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Conectorização em cabos de par trançado

A “conectorização”, procedimento também conhecido como “terminação” ou “crimpagem”, é o processo de conexão da extremidade um cabo de par trançado a um hardware de conexão. E o hardware de conexão é, por sua vez, um “componente ou combinação de componentes usados para conectar cabos ou elementos do cabo”, conforme a norma NBR 14565, ou seja, é um patch panel, tomada (conector fêmea – jack) ou plugue (conector macho).

Exemplos de hardware de conexão:

Plugue RJ45
Tomada RJ45
Patch Panel RJ45

Em outras palavras, conectorização é o ato de montarmos o cabo UTP (ou cabo blindado) em uma tomada ou plugue RJ45, ou em um patch panel com portas RJ45. Quando não é em conectores do tipo RJ45, é em blocos (ex.: tipo 110) ou em conectores específicos para as categorias 7, 7A ou 8.2 (ex.: Tera e GG-45).

Bloco Tipo 110
Conectores Tera e GG-45

Tecnicamente, o termo correto para o conector RJ45 é “conector modular de oito posições e oito contatos”, ou simplesmente 8P8C. O termo RJ45, onde RJ significa registered jack – tomada registrada, é um tipo de conector padronizado nos EUA para a conexão de redes telefônicas. O conector RJ45 atual (8P8C) para cabeamento estruturado foi baseado nessa tomada padrão.

A conectorização UTP sempre é realizada com algumas ferramentas, como decapadores de cabos, alicates de corte, ferramentas de impacto (punch down), alicates de “crimpe” ou outros tipos de ferramenta para o auxílio na conexão dos fios. As ferramentas exatas devem ser determinadas pelo fabricante do hardware de conexão. Portanto, é sempre necessário obtermos o manual de instalação do produto do fabricante correspondente.

Porém, antes de qualquer conectorização, temos que determinar qual a configuração de terminação (também conhecido como “pinagem”) que usaremos nas tomadas e plugues. A NBR 14565 reconhece duas configurações (T568A e T568B) para as categorias 5e, 6, 6A e 8.1, e mais duas configurações específicas para as categorias 7, 7A e 8.2 (conforme o tipo de conector utilizado, similares ao Tera ou ao GG-45). Qualquer que seja a configuração escolhida, ela deve ser mantida em toda a instalação.

Cometer um erro na manutenção da configuração de terminação em um enlace pode ocasionar erros de transmissão de rede, dependendo do padrão utilizado.

Veja este vídeo que fiz sobre um caso real de lentidão na rede ocasionado por erro de pinagem:

Também é essencial conhecermos o código de cores utilizado nos cabos de par trançado de quatro pares:

Número do parCorT568AT568B
1Branco e azul
Azul
5
4
5
4
2Branco e laranja
Laranja
3
6
1
2
3Branco e verde
Verde
1
2
3
6
4Branco e marrom
Marrom
7
8
7
8

Se algum equipamento requerer uma conexão “crossover” (ou outra qualquer), deve-se realizar a troca de posição dos condutores nos patch cords, e não no enlace permanente.

Cuidado na escolha do hardware de conexão correto para o tipo de cabo de par trançado utilizado. Além de verificar se a categoria do conector é a mesma do cabo, verificar a necessidade por blindagem e se o conector é próprio para condutores sólidos (presentes nos cabos “permanentes” ou “horizontais”) ou flexíveis (presentes nos patch cords).

A preparação para a conectorização inclui a decapagem do cabo de par trançado. A quantidade de cabo a ser decapado depende das instruções específicas do fabricante da solução de cabeamento, mas deve sempre permitir um comprimento mínimo de exposição dos pares. Pares muito expostos (entre o término da capa e a entrada do conector) permitem que eles se dobrem ou tenham seu trançamento alterado, afetando o desempenho do canal.

Neste vídeo, mostro como decapar um cabo U/UTP Cat.6A:

Especial atenção deve ser dada às soluções blindadas. Cabos blindados devem sempre ser conectorizados a hardware de conexão blindado, e o processo de decapagem de um cabo blindado deve permitir a exposição de sua blindagem de forma a permitir seu correto contato com a blindagem do conector.

Após a inserção dos pares nos locais apropriados para terminação, deve-se destrançá-los o mínimo possível, e nunca mais do que 13 mm (para as categorias 5e e superiores), conforme a NBR 14565. Usualmente, quanto maior a categoria da solução, menor o destrançamento permitido. O ponto correto de inserção dos pares no conector, seu encaminhamento por dentro dele, e a forma correta de seu destrançamento devem ser dados pelo fabricante desse conector.

Exemplo de montagem de uma tomada categoria 6 do fabricante Panduit:

Exemplo de montagem de uma tomada categoria 6 do fabricante CommScope:

Independentemente do modelo de conector utilizado, a conexão dos condutores do cabo ao hardware de conexão deve seguir a técnica IDC (Conexão por deslocamento do isolante – Insulation Displacement Connection). Nessa técnica, os condutores não devem ser previamente decapados, o que, além de consumir tempo, permite a exposição do cobre à oxidação, causando problemas de contato no futuro. A técnica IDC faz com que os condutores sejam “empurrados” (com o auxílio de alguma ferramenta) por uma ranhura metálica, que cortará o isolamento e fará o contato elétrico, sem deixar o cobre exposto. Cuidado, pois os contatos IDC para condutores sólidos são diferentes daqueles para condutores flexíveis, como já ressaltado. Diagrama de uma conexão IDC:

A ferramenta correta a ser utilizada para a conexão final dos condutores no hardware de conexão também deve ser informada por seu fabricante. Se for uma ferramenta de impacto (punch down), deve-se consultar com o fabricante do conector qual a força de impacto e ponteira corretos para o modelo de conector utilizado. Abaixo, exemplo de uma ferramenta de impacto com ponteira para conexão IDC tipo 110 e, logo em seguida, vídeo sobre essa ferramenta:

Geralmente, será necessária a instalação de algum acessório para acabamento do hardware de conexão, como uma tampa de proteção, moldura, trava ou ícone de identificação.

Exemplo de montagem de um patch panel categoria 6 do fabricante Nexans:

Após a conectorização dos enlaces de uma instalação, é necessário realizar testes para se ter a certeza de que o processo foi feito corretamente, sem prejuízo no desempenho da rede. Equipamentos específicos são utilizados nessa fase, que podem realizar desde simples testes de continuidade elétrica nos pares até testes completos nos parâmetros de transmissão, podendo emitir relatórios de certificação, com a comparação dos resultados a normas selecionadas.

Conheça este equipamento da Fluke que realiza testes de certificação em cabos de par trançado e fibra óptica:

Observar o formato externo de tomadas que serão instaladas em espelhos, mobiliário e caixas de piso. Embora as dimensões internas de uma tomada RJ45 fêmea sejam padronizadas, suas dimensões externas não o são. Consultar o fabricante sobre a compatibilidade de encaixe de sua tomada com demais produtos que serão utilizados como suporte. Muitas vezes será necessária a aquisição de suportes ou adaptadores específicos.

Existe o padrão de facto de tomada do tipo “keystone”, e vários fabricantes possuem tomadas compatíveis com esse padrão externo de encaixe. Outros formatos são proprietários, exigindo suportes fornecidos pelo próprio fabricante da tomada.

E como última orientação, ao instalar tomadas RJ45 em espelhos de parede, deve-se posicioná-las de forma que o patch cord se encaixe com sua trava voltada para baixo.

Exemplo de montagem de um plugue RJ45 categoria 6A do fabricante Panduit:

Exemplo de montagem de uma tomada RJ45 categoria 6A do fabricante Panduit:

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Marcelo Barboza, RCDD, DCDC, NTS, ATS, DCS Design, Assessor CEEDA
Clarity Treinamentos
marcelo@claritytreinamentos.com.br

Sobre o autor
Marcelo Barboza, instrutor da área de cabeamento estruturado desde 2001, formado pelo Mackenzie, possui mais de 30 anos de experiência em TI, membro da BICSI e da comissão de estudos sobre cabeamento estruturado da ABNT/COBEI, certificado pela BICSI (RCDD, DCDC e NTS), Uptime Institute (ATS) e DCPro (Data Center Specialist – Design). Instrutor autorizado para cursos selecionados da DCProfessional, Fluke Networks, Panduit e Clarity Treinamentos. Assessor para o selo de eficiência para data centers – CEEDA.

A categoria 8 e o Ethernet a 40 Gb/s

As categorias de cabeamento de par trançado são bem conhecidas, desde a categoria 5e até a 6A. Menos conhecidas são as categorias 7 e 7A, inexistentes nas normas norte-americanas (ANSI/TIA) e pouco utilizadas no país. Mas, e quanto à categoria 8, já tinha ouvido falar?

Pois é, a categoria 8 de componentes de cabeamento de par trançado já foi normatizada há alguns anos, estando presente tanto nas normas internacionais (ISO/IEC) quanto nas norte-americanas (ANSI/TIA). E, a partir de meados de 2019, também em nossa norma nacional ABNT/NBR 14565 (veja abaixo meu vídeo realizado na época da publicação dessa revisão da norma).

E qual a finalidade da categoria 8? Permitir aplicações Ethernet de velocidades 25 Gb/s e 40 Gb/s em enlaces de par trançado nas instalações de data centers. No entanto, a Cat.8 é a única que prevê um canal de no máximo 30 metros, diferente das outras categorias, que permitem canais de até 100 metros de extensão.

E tem mais: a Cat.8 prevê um canal de somente duas conexões, uma em cada extremidade, no início e no fim do enlace permanente. O enlace permanente deve ter até 24 metros de cabo com condutores sólidos. O canal de 30 metros é obtido com a conexão de patch cords de até 3 metros em cada extremidade.

Canal categoria 8

Um canal de somente 30 metros seria viável em um data center? Sim, pois a ideia do Cat.8 é a de ser uma opção à fibra óptica em conexões de até 40 Gb/s dentro de uma mesma fileira de racks/gabinetes. A maioria das fileiras tem menos que 30 metros. Então a Cat.8 acaba sendo uma opção de solução mais econômica (quando se leva em consideração também o custo dos equipamentos ativos) para links “intra-fileira”, desde que a velocidade não passe de 40 Gb/s.

Fileira de racks em um data center

A frequência máxima de transmissão de sinais sobre a Cat.8 é de 2000 MHz (ou 2 GHz), o dobro da categoria anterior, a Cat.7A, que é de 1000 MHz. Veja a tabela com todas as frequências suportadas pelas diferentes categorias de componentes:

CategoriaFrequência
Máxima (MHz)
Blindagem
5e100Opcional
6250Opcional
6A500Opcional
7 (ISO)600Sim
7A (ISO)1000Sim
8 (TIA) e 8.1 (ISO)2000Sim
8.2 (ISO)2000Sim
Tabela de categorias e respectivas frequências de sinal

Só que existem alguns “detalhes”… A norma ISO/IEC reconhece duas categorias de componentes: 8.1 e 8.2. A norma ANSI/TIA reconhece apenas a categoria 8, equivalente à categoria 8.1 da ISO. E quais as diferenças? Veja essa tabela abaixo:

Categoria dos componentesCateg. TIAClasse ISOComprimento máximo (m )Qtd. máxima de conexões (*)Tipo de conector
5e5eD1004RJ45
66E1004RJ45
6A6AEA1004RJ45
7F1004Tera/GG45
7AFA1004Tera/GG45
8 (TIA) ou 8.1 (ISO)8I302RJ45
8.2 (ISO)II302Tera/GG45
Tabela de categorias de componentes e canais

Na tabela acima, você vê que as categorias 8 da ANSI/TIA e 8.1 da ISO/IEC utilizam conectores modulares de 8 contatos/8 posições (mais conhecidos como RJ-45), enquanto a categoria 8.2 utiliza os mesmos tipos de conectores que já tinham sido definidos para as categorias 7 e 7A (só que para 2000 MHz), sendo que os principais são o Tera (da Siemon) e o GG45 (da Nexans).

Exemplos de conectores Tera e GG-45

Outra diferença está na blindagem. A blindagem utilizada nos cabos Cat.8 e 8.1 geralmente é do tipo F/UTP ou U/FTP, enquanto a utilizada no 8.2 é do tipo S/FTP ou F/FTP (veja mais sobre os padrões de blindagem em meu vídeo abaixo)

Exemplos de cabos blindados

Um canal construído com componentes da categoria 8.1 é chamado de Classe I pela ISO, enquanto aquele construído com componentes categoria 8.2 é chamado de Classe II. A norma ANSI/TIA chama o canal com componentes Cat.8 também de categoria 8.

O padrão de rede Ethernet para 40 Gb/s em par trançado é o 40GBASE-T, enquanto o padrão para 25 Gb/s é o 25GBASE-T, ambos definidos na norma IEEE 802.3bq-2016, e utilizam todos os quatro pares do cabeamento (para saber mais sobre a nomenclatura utilizada para as interfaces Ethernet, veja este meu vídeo abaixo).

Todos os principais fabricantes de cabeamento já possuem soluções Cat.8, mas sua utilização ainda é bem restrita.

Eu fiz um vídeo sobre a Cat.8 e o 40GBASE-T. Confira:

Para saber mais sobre as categorias de cabos e os parâmetros de transmissão que os definem, confira meu curso SCE331.

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Clarity Treinamentos
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Sobre o autor
Marcelo Barboza, instrutor da área de cabeamento estruturado desde 2001, formado pelo Mackenzie, possui mais de 30 anos de experiência em TI, membro da BICSI e da comissão de estudos sobre cabeamento estruturado da ABNT/COBEI, certificado pela BICSI (RCDD, DCDC e NTS), Uptime Institute (ATS) e DCPro (Data Center Specialist – Design). Instrutor autorizado para cursos selecionados da DCProfessional, Fluke Networks, Panduit e Clarity Treinamentos. Assessor para o selo de eficiência para data centers – CEEDA.

Balanço de potência óptica

Escrevi em outros artigos sobre o balanço de perda óptica e seu cálculo. Mas existe um conceito muito parecido, que acaba causando confusão com o anterior, que é o do “balanço de potência óptica”. Neste artigo, vamos falar sobre ele, e como ele se diferencia do balanço de perda.

Ao final do artigo, links para vídeos meus sobre este assunto.

Só para recordar, o “balanço de perda óptica” é um cálculo realizado para estimar qual será a atenuação total de um enlace em fibra óptica antes mesmo de ser instalado. Já o “balanço de potência óptica” é um cálculo realizado para se conhecer a quantidade mínima e máxima de potência que poderá (ou deverá) ser perdida durante a transmissão.

O balanço de perda é específico para os tipos de equipamentos de transmissão e recepção (transceivers) que serão utilizados. Portanto, para realizar esse cálculo é absolutamente necessário saber quais os modelos exatos dos transceivers que serão empregados em determinada instalação.

As características dos equipamentos que precisam ser conhecidas são:

  • Potência do transmissor
  • Sensibilidade do receptor
  • Faixa dinâmica do receptor

Esses valores são tipicamente expressos em “dBm”. O dBm é uma unidade de medida que expressa a potência absoluta mediante uma relação logarítmica (em decibéis) com base em 1 mW. Ou seja, 0 dBm equivale a 1 mW. Como exemplo, 30 dBm representa uma potência 30 dB superior a 1 mW, ou seja, 1.000 mW, ou 1 W. Em mais um exemplo, -10 dBm representa uma potência 10 dB inferior a 1 mW, ou seja, 0,1 mW, ou 100 µW.

O cálculo do balanço de potência é simples: subtraímos a sensibilidade do receptor da potência do transmissor para saber o quanto de potência podemos perder durante a transmissão sem que haja uma diminuição significativa na sua qualidade (expressa pela “taxa de erro de bit”, ou BER).

Exemplos:

  • Equipamento com potência de transmissão de 10 dBm e sensibilidade do receptor de 2 dBm.
    Balanço de potência = 10 dBm – 2 dBm = 8 dB.
    Ou seja, o canal passivo de transmissão (enlace óptico completo) pode apresentar atenuação de até 8 dB sem que haja degradação de qualidade
  • Equipamento com potência de transmissão de -5 dBm e sensibilidade do receptor de -20 dBm.
    Balanço de potência = -5 dBm – (- 20 dBm) = 15 dB.
    Ou seja, o canal passivo de transmissão (enlace óptico completo) pode apresentar atenuação de até 15 dB sem que haja degradação de qualidade.

Mas não devemos nos esquecer da faixa dinâmica do receptor. Ela nos informa os valores mínimos e máximos de potência que devem ser recebidos para que o equipamento interprete os sinais recebidos corretamente.

Se um receptor possui sensibilidade de -20 dBm e faixa dinâmica de 15 dB, isso significa que ele aceita sinais com potência entre -20 dBm e -5 dBm (ou seja, -20 + 15). Se ele receber um sinal com potência superior a -5 dBm, também haverá degradação na qualidade, e poderá ocorrer até mesmo a queima do receptor. Por exemplo, se a potência do transmissor for de -2 dBm, além de saber que a atenuação máxima deve ser inferior a 18 dB (-2 – (-20)), também saberemos que a atenuação mínima do canal deverá ser de 3 dB (-2 -(-5))! Se o enlace óptico não possuir atenuação igual ou maior que 3 dB, também haverá degradação da qualidade da transmissão, com aumento do BER.

Isso ocorre com frequência em equipamentos de transmissão de longa distância, que possuem alta potência de transmissão e ata sensibilidade do receptor, pois devem contar com enlaces de diversos quilômetros de fibra óptica, com diversas emendas. Nesses casos, quando queremos testar os equipamentos em uma bancada, e vamos conectá-los apenas com um patch cord, corremos o risco de até queimar o receptor, tamanha será a potência recebida. Para isso, devemos usar atenuadores, dispositivos que introduzem uma perda proposital no enlace a fim de não “inundar” o receptor com uma potência que esteja fora de sua faixa dinâmica.

Como vimos, o resultado do balanço de potência nos dá a atenuação máxima que o canal óptico passivo pode apresentar para que o equipamento de rede funcione a contento. E é agora que entra o outro cálculo, o do “balanço de perda óptica” que vimos nos outros artigos. Sabendo do balanço de potência, temos que projetar um enlace que apresente um balanço de perda inferior ao balanço de potência do equipamento.

Ao utilizar o valor do balanço de perda, não devemos deixar de incluir previsões para manutenções futura, além de uma margem de segurança.

Exemplos:

  • Enlace composto por 20 km de fibra monomodo OS2 terminada em ambas as extremidades dentro de distribuidores ópticos (DIO) através da fusão de pigtails, cujos conectores serão acoplados na parte interna dos adaptadores frontais do DIO; haverá uma fusão no meio da rota; prever duas fusões para manutenção futura. Equipamento com potência de transmissão de 10 dBm e sensibilidade do receptor de -5 dBm:
    1. Perda da fibra óptica: 20 km X 0,4 dB/km = 8,0 dB
    2. Perda das conexões: 2 X 0,75 dB = 1,5 dB
    3. Perda das emendas: 3 X 0,3 dB = 0,9 dB
    4. Previsão de perda das possíveis emendas futuras: 2 X 0,3 dB = 0,6 dB
    5. Margem de segurança: 1 dB
    6. Balanço da perda (1310 nm e 1550 nm): 8,0 + 1,5 + 0,9 + 0,6 + 1,0 = 12,0 dB
    7. Balanço da potência: 10 – (-5) = 15 dB
    8. Conclusão: projeto correto, pois ainda há uma margem de 3 dB (15 – 12) entre o balanço da potência e as perdas projetadas do enlace óptico.
  • Enlace composto por 30 km de fibra monomodo OS2 terminada em ambas as extremidades dentro de distribuidores ópticos (DIO) através da fusão de pigtails, cujos conectores serão acoplados na parte interna dos adaptadores frontais do DIO; haverá duas fusões no meio da rota; prever duas fusões para manutenção futura. Equipamento com potência de transmissão de 5 dBm e sensibilidade do receptor de -10 dBm:
    1. Perda da fibra óptica: 30 km X 0,4 dB/km = 12,0 dB
    2. Perda das conexões: 2 X 0,75 dB = 1,5 dB
    3. Perda das emendas: 4 X 0,3 dB = 1,2 dB
    4. Previsão de perda das possíveis emendas futuras: 2 X 0,3 dB = 0,6 dB
    5. Margem de segurança: 1 dB
    6. Balanço da perda (1310 nm e 1550 nm): 12,0 + 1,5 + 1,2 + 0,6 + 1,0 = 16,3 dB
    7. Balanço da potência: 5 – (-10) = 15 dB
    8. Conclusão: projeto incorreto, o enlace óptico projetado pode apresentar perda acima do tolerado pelo equipamento previsto.

Equipamentos de rede Ethernet já possuem tabelas que mostram o balanço da perda alocada para o enlace óptico, assim não precisamos realizar esse cálculo, basta consultar as tabelas publicadas no padrão IEEE 802.3. Como exemplo, a tabela abaixo mostra a perda máxima alocada para o canal óptico para os padrões Ethernet sobre fibra óptica entre as velocidades de 10 Mb/s e 1 Gb/s:

Padrão FibraComprimento de onda (nm) Perda máx. do canal (dB)
10BASE-FL OM1 850 12,5
100BASE-FXOM1 1300 11
1000BASE-SX OM2 850 3,56
1000BASE-LX OM2 1310 2,35
1000BASE-LX SM 1310 4,57
Tabela: Requisitos para alguns padrões de rede Ethernet


Saiba mais sobre o balanço de perda óptica no curso SCE335, e sobre os padrões Ethernet no curso SCE381. Ao final de cada curso, você poderá baixar materiais de referência, realizar avaliações e, se for bem nelas, ainda receberá certificados de conclusão!

Complemente o conhecimento com meus vídeos abaixo, sobre o cálculo do balanço de perda e potência óptica, e sobre a nomenclatura das interfaces Ethernet:

Orçamento de potência óptica
Cálculo do balanço ou orçamento de perda óptica (optical loss budget)
Padrões Ethernet

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Marcelo Barboza, RCDD, DCDC, NTS, ATS, DCS Design, Assessor CEEDA
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Canal de cabeamento estruturado no YouTube

A partir deste mês iniciamos a publicação periódica de vídeos curtos tratando de temas variados relacionados ao Cabeamento Estruturado

Este é o endereço do playlist dos vídeos já publicados sobre cabeamento estruturado no canal: Cabeamento Estruturado by Marcelo Barboza

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Outras playlists que você pode gostar:

E deixe na área de comentários, sob os vídeos, suas sugestões para próximos temas, e também suas críticas!

Assista já ao primeiro vídeo publicado no canal

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Optical Loss Budget Calculation

On 21/Mar/2019, I wrote an introductory article on the “Optical Loss Budget” (http://www.claritytreinamentos.com.br/2019/03/21/optical-loss-budget-an-introduction/), where I present what an optical loss budget is and what’s its purpose. In this article, we will address how to calculate it.

To recall, the “optical loss budget” is a calculation performed to estimate what will be the total attenuation of a fiber optic link even before it is installed. Among its purposes, we can emphasize two:

  • Verify that the optical link being designed meets the requirements of the applications that will run on it. If the calculated loss budget is greater than the loss margin allocated for the cabling of the intended application (e.g. 10GBASE-SR), the link may show data loss and even “go down”;
  • Establish a threshold that will be used during the performance of acceptance tests of the installed link. When testing the link with a PMLS (power meter + light source), if the measured attenuation is greater than the project’s loss budget, then we will know that something has failed during installation: the material and/or the labor were less than reasonable.

But how to calculate the optical loss budget? First, we must know exactly which optical components will be used in the link. If possible, know the exact brand name and model. Usual components are:

  • Fiber optic cable
  • Connectors
  • Splices
  • Splitters
  • Other passive components (e.g. taps and attenuators)

Next, we must determine the loss (attenuation) that each of these components will present when installed on the link. This information can be obtained from the technical specification sheets of the selected components. Caution: the attenuation may be different depending on the wavelength of light used.

The calculation must be carried out at all wavelengths intended to be used in the link. As a minimum, test:

  • multimode fibers in wavelengths 850 nm and 1300 nm;
  • single-mode fibers in wavelengths 1310 nm and 1550 nm.

If the part numbers of the components are not yet known, use standard market values or values specified by national or international cabling standards.

Examples of standard attenuation values established by ISO/IEC 11801-1:2017:

  • Coupled connectors:                       0.75 dB
  • Splice:                                             0.3 dB
  • Multimode fiber OM1 thru OM4: 3.5 dB/km (850 nm) and 1.5 dB/km (1300 nm)
  • Multimode fiber OM5:                   3.0 dB/km (850 nm) and 1.5 dB/km (1300 nm)
  • Single-mode fiber OS1a:                 1.0 dB/km (1310 nm and 1550 nm)
  • Single-mode fiber OS2:                   0.4 dB/km (1310 nm and 1550 nm)

We also need to know the total length of the complete link, in kilometers. That is because the loss of the “fiber optic” component will be proportional to its length (so the loss is given in “dB/km” as seen above).

Based on this information, we add all the values for the link to obtain its loss budget, in decibels (dB).

Example 1: A 3,000 m link made of OS2 single-mode fiber, terminated in pigtails spliced at both ends inside optical trays, whose connectors will be coupled to the front panel adapters. There will be a splice in the middle of the link:

Optical fiber loss: 3 km X 0.4 dB/km = 1.2 dB

Connector loss: 2 X 0.75 dB = 1.5 dB

Splice loss: 3 X 0.3 dB = 0.9 dB

Loss budget (1310 nm and 1550 nm): 1.2 + 1.5 + 0.9 = 3.6 dB

Example 2: A 200 m link made of OM3 multimode fiber, terminated in field polished connectors at both ends, coupled to the front panel adapters. No splices used:

Optical fiber loss @ 850 nm: 0.2 km X 3.5 dB/km = 0.7 dB

Optical fiber loss @ 1300 nm: 0.2 km X 1.5 dB/km = 0.3 dB

Connector loss: 2 X 0.75 dB = 1.5 dB

Loss budget @ 850 nm: 0.7 + 1.5 = 2.2 dB

Loss budget @ 1300 nm: 0.3 + 1.5 = 1.8 dB

As already mentioned, the values obtained should be compared to the applications specifications and to the values measured during the certification of the installed link.

If the measured value is greater than the calculated loss budget, check the installed material, the fiber route, the cleaning of the connectors and the quality of the splices. If necessary, use an OTDR to find the locations that exhibit losses above the expected.

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See you next time.

Marcelo Barboza, RCDD, DCDC, NTS, ATS, DCS Design, Assessor CEEDA
Clarity Treinamentos
marcelo@claritytreinamentos.com.br

About the author

Marcelo Barboza, Structured Cabling instructor since 2001, graduated in Mackenzie University, has more than 30 years of experience in IT, member of BICSI, member of the ABNT/COBEI Committee of Studies on Structured Cabling (Brazilian Standards organization), certified by BICSI (RCDD, DCDC and NTS), Uptime Institute (ATS), and DCProfessional (Data Center Specialist – Design). Authorized instructor for selected courses of DCProfessional, Fluke Networks and Clarity Treinamentos.

Optical Loss Budget – An Introduction

When designing a fiber optic link, how to ensure that there will be enough light for the application to work? Or, after installing the optical link, how to ensure that the material has of good quality and that the workforce used in the installation followed all the recommendations and good practices?

Each application (or physical network protocol, such as Ethernet, for example) for fiber optics establishes a maximum attenuation (or loss) in the channel for it to work without performance degradation. If the channel attenuation is higher than the expected, the bit error rate (BER) begins to increase, causing network slowdowns and eventually dropping the link.

Each optical component bought and installed must also have a maximum expected loss, defined in structured cabling standards. When acquiring and installing optical links, we should know what this loss is, so we can compare it to the measurements performed at the time of network certification. If the measured loss is greater than expected, whether the material acquired is not so good, or the manpower used in the installation did not follow the normative recommendations and the respective suppliers. In this case, the link may not be able to receive the extended warranty from the manufacturer.

It is precisely for this that there is such a thing as the “optical loss budget”, a calculation of how much loss an optical link should present, at maximum, to ensure the quality of the installation and the operation of the network.

See you next time!

Marcelo Barboza, RCDD, DCDC, NTS, ATS
Clarity Treinamentos

NEXT vs. FEXT

O “par trançado” é um dos meios físicos mais utilizados nas instalações de cabeamento estruturado. Popularmente conhecido como “UTP” (embora algumas vezes seja composto por cabos blindados, e UTP se refira apenas aos não blindados), hoje permite a transmissão de dados a velocidades de 10 gigabits por segundo ou mais em enlaces de até 100 metros.

Mas, nem tudo são flores. Se não forem utilizados produtos de boa qualidade, ou se o procedimento de instalação não for corretamente seguido, problemas podem ocorrer. É por isso que, após a instalação, são realizados testes de certificação. São diversos testes, mas neste artigo abordaremos dois deles, o NEXT e o FEXT (para entender estes e outros testes, veja meu vídeo abaixo). Vocês sabe o que são eles? Quais as semelhanças e as diferenças entre eles?

Parâmetros de teste para cabos de par trançado

Ambos são parâmetros que medem a “diafonia” (“crosstalk”, em inglês, abreviado como “XT”), ou seja, a interferência eletromagnética que o sinal trafegado por um par de fios trançados provoca em outro par do cabo. Qual o problema da diafonia? Por que ela é indesejável?

Cada par de um cabo interliga um equipamento transmissor (TX, que está em uma extremidade do cabo) a um equipamento receptor (RX, na outra extremidade do cabo), ambos componentes de equipamentos de comunicações, como uma placa de rede ou porta de switch, por exemplo.

Só que em uma transmissão de rede, pelo menos dois dos pares do cabo são utilizados simultaneamente. Em uma transmissão Ethernet a 1 Gb/s (ou mais), são utilizados os quatro pares do cabo. Ou seja, dois ou mais TX transmitem simultaneamente para seus respectivos RX.

Só que cada RX está interessado apenas no sinal enviado pelo TX correspondente, que está do outro lado do par/cabo. Se o sinal transmitido por um TX, através de um par, “vaza” para outro par, acaba chegando em outro RX, que não era o destinatário original da mensagem. Pior, o RX acaba recebendo pelo menos dois sinais: o desejado, isto é, aquele enviado pelo TX correspondente, mais um, indesejado, enviado por outro TX (que é a diafonia/XT), e acaba somando e, portanto, confundindo ambos! Se a intensidade da diafonia for próxima à do sinal desejado, o RX não conseguirá distinguir dentre ambos e rejeitará o sinal por completo. Se isso ocorrer com frequência, a velocidade da transmissão cairá e, eventualmente, a conexão será interrompida.

Agora que já sabemos o que é diafonia e como ela pode afetar a transmissão, vamos perceber que há dois tipos de medições realizadas de diafonia: NEXT e FEXT.

O NEXT (near-end crosstalk) mede a diafonia que afeta o RX que está localizado na mesma extremidade do cabo (“extremidade próxima” ou “near end”) em relação ao TX que causou essa diafonia. Ou seja, o NEXT mede a interferência que um equipamento transmissor causa no cabo e acaba afetando a habilidade do próprio equipamento de entender sinais provenientes da outra extremidade do cabo.

Já o FEXT (far-end crosstalk) mede a diafonia que afeta o RX que está localizado na extremidade oposta do cabo (“extremidade distante” ou “far end”) em relação ao TX que causou essa diafonia. Ou seja, o FEXT mede a interferência que um equipamento transmissor causa no cabo e acaba afetando a habilidade do equipamento oposto de entender seus sinais.

Em português, o NEXT é chamado de “paradiafonia”, enquanto o FEXT é a “telediafonia”. Ambos medem as consequências do mesmo fenômeno, que é a diafonia.

Ambos os testes devem ser realizados bidirecionalmente, ou seja, enviando-se sinal a partir de ambas as extremidades do cabo. Isso ocorre porque o próprio sinal indesejado (resultado da diafonia) sofre atenuação ao longo do cabo até chegar em algum RX. Por exemplo: um dano ao cabo que aumente a diafonia causará um NEXT muito mais elevado quando este for medido a partir da extremidade do cabo que estiver mais próxima a esse dano.

As medições de NEXT e FEXT são reportadas em combinações de dois pares ou somadas para todos os pares do cabo (“powersum”). A unidade de medida utilizada é o decibel (dB), resultado da comparação na intensidade do sinal transmitido com a do sinal indesejado recebido. O FEXT usualmente é reportado apenas após a computação da Perda de Inserção, resultando no ACR-F, mas isso já é um assunto para outro artigo!

Para saber mais sobre os testes realizados em enlaces de par trançado, não perca o curso SCE331.

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Até a próxima!

Marcelo Barboza, RCDD, DCDC, NTS, ATS, DCS Design, Assessor CEEDA
Clarity Treinamentos
marcelo@claritytreinamentos.com.br

Sobre o autor
Marcelo Barboza, instrutor da área de cabeamento estruturado desde 2001, formado pelo Mackenzie, possui mais de 30 anos de experiência em TI, membro da BICSI e da comissão de estudos sobre cabeamento estruturado da ABNT/COBEI, certificado pela BICSI (RCDD, DCDC e NTS), Uptime Institute (ATS) e DCPro (Data Center Specialist – Design). Instrutor autorizado para cursos selecionados da DCProfessional, Fluke Networks, Panduit e Clarity Treinamentos. Assessor para o selo de eficiência para data centers – CEEDA.

Cálculo do balanço de perda óptica

Em 04/abr/2017, escrevi um artigo sobre o “balanço de perda óptica” (http://www.claritytreinamentos.com.br/2017/04/04/balanco-de-perda-optica/), onde conceituo o que ele é e para que serve. Neste artigo, vamos abordar a sua forma de cálculo. Veja também este vídeo, sobre esse cálculo:

Cálculo do balanço de perda óptica

Para recordar, o “balanço de perda óptica” é um cálculo realizado para estimar qual será a atenuação total de um enlace em fibra óptica antes mesmo de ser instalado. Dentre suas finalidades, podemos ressaltar duas:

  • Verificar se o enlace óptico sendo projetado atenderá aos requisitos das aplicações que nele rodarão. Se o cálculo do balanço for superior à margem de perda alocada para o cabeamento da aplicação pretendida (ex.: 10GBASE-SR), o link poderá apresentar perda de dados e até mesmo nem “subir”;
  • Estabelecer um limite que será utilizado durante os testes de aceitação do enlace instalado. Ao testar o link com um PMLS (power meter + light source), se a atenuação medida for superior ao balanço de perda do projeto, então saberemos que algo falhou na execução: o material e/ou a mão-de-obra envolvidos.

Mas, como calcular o balanço de perda óptica? Primeiramente, temos que saber exatamente quais os componentes ópticos que serão utilizados no enlace, de preferência com marca e modelo. Componentes usuais:

  • Fibra óptica
  • Conectores
  • Emendas
  • Splitters
  • Outros componentes passivos (como taps e atenuadores, por exemplo)

Em seguida, devemos determinar a perda (atenuação) que cada um desses componentes apresentará ao ser instalado no enlace. Essa informação pode ser obtida nos folhetos de especificações técnicas dos componentes escolhidos. Atenção: a atenuação poderá ser diferente dependendo do comprimento de onda de luz utilizado.

O cálculo deve ser realizado em todos os comprimentos de onda previstos a serem utilizados no enlace em questão. No mínimo, testar:

  • Fibras multimodo nos comprimentos de onda 850 nm e 1300 nm;
  • Fibras monomodo nos comprimentos de onda 1310 nm e 1550 nm.

Se as marcas e modelos dos componentes não forem ainda conhecidos, utilizar valores padrões de mercado e/ou especificados pelas normas nacionais/internacionais correspondentes.

Exemplos de valores de atenuação padrões estabelecidos pela norma ISO/IEC 11801-1:2017, e que possivelmente estarão na próxima revisão da norma nacional ABNT/NBR 14565:

  • Par de conectores acoplados: 0,75 dB
  • Emenda: 0,3 dB
  • Fibra MM, OM1 a OM4: 3,5 dB/km (850 nm) e 1,5 dB/km (1300 nm)
  • Fibra MM, OM5: 3,0 dB/km (850 nm) e 1,5 dB/km (1300 nm)
  • Fibra SM, OS1 e OS1a: 1,0 dB/km (1310 nm e 1550 nm)
  • Fibra SM, OS2: 0,4 dB/km (1310 nm e 1550 nm)

Precisamos saber também o comprimento total do enlace final, em quilômetros. Pois a perda do componente “fibra óptica” será proporcional ao seu comprimento (por isso a perda é dada em “dB/km”, como visto acima).

Com base nessas informações, somamos todos os valores para o enlace para a obtenção do balanço de perda, em decibéis (dB).

Exemplos:

1 – Enlace composto por 3.000 m de fibra monomodo OS2 terminada em ambas as extremidades dentro de distribuidores ópticos (DIO) através da fusão de pigtails, cujos conectores serão acoplados na parte interna dos adaptadores frontais do DIO; haverá uma fusão no meio da rota

Perda da fibra óptica: 3 km X 0,4 dB/km = 1,2 dB
Perda das conexões: 2 X 0,75 dB = 1,5 dB
Perda das emendas: 3 X 0,3 dB = 0,9 dB
Balanço da perda (1310 nm e 1550 nm): 1,2 + 1,5 + 0,9 = 3,6 dB

2 – Enlace composto por 200 m de fibra multimodo OM3 terminada em ambas as extremidades dentro de distribuidores ópticos (DIO) através da terminação direta em conectores (processo de cola e polimento), e eles serão acoplados na parte interna dos adaptadores frontais do DIO

Perda da fibra óptica a 850 nm: 0,2 km X 3,5 dB/km = 0,7 dB
Perda da fibra óptica a 1300 nm: 0,2 km X 1,5 dB/km = 0,3 dB
Perda das conexões: 2 X 0,75 dB = 1,5 dB
Balanço da perda a 850 nm: 0,7 + 1,5 = 2,2 dB
Balanço da perda a 1300 nm: 0,3 + 1,5 = 1,8 dB

Os valores obtidos, como já mencionado, deverão ser comparados às especificações das aplicações e aos valores medidos durante a certificação do enlace instalado.

Se o valor medido for superior ao balanço de perda calculado, verifique o material instalado, a rota da fibra, a limpeza das conexões e a qualidade das emendas. Se for o caso, utilize um OTDR para encontrar os locais que apresentam perdas acima do esperado.

O vídeo abaixo ensina você a fazer uma planilha Excel para o cálculo do balanço de perda de acordo com os valores recomendados na norma nacional NBR 14565:2019:

Saiba mais sobre o balanço de perda óptica no curso rápido online SCE335, e sobre os testes com PMLS no curso rápido online SCE333. Ao final de cada curso, você poderá baixar materiais de referência, realizar avaliações e, se for bem nelas, ainda receberá certificados de conclusão!

Complemente o conhecimento com este meu vídeo sobre orçamento de potência óptica:

Orçamento de potência óptica

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Marcelo Barboza, RCDD, DCDC, NTS, ATS, DCS Design, Assessor CEEDA
Clarity Treinamentos
marcelo@claritytreinamentos.com.br

Sobre o autor
Marcelo Barboza, instrutor da área de cabeamento estruturado desde 2001, formado pelo Mackenzie, possui mais de 30 anos de experiência em TI, membro da BICSI e da comissão de estudos sobre cabeamento estruturado da ABNT/COBEI, certificado pela BICSI (RCDD, DCDC e NTS), Uptime Institute (ATS) e DCPro (Data Center Specialist – Design). Instrutor autorizado para cursos selecionados da DCProfessional, Fluke Networks, Panduit e Clarity Treinamentos. Assessor para o selo de eficiência para data centers – CEEDA.

A medição do PUE de um data center

No artigo publicado em 16 de maio de 2018, em meu blog (http://www.claritytreinamentos.com.br/2018/05/16/pue-uma-metrica-de-eficiencia-do-data-center/), expliquei o conceito da métrica PUE, cobrindo sua definição, princípio de cálculo e principais finalidades. Aqui, vou elaborar mais sobre o tema, explorando detalhes sobre sua medição e cálculo.

Este meu vídeo também explica os conceito básicos da medição do PUE:

Conceitos básicos do PUE

Como vimos, o PUE mostra o overhead de energia gasto em relação aos sistemas de TI. Esse overhead representa a energia gasta nos sistemas que auxiliam na contínua operação dos sistemas críticos de TI, incluindo, mas não necessariamente se limitando a:

  • Energia gasta na refrigeração/ventilação dos equipamentos de TI e dos equipamentos necessários ao seu funcionamento, incluindo bombas, chillers, ventoinhas, torres de resfriamento, fancoils, evaporadoras e condensadoras
  • Perdas elétricas nos equipamentos, cabos e conexões da distribuição elétrica (ex.: UPS, quadros elétricos, transformadores, geradores etc.)
  • Alimentação elétrica de sistemas auxiliares necessários, como alarmes de incêndio, controle de acesso e automação
  • Iluminação das salas que compõem o data center

Ao computar a energia gasta pelos sistemas de TI, deve-se considerar, para além de servidores, armazenamento e comunicações (switches e roteadores), todo o equipamento de TI suplementar, como monitores, chaveadores KVM, estações de monitoramento etc., desde que necessários à operação dos serviços críticos.

Então, um data center com PUE 1,60 significa que 60% de toda a energia por ele consumida é gasta por esses sistemas acima listados como overhead. Obviamente, quanto mais perto de 1,00, mais eficiente esses sistemas serão ao atenderem as necessidades de TI.

Mas, onde medir o consumo de TI e qual a unidade utilizada? A primeira edição do PUE descrevia somente uma relação entre picos de demanda. Ou seja, durante um período de avaliação (por exemplo, durante um mês), é anotado o pico de demanda total do data center (DEM_TOT) e o pico de demanda dos equipamentos de TI (DEM_TI), ambos medidos em kW. O PUE seria então DEM_TOT/DEM_TI. Exemplo: pico de demanda do data center durante um ano = 500 kW, pico de demanda de TI durante esse ano = 300 kW; PUE = 500/300 = 1,67.

Posteriormente, foi lançada a segunda versão do PUE, em três níveis, 1, 2 e 3. Esse novo PUE (versão 2) prefere que o cálculo seja feito com dados de consumo, em kWh, e não de demanda, como anteriormente. Então, durante o período de avaliação, é medido o consumo elétrico total do data center (CONS_TOT) e o dos equipamentos de TI (CONS_TI). O PUE é agora CONS_TOT/CONS_TI. Exemplo: consumo elétrico total do data center durante um ano = 4.500.000 kWh, consumo elétrico de TI durante esse ano = 2.600.000 kWh; PUE = 4.500.000/2.600.000 = 1,73. Esta maneira é superior à anterior, pois utiliza o consumo total, que já contabiliza todos os picos, vales e sazonalidades ocorridas durante o período.

Os três níveis do PUE versão 2 se referem ao local onde deve ser medido o consumo de TI, bem como periodicidade mínima da medição (se usada a demanda pontual):

  • PUE1: nível 1; medição na saída do UPS; se medido como demanda (kW), a periodicidade deve ser mensal ou semanal
  • PUE2: nível 2; medição na saída do PDU; se medido como demanda (kW), a periodicidade deve ser diária ou horária
  • PUE3: nível 3; medição na tomada elétrica dos equipamentos de TI (nos racks); se medido como demanda (kW), a periodicidade deve ser de 15 minutos ou menos

Atualmente, o PUE também é definido na norma ISO/IEC 30134-2 – Power usage effectiveness (PUE).

A medição do consumo total deve ser sempre realizada na entrada do data center. Deve-se deduzir daí toda energia utilizada para outros sistemas não relacionados ao data center, se existirem.

Quanto mais perto da carga de TI for a medição, ou seja, quanto maior o nível do PUE, mais precisa será a métrica ao identificar as perdas decorrentes do overhead das instalações.

Quando a medição for realizada por consumo (kWh), é importante manter o cálculo do PUE trimestral de cada estação climática do ano, bem como o anual, de forma a ressaltar (trimestral) e a nivelar (anual) os efeitos da temperatura externa no PUE.

Como curiosidade, e a nível de ilustração, podemos consultar o PUE dos data centers da Google aqui: https://www.google.com/about/datacenters/efficiency/internal/. Ali podemos ver o gráfico dos cálculos anuais e trimestrais do PUE.

O PUE1 e o PUE2 até admitem ter suas medições de consumo realizadas de forma manual, em rondas periódicas. É relativamente fácil obter dados de consumo de TI para o PUE1, pois todos os UPS já vêm com recursos para informar os dados de fornecimento de energia. Para o PUE2, é necessária a instalação de medidores nos quadros principais de distribuição de energia ininterrupta para o data center (PDU).

O PUE3, por sua granularidade (medição em cada rack de TI), deve necessariamente ser medido de forma automática. Isso não deve ser um problema, pois para o PUE3 é necessária a utilização de “PDU inteligente de rack” em todos os racks, os quais já são naturalmente dotados de capacidade remota de monitoramento, via SNMP ou equivalente. Porém, isso torna a instalação mais cara, portanto não é uma solução viável para muitos data centers.

Se o data center adquirir outros recursos utilizados para alimentação elétrica ou refrigeração, como diesel ou gás (para geração local regular), ou água potável (para refrigeração), a energia embutida em tais insumos também deve ser contabilizada na energia total consumida pelo data center. A norma do PUE inclui fatores para a conversão dessa energia embutida em energia a ser contabilizada pelo PUE.

O PUE, em princípio, não deve ser utilizado para comparar instalações diferentes, a não ser que a metodologia de todos os locais seja compatibilizada. O PUE é bastante útil para servir de base para o próprio data center medir sua evolução com o tempo e após alterações significativas da instalação.

Mas, atenção, o PUE não mede a eficiência elétrica dos equipamentos de TI! O aumento da eficiência de TI (com o uso de técnicas de consolidação e virtualização, por exemplo) reduzirá o consumo elétrico do data center, mas, se não houver um correspondente ajuste no parque eletromecânico, o PUE poderá aumentar, mesmo que o consumo total da instalação tenha diminuído.

Por outro lado, aumentar muito a temperatura de fornecimento do ar condicionado, para a faixa “permitida” da ASHRAE, poderá proporcionar uma boa economia no gasto energético da refrigeração. Mas, dependendo da temperatura e nível de carga dos servidores, pode ser que suas ventoinhas sejam aceleradas ao máximo, para compensar esse aumento. Isso pode levar a um consumo extra que anula os ganhos com a redução da refrigeração, levando a um maior consumo do data center. Nesse caso, paradoxalmente, o PUE pode melhorar, pois o consumo das ventoinhas dos servidores é contabilizado como consumo de TI!

Ou seja, o PUE não deve ser o único recurso para acompanhar a eficiência elétrica do data center. Ele deve sempre ser acompanhado por outros indicadores, como o consumo elétrico total e índices de eficiência dos equipamentos de TI, como por exemplo o ITEU e o ITEE, também definidos na norma ISO/IEC 30134.

Seguem os links para os sites onde se pode adquirir os documentos aqui citados:

The Green Grid® – PUE: https://www.thegreengrid.org/en/resources/library-and-tools/20-PUE%3A-A-Comprehensive-Examination-of-the-Metric

Norma ISO/IEC 30134-2:2016: https://www.iso.org/standard/63451.html

A medição do PUE é apenas um dos itens avaliados para a obtenção do único selo de eficiência energética para data centers, o CEEDA. Mais informações, aqui: http://www.ceedacert.com/

O cálculo do PUE é abordado nos cursos DCDA e EnergyPro, do DCProfessional. Mais informações, aqui: https://www.br.dcpro.training/

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Marcelo Barboza, RCDD, DCDC, NTS, ATS, DCS Design, Assessor CEEDA
Clarity Treinamentos
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Sobre o autor
Marcelo Barboza, instrutor da área de cabeamento estruturado desde 2001, formado pelo Mackenzie, possui mais de 30 anos de experiência em TI, membro da BICSI e da comissão de estudos sobre cabeamento estruturado da ABNT/COBEI, certificado pela BICSI (RCDD, DCDC e NTS), Uptime Institute (ATS) e DCPro (Data Center Specialist – Design). Instrutor autorizado para cursos selecionados da DCProfessional, Fluke Networks, Panduit e Clarity Treinamentos. Assessor para o selo de eficiência para data centers – CEEDA.

Uma introdução ao PoE – Power over Ethernet

Há muito tempo o cabo de cobre balanceado, mais conhecido como “cabo de par trançado” ou simplesmente UTP, é utilizado para a transmissão simultânea de informações e energia ao dispositivo remoto. Um exemplo clássico é o velho sistema analógico de telefonia, conhecido na bem-humorada sigla em inglês por POTS (Plain Old Telephone Service, ou ‘velho e simples serviço de telefonia’), onde o aparelho telefônico recebe, junto com os sinais de voz, uma alimentação elétrica em corrente continua proveniente da central, tudo pelo mesmo par de fios de cobre.

Sistemas privados de telefonia analógica (os onipresentes sistemas de PABX) também utilizam essa técnica de energização de aparelhos. Alguns sistemas utilizam até um par adicional do cabo para realizar a alimentação de alguns aparelhos mais “potentes”, como os ramais digitais ou sistemas KS.

Mais recentemente, sistemas de CFTV também começaram a utilizar pares do cabo para alimentar as câmeras através dos cabos de sinal de vídeo. Outros dispositivos utilizados em sistemas de automação também costumam utilizar essa técnica.

E qual a vantagem de se prover a alimentação elétrica ao dispositivo final remotamente, através do cabo de comunicação? Podemos ressaltar algumas:

  • Evitar a necessidade de tomada elétrica ao lado de cada dispositivo e respectiva distribuição de cabos e sua proteção;
  • Evitar a instalação de fontes de energia individuais em cada dispositivo, o que representaria menor eficiência e mais pontos de falha em relação a ter uma fonte centralizada;
  • Possibilidade de dotar todos os dispositivos com energia de backup (UPS e/ou gerador) de maneira central;
  • A distribuição de energia em corrente contínua a tensões usualmente menores que 50 V é mais segura.

O problema é que historicamente nunca houve uma maneira padronizada de realizar essa alimentação elétrica pelos cabos de dados. Cada fabricante tinha sua própria solução, cada qual utilizando fios, tensões, correntes e proteções únicos, impossibilitando a interoperabilidade.

Com a universalização do protocolo Ethernet (para dados, sons, imagens e controles), tornou-se possível a padronização da alimentação elétrica remota por esse protocolo. Essa técnica de alimentação elétrica através de enlaces de comunicação Ethernet por cabos de par trançado ficou conhecida como PoE – Power over Ethernet. A primeira versão do PoE foi lançada em 2003, sob o padrão IEEE 802.3af. A versão seguinte veio em 2009, com o padrão IEEE 802.3at, ficando conhecido como PoE+ (PoE plus).

Algumas características básicas desses dois padrões de PoE:

  • Ambos utilizam dois pares do cabo para alimentação em corrente contínua;
  • O equipamento que energiza o cabo (geralmente um switch ou um injetor de potência) é chamado de Power Sourcing Equipment (PSE);
  • O equipamento energizado (telefone, câmera, ponto de acesso Wi-Fi etc.) é chamado de Powered Device (PD);
  • O enlace deve ter 100 m ou menos de cabo de par trançado, com componentes e topologia compatíveis com as normas de cabeamento estruturado (tais como ISO/IEC 11801, ABNT/NBR 14565 e ANSI/TIA-568);
  • O padrão PoE garante até 12,95 W no PD, enquanto o PoE+ garante até 25,50 W no PD;
  • A alimentação elétrica pode seguir em pares distintos dos de dados (Modo B, para injetores PoE ou PoE+ em velocidades de 10 ou 100 Mb/s) ou simultaneamente pelos mesmos pares (Modo A, para switches PoE ou velocidades iguais ou superiores a 1 Gb/s).

As figuras abaixo mostram os dois modos de energização PoE e PoE+, o Modo A (quando o switch já tem o recurso PoE, técnica chamada de “endspan”) e Modo B (quando é utilizado um injetor PoE entre o switch e o PD, técnica chamada de “midspan”):

Esquema de utilização dos pares para energia e dados

Endspan

Midspan

O PoE+ foi um avanço, pois muitos dispositivos que não conseguiam ser alimentados com menos de 13 W passaram a poder utilizar esse recurso, como câmeras motorizadas (PTZ) e telefones VoIP com grandes telas touchscreen. Mas alguns equipamentos ainda ficaram de fora por necessitarem mais energia, como luminárias LED, monitores de TV e estações de trabalho. Para resolver isso, está em fase final de elaboração o padrão IEEE 802.3bt, que utiliza os quatro pares do cabo para alimentação elétrica, simultaneamente aos dados em Ethernet. Esse novo padrão está sendo referenciado como PoE++ (PoE plus plus) ou 4PPoE (four pair PoE).

O padrão 4PPoE trará duas novas classes de alimentação elétrica:

  • Tipo 3: até 51 watts no PD
  • Tipo 4: até 71 watts no PD
  • Os tipos 1 e 2 são compatíveis com os níveis dos padrões PoE e PoE+, respectivamente

Com esse padrão, será possível dotar quase qualquer equipamento ou dispositivo de comunicação ou automação de um ambiente comercial ou residencial com rede Ethernet de até 10 Gb/s e alimentação elétrica, tudo através de um único cabo de rede, por meio de uma conexão padrão “RJ45”. O 4PPoE possibilitará a instalação de maneira simples, e alimentados unicamente por cabos de par trançado, dos mais diversos equipamentos comuns nos escritórios atuais, para além dos telefones, câmeras e antenas Wi-Fi, tais como:

  • Thin clients
  • Monitores de TV
  • Estações de reserva de salas de reunião
  • Pontos de autoatendimento
  • Luminárias LED inteligentes
  • Leitores de cartão, senha e biometria
  • Alto-falantes
  • Relógios
  • Repetidores internos de sinal de celular
  • Dispositivos DAS – Distributed Antenna System
  • Sensores (iluminação, presença, temperatura, umidade, movimentação, contaminantes etc.)
  • Controladores (controle de acesso, VAV, persianas automatizadas, registros e disjuntores motorizados etc.)
  • Carregadores de celular

Particularmente, as luminárias LED inteligentes (dotadas de sensores e controles) e os dispositivos IoT, tornados possíveis principalmente por causa do PoE, têm o potencial de expandirem enormemente a demanda por cabeamento estruturado nas corporações. Empresas como Cisco já lançaram switches PoE próprios para tais aplicações, aptos a serem instalados por sobre forros, para atenderem às aplicações distribuídas pelo teto. Veja este vídeo sobre o edifício The Edge, de Amsterdam, que utiliza um sistema inteligente de iluminação suportado por PoE.

Até aqui, alguns pontos a ressaltar:

  • O PoE (e suas novas versões) não é um sistema qualquer de energização por cabo de par trançado, mas sim uma técnica específica, padronizada pelo IEEE, para ser utilizada com equipamentos Ethernet em cabeamento estruturado;
  • O protocolo de sinalização do PoE somente injeta potência no cabo se o PSE detectar um PD compatível. Ou seja, você não tomará choque se segurar um cabo UTP decapado cuja outra extremidade esteja conectada a um switch/injetor PoE.

A tabela abaixo mostra um resumo das principais características do PoE (lembrando que até a data que este artigo foi escrito, o padrão 4PPoE ainda não havia sido publicado, a previsão era de até o final de 2018):

PadrãoIEEE 802.3af

PoE

IEEE 802.3at

PoE+

IEEE 802.3bd

4PPoE

IEEE 802.3bd

4PPoE

Tipo1234
Pares energizados2244
Faixa de tensão no PSE (Vcc)44 a 5750 a 5750 a 5752 a 57
Corrente máx. por par (mA)350600600960
Potência máx. fornecida pelo PSE (W)15,430,060,0100
Potência mín. fornecida ao PD (W)12,9525,551,071,0

Note que há uma diferença entre a potência fornecida pelo PSE e a garantida ao PD, pois há uma queda de tensão no caminho provocada pelo cabeamento instalado. Para que a queda não seja superior a essa, instalar sempre o cabeamento conforme as normas correspondentes e técnicas recomendadas pelos respectivos fabricantes.

O PoE padronizado pelo IEEE não é o único padrão existente de alimentação elétrica sobre cabos de par trançados. Há três outros dignos de nota:

  • UPOE (Universal PoE), lançado pela Cisco em 2011, pode fornecer até 60 W sobre cabeamento de par trançado a partir de switches compatíveis, como as séries Catalyst 4500E Series e Catalyst 3850;
  • POH (Power over HDBaseT), suportado pela HDBaseT Alliance, é um padrão baseado no PoE+ que permite o fornecimento de até 100 W em quatro pares sobre comunicações de áudio e vídeo pelo padrão HDBaseT, que utiliza cabos de par trançado (mín. Cat.5e) para trafegar vídeo de alta resolução, Ethernet a 100 Mb/s e sinais de controle entre equipamentos e dispositivos de entretenimento (segundo a última especificação Energy Star, nenhuma TV de até 60 polegadas pode consumir mais do que 100W);
  • PoDL (Power over Data Line), será um padrão semelhante ao PoE, mas para energizar enlaces dos novos protocolos Ethernet sobre cabos de um par trançado, como o 100BASE-T1 e o 1000BASE-T1, trabalhando com tensões de até 60 V e potências de até 50 W no PD.

Existem alguns cuidados que devem ser tomados em projetos para utilização do PoE em larga escala, principalmente quando se tem em mente o 4PPoE. Agrupar os cabos de par trançado em feixes provocará um aumento de sua temperatura, proporcional à quantidade de cabos agrupados, corrente transferida (tipo de PoE) e capacidade de dissipação térmica do cabo e do caminho onde o feixe é instalado. Normas começam a surgir (como a ANSI-TIA-184) com orientações sobre projetos com PoE que limitem o aumento de temperatura para além de um limite, o que poderia afetar a capacidade de tráfego de dados dos cabos devido ao aumento de sua atenuação. De uma forma geral, cabos de par trançado com condutores mais grossos (p.ex. 23 AWG), como os usualmente encontrados em cabos de Categoria 6A, permitem maior capacidade de corrente, em feixes maiores, sem grandes aumentos de temperatura.

Outro cuidado é a utilização de conectores modulares (tomadas e plugues modulares “RJ45”) que suportem a desconexão sob carga. Ao forçar a desconexão, por exemplo de um patch cord, sem antes desligarmos o dispositivo alimentado por PoE, pode haver uma faísca que, em repetidas situações, pode danificar os contatos o que, ao longo do tempo, pode levar a problemas na comunicação de dados. Eles devem, portanto, ser testados pelo menos conforme a norma IEC 60512-99-001.

Para concluir, o PoE é uma tecnologia em franco crescimento, que oferece o potencial de alterar a maneira como os dispositivos são conectados e distribuídos nos edifícios comerciais, tornando as instalações mais simples, padronizadas, ágeis e seguras.

Introdução ao Power over Ethernet

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Até a próxima!

Marcelo Barboza, RCDD, DCDC, NTS, ATS, DCS Design, Assessor CEEDA
Clarity Treinamentos
marcelo@claritytreinamentos.com.br

Sobre o autor
Marcelo Barboza, instrutor da área de cabeamento estruturado desde 2001, formado pelo Mackenzie, possui mais de 30 anos de experiência em TI, membro da BICSI e da comissão de estudos sobre cabeamento estruturado da ABNT/COBEI, certificado pela BICSI (RCDD, DCDC e NTS), Uptime Institute (ATS) e DCPro (Data Center Specialist – Design). Instrutor autorizado para cursos selecionados da DCProfessional, Fluke Networks, Panduit e Clarity Treinamentos. Assessor para o selo de eficiência para data centers – CEEDA.