Az épületek gerincén jellemzően optika fut, a végpontokig viszont szinte mindenhol rézkábel visz: a munkaállomásokhoz, az IP-telefonokhoz, a vezeték nélküli hozzáférési pontokhoz, a kamerákhoz és a beléptetőolvasókhoz. Ezek közül sok eszköz a hálózati kábelen kapja a tápellátását is. Ez a PoE (Power over Ethernet).
Egy hozzáférési pont vagy kamera cseréjénél ritkán gondol bárki a falban futó kábelre, pedig az újabb eszköz gyakran gyorsabb portot és több tápot kér, mint az elődje. Hogy a meglévő kábel ezt elbírja-e, azon múlik, milyen kategóriájú, milyen hosszú, hogyan szerelték, és mekkora PoE-keret áll mögötte a kapcsolón.
Kábelkategóriák és sebességek
A csavart érpáras kábelezésnek két, egymással párhuzamos jelölésrendszere van. Az amerikai ANSI/TIA-568.2-D (2018) kategóriákat (Category, röviden Cat) határoz meg, és ezek az egyes alkatrészekre vonatkoznak: a kábelre, a csatlakozóra, a szerelőkábelre. A nemzetközi ISO/IEC 11801-1:2017 osztályokba (Class) sorolja a teljes átviteli utat, a csatornát. Egy Cat6A minőségű kábelből és csatlakozókból helyesen szerelt csatorna Class EA osztályú lesz. A gyakorlatban mindkét jelölést használják, a szerződésben és a mérési jegyzőkönyvben viszont érdemes egyértelműen rögzíteni, melyik szabvány melyik határértékéhez mérnek.
A kategória azt adja meg, milyen frekvenciatartományig garantáltak a kábel átviteli jellemzői. Az Ethernet-szabványok ebből következően azt írják elő, hogy egy adott sebesség milyen kategórián és mekkora távolságon működik.
| Kategória | ISO-osztály | Frekvencia | Jellemző Ethernet-sebesség |
|---|---|---|---|
| Cat5e | D | 100 MHz | 1 Gbit/s és 2,5 Gbit/s 100 méterig |
| Cat6 | E | 250 MHz | 5 Gbit/s 100 méterig, 10 Gbit/s legfeljebb 55 méterig |
| Cat6A | EA | 500 MHz | 10 Gbit/s 100 méterig |
| Cat7, Cat7A (csak ISO) | F, FA | 600, illetve 1000 MHz | 10 Gbit/s 100 méterig |
| Cat8 | I | 2000 MHz | 25 és 40 Gbit/s legfeljebb 30 méterig |
A sebességek forrásai az IEEE 802.3 szabványcsalád egyes részei. A gigabites 1000BASE-T (IEEE 802.3ab, 1999) mind a négy érpárat használja, a régebbi 10 és 100 Mbit/s-os Ethernet csak kettőt. A 10GBASE-T (IEEE 802.3an, 2006) Cat6 kábelen azért csak rövidebb távon működik, mert a szomszédos kábelek közötti áthallás, az idegen áthallás (alien crosstalk) ezen a frekvencián már zavarja a jelet. A 2,5 és az 5 Gbit/s-os sebesség (IEEE 802.3bz, 2016) kifejezetten a meglévő Cat5e és Cat6 kábelezés jobb kihasználására született, főleg a gigabitnél gyorsabb hozzáférési pontok bekötéséhez. A Cat8 az adatközponti, szerver és kapcsoló közötti, néhány méteres kapcsolatokra készült (IEEE 802.3bq, 2016), irodai vízszintes kábelezésre nem. A TIA Cat8 kategóriája az ISO Class I osztályának felel meg, amely RJ45-tel kompatibilis csatlakozót használ. A Class II csak az ISO rendszerében létezik, és nem RJ45 csatlakozójú alkatrészeket igényel.
A Cat7 és a Cat7A csak az ISO rendszerében létezik. Teljes sávszélességüket a szabványos RJ45-től eltérő csatlakozókkal érik el, RJ45 végződtetéssel a csatorna a gyakorlatban EA osztályú marad. Új vízszintes kábelezésnél ezért a választás többnyire a Cat6 és a Cat6A között dől el. Hogy melyik kell, azt az határozza meg, milyen sebességet és mekkora PoE-terhelést kell a kábelnek a teljes élettartama alatt kiszolgálnia.
Csavart érpár a gyakorlatban: távolság, árnyékolás, rendezőszekrény
A 100 méteres csatorna
Az ISO/IEC 11801-1 és az ANSI/TIA-568.2-D ugyanazzal a modellel számol: a csatorna legfeljebb 100 méter, ebből legfeljebb 90 méter az állandó link (permanent link), vagyis a falban, kábeltálcán futó szakasz a rendezőszekrény patchpaneljétől a fali csatlakozóaljzatig, a két végen használt szerelőkábelek pedig együtt legfeljebb 10 métert tehetnek ki. A Cat5e-től a Cat6A-ig, vagyis a D–EA osztályban a határ minden kategóriára ugyanaz: a jobb kategória gyorsabb átvitelt ad, hosszabbat nem. A PoE sem változtat rajta. A Cat8 ennél rövidebb, legfeljebb 30 méteres csatornára készült.
Ha a csatorna hosszabb, a kapcsolat sokszor mégis felépül, csak instabil: a portok kisebb sebességre egyeztetnek, a hibás keretek száma nő, a hiba pedig terheléstől és hőmérséklettől függően hol előjön, hol nem. Az ilyen szakaszt egy közbeiktatott kapcsolóval vagy optikával kell megtörni.
A szabvány a vízszintes kábelhez tömör rézvezetőt ír elő, a szerelőkábel viszont sodrott erű, mert annak hajlékonynak kell lennie. A sodrott ér csillapítása nagyobb, ezért a szabvány a szerelőkábelek hosszát korlátozza. A rézbevonatú alumínium erű (CCA) kábel olcsóbb, de nagyobb az ellenállása, törékenyebb, és nem felel meg a kategóriakövetelményeknek. PoE-terhelésnél ez a különbség hő formájában jelentkezik.
Árnyékolás
Az ISO/IEC 11801-1 jelölése két részből áll: a perjel előtti betű a teljes kábel árnyékolását, az utána következő az egyes érpárakét írja le. U = árnyékolatlan, F = fóliaárnyékolás, S = fonott árnyékolás, TP = csavart érpár.
- U/UTP: sem a kábel, sem az érpárak nincsenek árnyékolva. Irodai környezetben elterjedt, könnyebb szerelni.
- F/UTP: egy közös fóliaárnyékolás a négy érpár körül.
- U/FTP: érpáronkénti fóliaárnyékolás, közös árnyékolás nélkül.
- S/FTP: érpáronkénti fólia és közös fonott árnyékolás.
Az árnyékolás a külső zavarok és az idegen áthallás ellen véd, ami frekvenciaváltók, motorok, hegesztőgépek közelében, vagyis üzemcsarnokban számít igazán. Akkor működik, ha a láncban végig folytonos: árnyékolt kábel, árnyékolt csatlakozó, árnyékolt patchpanel, és a rendezőszekrény be van kötve az épület egyenpotenciálra hozó hálózatába (EN 50310). Egy árnyékolt kábel árnyékolatlan aljzattal vagy földeletlen szekrénnyel a várt védelmet nem adja. Árnyékolt és árnyékolatlan rendszernél egyaránt be kell tartani az erősáramú vezetékektől mért elválasztási távolságot, ennek tervezési szabályait az EN 50174-2 adja meg.
A rendezőszekrény
A gondosan kiválasztott kábel minőségén is sokat ronthat a végződtetés. Az ANSI/TIA-568.2-D szerint az érpárak sodrását a csatlakozási ponttól legfeljebb 13 milliméterre szabad kibontani, mert a kibontott szakaszon nő az áthallás. A kábelt nem szabad a gyártó által megadott hajlítási sugárnál élesebben hajlítani, és a szorosra húzott műanyag kötegelő is deformálja a kábel keresztmetszetét. Tépőzáras kötöző és vízszintes kábelrendező a szekrényben a későbbi munkát is megkönnyíti: egy rendezett szekrényben egy port átkötése percek alatt megvan, egy összegabalyodott kötegben akár más kapcsolatokat is megbonthat.
PoE-szabványok: 802.3af, 802.3at és 802.3bt
A PoE két szereplője a tápforrás (PSE, power sourcing equipment) és a táplált eszköz (PD, powered device). A tápforrás többnyire maga a kapcsoló (végponti tápforrás), de lehet a kapcsoló és az eszköz közé iktatott tápinjektor is (közbenső tápforrás).
A szabványos tápforrás nem kapcsol azonnal feszültséget a portra. Előbb kis feszültséggel megnézi, hogy a túloldalon van-e PoE-képes eszköz, amely ezt egy 25 kΩ-os ellenállással jelzi. Ezután az eszköz megadja, melyik teljesítményosztályba tartozik, és csak ezután kap tápot. Emiatt egy PoE-port nem tesz kárt egy tápot nem igénylő laptopban. A nem szabványos, úgynevezett passzív PoE ezt az egyeztetést kihagyja, és folyamatosan feszültséget ad a kábelre, ezért a szabványos eszközökkel nem keverhető.
| Szabvány | Típus | Tápforrás portján | Az eszköznél | Érpárak |
|---|---|---|---|---|
| IEEE 802.3af (2003) | Type 1 | 15,4 W | 12,95 W | 2 |
| IEEE 802.3at (2009) | Type 2 | 30 W | 25,5 W | 2 |
| IEEE 802.3bt (2018) | Type 3 | 60 W | 51 W | 2 vagy 4 |
| IEEE 802.3bt (2018) | Type 4 | 90 W | 71,3 W | 4 |
A két oszlop közötti különbség a kábelen elvesző teljesítmény. A 802.3af egy 100 méteres, 20 Ω hurokellenállású csatornával számol, ezért a tápforrás 15,4 W-jából legrosszabb esetben 12,95 W ér az eszközhöz. A 802.3at már a Cat5e kisebb, 12,5 Ω-os értékével számol. Az eszköz tervezésénél és a teljesítményosztály kiválasztásánál mindig az eszköznél rendelkezésre álló érték számít.
A 802.3bt kilenc teljesítményosztályt (0–8) határoz meg, és az 5–8. osztály, vagyis a legalább 45 W-os tápforrás-oldali teljesítmény, mind a négy érpáron viszi az áramot. A két érpáras tápellátásnak két módja van: az A mód az 1-2 és 3-6, a B mód a 4-5 és 7-8 tűpárra kötött érpáron ad tápot. Gigabites kapcsolatnál mind a négy érpáron adat is megy, a táp az adattal közös érpárakon utazik, és a kettő nem zavarja egymást.
A 802.3at óta az eszköz és a kapcsoló az osztályozás után az LLDP protokollon is egyeztethet: az eszköz pontosabban megadhatja, mennyi teljesítményre van szüksége, és ezt működés közben módosíthatja is. A visszafelé kompatibilitás általában megvan, egy régebbi szabványú eszköz az újabb porton működik. Fordítva ez nem mindig igaz: egy Type 3 eszköz Type 2 porton csökkentett funkciókkal indulhat el, vagy el sem indul. Ezt az adatlap írja le.
Teljesítménykeret a kapcsolón
Egy PoE-kapcsolónak két korlátja van: portonként legfeljebb mekkora típust tud kiszolgálni, és mekkora az egész kapcsoló PoE-tápkerete. A portok száma és a portonkénti maximum szorzata ritkán egyezik a teljes PoE-kerettel. Egy 48 portos kapcsoló, amelynek minden portja képes 30 W-ra, nem feltétlenül tud egyszerre 48 × 30 W-ot leadni. Az adatlapon külön szerepel a portonkénti maximum és a teljes PoE-keret.
Hogyan foglal a kapcsoló a keretből
A kapcsolók kétféleképpen könyvelhetik a keretet. Osztály szerinti foglalásnál minden eszköznek az osztálya maximumát tartják fenn, akkor is, ha az eszköz ennél kevesebbet fogyaszt. Ez biztonságos, de gyorsan kimeríti a keretet. A tényleges fogyasztás vagy az LLDP-n egyeztetett érték szerinti foglalás több eszközt enged a kapcsolóra, cserébe a tartalék kisebb arra az esetre, ha több eszköz fogyasztása egyszerre ugrik meg.
Egy számpélda a fenti osztályértékekkel, osztály szerinti foglalást feltételezve:
| Eszköz | Darab | Osztály | Foglalás a tápforrásnál |
|---|---|---|---|
| Vezeték nélküli hozzáférési pont | 10 | Class 4 | 10 × 30 W = 300 W |
| IP-kamera | 8 | Class 3 | 8 × 15,4 W = 123,2 W |
| IP-telefon | 12 | Class 2 | 12 × 7 W = 84 W |
| Összesen | 30 | 507,2 W |
Egy 370 W-os PoE-keretű kapcsolón ebből a hozzáférési pontok és a kamerák már nem férnének el együtt, egy 740 W-oson igen, tartalékkal a későbbi bővítésre. A kültéri kamerák fűtése, a forgatható kamerák motorja és az indulási csúcsok miatt az adatlapon szereplő legnagyobb fogyasztással érdemes számolni.
Prioritás, redundáns táp, áramkimaradás
Ha a keret elfogy, a kapcsoló a portprioritás szerint dönt, melyik eszköz kap tápot. A beállítatlan prioritás azt jelentheti, hogy egy új telefon bekötése egy beléptetőolvasót kapcsol le. A fontos eszközök portjait ezért magas prioritásra kell állítani.
A redundáns tápegységes kapcsolóknál meg kell nézni, hogy a második tápegység tartalékot ad, vagy növeli a PoE-keretet. Utóbbi esetben az egyik tápegység kiesésekor a keret is csökken, és az alacsony prioritású portok elsötétülnek. Áramkimaradáskor a PoE-eszközök a kapcsolóval együtt állnak le, ezért a szünetmentes táp méretezésekor a kapcsoló saját fogyasztása mellé a PoE-terhelést is hozzá kell számolni. A leadott teljesítmény egy része a kapcsolóban hővé alakul, ami a rendezőszekrény szellőzését is terheli.
Melegedés a kábelkötegekben
A PoE-áram a kábel ereiben az ellenállásuk miatt hőt termel. Egyetlen kábelnél ez elhanyagolható, egy szorosan kötegelt, több tucat kábelből álló nyalábban viszont a középső kábelek hője nehezen távozik, és a köteg belseje érezhetően melegebb lehet a környezeténél. Ezt a jelenséget és a megengedhető kötegméreteket az ISO/IEC TS 29125:2010 (2017-es kiegészítéssel) és a TIA TSB-184-A (2017) tárgyalja, a kábeltípustól, a kötegmérettől, a szerelési módtól és a PoE-típustól függően.
A melegedés két okból számít. Az ANSI/TIA-568.2-D a kábel üzemi hőmérsékletét legfeljebb 60 °C-ban határozza meg, és ebbe a környezeti hőmérséklet és a PoE okozta melegedés együtt fér bele. Egy álmennyezetben, nyáron, egy tetőtéri kábeltálcán a környezet már magában is meleg lehet. A másik ok, hogy a rézkábel csillapítása a hőmérséklettel nő. A szabvány ezt a megengedett hossz csökkentésével kezeli, és az árnyékolatlan kábel érzékenyebb erre, mint az árnyékolt. Egy határra tervezett, 90 méteres link meleg kötegben már a határérték fölé kerülhet.
A melegedést több tervezési döntés csökkenti:
- A négy érpáras tápellátás azonos teljesítménynél érpáronként feleakkora áramot jelent, és a hő az áram négyzetével arányos.
- A vastagabb vezető (például 23 AWG a 24 AWG helyett) kisebb ellenállású, kevesebb hőt termel. A Cat6A kábelek nagyobb átmérője a hőleadásnak is kedvez.
- Kisebb kötegek, nyitott kábeltálca, a hőszigetelésen át vagy szűk, zárt védőcsőben futó, nagy PoE-terhelésű kötegek kerülése.
A csatlakozókat is érinti a PoE. Ha egy terhelés alatt álló kábelt kihúznak, a szétváló érintkezők között kis ívkisülés keletkezhet, amely a felületet idővel rongálja. Az IEC 60512-99-001 (2012) azt vizsgálja, hogyan bírják a csatlakozók az ilyen terhelés alatti bontást. A nagy teljesítményű PoE-hez ezért olyan csatlakozót érdemes választani, amelynek adatlapja erre a vizsgálatra hivatkozik.
Bemérés és dokumentáció
Egy egyszerű szakadásvizsgáló csak azt mutatja meg, hogy az erek a jó helyre vannak-e kötve. Azt nem, hogy a link átviteli jellemzői megfelelnek-e a kategóriának. Egy hibásan végződtetett Cat6A link ugyanúgy „zöld” lesz rajta, mint egy jó. Az átadáshoz minősítő mérés kell: a terepi kábelmérő műszer az ANSI/TIA-1152-A (2016), illetve az IEC 61935-1 szerint, a tervezett kategória vagy osztály határértékeihez méri az állandó linket, ritkábban a teljes csatornát.
A minősítő mérés főbb paraméterei:
- bekötési térkép, amely a szétválasztott érpárat (split pair) is kimutatja, ami a szakadásvizsgálón rejtve marad;
- hossz, terjedési késleltetés és az érpárak közötti késleltetéskülönbség;
- beiktatási csillapítás és visszaverődési csillapítás (return loss);
- közeli áthallás (NEXT) és annak összegzett változata (PS NEXT), valamint a távoli végi áthallás (ACR-F);
- egyenáramú hurokellenállás és ellenállás-aszimmetria, az érpáron belül és az érpárak között.
Az utolsó tétel a PoE miatt fontos. Ha egy érpár két ere eltérő ellenállású, például egy rosszul szerelt csatlakozó miatt, a táp nem egyenletesen oszlik meg rajtuk, ami az adatátvitelt is zavarhatja. Az ANSI/TIA-568.2-D erre is ad határértéket. A határ közelében teljesítő, csillaggal jelölt eredményeket érdemes külön megnézni, mert egy meleg kötegben vagy egy későbbi átkötés után ezek csúsznak át elsőként a határon.
Mi kerüljön az átadási dokumentációba
A jelölés és a nyilvántartás általános rendje (ANSI/TIA-606-D) rézen ugyanaz, mint optikán, erről az optikai gerincről szóló cikk szól. Rézkábelezésnél és PoE-nél két dolog jön hozzá:
- a kiosztási táblázatban az aljzat, a patchpanel-port és a kapcsolóport mellett a rákötött eszköz PoE-osztálya is,
- a nyomvonalrajzon a kötegek helye, hogy egy későbbi bővítésnél látszódjon, hol sűrűsödnek a PoE-kábelek.
Kapcsolódó szolgáltatás: Optikai gerinc és kábelezés →
