Cable Sharing – eine einzigartige, innovative Anwendung der Kategorie 7A
Nach langen Debatten hat das TR-42.7 Copper Cabling Subcommittee der Telecommunications Industry Association (TIA) die „Kategorie 8“ als Nomenklatur für ihr symmetrisches Twisted-Pair-Verkabelungssystem der nächsten Generation angenommen, das 40 Gigabit pro Sekunde (Gb/s) über einen Kanal mit zwei Anschlüssen bis zu einer Länge von mindestens 30 Metern (m) unterstützt. Die Tatsache, dass die TIA nacheinander von der Kategorie 6A auf die Kategorie 8 übergeht, könnte in der Branche für Verwirrung sorgen, und einige fragen sich vielleicht: „Was ist mit der Kategorie 7?“
IT-Manager und Endbenutzer können sich darauf verlassen, dass es tatsächlich eine auf Standards basierende Kategorie 7 und Kategorie 7A gibt. Darüber hinaus bietet die Kategorie 7/7A den Vorteil der störungsfreien gemeinsamen Nutzung von Kabeln, d. h. der Ausführung von mehr als einer Anwendung über verschiedene Paare eines Twisted-Pair-Kupferkanals, um Kosten zu senken, die Kabelverwaltung zu vereinfachen und Anwendungen auf einen einzigen Medientyp zu konvergieren.
Ein auf Standards basierendes Konzept
Die Kategorie 7A ist die höchste Stufe der Twisted-Pair-Kupferverkabelung, für die es einen veröffentlichten Leistungsstandard gibt. Sie ist eine beliebte Wahl für den europäischen Markt und hat in den USA und anderen Regionen wie Lateinamerika stark an Bedeutung gewonnen. Die 2010 von der Internationalen Organisation für Normung (ISO) unter Änderung 2 der ISO/IEC, 11801, 2. Ausgabe, ratifizierte Kategorie 7A (Klasse FA) ist ein vollständig geschirmtes System, das sich durch eine Bandbreite von bis zu 1000 Megahertz (MHz) auszeichnet. Ihr ging die Kategorie 7 (Klasse F) voraus, die 2002 von ISO/IEC ratifiziert wurde und eine Bandbreite von bis zu 600 MHz aufweist. In diesem Artikel beziehen wir uns auf die Kategorie 7A, da es sich um die neueste Kategorie-7-Norm handelt.
ISO/IEC spezifiziert zwei Steckverbinderoptionen für die Kategorie 7A – einen RJ-Steckverbinder gemäß IEC 60603-7-7 und einen Nicht-RJ-Steckverbinder gemäß IEC 61073-3-104. Der RJ-Steckverbinder verfügt über interne Stromkreise der Kategorien 6A und 7A. Der Stromkreis der Kategorie 6A ist rückwärtskompatibel, da er die modulare RJ-Steckerschnittstelle mit 8 Positionen und 8 Kontakten (8p8c) akzeptiert, die in Kabeln der Kategorie 6A und niedrigeren Kategorien verwendet wird. Der Stromkreis der Kategorie 7A wird durch Einstecken eines speziellen, nicht RJ-artigen Steckers aktiviert, der in die Kontakte in den vier äußeren Ecken der Buchse eingreift (siehe Abbildung 1).
Der Nicht-RJ-Stecker verfügt über ein isoliertes Quadrantenkontaktdesign (siehe Abbildung 2). Er passt in eine standardmäßige modulare RJ-45-Buchsenöffnung und ist über Hybrid-Patchkabel rückwärtskompatibel mit Kabeln der Kategorie 6A und niedrigeren Kategorien. Das Non-RJ-Design bietet eine standardisierte Schnittstelle, die innovative Möglichkeiten zur gemeinsamen Nutzung von Kabeln bietet.
Bei der gemeinsamen Nutzung von Kabeln wird mehr als eine Anwendung über verschiedene Paare eines Twisted-Pair-Kupferkabels betrieben. Gängige Beispiele für die gemeinsame Nutzung von Kabeln sind der Betrieb von zwölf 10-MBit/s-Kanälen über ein 25-poliges Kabel oder die Verwendung von Y-Adaptern (Splittern) zur Aufteilung von Paaren, um separate Sprach- und Faxleitungen über ein einziges Kabel zu schaffen.
Obwohl die Praxis der gemeinsamen Nutzung von Kabeln von Telekommunikationsfachleuten seit mehr als zwei Jahrzehnten akzeptiert wird und bereits 1991 in den TIA- und ISO-Normen anerkannt wurde, gewann die gemeinsame Nutzung von Kabeln erst mit der Einführung vollständig geschirmter Verkabelungssysteme wie Kategorie 7A an Popularität. Dies liegt daran, dass das Ausmaß der internen Nebensprechkopplung (sowohl am nahen als auch am fernen Ende) in ungeschirmten Twisted-Pair-Verkabelungssystemen (UTP) es für die Benutzer schwierig macht, vorherzusagen, ob mehrere Anwendungen in einem Kabel koexistieren können. Die Normen weisen darauf hin, dass bei der Entscheidung darüber, welche Anwendungen ein UTP-Kabel gemeinsam nutzen können, berücksichtigt werden sollte, dass das Übersprechen von Anwendungen, die in ähnlichen Frequenzbändern betrieben werden, sich möglicherweise gegenseitig stören kann. Andererseits garantiert eine vollständig geschirmte Verkabelung der Kategorie 7A eine ausreichende Rauschisolierung zwischen den Paaren, um mehrere Anwendungen oder das mehrfache Auftreten einer Anwendung über einen vierpaarigen Kanal zu unterstützen.
Einige Normen, wie z. B. ISO/IEC 15018, empfehlen ausdrücklich, dass die gemeinsame Nutzung von Kabeln in Betracht gezogen werden sollte, wenn der Platz im Pfad begrenzt ist, und bezeichnen die Nicht-RJ-Schnittstelle der Kategorie 7A (IEC 61073-3-104) als den bevorzugten Steckertyp für diese Anwendung. Die Schnittstelle verfügt über ein isoliertes Quadranten-Design, das einen einfachen Zugang zu einem oder zwei Paaren eines Kanals ermöglicht, um die gemeinsame Nutzung von Kabeln besser zu ermöglichen (siehe Abbildung 3).
Teilen und Gleiches teilen
Bei Verwendung des IEC 61076-3-104-Steckers der Kategorie 7A, der nicht als RJ-Stecker ausgeführt ist, können bis zu vier Anwendungen über ein einziges Kabel gemeinsam genutzt werden. Diese Fähigkeit wird durch die Kabel- und Steckerkonstruktion in einzigartiger Weise ermöglicht. Wie bei jeder Verkabelung der Kategorie 7A werden alle vier abgeschirmten Paare an eine einzige Steckdose angeschlossen. Die Steckdose kann jedoch nicht nur ein 4-paariges Kabel aufnehmen, sondern auch vier 1-paarige Kabel, zwei 2-paarige Kabel oder eine Kombination aus beidem – ohne dass Splitter oder Adapter erforderlich sind. Diese Flexibilität ermöglicht die Zusammenführung verschiedener Anwendungen über ein einziges Kabel, wodurch der Verkabelungsaufwand und der erforderliche Platzbedarf für mehrere Verlegungen mit minderwertigen Kabeln verringert werden.
Modulare Kabel, die die gemeinsame Nutzung von Kabeln unterstützen, werden an einem Ende entweder mit einem 1-, 2- oder 4-paarigen Nicht-RJ-Stecker abgeschlossen, der in einen, zwei oder alle vier Quadranten des IEC 61076-3-104 Steckers der Kategorie 7A passt. Das andere Ende des modularen Kabels ist mit einem entsprechend verdrahteten Schnittstellenstecker verbunden, z. B. einem RJ-11-Stecker für Sprache oder einem RJ-45-Stecker für Ethernet (siehe Abbildung 4). Kabel mit integrierten Baluns oder modularen Anschlüssen an
F-Typ-Balun-Adapter können für 1-paarige Videoanwendungen wie Kabelfernsehen (CATV) verwendet werden. Aufgrund ihrer erweiterten Frequenzcharakteristik ist die Klasse FA die geeignete Verkabelungsqualität zur Unterstützung aller Kanäle des digitalen CATV (bis ca. 700 MHz). Wie bei koaxialen Implementierungen kann je nach der Stärke des eingehenden Signals, der Länge der Verkabelung und dem höchsten und niedrigsten Kanal, der verteilt wird, eine Verstärkung erforderlich sein, um einige CATV-Implementierungen über Twisted-Pair-Verkabelung zu unterstützen. BNC-Balun-Adapter sind ebenfalls erhältlich, um CCTV-Anwendungen (Closed-Circuit-TV) zu ermöglichen.
Während die meisten kommerziellen Umgebungen gemäß Industriestandards mindestens zwei Steckdosen pro Arbeitsbereich vorsehen, gibt es einige Umgebungen, die mehr als zwei Anwendungen pro Arbeitsbereich unterstützen müssen. In Einrichtungen des Gesundheitswesens sind beispielsweise in einigen Aufwachräumen für Patienten mehr als 15 Anwendungen an einem einzigen Arbeitsplatz erforderlich. Viele dieser hochdichten Arbeitsbereiche müssen nur Anwendungen mit geringer Geschwindigkeit unterstützen. Mit den Kabel-Sharing-Fähigkeiten der Kategorie 7A und dem IEC 61076-3-104 Non-RJstyle-Stecker kann eine einzige Steckdose mehrere 1- und 2-paarige Anwendungen mit geringer Geschwindigkeit oder eine 4-paarige Hochgeschwindigkeits-Datenanwendung wie 1000 Mb/s (1000BASE-T) oder 10 Gb/s Ethernet (10GBASE-T) unterstützen.
Ein Arbeitsbereich mit zwei Ausgängen, der zwei Nicht-RJ-Steckverbinder der Kategorie 7A verwendet, kann mehr Anwendungen unterstützen als ein typischer Arbeitsbereich mit zwei Ausgängen, der von Kabeln einer niedrigeren Kategorie unterstützt wird, und das auf eine weniger verschwenderische Weise. Insbesondere entfallen die ungenutzten Paare, die vorhanden wären, wenn ein 4-Paar-Kanal einer Anwendung gewidmet wäre, die über nur ein, zwei oder drei Paare übertragen wird, wodurch die Anzahl der erforderlichen Kabel erheblich verringert wird und somit die Kosten für die Verlegung und die Komplexität der Kabelverwaltung reduziert werden. Tabelle 1 zeigt einige typische 1- und 2-paarige Anwendungen, die mit Cable Sharing problemlos unterstützt werden können.
Die Implementierungsverfahren für die gemeinsame Nutzung von Kabeln sind äußerst flexibel und unterstützen eine Vielzahl von Konfigurationen. Nehmen wir zum Beispiel ein Call Center, in dem vier Agenten in einer Arbeitsgruppe angeordnet sind und jeder ein analoges Telefon und eine Internetverbindung benötigt. Die Steckdose im Arbeitsbereich für diese Gruppe könnte einen Nicht-RJ-Stecker der Kategorie 7A enthalten, um vier analoge Telefone mit je einem Paar zu unterstützen, und vier zusätzliche Steckdosen für Hochgeschwindigkeitsdaten. Mit anderen Worten: Fünf Steckdosen im Arbeitsbereich könnten alle vier Agenten versorgen, statt acht einzelne Steckdosen. In diesem Szenario kann ein Call Center in der Regel Materialkosten von mehr als 10 Prozent einsparen und die Gesamtzahl der Steckdosen um 39 Prozent reduzieren.
Bei der Entwicklung von Lösungen für die gemeinsame Nutzung von Kabeln ist es von entscheidender Bedeutung, die Art der zu unterstützenden Anwendungen zu planen und die Lebenszyklen der Geräte zu kennen. Es muss sichergestellt werden, dass die Verkabelungsinfrastruktur zukünftige Anwendungen und Upgrades unterstützen kann. Daher wird für alle Cable-Sharing-Lösungen empfohlen, mindestens einen dedizierten Ausgang für Daten und einen Ausgang für andere 1- und 2-paarige Niedriggeschwindigkeitsanwendungen vorzusehen. Dies erleichtert die Migration zu Hochgeschwindigkeitsdatenanwendungen, die alle vier Paare für die Übertragung benötigen.
Gemeinsame Nutzung von Kabeln für die Arbeit
Die im nördlichen Zentrum von South Carolina gelegene Stadt Rock Hill ist eine wachsende Gemeinde mit 67.000 Einwohnern, die mehr als 36 Quadratmeilen umfasst. Die Stadt ist eine geschäftsorientierte Mischung aus historischem Charme und verantwortungsvoll durchgeführter Expansion und ist die einzige Großstadt in South Carolina im Großraum Charlotte. Als das städtische Versorgungsunternehmen Rock Hill Utilities Department beschloss, einen neuen Campus mit drei Gebäuden zu errichten, in dem Verwaltungsbüros, eine Werkstatt und ein Lager untergebracht werden sollten, benötigte man ein vielseitiges Netzwerk, das alles unterstützt – von Video, Voice over Internet Protocol (VoIP) und analoger Telefonie bis hin zu CATV, Videoüberwachung, IP-Funk und Daten.
„Normalerweise haben wir an jedem Arbeitsplatz vier Steckdosen, um eine Vielzahl von Anwendungen zu unterstützen, einschließlich einer Koaxialsteckdose für Video. Wir müssen das Wetter und andere wichtige Notfallinformationen über CATV verfolgen und gleichzeitig Video für Schulungen und digitale Beschilderung unterstützen“, sagte Brenda Roof von der Abteilung für Informationstechnologie (ITS) der Stadt. „Wir hatten zwar ein System der Kategorie 6A eingeplant, aber als ich das Konzept der gemeinsamen Nutzung von Kabeln der Kategorie 7A mit dem Nicht-RJ-Stecker entdeckte, erschien es mir äußerst vielseitig.“
Nach einer gründlichen Recherche über Kategorie 7A und Cable Sharing, einschließlich eines Treffens mit technischen Experten, konnte Roof ihre Vorgesetzten davon überzeugen, dass diese Lösung ideal für ihre Bedürfnisse war. „Es war keine leichte Entscheidung“, sagt sie. „Als wir zum ersten Mal ein Angebot einholten, war ich die Außenseiterin. Die meisten Verkabelungsunternehmen drängten uns in Richtung Kategorie 6A.“ Roof ließ sich nicht beirren und fand schließlich einen Hersteller, der ihre Entscheidung für Kategorie 7A und Cable Sharing unterstützte und vor Ort Schulungen und Zertifizierungen für die Installateure und die ITS- und Versorgungsmitarbeiter der Stadt durchführte.
Durch den Einsatz von Steckverbindern der Kategorie 7A, die nicht dem RJ-Typ entsprechen, und durch die Einführung von Cable Sharing konnte das Rock Hill Utilities Department den Verkabelungsaufwand, die Anzahl der Steckdosen und den Arbeitsaufwand erheblich reduzieren. Durch die Verwendung von Hybridkabeln mit F-Steckern und integriertem Balun konnte auch auf Koaxialkabel verzichtet werden, um CATV-, Überwachungs- und andere Videoanwendungen auf Strecken von weniger als 175 Fuß zu unterstützen. „Anstatt vier Steckdosen an jedem Arbeitsplatz zu haben, konnten wir uns auf zwei beschränken“, sagt Larry Williams von der ITS-Abteilung der Stadt. „Für die meisten unserer Benutzer bietet eine Steckdose zwei Paare für eine 10/100BASE-T-Verbindung zum Computer und zwei Paare für ein VoIP-Telefon. Wir haben dann die zusätzlichen vier Paare in der zweiten Steckdose, um eine Vielzahl anderer Geräte wie Drucker, analoge Telefone und Faxgeräte zu unterstützen oder um auf eine vierpaarige 1000BASE-T-Verbindung zu migrieren.“
Für CATV- und andere Videoanwendungen kann das Rock Hill Utilities Department bis zu vier Fernsehgeräte über eine einzige Steckdose versorgen. „Durch den Wegfall der zusätzlichen Steckdosen und eines Großteils der Koaxialverkabelung für Video konnten wir die Arbeitskosten um die Hälfte senken“, sagt Roof. „Mit den Steckdosen der Kategorie 7A brauchen wir uns auch keine Sorgen mehr zu machen, wenn wir Leute umplatzieren müssen. Es ist so einfach wie die Verwendung verschiedener Patchkabel. Mit den maßgeschneiderten Kabeln konnten sie sogar ihr bestehendes digitales Telefonsystem unterstützen, das ein Crossover-Kabel erforderte
Das Rock Hill Utilities Department installierte schließlich 480 Steckdosen der Kategorie 7A im Verwaltungsgebäude, 203 in der Werkstatt und 42 im Lager. „Das System ist jetzt in Betrieb, und wenn ich die Möglichkeit hätte, es noch einmal zu machen, würde ich dasselbe System wählen und Kabel gemeinsam nutzen“, sagt Roof.
Noch mehr zu teilen
Die Kategorie 7A bietet neben der Möglichkeit der gemeinsamen Nutzung von Kabeln weitere Vorteile. Aufgrund seiner vollständig geschirmten Konstruktion bietet das Kabel der Kategorie 7A eine höhere Leistung als ungeschirmte Twisted-Pair-Kabel (UTP) niedrigerer Kategorien. Bei höheren Frequenzen wird durch die Verwendung einzeln geschirmter Paare das interne Übersprechen zwischen den Paaren und das externe Übersprechen von Kabel zu Kabel praktisch eliminiert, und zwar sowohl entlang der Kabelstrecke als auch zwischen den Steckern am Arbeitsplatz und im Telekommunikationsschrank. Es ist daher in der Lage, 10 Gb/s-Anwendungen ohne zusätzliche Schutzmaßnahmen zu unterstützen, wie sie bei der Verwendung von UTP-Verkabelung häufig erforderlich sind.
Der äußere Gesamtgeflechtschirm des Kabels sorgt für zusätzliche Festigkeit und einen niederohmigen Pfad zur Erde. Die äußere Abschirmung nimmt niederfrequentes Rauschen von externen Quellen auf und leitet es effektiv an die Erde weiter. Dadurch wird eine überragende Widerstandsfähigkeit gegen elektromagnetische Interferenzen und Hochfrequenzstörungen (EMI/RFI) erreicht, die in einer Vielzahl von Umgebungen wie im Gesundheitswesen und in Industrieanlagen auftreten.
Während die Kategorie 8 vielleicht schon in Sicht ist, ist die Kategorie 7A ein bestehendes, auf Normen basierendes System, das die Vorteile der gemeinsamen Nutzung von Kabeln, eine höhere Bandbreitenkapazität und EMI/RFI-Immunität über 100 Meter bietet. Bis 1000 MHz entsprechen die für die Kategorie 8 vorgeschlagenen Leistungsgrenzen derzeit nicht den für die Kategorie 7A festgelegten. ISO/IEC blickt bereits auf die Zukunft der vollgeschirmten Verkabelung. Die kurz vor der Fertigstellung stehende IEC 61076-3-104, 3. Ausgabe, wird die Leistung des IEC 61073-3-104 Steckverbinders der Kategorie 7A, der nicht als RJ-Stecker ausgeführt ist, auf 2 GHz erweitern – dieselbe Frequenz, die vorläufig für Kategorie 8 vorgeschlagen wird.
Bis die Signalverarbeitungsfähigkeiten einer 40-Gb/s-Ethernet-Anwendung (40GBASE-T) abgeschlossen sind und fortschrittlichere und repräsentative Real-Life-Analysen durchgeführt werden können, ist es noch zu früh, um die Unterstützungsdistanz von 40GBASE-T-Anwendungen für jedes Medium zu garantieren. Es sieht jedoch so aus, als ob ein vollständig geschirmtes System mit dem nicht-RJstyle-Stecker und seinem einzigartigen isolierten Quadranten-Design letztendlich eine gewisse Unterstützung für die nächste Generation von 40 Gb/s bieten wird, während es die innovative Möglichkeit der gemeinsamen Nutzung von Kabeln bietet. Die auf Standards basierende Kategorie 7A ist heute da und wird bleiben.
