Zukunftsperspektiven von Kategorie 7

In den letzten 10 Jahren hat die Netzwerktechnik Einzug in fast alle Bürogebäude und
Industrieanlagen genommen. Anfangs waren sehr viele herstellerbezogene spezielle Systeme
vorhanden (beispielsweise IBM Typ I), jedoch spätestens nach Erscheinen der europäischen Norm
EN 50173 für universelle strukturierte Gebäudeverkabelung wurden Netzwerke einheitlicher und
universeller. Telefonie- und Datenanwendungen wurden immer häufiger über eine einheitliche
sternförmige Netzwerkstruktur betrieben. Das Datenaufkommen stieg ständig und hat durch neue
Anwendungen wie Internet, E-Mail permanent zugenommen, die immer höher werdende
Anforderungen an die Protokolle stellen.
Noch vor Jahren war 10 Base T revolutionär, heute betreibt man in den meisten Bürogebäuden 100
Base TX Netzwerke und eine weitere Steigerung des Datenaufkommens steht bevor. Seit Mitte
2000 gib es erste Lösungen für Gigabit Ethernet über das Medium Kupfer und der Sprung in die
nächste Dimension wird in den nächsten Jahren auch im LAN-Bereich kommen. An dieser Stelle
stellt sich oft die Frage, wie zukunftsicher eigentlich Kupferverkabelungssysteme heute noch sind,
oder ob der Einsatz von Lichtwellenleiterlösungen bis zu jedem Arbeitsplatz die Perspektive für die
Zukunft ist.

Ethernet über Kupfer heute und morgen
Schaut man sich alle heute auf dem Markt befindlichen Anwendungen der strukturierten
Gebäudeverkabelung einmal an, so stellt man fest, daß alle einschließlich der ersten Version des
Gigabit Ethernet Protokolls mit Verkabelungsanlagen der Linkklasse D mit Kategorie 5
Komponenten nach EN 50173:1995 +A1:2000 auskommen. Bei Gigabit Ethernet ist man in der
heute existierenden Version bereits am Maximum, was über diese Linkklasse machbar ist. Nicht
ohne Grund und mit der Erfahrung der letzten Jahre schreiben viele Planungsbüros und Endkunden
schon heute die Installation von Verkabelungsanlagender Linkklasse E (250 MHz) vor, um Reserven
für zukünftige Anwendungen zu besitzen. Und als ob man es geahnt hätte, entstehen erste
Bemühungen, für Gigabit Ethernet Applikationen genau diese Linkklasse E zu benutzen. Der
Hintergrund ist einleuchtend und schnell verständlich, schaut man sich einmal die enormen
Anforderungen an, die an die aktiven Komponenten für das heutige Gigabit Ethernet Protokoll
gestellt werden. Der Datenstrom wird auf alle vier Aderpaare aufgeteilt und mit komplexen
Kodierverfahren übertragen. Zudem kommt dazu, daß gleichzeitig auf beiden Seiten gesendet wird.
Damit die Datenübermittlung überhaupt funktioniert, muß der Sender wissen, was er gerade sendet (dies ist noch relativ einfach umzusetzen) und zudem Kenntnis besitzen, wie sich der Übertragungskanal verhält, um Nutzsignale, Rauschen und kanaltypische Störungen von einander trennen zu können. Dazu wird vor dem Senden von Datenpaketen jedesmal der Übertragungskanal gemessen und eine Referenz abgelegt. Erst danach werden die Datenpakete übermittelt. Bricht die Verbindung zusammen, muß erst wieder eine zukünftige Kanalmessung durchgeführt werden. Zusätzlich muß der Empfänger in der Lage sein, die auf die vier Aderpaare verstreuten Nutzdaten wieder in der richtigen Reihenfolge zu rekonstruieren. Insgesamt sind die Anforderungen an die aktiven Komponenten wie Netzwerkkarten und Switches sehr hoch und können nur teilweise die Datenrate von einem Gigabit pro Sekunde umsetzen. Praxistests und Messungen der Datenrate ergeben heute meist Werte, die unter 400 Megabit pro
Sekunde liegen. Ursachen hierfür ist der sehr häufige Verlust von Daten und der Neuaufbau der Verbindung mit vorher erforderlicher Kanalmessung. Schaut man in die Historie der Entwicklung für Gigabit Ethernet, so stellt man fest, daß die Nutzung der Linkklasse D von 1995 Designvorgabe für
die Entwicklung des Gigabit Ethernet Protokolls zum damaligen Zeitpunkt war. Auch die wurde, wenn man es ganz genau nimmt, nicht erfüllt, denn es entstanden neue Parameter wie PS NEXT (Power Sum Near End Cross Talk), ELFEXT (Equivalent Length Far End Cross Talk), Propagation
Delay, Delay Skew und andere, deren Einhaltung zum Ermöglichen der Übertragung vorgeschrieben wurde. Grund für die Designvorgabe war ganz klar, daß man von der Nutzung der installierten Basis ausgehen mußte, um überhaupt eine Akzeptanz für höherdatenratige Anwendungen über das
Medium Kupfer zu finden. Heute gibt es sehr ernsthafte Bemühungen, die Umsetzung eines Gigabit Ethernet Protokolls für das Medium Kupfer unter Nutzung höherer Bandbreiten deutlich zu vereinfachen. Das heißt auf das gleichzeitige Senden und Empfangen über alle vier Aderpaare wird
verzichtet und es werden dedizierte Paare zum Senden und Empfangen benutzt. Ein aktueller Arbeitskreis, der sich mit dieser Thematik beschäftigt ist EIA/TIA PN 4657: 1000 BASE TX over Cat.6 Twisted Pair. Schaut man ein paar Jahre voraus und rechnet mit der Umsetzung eines
Protokolls für Gigabit Ethernet über Linkklasse E Verkabelungssysteme, bietet die Verkabelungsanlage wohlmöglich nicht mehr die Reserve, die für den Betrieb eines Netzwerks für die nächsten 10-15 Jahre notwendig ist. Und wieder stellt sich die Frage, warum nicht doch
Glasfaser? Neue Anwendungen und Dienste der universellen Gebäudeverkabelung
Im heutigen Multimediaumfeld der Verkabelungsanlagen besteht der Wunsch nach Integration weiterer Anwendungen, für die bisher separate Verkabelungsanlagen benutzt werden. Ein Beispiel hierfür sind CATV-Anwendungen, d.h. die Übertragung von Rundfunk und Fernsehsignalen über die universelle strukturierte Gebäudeverkabelung. Will man die komplette Bandbreite normierter Übertragungsfrequenzen für die kabelgebundene Verbreitung von Rundfunk- und Fernsehsignalen nutzen, wird deutlich, das dafür Bandbreiten bis 862 MHz nötig sind. Sicherlich sind heute die meisten Fernsehkanäle in Frequenzbändern unterhalb von 862 MHz angesiedelt, aber mit dem Wunsch der Kunden nach Vielfaltigkeit der Information, werden heute in vielen Stadtnetzen, die TVVerkabelungsanlagen auf die zulässigen 862 MHz erweitert. Es ist nur eine Frage der Zeit, bis diese
Anforderung auch an die strukturierte Gebäudeverkabelung heran getragen wird. Kategorie 7 Kabel sind in der Lage, genau diese
Frequenzen schon heute zu übertragen. Im Unterschied zu allen anderen Datendiensten ist das Fernsehsignal mit wenigen Ausnahmen (z.B. Pay-TV) analog, das heißt, daß dort Anforderungen an die Dämpfung und Phasenlage einer Verkabelungsstrecke im Vordergrund stehen, die mit den
meisten auf dem Markt befindlichen 600 MHz Kabel der Kategorie 7 erfüllt werden. Ein weiterer Ansatz für einen neuen Dienst befindet sich heute im Bereich der Spachübertragung über das Ethernet Protokoll. Zusätzlich zur Datenübertragung wird überlegt, ob nicht auch die
Speisespannung zur Versorgung von IP-Telefonen gleich mit über die Kupferverkabelungsanlage übermittelt werden kann. Im gleichen Atemzug kann man auch über den Anschluß eigenständiger Web-Kameras mit Energieversorgung in Erwägung ziehen, die vielleicht in Zukunft auch die eine
oder andere klassische Überwachungskamera ersetzen wird. Ein Arbeitskreis, der sich mit der Thematik Energieversorgung über Kupferverkabelungssysteme mit RJ-45 beschäftigt, ist IEEE und der Arbeitstitel: Power over MDI. Das in Zukunft zu erwartende Protokoll ist das IEEE 802.af. Auch das sind Aktivitäten, die das Datenaufkommen im Netzwerk mit Sicherheit in Zukunft weiter erhöhen werden und die eben nicht über das Medium Lichtwellenleiter (wie auch CATV) übertragen werden können. Damit Anwender nicht in 5 Jahren vor dem Problem stehen, eine eventuell heute installierte Neuverkabelung erweitern zu müssen, was mit zusätzlichen Kosten und Unannehmlichkeiten für den
Betrieb verbunden ist, sollte eine Kupferverkabelungsanlage heute schon so aufgebaut sein, daß diese Kategorie-7-fähig ist und mit einfachsten Schritten aufrüstbar sein. Sicherlich ist es heute unsinnig für ISDN-Anwendungen Kategorie 7 Anschlußkabel und Steckverbinder zu wählen. Die Preisunterschiede dafür sind zu gewaltig und ein schnelleres Telefonieren wird dadurch auch nicht
ermöglicht, jedoch sollte das Verlegekabel im Hintergrund einheitlich PiMF 600 sein. Modulare Systeme, wie das AMP Communications Outlet
Plus System, erlauben die wahlweise Bestückung der Anschlußdosen mit Steckverbindern, die für die Anwendung vorgesehen ist (RJ11,
RJ45, TAE, SUBD, Koax usw.). Die Leistunsgsfähigkeit des gesamten Systems wird deutlich, wenn die theoretische Datenrate, die über
dieses System möglich ist berechnet wird. Mit Kenntnis der zur Verfügung stehenden Bandbreite,
der Anzahl der Aderpaare und dem Signal-Rausch-Abstand in einem Link läßt sich nach Shannon, die maximale Datenrate C eines Links berechnen.
C = B x ld (1 + S/N) B = Bandbreite ld = dualer Logarithmus
C = B x ld (1+ACR) S = Signalpegel ACR = S/N = Rauschabstand
N = Rauschpegel C = Datenrate

Die Bandbreite B bei Kategorie 7 / Linkklasse F sind 600 MHz und es stehen vier Aderpaare zur
Verfügung. Den mittleren ACR bei 300 MHz findet man bei ca 64 dB, so daß die Rechnung zur
folgendem Ergebnis führt:
C = 600 MHz x ld 64 (theoretische Datenrate pro Aderpaar)
C = 600 x 6 Mbit/s
C = 3.6 Gigabit /s
Cges= 4 x 3.6 Gigabit / s
Cges= 14.4 Gigabit /s
Die Maximale Datenrate über einen Class F (600 MHz) Channel beträgt 14.4 Gigabit pro Sekunde
und liegt um Größenordnungen über dem, was heute mit Gigabit Ethernet bereits realisiert ist.
Das AMP CO Plus System bietet eine Zukunftsicherheit und eine Datenrate, die auch den
Anforderungen der nächsten Dekade mehr als gewachsen ist.

Quelle:

Tyco Electronics AMP
Winfried Wahl (Dipl.-Ing. TH)
AMP Information 28.05.01