Kábelek vizsgálata: útmutató az ICT telepítésekhez

Zsurovits István

 

Ebben a blogbejegyzésünkben különböző mérési módszereket ismertetünk meg a kábelek tesztelésével kapcsolatban - mind strukturált hálózati installációs/fali kábelek, mind általános sodrott érpáras kábelekre vonatkozóan - amelyek lehetővé teszik a kábelhibák megbízhatóbb felkutatását.

Gyakran, ha hálózati hibák vagy gyenge hálózati teljesítmény üti fel a fejét, ezeket a problémákat szoftver szinten próbálják kijavítani. De az ok rendszeresen magában a kábelezésben rejlik.
A kábelhiba azonosítására speciális mérési eljárások és mérőeszközök (vonalkeresők, hálózati kábelteszterek, (hiba)helymeghatározó eszközök) léteznek, amelyeket kifejezetten a kábelhibák elemzésére és lokalizálására fejlesztettek ki.

Mindenek előtt érdemes áttekinteni  a hálózatban általában használt kábeltípusok felépítését (pl. LAN-kábel, telefonkábel, sodrott kábel), mielőtt rátérnénk a megfelelő mérési módszerekre (folytonossági teszt, érhelyesség-vizsgálat, hibahely-meghatározás), valamint az egyes mérési módszerek sajátosságaira.

Különböző kábel típusok a kommunikációs hálózatokban

Manapság a távközlési hálózatban (ICT hálózat) a hálózat tulajdonosok szinte már csak és kizárólag sodrott kábeleket vagy száloptikai kábeleket használnak. Ezek a kábelek napjainkra gyakorlatilag teljesen leváltották a koaxiális kábeleket, amelyeket korábban is használtak. Mint már említettük, ez a blogbejegyzés réz installációkról szól, azaz a telefonkábelekről és az Ethernet kábelekről, és így végső soron magukról a sodrott rézvezetőjű kábelekről.

A sodort érpáras kábel

A sodort érpáras kábeleket Alexander Graham Bell találta fel 1881-ben.  Ezek olyan kábelek, amelyekben az egyes huzalpárokat megcsavarják az elektromágneses tulajdonságok javítása érdekében. Közvetlenül összehasonlítva egyetlen huzallal vagy egy csavart, szimmetrikus huzalpárral, a csavart érpárban kevesebb az áthallás a szomszédos huzalpárok között, kevesebb az elektromágneses interferencia, és robusztusabb (immunisabb) az elektromágneses interferenciával szemben is. A klasszikus telefonkábelek és a LAN-kábelek is ércsavarást használnak.
Az egyes huzalpárok színkóddal vannak ellátva.

Oszloponként és soronként a színek megegyezéses alapon fixnek mondhatóak. Ez azt jelenti, hogy pl. az első oszlopban egy vezeték mindig kék (lásd 1., 6., 11., 16., 21. huzalpár), az első sorban pedig egy huzal mindig fehér (lásd 1., 2., 3., 4., 5. huzalpár).

Az installációs/fali és patch kábelek, vagy általában a sodrott érpárú kábelek gyakran árnyékolással rendelkeznek az elektromágneses interferencia megszűrése érdekében. Egyetlen huzalpárnak lehet árnyékolása, de több huzalpárnak lehet közös árnyékolása is. Az ISO: IEC 11801: 2002 (E. melléklet) nemzetközi szabvány összefoglaló jelleggel meghatározza a különböző árnyékolási módszereket. Erre a célra egy egységes formátum (XX/YZZ) került bevezetésre. Ez az azonosító minden árnyékoló burkolatra rá van nyomtatva, ezért minden sodrott érpár egyedileg azonosítható. Az azonosító a következőképpen áll össze:

XX jelöli a kábel árnyékolást, amely lehet

• U (Unshielded) = árnyékolatlan
• F (Foiled) = fóliaárnyékolt
• S (Screened) = harisnyaárnyékolt
• SF (Foiled and Screened) = Fólia- és harisnyaárnyékolt

Y jelöli az árpárak árnyéákolását, amely lehet

• U (Unshielded) = árnyékolatlan
• F (Foiled) = fóliaárnyékolt
• S (Screened) = harisnyaárnyékolt

ZZ jelöli

• TP (Twisted Pair) - sodort érpáras
• QP (Quad Pair) - érnégyes szerkezetű

(Lásd a Prysmian Draka Hálózati Kábelek kínálatunkat, melyben az egyes kábelszerkezeteket szintúgy ezen kódolással jelöljük)

Kábel kategóriák

Az idő előrehaladtával az átviteli sebesség és a sávszélesség követelmények drámaian megnőttek. Míg korábban néhány kHz (kbit/s) elegendő volt egy telefonhíváshoz, a mai médiafogyasztáshoz több MHz (MBit/s) szükséges, gondoljunk csak például egy Netflix-adatfolyam fogadására. A legnagyobb processzor, a legjobb grafikus kártya vagy a leggyorsabb Internet kapcsolat sem elegendő, ha a szűk keresztmetszet maga a kábel. Manapság már nyolc kábelkategória létezik, amelyeket különböző sávszélességek kapcsán, és így végülis az átviteli sebességek kapcsán megkülönböztethetünk.

Egy fontos kitérő: minden kábelnek van csillapítása, vagyis a jel gyengül, és a jel erőssége csökken. Minél nagyobb a frekvencia, annál nagyobb a csillapítás. Ez utóbbi nem állandó és a frekvenciától függ. Azaz az 1 kHz-es jeleket kisebb mértékben gyengítik, mint az 1 GHz-es jeleket. Minél hosszabb a kábel, annál hosszabb ideig van kitéve a jel a csillapításnak, és annál alacsonyabb a kapott jelerősség.

Ha például az 1 kHz-es csillapítás 0,1 dB/méter, és a vonal erőssége a vonal elején 10 dB, ez azt jelenti, hogy a jel 1 méter után 9,9 dB, 10 méter után 9,0 dB és 0,0 dB 100 méter után. Ha a csillapítás 1 dB/méter lenne 1 GHz-en, akkor 10 m után 10 dB-rel csillapítaná a jelet. Ezért a kábel kategóriája mellett (Cat.1 - Cat.8) a kábel hosszát is figyelembe kell venni. Alapvetően a következő igaz: Minél nagyobb a frekvencia, annál rövidebb az átviteli távolság.

Az optikai kábelek nagy távolságok áthidalására alkalmasak, mivel gyakorlatilag csillapításmentesek. Az üvegszálas infrastruktúra azonban lényegesen drágább, mint a rézkábeleken alapuló infrastruktúra. Ezen túl a legtöbbször LAN-kábelekkel is áthidalhatóak a távolságok, amelyek általában teljesen elegendőnek bizonyulnak egy épületen belüli telepítéshez.

A három legfontosabb hálózati kábel tesztelési módszer

A hibátlan kábelezés minden nagy teljesítményű hálózatnak az alapja. Még a legjobb Cat.8 LAN-kábel is használhatatlan, ha a kábelezési infrastruktúra telepítése során (például a patch panelen vagy az emeleti elosztóban) már technikai hibákat követtek el, vagy ha maga a kábel hibás (pl. az RJ45 csatlakozó dugónál).
Ezért most bemutatjuk a sodrott kábelek tesztelésének három legfontosabb mérési módszerét.

Mindenek előtt a mérésekkor ellenőrizze a kábel kategóriáját, hogy megbizonyosodjon arról, hogy a telepített kábelek megfelelnek-e a megfelelő sávszélességnek. Ezt követően a kábel hosszát is figyelembe kell venni. Ha mindkettő az előírásoknak megfelelő, de a hálózat mégsem az elvárt módon működik, akkor a hiba forrásának elkülönítéséhez és kijavításához a következőkben részletezett mérési módszereket érdemes alkalmazni:

Nyomvonal kereső a folytonossági teszthez

A nyomvonali teszterek (vagy érpárkeresők) olyan készülékek, amelyek az olcsó és a magasabb árú szegmensben egyaránt megtalálhatók. Mint mindig, ezúttal is érvényes a szabály: „Annyit kapsz, amennyit megfizetsz”. Ebből adódóan a legolcsóbb vonali detektorok nem rendelkeznek sem kifinomult használati funkciókkal, sem beépített eszközvédelemmel, például túlfeszültség elleni védelemmel. Ha a vizsgált végpontok között elektromos kapcsolat van, az érpárkeresők sípolással jeleznek. Használhatja őket rövidzárlat felderítésére, a kábeltelepítés megfelelő kábelezésének ellenőrzésére vagy egy meglévő kábelszerelés hibáinak felderítésére is.

Folytonossági tesztet számos, a kereskedelemben kapható multiméterrel is végezhet, mivel csak azt ellenőrzi, hogy van-e elektromos kapcsolat az A és B pont között.



Ennek a módszernek azonban két döntő hátránya van:

1. A kábelt a végénél rövidre kell zárni, vagyis dupla munkát kell végezni.
2. Nincs keresési jel, ezért a patch panelen rövidzárlatra kerülő vezetékpár azonosítása nehézkes és időigényes, mivel egy kiépített linkben egynél több kábel- vagy vezetékpár található. Továbbá gyakran nem teljesen világos, hogy melyik kábel melyik aljzathoz van csatlakoztatva.

Ezen okok miatt javasoljuk inkább vonalas nyomjelzők használatát. A vonaljelző egy adóból és egy vevőből áll. Az adó, más néven hanggenerátor, egy kábelhez van rögzítve. Vannak speciális távjelzők a távközlési szektor számára, amelyek már a szokásosan használt interfészekkel érkeznek (RJ11, RJ45), így közvetlenül a megfelelő aljzathoz csatlakoztathatók. Ennek eredményeként a professzionális kábelkeresők megspórolják a dugók fáradságos eltávolítását vagy újbóli felkrimpelését

A jeladó egy akusztikus keresési jelet táplál az elektromos vezetékpárba. A vevőegység megkapja a keresési jelet és akusztikusan kibocsátja. Ez lehetővé teszi a kábel nyomon követését még a vakolat alatt is. Használhatja ezt a módszert a rövidzárlat azonosítására is, mivel a keresési jel csak a rövidzárlat pontján szűnik meg. Ezért a vevő csak addig a pontig képes felderíteni egy keresési jelet.

Ha nincs rövidzárlat a vevővel, akkor pontosan meghatározhatja a vezeték nyitott végén található keresési jelet hordozó vezetékeket. Ez lehetővé teszi a vezetékezési hibák azonosítását még egy többeres kábelben is. A legjobb nyomvonal követők - különösen a LAN-kábelek esetében -, tartalmaznak egy úgynevezett link-blink funkciót. Ha egy ilyen adó csatlakozik egy patch kábelhez, akkor a patch panelen található megfelelő RJ45 aljzat villog, így gyorsan és könnyen látható, hogy a patch panel melyik aljzatához van csatlakoztatva a kábel.

Tehát a vonali nyomkövetők a kényelem és a sebesség tekintetében egyértelműen jobbak.

Érhelyesség vizsgáló hálózati teszterek és hálózati kábel vizsgálók

A hálózati teszterek és hálózati kábel vizsgálók egy másik speciális termékkategória, és tökéletesen kiegészítik a vonali nyomjelzőt, mivel képesek automatikusan észlelni a vezetékek hibáit anélkül, hogy rövidzárlatot kellene létrehozniuk a vonal túlsó végén. Ebben a kategóriában is nagyon széles a termékválaszték: az egyszerű gyorsteszterektől a kifinomultabb kábel vizsgálókig mindenki megtalálhatja az igényeinek leginkább megfelelő eszközöket.

A wiremap grafikusan ábrázolja a kábeleket és azok vezetékeit. Wiremap létrehozásához külön egységre (remote) van szükség a távolvégen. Csatlakoztassa az RJ45 kábel egyik végét a fő egységhez, a másik végét pedig a remote egységhez (vagy a remote egységet a megfelelő patch panelhez). A fő egység tesztjeleket küld az összes vezetékpáron, amelyeket a távvezérlő segítségével vezetékes térképpé állítanak össze, bemutatva a kábel bekötését.

Az összes kábelhiba 95%-a a kábel elején vagy végén található, vagyis ahol a kábelek csatlakoznak az aljzatokhoz és a dugókhoz. A kábel közepén fellépő kábelhibák ritkák. Ezért az integrált TDR-funkció nem feltétlenül elengedhetetlen, mert a legtöbb esetben a kábel végpontjain könnyű korrigálni ezeket a hibákat. Az integrált TDR azonban sokkal könnyebbé teszi a munkát, ha például a hiba oka a kábel közepén lévő hajlítás vagy repedés.

Hibahely meghatározás TDR (Időtartomány-reflektométer) segítségével

A Time Domain Reflectometry (TDR) egy módszer a kábelhibák egyszerű azonosítására és lokalizálására. A mérőeszköz impulzusjelet bocsát ki, amely teljesen, vagy részben visszaverődik, amikor a kábel impedanciája megváltozik. Gyakorlatilag ugyanúgy működik, mint egy radar. Az elektromágneses hullám (impulzus) mozog a levegőn (a kábelen) és visszaverődik, amikor elüt egy tárgyat, pl. repülőgép (impedancia változás, pl. rövidzárlat). Emiatt is sok helyen a TDR-t kábelradarnak is nevezik. A hibától függően különböző reflexiós minták lépnek fel, amelyek lehetővé teszik a felhasználó számára a hiba azonosítását:

A hiba típusa mellett egy TDR megmutatja a hibahely távolságát is, pl. 1000 m vagy 15 km. Felhívjuk figyelmét, hogy a kábel és a vezeték hossza eltérhet, például ha a vezetékek meg vannak csavarva. A csavarodás miatt a huzaloknak nagyobb távolságot kell megtenniük, mintha egyenesen lennének elhelyezve. Ezért a kábel vezetékei hosszabbak, mint a kábel nyomvonala. Összehasonlításképpen el lehet képzelni az emberi emésztőrendszert, amely 5,5 m és 7,5 m közötti, még akkor is, ha maga az ember csak 1,8 m magas.

Irányelvként a 3%-os eltérés jó becslésnek bizonyulhat, vagyis ha az elektromos hossz 103 m, akkor a kábel hossza körülbelül 100 m. Ez azonban a kábel típusától vagy pontosabban a csavarási tényezőtől függ.

A különbség az Igazolás, a Minősítés és a Tanúsítás között.

Kábeleket különböző részletességgel és eredmény-vizualizációval tesztelhet. Alapvetően különbséget kell tenni a Tanúsítás, a Minősítés és az Igazolás között. Messze a legelterjedtebb alkalmazás a kábeltelepítések ellenőrzésére az Igazolás, vagyis a kábel telepítésének működésének megerősítése. Az Igazolás szubjektív kritériumokon alapszik, pl. „Tud-e hívást kezdeményezni a VoIP-kapcsolaton keresztül” vagy „az IPTV-kép hibátlan”. A következő szakasz az úgynevezett Minősítés, amely objektív kritériumok alapján bizonyítja a kábelszerelés működését, pl. egy terheléses teszt elvégzésével egy hálózati teszterrel, a csomagveszteségek rögzítésével és egy mérési protokoll létrehozásával a telepítő cég által, amelyet szintén gyakran átad az ügyfélnek. A kábelek tesztelésének legigényesebb szintje a Tanúsítás. Ezt valójában csak a kábelgyártók végzik, akiknek igazolniuk kell, és így garantálniuk kell, hogy a Cat 8 kábel is a szabványban meghatározott korlátokon belül van, például a kapacitás szempontjából.

Összefoglalás

Az ICT telepítések tesztelése bonyolult ügy, de hasznunkra válhatnak alapvető ismeretek az alkalmazott hálózati kábelekről (sodrott kábelek) és azok kategóriájáról (Cat.5e-Cat.8). Megfelelő mérési módszerekkel (folytonossági teszt, wiremap, TDR) és a megfelelő eszközökkel (nyomvonal-követő, hálózati tesztelő, TDR-eszköz) azonban ezt gyorsan és pontosan megteheti. Fontos azt is előre megvizsgálni, hogy az Igazolás vagy a Minősítés elegendő-e egy hálózat számára. A gyakorlatban a Tanúsításra csak nagyon ritkán van szükség.