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Anschlusstechnik Standards in der generischen, strukturierten Gebäudeverkablung

Autor / Redakteur: Gerd Weking* / Kristin Rinortner

Eine internationale Vereinheitlichung ist in anwendungsneutralen Kommunikationskabelanlagen ein Muss für die Zukunft. Für eine gemeinsame Plattform spielen sowohl höhere Übertragungsfrequenzen als auch unterschiedliche Anforderungen für Industriegebäude und Smart Home eine wesentliche Rolle.

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( Archiv: Vogel Business Media )

Seit der Gründung des Gemeinschaftskomitees ISO/IEC JTC 1 – Information technology im Jahr 1987 und des Sub-Komitees SC 25 – Interconnection of information technology equipment wurden Standards für die generische strukturierte Gebäudeverkabelung entwickelt. Generisch bedeutet, dass die Verkabelung durch physikalische Parameter wie Signaldämpfung, Übersprechen oder Rückflussdämpfung definiert ist und in den Grenzen des Frequenzbereiches beliebige Übertragungs-Protokolle unterstützt.

Im Jahr 1995 wurde die erste Edition und 2002 die überarbeitete und erweiterte zweite Edition der ISO/IEC 11801 – Information technology – Generic cabling for customer premises veröffentlicht. Die Arbeiten der letzten fünf Jahre haben sich sowohl mit vertikalen Komponenten befasst, d.h. mit höheren technische Anforderungen insbesondere höheren Übertragungsfrequenzen, als auch mit horizontalen Komponenten, also mit unterschiedlichen Anwendungen durch Entwicklungen für die Industriegebäude und für das „Intelligent Home“.

Generische, strukturierte Verkabelung von Industriegebäuden

Ausgehend von Standardisierungen für Europa durch CENELEC und in den USA durch TIA wurde ein globaler Standard in ISO/IEC JTC 1 SC25 entwickelt. Die nun vorliegende ISO/IEC 24702 – Information technology – Generic cabling – Industrial premises unterstützt die beiden „Weltanschauungen“:

  • Geschirmte Kabel (STP), wie sie in weiten Teilen Europas verwendet werden,
  • ungeschirmte Kabel (UTP) für den US-Markt.

Interessant für Steckverbinderhersteller ist diese Norm deswegen, weil die strukturierte Gebäudeverkabelung in einem TO (Telecommunication Outlet) endet, also mit einem Steckverbinder, an den das Endgerät (Industrieautomatisierungsgeräte, Computer, Telefon) angeschlossen wird.

Technische Erweiterungen in ISO/IEC 24702

Die übertragungstechnischen Anforderungen und der generelle Aufbau der industriellen Verkabelung basiert auf ISO/IEC 11801, folgende Erweiterungen sind aber zu nennen:

  • Die maximale Ausdehnung des Kommunikationsdienstes wurde von 2000 m in ISO/IEC 11801 auf 10.000 m erweitert.
  • Modifizierte Strukturen der Verkabelung.
  • Implementierungsoptionen.
  • Charakteristische Umweltanforderungen für Industriegebäude wurden entwickelt und in der MICE-Tabelle (siehe unten) dargestellt.

Diese Tabelle berücksichtigt nicht alle möglichen Umgebungseinflüsse. Die Werte in den MICE-Tabellen der ISO/IEC 24702 sind keine Prüfanforderungen an Kabel oder Steckverbinder. Sie sind auch keine Systemanforderungen an die installierte Verkabelung. So kann eine Übertragungsstrecke im klimatisierten Bereich beginnen und an einer Maschine mit starken Schwingungen und hohen elektromagnetischen Störfeldern enden. Die Tabellen liefern den Entwicklern und Planern von Industrie-Verkabelungen dagegen Werte, die sie für die technische Auslegung verwenden sollten. Dabei ist zu beachten:

  • Die Anforderungen sind nicht notwendigerweise durchgängig Klasse 1, 2 oder 3, vielmehr können Bereiche mit besonders starker mechanischer Belastung, aber geringen klimatischen und elektromagnetischen Belastungen bestehen, z.B. M3 I1 C1 E 1.
  • Dem Planer wird ermöglicht, Maßnahmen zum Schutz vor schädigenden Umwelteinwirkungen zu treffen, wie die Abschirmung kritischer Bereiche des Kabelstranges oder Steckverbinders bzw. des Störers oder weniger kritische Verlegungswege.
  • Nach Berücksichtigung der vorgenannten Punkte sollten die Anforderungen an die Komponenten auch unter Kostengesichtspunkten betrachtet werden.

Intelligent Home und Konvergenz der Netze

Unter dem Begriff Intelligentes Haus oder auch Smart Home, und intelligentes Wohnen versteht man Ansätze für gegenwärtiges und künftiges Wohnen und Arbeiten. Heute ist bereits fast jede denkbare Hausautomatisierung möglich, wobei neben regionalen Normen auch nationale und regionale Spezifikationen durch Interessengruppen/Konsortien erstellt wurden.

Die europäische Norm EN 50090 bildet den offenen Standard für die Haus- und Gebäudesystemtechnik, führende Unternehmen unterstützen die EN und haben sich in Organisationen zusammengeschlossen, um die Interoperabilität zwischen ihren Produkten zu sichern. Dies wird meist durch eine Zertifizierung und ein Label dokumentiert. Durch die Zusammenführung der Standards Batibus (HKL – Heizung Klima Lüftung ) und EHS (European Home System – Weiße Ware) mit EIB (Elektroinstallationstechnik) unter dem Dach der Konnex Association ist ein umfangreiches Spektrum kompatibler Bauelemente und Geräte nach EN 50090 entstanden.

Andere europäische Firmen haben sich dem US-Konsortium LonMark angeschlossen. In China wird durch eine vom Ministry of Information Industry eingerichtete Arbeitsgruppe am ITopHome Protokoll für die Heim-Elektronik-Systeme gearbeitet. Die Japaner beschäftigen sich mit einem Heimnetz unter dem Gesichtspunkt Energieeinsparung. Diese Arbeiten laufen unter der Bezeichnung ECHONET (Energy Conservation and Homecare NETwork).

Weltweite Kooperation ist gefordert

Durch das weite Feld technischer Applikationen und Geräte im Heimbereich, durch international unterschiedliche Entwicklungen, teilweise aber auch getragen von dem Wunsch der Industrie, die eigene Entwicklung zum weltweiten Standard zu machen, ist eine Vielzahl von Spezifikationen durch Industriekonsortien entwickelt worden. Eine durchgängige weltweite Normung für das Intelligent Home scheint in weiter Ferne. Dies ist aber kritisch für den Erfolg vorhandener und zukünftiger Lösungen. Nur durch Standardisierung und damit gesicherte Interoperabilität zwischen den Insellösungen bestehen gute Chancen, dass die kritische Masse für Profitabilität erreicht wird.

Die internationalen Standardisierungsorganisationen ISO, IEC und ITU (International Telecommunication Union) haben sich im Februar 2006 in Genf getroffen, um sich über Ideen zu weltweiten Standardisierungen im Intelligent Home auszutauschen. ISO/IEC JTC 1 SC25 soll sich aktiv um Kooperationen mit den führenden Standardisierungsorganisationen und Industriekonsortien bemühen. Ziel ist es, wenige übergeordnete Standards für Heim-Netzwerke unter Beteiligung von Standardisierungsorganisation, Konsortien und Foren zu entwickeln und dadurch die Interoperabilität zwischen den heutigen Insellösungen sicherzustellen.

Stand Strukturierte Verkabelung für 10GBaseT

Im Folgenden werden die vertikalen Komponenten der Entwicklung in ISO/IEC JTC1 SC25 beschrieben.

Strukturierte generische Gebäudeverkabelung orientiert sich an den höchsten technischen Anforderungen. Die Spezifikation IEEE 802.3an (10 GBaseT) wurde im Juni 2006 verabschiedet. Die Erweiterungen der ISO/IEC 11801 auf diese Anforderungen ist das herausragende Thema von ISO/IEC JTC 1 SC 25 WG3.

Die Verkabelung muss hierfür bis 500 MHz spezifiziert werden. Für vorhandene Gebäude werden Empfehlungen erarbeitet, die Auskunft darüber geben, unter welchen Bedingungen die 10GBaseT noch sicher übertragen werden können.

Ein Technischer Report unter der Nummer ISO/IEC TR 24750 ist in Bearbeitung. Für neue Installationen wird ein Anhang zu ISO/IEC 11801 mit den neuen Klassen EA für 500 MHz und FA für 1000 MHz erarbeitet. Der Anhang soll auch weiterhin den Komponentenansatz unterstützen, das bedeutet, dass einem Übertragungskanal, der aus Kabeln und Steckverbindern nach Kategorie 6A aufgebaut ist, unterstellt wird, dass er die spezifizierten Übertragungseigenschaften der Klasse EA einhält.

Steckverbinder nach IEC 60603-7-41 und -7-51 für Kategorie 6A

Die Anforderungen an den Frequenzbereich von 250 bis 500 MHz sind werden noch diskutiert. Kritische Übertragungseigenschaften bei Steckverbindern sind Return Loss, also die Verluste durch Reflexion im Steckverbinder und das Übersprechen sowohl zwischen den Kontakten im Steckverbinder wie auch das Fremdnebensprechen, d.h. die elektromagnetische Beeinflussung des Signals durch andere Störer.

In der aktuellen Diskussion geht es darum, ob die Grenzwerte für das Nebensprechen zwischen 250 und 500 MHz extrapoliert werden oder ob die Anforderungen an die Steckverbinder in diesem Bereich reduziert werden müssen. Bei 500 MHz wird über die in Tabelle 1 aufgeführten Werte diskutiert.

Power over Ethernet (PoE)

PoE bedeutet, dass IT-Geräte über die Twisted-Pair-Datenleitungen mit Energie versorgt werden können. Dabei werden entweder die ungenutzten Adern der Leitung verwendet oder es wird zusätzlich zum Datensignal ein Gleichstromanteil über die vier verwendeten Aderpaare übertragen. Die Stromversorgung kann sowohl in aktiven Netzwerkgeräten, z.B. einem Switch, integriert werden oder über eine separate Stromversorung erfolgen.

Bisher wurde nach IEEE 803.2af bei 48 V eine maximale Leistung von 15,4 W spezifiziert. IEEE 803.2at (PoE plus) fordert, die Leistung künftig auf 30 W zu erhöhen. Noch höhere Leistungen werden diskutiert.

Insbesondere die Erwärmung installierter Kabelbündel ist in diesem Zusammenhang ein Risiko. Gegenwärtig darf sich die Verkabelung nach ISO/IEC 11801 inklusive Stromerwärmung auf bis zu 60 °C aufheizen. Nach ISO/IEC JTC1 SC25/WG3 wird befürchtet, dass dieser Grenzwert bei vorhandenen Installationen durch den höheren Strom überschritten wird und Beschädigungen, Ausfall oder Brände die Folge sein könnten. Eine generelle Zulassung für Altanlagen schließt man aus, ein PoE Cabling-Guide ist in Vorbereitung, der Hinweise gibt, unter welchen Bedingungen PoE plus über vorhandene Verkabelungen geleitet werden könnte.

Auch aus Sicht des Steckverbinderherstellers kann die Stromerhöhung bis auf 420 mA kritisch werden, wenn Verbindungen regelmäßig unter Last gezogen werden. Daher empfiehlt ISO/IEC JTC1 SC25 der IEEE PoE plus Task Force in ihrer Spezifikation klar darzustellen, dass Ziehen unter Last nicht zulässig ist: Um für zukünftige Anwendungen gesicherte Informationen zum Ziehen unter Last geben zu können, erarbeiten die Steckverbinder-Experten von IEC SC 48B Empfehlungen für ISO/IEC JTC1 SC25.

Fazit

Bei anwendungsneutralen Kommunikationskabelanlagen für die IT-Infrastruktur moderner Gebäude gelang es der Kupfer-Verkabelungsindustrie immer wieder, die Grenzen weiter nach oben, d.h. zu höheren Frequenzen zu treiben. Dadurch blieb das Lichtwellenleiter-Segment relativ klein. Der klare Trend zum „Wireless“ wird auf absehbare Zeit zwar Teile der heutigen IT-Infrastruktur übernehmen, sie aber nicht vollständig ersetzen.

Für das Intelligent Home ist die Konvergenz der verschiedenen technischen Standards wünschenswert, um den weltweiten Wettbewerb auf eine gemeinsame Plattform zu stellen. Im Applikationsfeld Industrie steht die Übernahme der ISO/IEC 24702 Anforderungen in die regionalen europäischen Normen, EN 50173-1 und EN 50173-3, sowie in die US Norm ANSI/TIA/EIA-1005 an.

Was bedeutet MICE?

MICE steht für Mechanical, Ingress (Schutzart/Dichtigkeit), Climatic and chemical und Electromagnetic, in der drei Schärfegrade beschrieben werden:

M1 I1 C1 E1 klassifiziert die typische Büroumgebung, wie sie in ISO/IEC 11801 angenommen wird.

M2 I2 C2 E2 klassifiziert die Industrieumgebung einer üblichen Fabrikhalle.

M3 I3 C3 E3 beschreibt raue Umgebungsbedingungen, wie sie in Maschinennähe angenommen werden müssen.

*Gerd Weking ist Bereichsleiter Intellectual Property and International Standardization bei der HARTING-Technologiegruppe.

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