مقایسه سیستم کابلی حفاظ دار و بدون حفاظ

مقایسه سیستم کابلی حفاظ دار و بدون حفاظ

Type of screen In cables

Screened vs unscreened cable

مقدمه:

یک استاندارد بین‌المللی از دهه 1980، تحت عنوان انواع کابل‌های مسی اسکرین دار و شیلددار زوجی پایه‌گذاری شده و هنوز هم در بازارهای جهانی محوریت دارد.

درحالی‌که بسیاری از بازارها به‌طور گسترده‌ای به سمت کابل‌های زوجی بدون شیلد (U/UTP) تمایل یافته‌اند. با این وجود به منظور تایید استاندارد 10GBQSe-T برای شبکه 10Gbit/sec مسی موضوع پذیرش مجدد سیستم‌های اسکرین دار و شیلددار مورد اقبال عمومی قرار گرفته و در مقایسه با بازارهای قبلی بر پایه کابل‌های بدون شیلد UTP رویکرد بیشتری حاصل‌شده است.

کابل‌های مخابراتی عموماً به صورت‌های اسکرین دار و بدون اسکرین عرضه می‌شوند. چنین برمی‌آید که عرضه سیستم‌های 10Gbase-T در واقع تاثیر قابل توجهی در انتخاب نوع کابل داشته است.

کاملاً مشهود است که حساسیت بیشتر انتقال در سیستم 10Gbase-T در مقایسه با 1000base-T موضوع ایمنی در برابر تداخلات بیرونی این نوع کابل‌ها را در صورت شیلددار نبودن حساس‌تر می‌سازد. به منظور تضمین عملکرد سیستم 10Gvase-T توجه صرف به سیستم کابلی کفایت نمی‌کند و لازم است شرایط محیطی نیز در این ملاحظات مورد توجه قرار گیرد و از طرفی باید اجزاء سیستم کابل‌کشی هم به‌طور مناسب انتخاب شوند.

تضعیف به عنوان یک عامل مقایسه‌ای مؤثر در رفتار EMC سیستم کابلی همواره مطرح است. در نگرش کلی به کابل‌ها ممکن است نیاز به حذف تداخلات الکترومغناطیسی (EMI) از سوی مصرف کننده مطرح شود .

درحالی‌که ممکن است همه کابل‌ها یا نوع خاصی از کابل برای کاربرد ویژه‌ای عملکرد مناسبی داشته باشد. درک این موضوع که کجا و چه وقت کابل موردنظر است در برابر فرکانس توان و یا تداخلات الکترومغناطیسی (EMI) محافظت شود، از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. در چنین حالتی است که کابل شیلددار در برابر کابل بدون شیلد قد علم می‌کند.

این مقاله به تفاوت‌های بین سیستم کابلی اسکرین دار و بدون اسکرین می‌پردازد.

تداخلات الکترومغناطیسی

مقدمتا اجازه دهید به تعریف تداخل الکترومغناطیسی(EMI) یا تداخل فرکانس رادیویی (RFI) که بعضی‌ها آن را به این نام می‌شناسند؛ بپردازیم

EMI یک نوع اختلال است. این نوع اختلال توسط یک منبع بیرونی ایجاد می‌شود و با ایجاد تداخل الکترواستاتیکی  ، القای الکترومغناطیسی یا هدایت الکتریکی بر مدار الکتریکی اثر می‌گذارد. این نوع اختلال ممکن است باعث کاهش عملکرد مدار  یا توقف آن در تعامل با مدار دیگر گردد. هر جا که مسیری برای عبور داده‌ها وجود داشته باشد این نوع از اثرات می‌تواند طیف وسیعی از عیوب شامل افزایش میزان خطا در طول کل مسیر تا اتلاف کامل داده‌ها را در برگیرد.

منابع طبیعی و همچنین عوامل انسانی موجب تغییر در جریان‌ها و ولتاژهای الکتریکی شده و این امر می‌تواند سبب ایجاد تداخلات الکترومغناطیسی شود. مثال‌هایی از منابع انسانی شامل سیستم‌های استارت وسایل نقلیه،  تلفن‌های همراه و غیره می‌باشد.

منبع طبیعی شامل خورشید، طوفان‌ها و غیره است. تداخلات الکترومغناطیسی عموماً بر امواج رادیویی AM، و همچنین احتمالاً بر امواج FM، تلویزیون و تلفن‌های همراه اثر می‌گذارند.

اسکرین دار یا بدون اسکرین؟

تصمیم بر به کارگیری کابل‌های بدون اسکرین یا اسکرین دار به تعدادی از عوامل به شرح زیر بستگی دارد: میزان بودجه در دسترس، عملکرد سیستم کابلی، محیط الکتریکی که کابل در آن نصب می‌شود (میزان و نوع تداخلات الکترومغناطیسی (EMI)، روش محافظت از کابل، مجاورت کابل‌های داده به کابل‌های قدرت و دسترسی به نقاط کافی جهت ارت کردن در ساختمان محل کابل‌کشی.

کابل‌های اسکرین دار عموماً دارای اجزایی مشابه کابل‌های بدون اسکرین هستند ولی کابل‌های اسکرین دار انرژی الکترومغناطیسی بسیار کمتری را (به سبب توانایی اسکرین در جذب و دفع آن) که باعث تداخل با سیگنال‌های کابل‌های مجاور می‌شود، منتشر می‌کنند.

کابل‌های اسکرین دار همچنین به حفظ ثبات و پایداری سیگنال از تداخلات بیرونی در محیط‌هایی نظیر محیط‌های گفته شده در زیر که ذاتاً از نظر الکتریکی دارای نویز می‌باشند، کمک می‌کند.

کابل‌های بدون شیلد – کابل‌های UTP طبق تعریف دارای لایه محافظ شیلد به منظور کاهش تداخلات نمی‌باشند. این کابل‌ها از طریق روش خاص تابیدن زوج‌های درون آن به‌گونه‌ای طراحی شده اند که مداخلات الکترومغناطیسی را از بین ببرند. به سبب طراحی و ماهیت این نوع کابل کابل‌های زوجی بدون شیلد برای شبکه‌های LAN در محیط‌های اداری و سیستم‌های کابلی شبکه مشابه مناسب می‌باشند.

کابل‌های بدون شیلد  سبک وزن، با قطر کم و انعطاف‌پذیری بالا هستند. این کابل‌ها همچنین پرمصرف و ارزان‌قیمت می‌باشند. این کابل‌ها در صورت نصب از نظر شرایط نصب و نگهداری سهولت بیشتری را نسبت به کابل‌های شیلددار فراهم می‌کنند.

شناخت هر چه بیشتر تفاوت‌های بین این انواع کابل، کاربردهای آن‌ها و همچنین نقاط قوت و ضعف آن‌ها به تصمیم در این خصوص که چه نوع از کابلی را کجا،  چه وقت و چرا به کار ببریم، کمک می‌کند. انتخاب نوع کابل مناسب باعث بهبود و ارتقاء، عملکرد شبکه، کاهش و به حداقل رساندن خطاها و افزایش طول عمر آن می‌شود.

دو نوع مختلف از اسکرین وجود دارد:

اسکرین کلی: این نوع اسکرین در اطراف کل چهار زوج کابل می‌نشیند. این اسکرین دارای دو عملکرد است، نخست جلوگیری از نفوذ سیگنال‌ها (نویز) بیرون کابل و سپس محافظت سیگنال‌های عبوری در کابل از تداخلات بیرونی. این نوع اسکرین می‌تواند به شکل فویل آلومینیم یا بافت مس قلع اندود باشد.

اسکرین زوج‌ها: این اسکرین های فویلی در اطراف هر یک از زوجهای درون کابل پیچیده می‌شود و این نوع اسکرین هم دارای دو عملکرد است. عملکرد نخست جلوگیری از تداخلات سیگنال عبوری در یک زوج سیم از اثرات سیگنال عبوری در زوج دیگر درون روکش همان کابل (که به آن همنوایی نزدیک یا NEXT می‌گویند).

عملکرد دیگر جلوگیری از نفوذ سیگنال‌های (نویز) بیرون کابل است که می‌تواند با سیگنال‌های عبوری در دیگر کابل مجاور آن تداخل کند (که به آن همشنوایی خارجی) می‌گویند.

به‌طورکلی هر چه فرکانس سیگنال عبوری از کابل بزرگ‌تر باشد نیاز به اسکرین کردن کابل نیز بیشتر است. این امر بدان سبب است که با افزایش فرکانس، سیگنال بیشتر و بیشتر از مرکز سیم مسی در کابل فاصله گرفته و عبور می‌کند تا جایی که به صورت یک میدان الکترومغناطیس در اطراف رشته هادی حرکت کرده و در این محل است که تداخل صورت می‌گیرد.

در فرکانس‌های بسیار بالا سیگنال‌ها عملاً می‌توانند به بیرون از روکش کابل مهاجرت کنند که در این صورت همشنوایی Alien به مشکلی جدی بدل می‌شود. کابل‌های بدون اسکرین نسبت به گزینه کابل‌های اسکرین دار صرفاً به خاطر اینکه دارای مواد مصرفی و فرآیندهای تولیدی کمتری است، ارزان‌ترند.

اکثر کابل‌های نصب شده cat 6U/UTP, cat5e از نوع بدون اسکرین می‌باشند. زیرا در فرکانس‌های تا حد 250MHZ مشکلی در ارتباط با همشنوایی Alien ایجاد نمی‌کنند.

اسکرین کردن واقعاً تنها در کابل‌هایی از cat 5e و cat 6 موضوعیت پیدا می‌کنند که این کابل‌ها در مکان‌هایی به کار روند که امکان بالقوه کاهش EMI و ریسک وجود آن از طریق جداسازی فیزیکی بین کابل‌ها و منابع ایجاد EMI یا به کارگیری عبوری کابل از لوله فلزی و اتصال دادن آن به زمین به منظور تامین اسکرین کلی وجود نداشته باشد.

کابل‌های cat 6A می‌توانند اسکرین دار یا بدون اسکرین باشند. اگر این کابل‌ها بدون اسکرین باشند در این صورت چندین معیار اندازه‌گیری مکانیکی برای کاهش ریسک همشنوایی Alien باید در نظر گرفته شود. این کار را می‌توان با به کارگیری روکش اکسترود شده غیر گرد خاص مثلاً به صورت بیضی یا مثلثی انجام داد.

انجام چنین اقداماتی تضمین می‌کند که کابل‌ها در طول مسیرهای بلند موازی هم قرار نمی‌گیرند ولی این اقدامات هزینه بیشتری را در مقایسه با رقیب خود یعنی کابل‌های اسکرین دار ایجاب می‌کند و از طرفی در هنگام نصب نیاز به آزمون وقت‌گیر و پر هزینه همشنوایی Alien وجود خواهد داشت .

کابل‌های اسکرین دار cat6A نسبت به کابل‌های بدون اسکرین قطر کمتری دارند و این بدان معنی است که در یک کانال کابل‌کشی با سایز مشخص تعداد بیشتری از این کابل قابل نصب می‌باشد و همچنین شعاع خمش آن نیز کمتر است.

کابل‌های cat7A همواره از نوع اسکرین با ساختارS/FTP می‌باشند زیرا این کابل‌ها به صورت بالقوه امکان انتقال سیگنالی با فرکانس تا 100MHZ را دارا می‌باشند که در صورت عدم به کارگیری اسکرین ریسک همشنوایی Alien به شدت بالا خواهد رفت.

چگونه می‌توان امنیت کابل‌کشی را افزایش داد؟

روش‌هایی زیر را می‌توان برای کاهش تداخلات الکترومغناطیسی به کاربرد:

• متعادل‌سازی
• اسکرین کردن (شیلد کردن)
• ورود به لوله فلزی و اتصال زمین کردن آن

اسکرین کردن (شیلد کردن) کابل

اسکرین کردن به معنای قرار دادن فویل آلومینیم و یا بافت مسی به دور زوج‌های درون کابل یا به دور کل رشته‌های کابل می‌باشد. هدف اسکرین کردن جلوگیری از نفوذ انرژی الکترومغناطیس بیرونی به داخل کابل و همچنین محافظت از افت کیفی داده‌های عبوری از آن است.

از طرفی اسکرین باعث می‌شود که انرژی الکترومغناطیسی درون کابل در داخل آن حفظ‌شده و خود کابل به منبعی برای ایجاد اختلالات تبدیل نشود. بنابراین به نظر می‌رسد اسکرین کردن ایده مناسبی برای جلوگیری از تداخلات باشد ولی در مقایسه با کابل‌های بدون اسکرین هزینه‌های مترتبه آن بیشتر و قیمت آن نیز بالاتر است؛

از طرفی فنون نصب آن‌ها نیز پیچیده‌تر است زیرا اسکرین ها به منظور دستیابی به عملکرد مناسب باید به خوبی به زمین متصل شوند.

استانداردهای خاصی بدین منظور در دسترس و معتبرند. تعیین استانداردهای ویژه هر منطقه برای طراحی و به کارگیری کابل‌ها از اهمیت خاصی برخوردار است.

ویژگی‌های سودمند عملکرد سیستم‌های اسکرین شده و کاملاً شیلد شده متعدد بوده و شامل موارد زیر می‌باشد.

1-همشنوایی زوج به زوج کاهش‌یافته در طراحی‌های کاملاً شیلد شده

2-همشنوایی Alien کاهش‌یافته در طراحی‌های اسکرین شده و کاملاً شیلد شده

3- قطر کابل اسکرین شده cat 6A عموماً کمتر از cat 6AU/UTP است که امکان عبور تعداد بیشتری از کابل در داخل داکت فراهم می‌شود.

4- امنیت در برابر نویز در همه فرکانس‌ها و خصوصاً در فرکانس‌های بیش از 30MHZ در هنگام شروع شدید افت کیفی تعادل کابل به‌طور قابل توجهی بهبود می‌یابد.

5- ظرفیت Shannon برای کاربردهای آتی به شدت افزایش می‌یابد.

حدSNR (نسبت توان سیگنال به نویز) به ویژگی‌های ترکیبی تعادل کابل‌کشی و روش عمومی و سبک خاص امنیت در برابر نویز تامین شده توسط اسکرین ها و شیلدها بستگی دارد. روش‌های کاربردی خاصی با تکیه بر حد SNR مثبت به منظور تضمین عبور مناسب سیگنال و دستیابی به حداقل BER (میزان خطای بیتی) در نظر گرفته می‌شوند. با توجه به ظهور سیستم 10GBASE-T کاملاً بدیهی است که مهار کردن نویز صرفاً از طریق تعادل مناسب برای پشتیبانی اهداف انتقال داده کاملاً کفایت می‌کند.

فواید امنیت در برابر همشنوایی که از طریق طراحی کابل‌های F/UTP و S/FTP حاصل می‌شوند نتایجی همچون دو برابر کردن تقریبی ظرف Shannonرا در پی دارد و مزیت چنین عملکردی مورد توجه طراحان و مهندسین سیستم‌ها می‌باشد.

اغلب گفته می‌شود که صنعت مخابرات توسط مشخصات فنی مربوط به نوع رسانه احاطه شده است در عمل سیستم‌های جدید اسکرین شده و کاملاً شیلد شده ترکیبی از بیشترین وجوه در پدیده آخر کابل‌کشی LAN را ارائه می‌سازد: تعادل عالی برای محافظت در برابر تداخلات فرکانس پایین و شیلد کردن برای محافظت در برابر تداخلات فرکانس بالا