Schnelle Kupfertechnik gefragt
Investitionssicherheit durch Kategorie 7A
WLAN, Power over Ethernet, datenintensive Dienste und Anwendungen - die Anforderungen an die Netzinfrastruktur in Gebäuden sind hoch. Planer und Netzwerktechniker müssen heute schon vorausschauend abwägen, welche Infrastruktur für die reibungslose Funktionalität der Applikationen und Dienste in den nächsten zehn bis 20 Jahren notwendig ist. Gut beraten sind Unternehmen, wenn sie auf eine Kategorie-7A-Verkabelung setzen.
80 Prozent Kupfer, 20 Prozent LWL. In diesem Verhältnis teilt sich die strukturierte Gebäudeverkabelung in Netzwerken derzeit auf. Vor allem im Tertiärbereich war Kupfer mit bis zu 96 Prozent Anteil im Jahr 2016 die erste Wahl und bleibt es aktuellen Studien zufolge auch: Um jährlich vier Prozent wird der weltweite Markt für die strukturierte Verkabelung von sechs Milliarden Dollar im Jahr 2012 auf 8,3 Milliarden Dollar im Jahr 2020 wachsen.
Die Verkabelung im LAN wird ebenfalls zulegen: Sie steigt im selben Zeitraum auf 6,7 Dollar-Milliarden. Angesichts bereits verlegter Strukturen innerhalb der Gebäude und der großen Zahl an Endgeräten mit Kupferschnittstellen ist dies nicht weiter verwunderlich: PCs, Laptops, Drucker, IP-basierende Telefone oder Kameras nutzen Kupferkabel für den Datentransfer und immer häufiger auch für die Stromversorgung (Power over Ethernet). Tendenz steigend.
Die Kupferverkabelung spielt weiterhin eine wichtige Rolle. Sie macht auch künftig den Löwenanteil in Rechenzentren und Netzwerken aus. Aufgrund des ungebremsten Datenwachstums und neuer Entwicklungen - zum Beispiel PoE - steigen die Anforderungen an die Kabeltechnik hinsichtlich Geschwindigkeit, Kabelerwärmung, Ausfallsicherheit und Verfügbarkeit. Eine zukunfts- und investitionssichere Kupferverkabelung muss vor allem die wachsenden Ansprüche von WLANs und PoE abdecken und klassische Applikationen im LAN mit Übertragungsraten mit 25 GBit/s ermöglichen.
Wachstumsfaktor WLAN
Noch nie haben User so viele Daten mobil verschickt. Untersuchungen gehen von Wachstumsraten von jährlich 60 Prozent aus. Streaming-Dienste, kostenloses WLAN in Hotels oder im öffentlichen Nahverkehr sowie unabsehbare Steigerungsraten im mobilen Datenverkehr befeuern den Wachstumsschub. Diese Entwicklung müssen Planer bei der Konzeption künftiger Netze berücksichtigen.
Bereits heute liegen die Herausforderungen der WLANs nicht mehr nur allein in der Abdeckung. Planer sollten deshalb bereits bei der Konzeption des Gebäudes Netzwerkverkehrs-Spitzen mit einplanen. Durch die verstärkte Nutzung mobiler Endgeräte kann die WLAN-Kapazität schnell zu einem problematischen Engpass werden. Diesen müssen Techniker zunächst definieren und lokalisieren, um ihn mit entsprechenden Konfigurationen zu beheben und in Zukunft zu vermeiden. Eine Lösung bietet die Erstellung benutzerdefinierter WLAN-Clients und die Konfiguration von Anwendungen.
Optimale Abdeckung mit Wabentopologie
Sowohl ISO/IEC TR 24 24704 als auch TIA TSB-162-A empfehlen eine engmaschige Funkzellenstruktur mit nicht mehr als zwölf Meter Reichweite und eine mehrfache 10GBit/s-taugliche Anbindung an das LAN. Jede Zelle sollte einen Betriebsradius von zwölf Metern haben, und die Abstände zwischen den WLAN Access Points sollten 20 Meter betragen. Um Unterbrechungen und lange Ladezeiten für Anwender zu vermeiden, rät die amerikanische Normungsorganisation TIA in ihrer 2014 veröffentlichten Norm TSB-162-A zu einer Kategorie-6A-Verkabelung. Die heute genutzte Generation 5, also WLAN 802.11 ac/ad, ist die erste Volumenanwendung für 10GBase-T in Arbeitsplatzumgebungen mit einer Netto-Datenrate von 6,7 GBit/s [1].
Bestehende WLAN-Verkabelungen der Generation 5 802.11ac lassen sich derzeit noch mit Kategorie-7-Kabeln abdecken. Dieser Standard wird jedoch bald an seine Grenzen stoßen. Neue WLAN-Generationen mit höherer Bandbreite werden bereits in wenigen Jahren Realität sein. Sie erfordern leistungsstarke Netze. Dann kommt nur eine Kategorie-7A-Verkabelung in Frage.
Power over Ethernet
Eine weitere technische Entwicklung spielt bei der Planung künftiger Netze eine immer größere Rolle: Power over Ethernet (PoE). Die Stromversorgung von Netzwerkgeräten über ein vorhandenes Kupferdatenkabel ist seit 2003 unter IEEE 802.3af über zwei Paare standardisiert. 2009 kam mit der von der Arbeitsgruppe IEEE 802.3at standardisierten Version PoE+ eine leistungsstärkere Variante hinzu. Diese erhöhte die maximale Leistung zum Gerät von 12,95 Watt auf 25,5 Watt. In Kürze wird die IEEE den PoE-Standard IEEE 802.3bt - auch 4PPoE genannt - verabschieden. Dieser basiert auf vier Aderpaaren und ermöglicht Powered Devices dann Leistungen von 60 und 90 Watt.
Der PoE-Markt zeigt, dass es längst Applikationen gibt, die Leistungen oberhalb der 25 Watt benötigen. Modernste IP-taugliche Fernsehgeräte etwa, die 60 Watt PPD maximale Leistung zum Gerät benötigen, lassen sich nur mit der neuen Normgeneration 3bt und den Kategorie-Klassen 7 oder 8 realisieren. Hinzu kommt: Der Markt für PoE-fähige Ports hat sich seit 2012 verdreifacht [2]. Die Haupttreiber dafür sind Anwendungen zum Gebäude-Management. Und auch in Zukunft wird der PoE-Markt einer Studie des britischen Marktforschungsunternehmens BSRIA zu Folge weiter wachsen [3]: Bereits 50 Prozent aller Applikationen weltweit haben PoE im Einsatz oder planen, diese Technik einzusetzen. Um höhere Leistungen bis 90 Watt erreichen zu können, sieht IEC/PAS 611156-1-4 eine maximale Stromstärke pro Adernpaar von 800 mA vor. Da bei PoE die Datenkabel, die ursprünglich für die möglichst effiziente Übertragung digitaler Signale konzipiert waren, für die elektronische Leistungsübertragung genutzt werden, ist die Kabelerwärmung zu berücksichtigen. Das Ziel muss sein, die Wärme bei der PoE-Übertragung so gering wie möglich zu halten. Bei einer Erwärmung des Kabels auf mehr als 80 Grad treten Deformationen auf. Diese wirken sich negativ auf die Symmetrie des Kabels aus. Infolgedessen gehen die Übertragungseigenschaften verloren.
Kupferkabel mit dickeren Leiterquerschnitten weisen eine geringere Wärmeentwicklung auf. Um die elektronischen Parameter bei der Datenübertragung exakt und stets symmetrisch einhalten zu können, ist die thermische Isolierung entscheidend. Dabei punktet ein Kabel der Kategorie 7A mit einem AWG-Wert von 22: Es gibt nur ein Viertel so viel Wärme ab wie ein vergleichbares Kategorie-5e-AWG-24-Kabel und nur die Hälfte eines vergleichbaren Kategorie-7-AWG-23-Kabels.
Trend zu Kategorie 7A
Seit 2015 mit einem Anteil von 13 Prozent geht die Entwicklung bei Verkabelungen in Deutschland, Österreich und der Schweiz verstärkt zu Kategorie 7A. 2017 betrug sie 21 Prozent. 2016 hat das IEEE im Ethernet-Standard 802.3bq die Parameter der vierpaarigen symmetrischen Kupferverkabelung für die Anwendung 25GBase-T festgelegt. Der Standard ermöglicht Reichweiten von bis zu 30 Metern bei einer Grenzfrequenz von 1,25 GHz und einer Datenrate von 2.000 MBaud. Er ist rückwärtskompatibel zu 10GBase-T. Die Anforderungen an Verkabelungen für 25Base-T sind der dritten Ausgabe des technischen Reports ISO/IEC 11801 definiert. Dabei sieht die Norm als Varianten die Kategorie 8.1 mit der Link-Klasse I und Kategorie 8.2. mit der Link-Klasse II vor. Alternativ sind Verkabelungssysteme nach der Link-Klasse FA für die Kategorie 7A möglich.
Für den Betrieb einer 25-GBase-T-Applikation nach ISO/IEC TR 11801-9905 existieren in den technischen Regeln Mindestanforderungen an eine Verkabelung: Sie definieren Channel-Anforderungen mit bis zu 1.250 MHz. Es gibt bereits erste Kategorie-7A-Lösungen mit GHMT-zertifiziertem Channel nach DTR 1108-9905, die die im Normentwurf festgeschriebene Channel-Link-Länge von 30 Meter für 25GBase-T vollständig einhalten. Da das Kategorie-7A-Kupferdatenkabel von Kategorie 7 bis Kategorie 5e vollständig rückwärtskompatibel ist, erhalten Unternehmen Planungssicherheit, wenn sie erst später skalieren möchten. Ein weiteres Plus ist die um 20 Prozent höhere Packungsdichte: Statt den auf dem Markt üblichen Durchmessern von 8,0 bis 8,5 mm für Kategorie 7A beträgt der Durchmesser des UC1500 S22 S/FTP 25GbE nur 7,5 mm.
Shannon-Hartley-Gesetz: noch mehr
Das technische Potenzial des Kabels geht jedoch weiter darüber hinaus und bietet nach Shannon-Hartley sogar die Möglichkeit, Strecken von bis zu 100 Metern zu übertragen. Voraussetzungen dafür sind 25G-Transceiver der neuesten Generation mit einer NEXT-Kompensation von 22 dB. Durch die daraus resultierende Störunterdrückung erhöht sich die Kanalkapazität.
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