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”