Gemeinsame Kabelnutzung in kommerziellen Gebäuden

Bei der gemeinsamen Nutzung von Kabeln (‚Cable Sharing') geht es darum, die verschiedenen Adernpaare eines Twisted Pair-Kupferkabels für verschiedene Applikationen zu verwenden. Ein gängiges Beispiel hierfür ist die Übertragung von zwölf 10BASE-T-Kanälen über ein Kabel mit 25 Adernpaaren und die Verwendung von Verzweigern zum Separieren der Sprach und Fax-Leitungen, die hinter der Dose zu einem Kanal vereint werden. Auch wenn das Konzept des Cable-Sharings von den Telekommunikations-Fachleuten zweifelsfrei akzeptiert wird, entwickelt es sich erst jetzt zu einer allgemein anerkannten Möglichkeit, die Kosten zu senken, das Kabelmanagement zu vereinfachen und in kommerziell genutzten Gebäuden mehrere Applikationen auf einem Übertragungsmedium zu bündeln. Die wachsende Akzeptanz vollständig abgeschirmter Kabelsysteme (Kat 7 bzw. Klasse F) hat sich als ein vorrangiger Beweggrund dafür erwiesen, dass Cable-Sharing-Techniken in den Designs der branchenführenden IT-Infrastruktur-Designer und Berater mehr und mehr Berücksichtigung finden

Analoge Sprache	1 Paar
VoIP	2 Paare
Video over IP	2 Paare
CATV	1 Paar mit Balun
CCTV	1 Paar mit Balun
10/100BASE-T	2 Paare

Tabelle 1. Typische Applikationen in Arbeitsumgebungen hoher Dichte

Die Telekommunikations-Standards von TIA und ISO spezifizieren allgemeine Topologien und Minimal-Empfehlungen, um die Voraussetzungen für ein weltweit einheitliches Design von Kabelsystemen zu schaffen. In vielen kommerziellen Umgebungen werden die Mindestanforderungen der Standards , dass an jedem Arbeitsplatz zwei Telekommunikations-Steckdosen vorzusehen sind, als Grundmerkmal für die Infrastruktur eines Gebäudes zugrundegelegt. Es gibt jedoch Endanwender wie z. B. Call Center, Faxzentralen, Unterrichtsräume, Schulungszentren und Überwachungseinrichtungen, bei denen an jedem Arbeitsplatz deutlich mehr als zwei Applikationen laufen. In Intensivstationen von Kliniken können durchaus 15 Applikationen je Arbeitsbereich vorhanden sein. Wie Tabelle 1 zeigt, unterstützen diese dicht bestückten Arbeitsbereiche neben einem High-Speed-Datendienst in der Regel mehrere Low-Speed-Applikationen. Cable-Sharing-Strategien sind für Bereiche dieser Art von besonderem Vorteil, denn durch die geringere Kabelanzahl vereinfacht sich das Kabelmanagement. Außerdem vermeidet man die Verschwendung und die unnötigen Kosten, die entstehen, wenn jeder Applikation ein Kanal mit vier Adernpaaren fest zugewiesen wird und dadurch zwangsläufig Paare ungenutzt bleiben.

Weitere Vorteile in Sachen Kosten und Kabelmanagement lassen sich erzielen, wenn Dienste wie etwa Kabelfernsehen (CATV) oder Industriefernsehen (CCTV), die in der Regel per Koaxialkabel übertragen werden, sowie Intercom-Anlagen, die normalerweise mit 18-AWG-Kupferleitungen arbeiten, mit Hilfe kostengünstiger Bauteile (z. B. Video-Baluns) in das Telekommunikations-Netzwerk eingebunden werden.

Einige Designer und Berater zögern noch, die gemeinsame Kabelnutzung zu spezifizieren, da sie unsicher sind, wie diese Verfahrensweise von den Standards akzeptiert wird. Sowohl TIA als auch ISO erkennen das Cable-Sharing jedoch an und bieten entsprechende Richtlinien an. So beschreibt Anhang B des Standards ANSI/TIA/EIA-568-B.1 die Übertragungs-Performance verschiedener Arten von Applikationen, die sich aufgrund des internen Nebenspechens von Kabelsystemen auf der Basis ungeschirmter Twisted-Pair-Leitungen nicht gegenseitig stören. Zusätzlich sind Beispiele für Applikationen angegeben, die auf Kabeln mit mehreren Adernpaaren koexistieren können. Dem Standard ist außerdem zu entnehmen, dass gestützt auf Informationen zur Übertragungsart einer Applikation (burst, kontinuierlich, synchronisiert oder zufällig) sowie zum internen Störaufkommen der jeweiligen Verkabelung darüber entschieden werden kann, ob mehrere Applikationen oder mehrere Instanzen einer Applikation auf ein und demselben Kanal koexistieren können. Der ISO/IEC-Standard 11801:2002 (2. Ausgabe) geht in dieser Hinsicht noch weiter. Neben Überlegungen zum Nebenspechen werden Richtlinien zum Minimieren von Inkompatibilitäten bei der gemeinsamen Nutzung von Kabelmänteln gegeben. Der ISO/IEC-Standard 15018 empfiehlt zusätzlich das Cable-Sharing für Wohngebäude, in denen der Platz in den Kabelkanälen knapp ist. Branchenverbände wie BICSI und Bauvorschriften wie der NEC® in den USA akzeptieren das Cable-Sharing. Insgesamt lassen alle Telekommunikations-Standards das Cable-Sharing zu und geben Implementierungsrichtlinien auf der Basis des Potenzials für gegenseitige Störungen von Applikationen infolge des internen Nebenspechens im Kabelkanal.

Bild 1. Übersicht über das PSNEXT (Power-Sum Near-End Crosstalk) für verschiedene Kabeltypen
Bild 2. Übersicht über das PSNEXT (Power-Sum Equal Level Far End CrossTalk) für verschiedene Kabeltypen
Bild 3. Nicht RJ-konforme Kat 7/7A Stecker/Buchse-Kombination

Das Cable-Sharing brachte es erst dann zu nennenswerter Verbreitung, als vollständig geschirmte Kabelsysteme der Klasse F von der ISO standardisiert wurden. Der Grund hierfür ist, dass die Anwender durch das interne (Nah und Fern-)Nebenspechen in UTP und F/UTP-Kabeln (Twisted-Pair mit Folienhülle) nur schwierig vorhersagen konnten, ob mehrere Applikationen in einem Kabel koexistieren konnten.

Wie den Bildern 1 und 2 zu entnehmen ist, erscheinen 23,4 % des von einer Applikation ausgesendeten Signals bei 100 MHz in Kat 5e/Klasse D Kabelsystemen als PSNEXT oder PSFEXT. Die Situation bessert sich bei Kat 6A/Klasse EA Systemen, bei denen es nur noch 11,4 % sind. Dennoch kann auch damit nicht sichergestellt werden, dass sämtliche Applikationen bei gemeinsamer Nutzung einer Kabelumhüllung einwandfrei arbeiten. Anders ist es bei Kabelsystemen der Klasse F: hier treten bei 100 MHz nur noch 1,6 % der Signalstärke einer Applikation als PSNEXT oder PSFEXT auf. Der Anwender hat somit die Gewähr, dass die einzelnen Leiterpaare gegeneinander so gut gegen Störungen isoliert sind, dass auf einem Klasse F Kanal mit vier Adernpaaren mehrere Applikationen bzw. mehrere Instanzen einer Applikation laufen können.

Bild 4. Hybridkabel: Nicht RJ-konformer Stecker und RJ-11-Stecker (1 Paar) sowie nicht RJ-konformer Stecker und RJ-45-Stecker (2 Paare)

Die Anforderungen an Klasse F Kabel erschienen zunächst in der 1999 veröffentlichten ersten Ausgabe des ISO/IEC-Standards 11801. Klasse F Verkabelungen bestehen aus vollständig geschirmten Kat 7 Komponenten und sind über eine Bandbreite von 1 bis 600 MHz charakterisiert. Die bevorzugte Verbindungs-Hardware für Cable-Sharing-Implementierungen ist das in IEC 61073-3-104 beschriebene und in Bild 3 abgebildete nicht RJ-konforme Interface. Der Grund hierfür ist, dass die in isolierte Quadranten gegliederte Konstruktion dieses Steckverbinders mit nicht RJ-konformen Steckern für ein oder zwei Leiterpaare einen einfachen Zugang zu einem oder zwei Paaren ermöglicht. Hybridkabel können am anderen Ende mit einem entsprechenden RJ-45 oder RJ-11 Ethernet-Stecker versehen sein, wie Bild 4 zeigt. Die Anforderungen an Verkabelungen der Klasse F_A werden derzeit von der ISO ausgearbeitet und unter Verwendung des gleichen nicht RJ-konformen Steckverbinders an einem verbesserten Kat 7A Kabel über eine Bandbreite von 1 bis 1.000 MHz charakterisiert. Die Klasse F_A ist der geeignete Verkabelungstyp für sämtliche CATV-Kanäle (bis 862 MHz).

Bild 5. Typische Cable-Sharing-Implementierung für Call Center und Faxzentralen
Bild 6. Typische Multi-Application Cable-Sharing-Lösung

Auch wenn die Verfahrensweisen beim Cable-Sharing äußerst flexibel sind und eine breite Palette von Konfigurationen unterstützen, lassen sich doch zwei Grundkonfigurationen ausmachen, die den Anforderungen der meisten Endanwender gerecht werden. In Call Centern und Faxzentralen sind die Agenten in der Regel in Arbeitsgruppen organisiert und mit einem analogen Telefon und einer Internetanbindung ausgestattet. Im vorliegenden Beispiel wäre für das Cable-Sharing die Empfehlung zu geben, jeder (aus vier Agenten bestehenden) Arbeitsgruppe einen MuTOA mit einer Klasse F Steckbuchse und vier Kat 6A Buchsen zuzuweisen.

Der Klasse F Kanal stellt der Gruppe vier analoge Telefonleitungen zur Verfügung (Bild 5). Durch Cable-Sharing in Call Centern und Faxzentralen können die Endanwender Kostensenkungen von typisch mehr als 10 % im Bereich des Materials, eine 28-prozentige Verringerung der Steckdosenzahl und ein weniger komplexes Kabelmanagement erzielen. In vielen Multi-Applikations-Umgebungen wie z. B. in Unterrichtsräumen, im Gesundheitswesen sowie in Überwachungseinrichtungen unterstützen die Anschlüsse an den Arbeitsbereichen eine Unmenge von Diensten wie z.B. VoIP (Voice over IP), CATV, CCTV, Internet, Überwachungskameras, Intercom und schnelle Datenleitungen. Wollte man jede Applikation mit einem eigenen Kabel unterstützen, müssten pro Arbeitsplatz nicht weniger als 9 Dosen gesetzt werden. Als effizienter für Multi-Applikations-Anwendungen dieser Art erweist sich dagegen das Cable-Sharing, bei dem jeder Arbeitsbereich die neun Dienste über zwei Klasse F Kanäle und einen Kat 6A Kanal unterstützt. Die beiden Klasse F Kanäle unterstützen dabei die in Bild 6 gezeigten Dienste. Mit dieser Implementierung kommt der Endanwender auf eine Senkung der Materialkosten um 20 %, während sich die Zahl der Dosen um 57 % reduziert und die Komplexität des Kabelmanagements ebenfalls abnimmt. Nicht zuletzt profitiert der Endanwender von der Konsolidierung der bisherigen Koaxialkabel (CATV und CCTV) und Kupferkabel (Intercom) zu einem gemeinsamen Kommunikationsnetzwerk mit dem zusätzlichen Vorteil, dass sich das Infrastruktur-Management vereinfacht und die Komplexität zurückgeht.

Entscheidend ist, dass beim Design von Cable-Sharing-Lösungen von vornherein berücksichtigt wird, welche Applikationen unterstützt werden sollen und welche Lebensdauer das verwendete Equipment haben wird. Es ist ein günstiger Umstand, dass die Lebenszyklen von Call Centern und den meisten Video-Applikationen länger sind als die von den TIA und ISO-Standards normalerweise für Daten-Applikationen spezifizierte Lebensdauer von 10 Jahren. Trotz der zahlreichen Vorteile, die von Cable-Sharing-Strategien erhofft werden können, darf nicht vergessen werden, dass diese Techniken die Fähigkeit der Kabel-Infrastruktur, künftige Applikationen und Upgrades zu unterstützen, einschränken können. Für alle Cable-Sharing-Implementierungen gilt daher die Empfehlung, zusätzlich zu den gemeinsam genutzten Klasse F Steckdosen mindestens eine Dose mit vier Adernpaaren gemäß Kat 6A oder höher vorzusehen, um sich die Möglichkeit für eine künftige Aufrüstung auf höhere Geschwindigkeit offen zu halten.

Die Nachfrage der Endanwender nach Unterstützung für einen dichten Bestand an Low-Speed-Applikationen wächst, denn immer mehr Equipment unterstützt das IP-Protokoll, die Ethernet-Kommunikation und den Betrieb an Twisted-Pair-Kabeln. Glücklicherweise wartet Klasse F und Klasse F_A Verkabelung mit einer internen Abschirmung auf, sodass die von den Standards abgesegneten Cable-Sharing-Konzepte unterstützt werden. Dadurch ist es möglich, die Kosten zu senken, das Kabelmanagement zu vereinfachen und mehrere Applikationen auf Twisted-Pair-Übertragungsmedien zu konsolidieren.

TIA ist die Abkürzung für ‚Telecommunications Industry Association'
ISO ist die Abkürzung für ‚International Standards Organization'
Die Mindestanforderungen an Telekommunikations-Steckdosen sind in den Standards ANSI/TIA/EIA 568 B.2 und ISO/IEC 11801: 2002, 2. Ausgabe, definiert.
Dies sind beispielsweise zwei Sprachkanäle, vier klinikinterne Ethernet-Datenkanäle, zwei Ethernet-Kanäle für die ICU-Patientenüberwachung, eine Ethernet-Leitung für den Patientennotruf, ein zusätzlicher Ethernet-Kanal für nichtklinische Applikationen, 2 Kanäle für die Patientenunterhaltung und weitere Steckdosen für ‚Family-Zone'-Aktivitäten.
BICSI ist die Abkürzung für ‚Building Industry Consulting Service International, Inc.' Weitere Informationen unter www.bicsi.org.
NEC ist die Abkürzung für National Electrical Code®

Gemeinsame Kabelnutzung in kommerziellen Gebäuden

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