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Kupferverkabelung für Hochleistungsdatennetze – Stolperfalle Nomenklatur

Neue Standards für die Kupferverkabelung ebnen den Weg zur Hochleistungs-Datenübertragung in Gebäuden, Industrieanlagen und Rechenzentren. Aber: Wer die gewünschte Leistung nachhaltig sicherstellen will, muss bei der Planung und Auswahl der Komponenten die Stolperfallen in den Nomenklaturen beachten.
Mit der Einführung von 10Gbit Ethernet über Twisted-Pair-Kupferkabel wurden neue Klassen von Verkabelungs-Standards geschaffen. Die EIA/TIA veröffentlichte den Standard Cat. 6A im Februar 2008 und die ISO/IEC den Channel-Standard Class EA etwa zur gleichen Zeit. Leider definieren diese beiden Standards nicht dieselbe Leistung, was im Markt zu Verwirrungen führt. Diese Verwirrung verstärkt sich noch bei einem Blick auf die Komponenten, insbesondere auf die Anschlussmodule bzw. Steckverbindungen. EIA/TIA und ISO/IEC spezifizieren unterschiedliche Leistungen für die Module, verwenden aber sehr ähnliche Bezeichnungen für die Komponenten. Deshalb ist besondere Vorsicht geboten, sonst erhalten Anwender möglicherweise nicht die Leistung, die sie erwarten.

Neue Verkabelungs-Standards

Das IEEE-Protokoll für das 10Gbit Ethernet über Twisted-Pair-Kupferkabel (802.3an) wurde im Juli 2006 veröffentlicht. Da es den genutzten Frequenzbereich auf 500MHz erweiterte und die Verkabelung gemäß Cat. 6 nur für 250MHz definiert war, mussten konsequenterweise zur Unterstützung dieses Protokolls neue Verkabelungsstandards entwickelt werden. Alternativ wäre eine Cat. 7-Verkabelung, die für 600MHz ausgelegt ist, von Anfang an eine Option gewesen. Da Cat. 7 weltweit einen Marktanteil von nur 4% hat, hätte diese Option den Erfolg des neuen Ethernet-Protokolls nicht sicherstellen können. Im Standard 802.3an legte das IEEE die minimalen Channel-Anforderungen fest, die von der Verkabelung erfüllt werden müssen, damit das Protokoll einsetzbar ist. Tatsächlich könnte ein gutes, geschirmtes Cat. 6-System, das bei höheren Frequenzen stabil arbeitet, diese Mindestanforderungen erfüllen, was durch die geschirmten Real10-Systeme von R&M bewiesen wurde. Allerdings stellt Fremdnebensprechen ein Problem für ungeschirmte Systeme dar. Aufgrund der Nutzung höherer Frequenzen und des Einsatzes komplexer Codierverfahren, ist die geringe Signalstärke bei 10GbE deutlich anfälliger für Störungen von außen, als dies bei früheren Protokollen der Fall war. Dies führte zu einer Längenbegrenzung für ungeschirmte Cat. 6-Systeme. Die verschiedenen Normengremien begannen deshalb mit der Arbeit an der Spezifikation neuer Verkabelungsklassen für 500MHz, die auf der RJ45-Technologie basieren. EIA/TIA veröffentlichte ihren Standard Cat. 6A im Februar 2008 und zur gleichen Zeit verabschiedete ISO/IEC die Channel-Anforderungen für Class EA. Leider wird in diesen Standards nicht dieselbe Performance spezifiziert. Das Konzept nach ISO/IEC ermöglicht eine höher verfügbare und bessere Übertragungsleistung in der Twisted-Pair-Kupferverkabelung auf Basis der RJ45-Technologie. Es besteht eine höhere Betriebssicherheit des Netzwerks und so­mit kommt es zu weniger Übertragungsfehlern. Damit ist auch die Grundlage gelegt für eine wesentlich längere Nutzungs- und Lebensdauer der Verkabelungsinfrastruktur.

Die Bedeutung der Komponenten

Nachdem die Channel-Standards klar sind, besteht der nächste Schritt darin, die Komponenten-Standards zu definieren. EIA/TIA legte die Spezifikationen für Channel, Link und Komponenten in einem Paket fest. Alles ist in dem bereits verabschiedeten Standard Cat. 6A (568B.2-10) enthalten. ISO/IEC definierte zuerst die Spezifikationen für den Channel in Anhang 1 und arbeitet zurzeit an den Definitionen für den Permanent Link und für die Komponenten, die in Anhang 2 veröffentlicht werden sollen. Kunden fordern offene Systeme und Interoperabilität bzw. die Möglichkeit, Komponenten von verschiedenen Anbietern gemischt einzusetzen und trotzdem die Garantie zu haben, dass die entsprechende Channel-Performance erreicht wird. Um die geforderte Interoperabilität sicherzustellen, wurde im Jahr 2003 der De-embedded-Test eingeführt. Bei diesem Test wird eine definierte ‚bekannte‘ Referenzbuchse verwendet, um Stecker in einer Steckverbindung zu testen. Die Werte der Referenzbuchse werden von den Werten der Steckverbindung abgezogen bzw. getrennt (De-embedded), um die Next-Merkmale des Steckers zu ermitteln. Auf diese Weise werden zwölf qualifizierte Referenzstecker im niedrigen, mittleren und hohen Bereich ermittelt, die dann zum Testen der Steckverbindungen verwendet werden. Für 10Gbit Ethernet wurden zunächst Systeme angeboten, die die Channel-Anforderungen des Protokolls erfüllen sollten. Die neuen Einzelkomponenten bzw. die Spezifikationen für diese Komponenten sollten, wie in der Vergangenheit, Interoperabilität bzw. den Einsatz gemischter Systeme ermöglichen. Für Cat. 6A (EIA/TIA) und Cat. 6A (ISO/IEC) Komponenten wurden in diesem Zusammenhang Re-embedded-Tests eingeführt. Die Grundidee ist mit der für De-embedded-Tests vergleichbar. Hier wird jedoch zuerst der Referenzstecker durch eine neue, präzisere Messmethode qualifiziert – Direktmessung (direct probing) genannt. Dann wird die Differenz zwischen diesem Referenzstecker und den zwölf De-embedded-Referenzstreckern ermittelt. Im dritten Schritt testet man das zu prüfende Produkt am ersten Referenzstecker. Schließlich werden die Ergebnisse rechnerisch ermittelt, die man mit den zwölf De-embedded Referenzsteckern erhalten hätte, anstatt sie einzeln durchzutesten. In der Essenz wird das gesamte Testverfahren mit zwölf De-embedded Referenzsteckern ersetzt durch eine einzige, aber sehr genaue Messung und anschließende Berechnung der Schwankungsbreite im Steckersortiment. Dies führt zu schnelleren, aber auch konsistenteren Testergebnissen. Wie beim Channel ist mit einem Cat. 6A-Stecker gemäß ISO-Spezifikation eine höhere Leistung erreichbar als mit einem Cat. 6A-Stecker gemäß EIA/TIA-Spezifikation. Nach dem aktuellen Entwurf soll ein 40dB-Dämpfungsabfall ab 250MHz für Cat. 6A und ein 30dB-Abfall für Cat. 6A vorgesehen werden. Bei 500MHz bedeu­tet dies, dass ein Cat. 6A-Modul mindestens eine um 3dB bessere NEXT-Performance als ein Modul der Cat. 6A erreichen muss.

Auf Produktbezeichnung achten

Mit der Standardisierung der Komponenten für Steckverbindungen und Verkabelung hat eine allgemeine Verwirrung eingesetzt. Die Spezifikation der Komponenten, die für die Cat. 6A-Performance eines Channels gemäss EIA/TIA benötigt werden, unterscheiden sich deutlich und sind weniger streng als die Spezifikationen, die ISO/IEC für die Performance eines Channels der Class EA ansetzt. Deshalb müssen Anwender, die einen sicheren Class EA Channel haben wollen, Komponenten einsetzen, die den Cat. 6A-Spezifikationen gemäss ISO/IEC entsprechen. Ein Channel, der aus Cat. 6A-Komponenten gemäss EIA/TIA besteht, garantiert keine Performance gemäss Class EA. Der Unterschied in Bezug auf das ‚A‘ – ob es tief gestellt ist oder nicht – ist daher sehr wichtig: Cat. 6A ungleich Cat. 6A.

Physikalische Komplexität

Sie fragen sich vielleicht, warum ISO/IEC mehr Zeit zur Spezifikation der Komponenten benötigt als EIA/TIA. Ein Grund dafür ist die unterschiedliche Organisationsstruktur. Bei ISO/IEC sind verschiedene Gremien für die Spezifikationen der Verkabelung, der Kabel und der Hardware für Steckverbindungen zuständig. Die Koordination zwischen den verschiedenen Gruppen benötigt natürlich mehr Zeit als bei EIA/TIA, wo alle beteiligten Parteien in einer einzigen Gruppe versammelt sind. Ein anderer Grund ist jedoch die technische Komplexität und die Tatsache, dass man unbekanntes Terrain betritt. Bis heute kennen wir zwar das Verhalten der Komponenten in den niedrigeren Frequenzbereichen. Wir wissen, wie sie im Bereich bis 250MHz gut zusammenarbeiten. Jetzt wird jedoch die Frequenz verdoppelt und die Modellierungsmethode, die für diese höheren Frequenzen eingesetzt wird, ist nicht stabil. Die Modellierung muss Zweit- und Dritteffekte (z.B. Crossmodal-Kopplungen) berücksichtigen, was allein die physikalische Komplexität deutlich erhöht. Die relevanten Erscheinungen treten bei Cat. 7-Systemen nicht so häufig auf, weil hier eine andere Kontaktgeometrie definiert ist, durch die die Adernpaare voneinander getrennt werden. Um die Class EA Channel-Performance zu erreichen, muss ein Modul der Cat. 6A, wie bereits erwähnt, bei 500MHz einen um 3dB besseren Next-Wert als ein Modul der Cat. 6A aufweisen. Das ist signifikant. Um dies zu erreichen, müssen von Grund auf neue Module entwickelt werden. Denn allein durch eine Veränderung des bestehenden Designs – wie es häufig bei aktuell auf dem Markt erhältlichen Cat. 6A-Modulen zu sehen ist – wird die geforderte Dämpfungsreserve nicht erreicht. Vor allem werden mehr Kompensationselemente benötigt, um die erwähnten zusätzlichen Kopplungseffekte auszugleichen. Ein größerer Aufwand ist erforderlich, um die Adernpaare am Endpunkt voneinander zu trennen. Der Prozess des Aufschaltens bzw. Kontaktierens muss sehr präzise und garantiert fehlerfrei erfolgen, um eine konsistente Übertragung der Signale sicherzustellen.

Mehr Sicherheit mit Class EA und Cat. 6A

Heute ist ein Class EA-Channel die leistungsfähigste Verkabelung, die auf Basis der vorherrschenden RJ45-Technologie verfügbar ist. Der Class EA-Channel gewährleistet nicht nur Unterstützung für die Anwendung von 10Gbit Ethernet, sondern ist auch die Grundlage für eine möglichst lange Nutzungs- und Lebensdauer der Verkabelung sowie für eine höhere Betriebssicherheit. Aus diesen Gründen empfiehlt sich für neue Installationen zum Betrieb von Hochleistungs-Datennetzen der Einsatz von Class EA-Channels. Wenn Interoperabilität verlangt wird, ist es wichtig, sich für Cat. 6A-Komponenten zu entscheiden (Cat. 6A mit tief gestelltem A gemäß ISO/IEC). Cat. 6A-Module gemäß EIA/TIA können die höhere Performance und die strengen Vorgaben der Class EA nicht garantieren. Auch wenn die Standardisierung der Cat. 6A-Komponenten mehr Zeit benötigt, lohnt es sich, auf die zusätzliche Sicherheit und Performance zu warten, die das ISO/IEC-Konzept verspricht. Es bedeutet letztendlich weniger Kopfschmerzen für den Anwender.

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