهای مورد نظر خود را برآورده می سازند. این اندازه گیری ها در این بحث آورده شده اند.

پارامترهای کلیدی تست کابل شبکه

فهرست

1. NEXT
2. FEXT
3. ACR
4. headroom
5. Power-Sum Crosstalk
6. AXT
7. تاخیر انتشار

انواع تداخل “Crosstalk”

تداخل Near-End یا NEXT

هنگامی که تداخل در انتهای کابل شبکه ای که سیگنال را عبور داده است شناسایی شود، تداخل نزدیک به انتها “Near-End Crosstalk” یا NEXT رخ داده است. تداخل NEXT بیشتر در فواصل حدودی 20 تا 30 متری (60 تا 90 فوت) فرستنده  و بیشتر از این متراژ روی می دهد، به همین دلیل در تست فلوک با متراژ های کمتر از 20 متر تست قابل قبول نمی باشد و گاها با خطا روبرو می شود، شکل 1تداخل نزدیک به انتها را نشان می دهد. اندازه گیری NEXT برای محاسبه تداخل در سطح موازی نزدیک انتها (ACR-N) استفاده می شود که در ادامه آن را توضیح می دهیم.

شکل 1

تداخل در کابل‌های با ساختار ضعیف یا نصب نامناسب یک مشکل بزرگ در فناوری‌هایی چون 10Base-T و 100Base-TX و گیگابیت اترنت می باشد. با این حال، تا زمانی که کابل به درستی نصب شده باشد، NEXT در هنگام استفاده از 1000Base-T و 10GbE مشکل کمتری را دارا می باشد چراکه تولید کنندگان معتبری مانند METZ CONNECT و CORNING فناوری‌هایی را جهت مشکلات NEXT پیاده‌سازی و ارائه نموده اند.

تکنیک‌های حذف NEXT در 1000Base-T و 10GbE ضروری می باشند، چراکه هر چهار زوج هم برای ارسال و هم برای دریافت داده استفاده می‌شوند.

توجه داشته باشید که کابل‌هایی که پیچش‌هایشان باز شده (پیچیده نشده اند) می‌توانند مشکل‌ساز باشند، چراکه تاب خوردگی و پیچش‌ها به لغو تداخل کمک می‌کنند. هنگامی که کابل متصل می شود، پیچش ها به شگل معمول در انتهای نزدیک به پچ پنل ها و یا کانکتورها و کیستون ماژول ها باز می شود. در یک زوج سیم گیرنده در یک کابل شبکه، سیگنال دریافتی در انتهای کابل ضعیف ترین حالت خواهد بود، بنابراین سیگنال در آنجا به راحتی می تواند تداخل داشته باشد. چنانچه زوج سیم‌های فرستنده مجاور تاب نخورده باشند، این امر باعث ایجاد تداخل بیشتر از حالت عادی می‌شود. هرگز نباید زوج سیم ها یک کابل را بیشتر از 0.375 اینچ برای Cat6 و Cat6a و حداکثر 0.275 اینچ برای کابل های گروه 7 و 7A باز نمایید.

تداخل Far-End یا FEXT

تداخل انتهایی دور (FEXT) مشابه NEXT است با این تفاوت که در انتهای مخالف کابل از جایی که سیگنال ارسال شده است (سمت فرستنده) شناسایی می شود. به دلیل افت، سیگنال‌های انتهایی زوج سیم ها در فرستنده بسیار ضعیف‌تر از سیگنال‌های انتهای نزدیک هستند.

اندازه گیری FEXT جهت محاسبه تداخل سطح موازی انتهای دور (ACR-F) استفاده می شود (در بخش بعدی بحث می گردد). FEXT بیشتری در کابل های با متراژ کوتاه تر دیده می‌شود چراکه سیگنال در سمت گیرنده فاصله کمتری جهت کاهش توان خواهد داشت.

نسبت افت به تداخل (ACR-F و ACR-N)
نسبت افت به تداخل “Attenuation-to-Crosstalk Ratio” یا ضریب افت به تداخل به اختصار ACR نشان می دهد که سیگنال دریافتی در مقایسه با تداخل یا نویز NEXT یا FEXT در یک زوج چه میزان بزرگتر است. ACR گاهی اوقات به عنوان نسبت سیگنال به نویز (SNR) نیز نامیده می شود چراکه این مقدار نشان دهنده نسبت بین توان نویز ناشی از تداخل سیگنال های پایانی در مقایسه با توان سیگنال داده های دریافتی است. از نظر فنی، SNR همچنین نه تنها نویز ایجاد شده توسط انتقال داده، بلکه تداخل خارجی را نیز در بر می گیرد. برای اهداف عملی، ACR و SNR واقعی از نظر عملکردی یکسان هستند، مگر در محیط‌هایی با سطوح بالای EMI.

با این حال، ACR واقعا یک نسبت نیست، بلکه اختلاف ریاضی است که وقتی مقدار تداخل را از مقدار تضعیف در یک فرکانس معین کسر نماییم، آن را بدست می آوریم. در واقع ACR یک مقدار محاسبه شده است. شما نمی توانید مستقیماً ACR را اندازه گیری نمایید. ACR-F (که قبلاً ELFEXT نامیده می شد) با کسر نمودن تضعیف زوج سیم مختل شده از تداخل انتهای دور (FEXT) از افت زوج سیم مختل شده محاسبه می شود. ACR-N نیز با کم کردن تضعیف زوج مختل شده از تداخل انتهای نزدیک (NEXT) از تضعیف زوج مختل شده محاسبه می‌ گردد. توجه داشته باشید که ACR-N، و معادل مجموع توان آن، PSACR-N، یک پارامتر مورد نیاز در TIA/EIN-568-C نیست، اگرچه در ISO/IEC 11801 Ed مورد نیاز می باشد.

ACR-F, ACR-N METZ CONNECT C7A

اصطلاح کلیدی “هدروم headroom”

اصطلاح کلیدی هدروم headroom در دستگاه فلوک FLUKE بسیار شناخته شده است و از آنجایی که ACR نشان دهنده حداقل اختلاف بین تضعیف و تداخل است، headroom نشان دهنده تفاوت بین حداقل ACR و مقادیر عملکرد واقعی ACR است. headroom بیشتر مطلوب تر است چراکه حاشیه عملکرد اضافی را فراهم می نماید که می تواند تضعیف ناشی از اتصال دهنده های (کانکتور و کیستون و یا ماژول های) ارزان قیمت تر و یا روش های نامرتب سربندی را جبران نماید. همچنین باعث افزایش جزئی در حداکثر پهنای باند کابل می شود. کابل های برندهایی مانند متز کانکت و کورنینگ از کیفیت مطلوب و هدروم های عموما بالای 10 در شرایط تست استاندارد برخوردار می شوند و همراه پیشنهاد می گردند.

تفاوت بین تداخل (نویز) و تضعیف (افت و یا از دست رفتن سیگنال) مهم است چراکه تضمین می کند که سیگنال ارسال شده به یک سیم در انتهای گیرنده قوی تر از هرگونه تداخلی است که ممکن است توسط تداخل یا نویز دیگر ایجاد شود.

شکل 2 رابطه بین تضعیف و NEXT را نشان می دهد و به صورت گرافیکی ACR را برای کابل شبکه 7A نشان می دهد. (Cat6 ا Cat6A ا Cat7 و 7A نمودارهای مشابهی را تولید می نمایند.) توجه داشته باشید که با افزایش فرکانس، مقادیر NEXT کمتر می شود در حالی که مقدار افت بالاتر می رود، تفاوت بین خطوط تضعیف و NEXT به عنوان ACR-N شناخته می شود. توجه داشته باشید که برای تمامی کابل های شبکه استاندارد، حداکثر پهنای باند تئوری بیشتر از حداکثر تعیین شده در استانداردها است. این یک روش مهندسی محافظه کارانه مناسب می باشد.

شکل 2 – رابطه بین افت و NEXT

حل مشکلات مربتط با ACR به طور به معنای عیب یابی NEXT است چراکه در صورت عدم تعویض کابل، تنها راه کاهش تضعیف استفاده از کابل های کوتاهتر است.

تداخل Power-Sum

تداخل مجموع توان “Power-Sum Crosstalk” برای NEXT، FEXT، ACR-F و ACR-N در نظر گرفته می شود و در کابل هایی که توانایی پشتیبانی از فناوری هایی بیش از یک زوج سیم به طور همزمان را دارا می باشند، اعمال شود. هنگامی که شما در حال تست یا آزمایش تداخل مجموع توان هستید، تمامی زوج سیم ها به جز یک زوج به عنوان زوج های مختل کننده فعال می شوند و زوج های باقیمانده، جفت اختلال، برای انرژی سیگنال منتقل شده اندازه گیری می شود. شکل 3 برش یک کابل چهار زوج را نشان می دهد. توجه داشته باشید که انرژی زوج های 2، 3 و 4 همگی می‌توانند روی زوج 1 تأثیر گذارند. مجموع این تداخل باید در محدوده‌های مشخص شده باشد. از آنجایی که هر زوج روی تمام زوج های دیگر تأثیر می‌گذارد، این اندازه‌گیری باید چهار بار جداگانه انجام شود، یک بار برای هر زوج سیم در مقابل سایرین. مجددا، آزمایش از هر دو طرف انجام می‌شود و تعداد حالت های آزمایش‌شده به هشت افزایش می‌یابد. بدترین حالت به عنوان تداخل جمع توان کابل Power-Sum ثبت می شود. از آنجا که این فرایند زمان بر ولی قابل محاسبه است پیشنهاد می شود از تجهیزات تست همواره استفاده نمایید.

شکل 3 – تداخل زوج های 2 ، 3 و 4 روی زوج 1 تاثیر می گذارد

تداخل بیگانه Alien Crosstalk (AXT)

تداخل بیگانه (AXT) زمانی اتفاق می افتد که سیگنالی که در یک کابل (کابل مختل شده) حمل می شود، با سیگنالی که در کابل دیگری حمل می شود (کابل مختل کننده) تداخل ایجاد می کند. AXT می تواند در کابلی رخ دهد که در کنار یک یا چند کابل حامل سیگنال نصب می شود. اصطلاح بیگانه از این واقعیت ناشی می شود که این شکل از تداخل بین کابل های مختلف در یک محیط به جای بین pair ها یا زوج سیم های جداگانه در یک کابل رخ می دهد.

تداخل بیگانه می تواند مشکل ساز باشد، چراکه برخلاف اشکال ساده تر تداخل که در یک کابل اتفاق می افتد، نمی توان آن را با لغو سنتی فاز حذف نمود. از آنجا که AXT به جای سیگنال شبیه نویز است، تداخل بیگانه با کاهش نسبت سیگنال به نویز لینک، عملکرد سیستم شبکه را کاهش می دهد. با افزایش نرخ سیگنال در کابل، این شکل از تداخل اهمیت بیشتری پیدا می نماید. در واقع، این یک منبع اصلی تداخل و یک عامل محدود کننده برای اجرای 10GBase-T (10Gbps) روی شبکه UTP می باشد. AXT در کابل های FTP  به خصوص S/FTP بسیار محدودتر می باشد. در نظر داشته باشید که بسیاری از افراد سودجو کابل SF/UTP را به عنوان کابل S/FTP معرفی می نمایند. تفاوت ساختاری و عملکردی این دو کابل بسیار متفاوت است به همین جهت قیمت SF/UTP به نسبت بسیار کمتر از S/FTP است. مراقب افراد سودجو باشید و از ساختار کابل های شبکه مسی آگاهی لازم را کسب نمایید.

فعالیت های گسترده ای در طول ایجاد استاندارد ANSI/TIA-568-C به جهت درک علل AXT و راه حل های بالقوه انجام شده است. انواع زیر از تداخل بیگانه تا کنون مشخص شده است:

1. تداخل نزدیک به انتهای بیگانه “Alien near-end crosstalk” به اختصار “ANEXT” مقدار سیگنال ناخواسته از یک زوج مختل کننده در یک کابل مجاور است که روی زوج مختل شده در کابل اندازه‌گیری شده سنجش می‌ گردد. ANEXT در انتهای نزدیک اندازه گیری می شود، همان انتهای منبع انتقال، و در بدترین حالت نزدیکترین منبع انتقال مجاور می باشد.
2. تداخل مجموع توان Power-sum نزدیک انتهای بیگانه “Power-sum alien near-end crosstalk” به اختصار “PSANEXT” مجموع افت توان تداخل ناخواسته از جفت اختلال کننده مجاور در یک یا چند کابل مختل کننده مجاور است که روی یک زوج سیم مختل شده در انتهای نزدیک اندازه گیری می شود.
3. نسبت تضعیف به تداخل بیگانه، انتهای دور “Attenuation to alien crosstalk ratio, far-end” به اختصار “AACRF” اختلاف بین FEXT بیگانه از یک زوج مختل کننده در کابل مجاور و افت زوج متصل شده در کابل آشفته در انتهای دور است.
4. افت مجموع توان به نسبت تداخل بیگانه، انتهای دور “Power-sum attenuation to alien crosstalk ratio, far-end” به اختصار “PSAACRF” که تفاوت بین Power-sum alien end crosstalk از چندین زوج مختل کننده در یک یا چند کابل مجاور و افت اتصال زوج مختل شده در کابل اندازه گیری شده در انتهای دور است.

تداخل بیگانه را می توان با اجتناب از پیکربندی هایی که در آن کابل ها به طور فشرده در کنار هم قرار می گیرند یا به موازات یکدیگر در مجاورت نزدیک برای مسافت های طولانی اجرا می شوند، به حداقل رساند. با این حال، در یک نصب معمول، این کار دشوار و غیر عملی است. در کابل های گروه Cat6A (تقویت شده رده 6) و بالاتر سعی شده این مشکل را با افزایش فاصله بین زوج سیم ها در یک کابل با استفاده از جداکننده های فویل داخل کابل حل کنند تا هادی ها را از یکدیگر جدا نمایند. این اثر اضافی جداسازی هادی ها در یک کابل از هادی های کابل دیگر را دارد. همانطور که می توانید تصور نمایید، این امر باعث افزایش قطر کابل های Cat6A و Cat7 و Cat7A در مقایسه با کابل های گروه 6 می گردد.

توصیه دیگر استاندارد جهت کاهش AXT این است که از استفاده از بست های پلاستکی کابل(تایرپ tie-wraps) برای فشرده سازی کابل ها به یکدیگر خودداری نمایید و تا حد امکان سعی کنید کابل‌ها را در یک فواصل مشخص جدا نمایید. این فرایند به نوبه خود نیاز به فضای بیشتری جهت اجرای شبکه کابلی در مجاری و رک ها دارد.

کابل‌های Cat7A که اخیراً توسعه یافته‌اند، از یک لایه هسته ویژه استفاده می‌کنند که از نظر الکتریکی پیوسته است و محافظت بیشتری را ارائه می دهد، بنابراین در برابر AXT محافظت بیشتری دارد، این فناوری هسته را از تداخل بیگانه و سایر اشکال تداخل خارجی جدا می نماید و از آن محافظت می‌کند. این کابل ها را نمی توان با کابل های UTP سنتی که به شدت درگیر AXT در طول مسیر و در محل سربندی می باشند مقایسه نمود. پیشنهاد می گردد از کابل های تولید کنندگان معتبر ( METZ ویا CORNING ) استفاده فرمایید.

در نظر داشته باشید که صنعت و استاندارد روش‌های اندازه‌گیری را جهت تست تداخل بیگانه به صورت  میدانی ایجاد نموده است، البته تست AXT و فرایندهای آن بسیار زمان‌بر هستند. بهترین توصیه این است که اطمینان حاصل شود که همه اجزای زیرساخت مطابق با استاندارد است.

اینترفیس های خارجی External Interference

یکی از موانع انتقال داده با سرعت بالا، این احتمال است که سیگنال هایی که از طریق کابل عبور می کنند، توسط نیروی خارجی مختل شوند. اگرچه طراح هر کابلی، چه کابل شبکه ویا کواکسیال، سعی در جبران آن دارد، مهار نیروهای خارجی از کنترل طراح کابل خارج هستند. تمامی دستگاه های الکتریکی، از جمله کابل هایی که داده ها از طریق آنها انتقال می یابد، منبعی جهت تولید EMI می باشند. دستگاه‌ها و کابل‌های با مصرف پایین تر که از کاربردهای پهنای باند پایین پشتیبانی می‌کنند، میدان الکترومغناطیسی کافی برای ایجاد تفاوت ایجاد نمی‌کنند. علاوه بر این، برخی تجهیزات تداخل فرکانس رادیویی ایجاد می نمایند. اگر در نزدیکی تلویزیون ویا رادیو، از تلفن بی سیم نیز استفاده نمایید، ممکن است متوجه این موضوع شده باشید.
دستگاه ها و کابل هایی که جریان الکتریکی زیادی مصرف می نمایند می توانند EMI تولید کنند که می تواند در انتقال داده ها اختلال ایجاد نماید. در نتیجه، کابل ها باید در مناطقی دور از این تجهیزات قرار داده شوند.

برخی از منابع رایج EMI در یک محیط معمولی عبارتند از:

1. موتورها
2. تجهیزات گرمایش و تهویه مطبوع
3. چراغ های فلورسنت
4. پرینترهای لیزری
5. آسانسور
6. کابل برق
7. تلویزیون ها
8. برخی تجهیزات پزشکی

نکته در مورد تداخل الکترومغناطیسی! یک دستگاه MRI (تصویربرداری تشدید مغناطیسی) که برای مشاهده اندام های داخلی بدن بدون جراحی یا اشعه ایکس استفاده می شود، می تواند نوار مغناطیسی روی کارت اعتباری را از فاصله 25 سانتی پاک نماید.

هنگام اجرای شبکه در ساختمان، کابل ها را چند متر دورتر از این تجهیزات نصب نمایید. هرگز کابل داده را در همان مجرای کابل های الکتریکی (کابل برق) نصب نفرمایید.

در برخی موارد، انواع خاصی از مشاغل و محیط‌ها دارای سطوح بالایی از تداخل هستند، از جمله فرودگاه‌ها، بیمارستان‌ها، تاسیسات نظامی و نیروگاه‌ها. چنانچه شبکه را در چنین محیط هایی نصب می نمایید، از کابل هایی استفاده کنید که به درستی محافظت شده اند، از کابل های شبکه S/FTP و کابل های فیبر نوری استفاده نمایید.

تاخیر انتشار “Propagation Delay”
الکتریسیته از طریق کابل با سرعت ثابتی عبور می نماید که به صورت درصدی از سرعت نور به نام NVP (سرعت اسمی انتشار) بیان می شود. برای کابل های UTP مقدار NVP معمولا بین 60 تا 90 درصد است. سازنده کابل مقدار NVP را کنترل می نماید چراکه تا حد زیادی تابعی از ثابت دی الکتریک ماده عایق است. تفاوت بین زمانی که سیگنال در یک زوج شروع می شود و زمانی که در آن سیگنال به انتهای دیگر می رسد، تاخیر انتشار نامیده می شود. در تست فلوک دستگاه میزان NVP را با توجه به انتقال سیگنال نمایان می سازد.

آموزش شبکه