Erschienen am: 20.08.2018, Ausgabe SPS-MAGAZIN 8 2018

Mit Cat.7A-Verkabelung investitionssicher ins nächste Jahrzehnt

Mit Highspeed in die Zukunft

Die zunehmende Digitalisierung und der wachsende Bedarf an leistungsfähigem WLAN und PoE-Anwendungen stellen immer höhere Anforderungen an die Datenübertragung in industriellen Umgebungen. Eine Lösung bietet die neue Kupfertechnologie CAT.7A: Sie bedient die steigende Nachfrage nach mehr Bandbreite und überzeugt durch hohen Investitionsschutz.


Unternehmen und Planer sollten die industrielle Gebäudeverkabelung unabhängig von ihrer kurzfristigen Nutzung immer als langfristige Investition betrachten. Eine zukunfts- und investitionssichere Kupferverkabelung muss vor allem die wachsenden Ansprüche von WLAN-Netzen und PoE abdecken und klassische Applikationen mit Übertragungsraten bis 25GBit/s ermöglichen.

Mobiler Datenverkehr steigt rasant

Noch nie haben User so viele Daten mobil verschickt. Untersuchungen gehen von Wachstumsraten von jährlich 60 Prozent aus. Streamingdienste, 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 WLAN-Netzwerke 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. Und diesen müssen Techniker erst einmal 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.

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Neue WLAN-Generationen erfordern Cat.7A

Sowohl ISO/IEC TR24 24704 als auch TIA TSB-162-A empfehlen eine engmaschige Funkzellenstruktur mit nicht mehr als zwölf Meter Reichweite und eine mehrfache 10GBit-taugliche Anbindung ans LAN. Jede Zelle sollte einen Betriebsradius von zwölf Metern haben und die Abstände zwischen den WLAN Access Points 20m 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 Cat.6A-Verkabelung. Sie sieht als Übertragungsklasse EA vor, die 10GbE über Kupfer übertragen kann. Die derzeit genutzte Generation 5 WLAN 802.11 ac/ad ist die erste Volumenanwendung für 10GBase-T mit einer Netto-Datenrate von 6,7GBit. Bestehende WLAN-Verkabelungen der Generation 5 802.11ac lassen sich derzeit noch mit Cat.7 Kabel 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. Hier kommt nur eine Cat.7A-Verkabelung in Frage.

PoE: Stromversorgung über Kupferkabel

Power over Ethernet (PoE) spielt bei der Planung künftiger Netze eine immer größere Rolle: Die Stromversorgung von Netzwerkgeräten über ein vorhandenes Kupferdatenkabel ist seit 2003 unter IEEE802.3af über zwei Paare standardisiert. 2009 kam mit der von der Arbeitsgruppe IEEE802.3at standardisierten Version PoE+ eine leistungsstärkere Variante hinzu. Diese erhöhte die maximale Leistung zum Gerät von 12,95W auf 25,5W. In Kürze wird die IEEE den PoE-Standard IEEE802.3bt - auch 4PPoE genannt - verabschieden. Dieser basiert auf vier Adernpaare und ermöglicht Powered Devices dann Leistungen von 60 und 90W.

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Haupttreiber für PoE-Wachstum

Der PoE-Markt zeigt, dass es längst Applikationen gibt, die Leistungen oberhalb der 25W benötigen. Modernste IP-taugliche Fernsehgeräte etwa, die 60W PPD maximale Leistung zum Gerät erfordern, lassen sich nur mit der neuen Normgeneration 3bt und den Cat.-Klassen 7 oder 8 realisieren. Hinzu kommt: Der Markt für PoE-fähige Ports hat sich seit 2012 verdreifacht.1 Die Haupttreiber hierfür sind Anwendungen zum Gebäudemanagement und zur Industrie-Automation. Und auch in Zukunft wird der PoE-Markt einer Studie des britischen Marktforschungsunternehmens BSRIA zu Folge weiter wachsen2: Bereits 50 Prozent aller Applikationen weltweit haben PoE im Einsatz oder planen, die Technologie einzusetzen. Ohne eine investitionssichere hochperformante Kupferverkabelung ist das nicht realisierbar.

Reduzierte Kabelerwärmung mit Cat.7A

Um höhere Leistungen bis 90W erreichen zu können, sieht IEC/PAS 611156-1-4 eine maximale Stromstärke pro Adernpaar von 800mA 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 Kabel-erwärmung 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° treten Deformationen auf. Diese wirken sich negativ auf die Symmetrie des Kabels aus. Infolgedessen gehen die Übertragungseigenschaften verloren. Die Verwendung von Kupferkabeln 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. Hier punktet ein Kabel der Kategorie 7A mit einem AWG-Wert von 22: Es gibt nur ein Viertel so viel Wärme ab wie etwa ein vergleichbares Cat. 5e AWG 24-Kabel und nur die Hälfte eines vergleichbaren Kategorie 7 AWG 23-Kabels.

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Der Trend geht zu Cat.7A

Seit 2015 geht die Entwicklung bei Verkabelungen in Deutschland, Österreich und der Schweiz verstärkt zu Cat.7A. 2017 betrug sie 21 Prozent. 2016 hat das IEEE in seinem Ethernet-Standard 802.3bq die Parameter der vierpaarigen symmetrischen Kupferverkabelung für die Anwendung 25GBase-T festgelegt. Für den Betrieb einer 25 GBase-T-Applikation nach ISO/IEC TR 11801-9905 existieren in den technischen Regeln Mindestanforderungen an eine Verkabelung: Sie definiert Channel-Anforderungen mit bis zu 1.250MHz. Es gibt bereits erste Cat.7A-Lösungen mit GHMT-zertifiziertem Channel nach DTR 1108-9905, die die im Normentwurf festgeschriebene Channel-Link-Länge von 30m für 25GBase-T vollständig einhalten. Da das Cat. 7A-Kupferdatenkabel von Cat.7 bis Cat.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 am Markt üblichen Durchmessern von 8,0 bis 8,5mm für Cat.7A beträgt der Durchmesser des UC1500 S22 S/FTP 25GbE nur 7,5mm.

Fazit

Im Vergleich der aktuell gängigen Kupfer-Technologien Cat.6Aund Cat.7 mit Cat.7A hinsichtlich der High-Speed-Anwendungen WLAN, PoE und 25GBase-T zeigt sich: Den aktuellen WLAN-Standard 802.11ac decken alle drei gleichermaßen gut ab. Für künftige Generationen mit höheren Bandbreiten als 6,7Gb/s ist jedoch nur Cat.7A die sinnvolle, weil zukunftssichere, Konsequenz. Auch für den in Kürze verabschiedeten 4PPoE-Standard 802.3bt der PoE-Klassen 7 und 8 reichen Verkabelungen der Kategorien Cat.6Aund 7 nicht mehr: Hier ist aufgrund der Wärmeentwicklung ein AWG 22 Cat.7A-Kabel vorzuziehen, bei dem die Wärmeentwicklung nur etwa halb so hoch ist wie bei einem Cat.7 AWG 23-Kabel.

1 Quelle: Dell´Oro 2012

2 Quelle: BSRIA End User Survey (2017)

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