Ministero delle Comunicazioni Istituto Superiore delle Comunicazioni e delle Tecnologie dell Informazione Indice

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2 Indice 1 Prefazione del Direttore Introduzione Cenni storici Elementi di attenzione nella scelta e nell implementazione del cablaggio Cablaggio strutturato Applicazioni Distribuzione Mercato Implementazione Aspetti complementari Normative e standard Scopo Introduzione Il cablaggio strutturato Filosofia Come funziona Dove lo si applica Normative di riferimento Architettura Link, canali, e interconnessione di sottosistemi Architettura centralizzata Architettura per cablaggio a zone Architettura per Data Centre Mezzi trasmissivi Canale trasmissivo in cavo in rame a coppie simmetriche Canale trasmissivo in cavo a fibre ottiche Margini di funzionamento Componentistica Prese terminali Cavi Elementi di connessione Bretelle Accessori Sicurezza dei componenti Sistemi di schermatura Sistemi di cablaggio intelligente Uso del cablaggio Compatibilità elettromagnetica Distribuzione Distribuzione orizzontale Spazi Distribuzione di backbone Applicazioni Applicazioni con segnali elettrici Considerazioni sulla Classe D/Categoria 5E Vantaggi della Classe E/Categoria 6 rispetto alla Classe D/Categoria 5E Prospettive della Classe EA/Categoria 6A

3 6.1.4 Cablaggi in classi superiori Applicazioni con segnali ottici Mercato e canali Costruttori/Produttori Distributori Enti terzi di certificazione Consulenti Installatori/Integratori Utenti Garanzia Realizzazione Progetto Installazione Prestazioni Organizzazione armadi Collaudo Utilizzo Etichettatura e documentazione Aspetti complementari Sicurezza Protezione dai contatti diretti e indiretti Sistema equipotenziale di terra Sistemi di prevenzione incendi Alimentazione Sistemi di emergenza e UPS Power over Ethernet PoE Sistemi wireless Il ruolo di ISCOM Generalità Certificazione cablaggio strutturato Certificazione di conformità cavi, elementi di connessione e accessori Certificazione di conformità di un sistema di cablaggio installato Direzione Lavori Consulenza generica Normative di riferimento Leggi di settore...47 Registro delle revisioni Revisione Descrizione Data 0 Prima edizione 28/04/06 3

4 1 Prefazione del Direttore 1.1 Introduzione La sempre più stringente necessità, da parte di aziende e professionisti, di utilizzare tecnologie informatiche per lo svolgimento delle loro attività, li espone ai notevoli rischi connessi all uso di tali tecnologie. Tali rischi vanno dalla perdita o compromissione dei dati in loro possesso, ai rischi connessi al mancato adempimento di obblighi di legge (pensiamo ad esempio alle ricadute della legge sulla privacy su coloro che trattano dati personali). Appare quindi evidente l assoluta necessità per questi soggetti di disporre di strumenti informatici la cui sicurezza sia garantita da terza parte. L opera nell ambito del Ministero delle Comunicazioni in qualità di organo tecnico-scientifico. La sua attività, rivolta specificatamente verso le aziende operanti nel settore ICT, le Amministrazioni pubbliche e l'utenza, riguarda fondamentalmente i servizi alle imprese, la normazione, la sperimentazione e la ricerca di base e applicata, la formazione e l istruzione specializzata nel campo delle telecomunicazioni. Il ruolo di organismo tecnico scientifico assieme alla garanzia di indipendenza da parti terze, porta l Istituto ad essere riferimento per favorire lo sviluppo delle telecomunicazioni semplificando l immissione sul mercato di nuovi prodotti e l applicazione di tecnologie innovative. 1.2 Cenni storici Quando furono create le prime reti di computer nei primi anni 80 esistevano diversi tipi di cablaggio proprietari. I primi sistemi commercialmente disponibili furono l AT&T PDS e l IBM ACS. Alla fine anni 80 si evidenziò la mancanza di uno standard per i sistemi di cablaggio per telecomunicazioni negli edifici. La CCIA (Computer Communications Industry Association) incaricò a EIA (Electronic Industries Association) di sviluppare uno standard, e nel 1991 nacque il documento ANSI/TIA/EIA-568 Commercial Building Telecommunications Standard, che descrive l implementazione di sistemi di telecomunicazione negli edifici ad uso commerciale. Da allora questo standard USA ha subito numerose modifiche e aggiornamenti, per arrivare alla revisione attuale ANSI/TIA/EIA-568-B dell aprile Nel 1995 fu definito lo standard internazionale ISO/IEC 11801, da cui sono state poi create alcune versioni continentali (per l Europa CENELEC EN 50173). Gli standard specificano i servizi di telecomunicazione all interno di un edificio o di un area (campus, o comprensorio, o insediamento), descrivendo gli aspetti relativi ad hardware, architettura, installazione e testing. Sono definiti livelli prestazionali minimi richiesti ai componenti che costituiscono il cablaggio, quelli più noti si riferiscono al cablaggio con cavi in rame, dove sono definite le Categorie e le Classi. La prima definizione prestazionale fu creata da Anixter Inc. nel 1988 con il programma Livelli, quando esistevano in commercio numerosi cavi a coppie simmetriche che presentavano notevolissime differenze. I Livelli sono stati poi ripresi da EIA con il nome Categorie. A proposito dei punti di connessione, fu introdotto l uso del connettore modulare a 8 contatti, noto come RJ45 (Registered Jack n.45 di USOC). Dal 1977 opera a livello internazionale l associazione BICSI (Building Industry Consulting Service International) che ha raccolto il contributo di professionisti, costruttori, enti di standardizzazione, utenti finali, ecc. per la definizione di regole progettuali degli edifici per la predisposizione ai sistemi di telecomunicazione. Le specifiche create da BICSI sono state ampiamente utilizzate nella la realizzazione di nuovi edifici e alcuni standard specifici legati al 4

5 mondo delle telecomunicazioni vi fanno riferimento. Un esempio è lo standard TIA/EIA-569-B che descrive un sistema di distribuzione per il cablaggio, sia a livello di piano (cablaggio orizzontale) che a livello di edificio o campus (cablaggio di backbone o dorsale), con la definizione dei percorsi e degli spazi. In Italia con la liberalizzazione dei servizi telefonici avvenuta ormai da diversi anni e la costituzione di nuovi operatori telefonici oltre all ex monopolista Telecom Italia, è stato stabilito un punto fisico della rete nel collegamento di fornitura del servizio telefonico da operatore a utente, in cui separare le rispettive competenze. Questo punto, definito come terminazione di rete pubblica, individua rispettivamente il dominio dell operatore telefonico nazionale e quello dell utente pubblico. In pratica l utente privato viene quindi autorizzato alla realizzazione del proprio impianto interno secondo le proprie esigenze e necessità. Per disciplinare questa attività e le rispettive competenze, l allora Ministero delle Poste e delle Telecomunicazioni emana il Decreto Ministeriale 23 Maggio 1992 n. 314 dal titolo: Regolamento recante disposizioni di attuazione della legge 28 Marzo 1991, n. 109, in materia di allacciamenti e collaudi degli impianti telefonici interni Questo DM in corso di revisione ma attualmente ancora valido anche se con problematiche di applicazione, descrive le caratteristiche meccaniche di riferimento e quelle del segnale elettrico emesso da tutte le interfacce esistenti come terminazioni della rete telefonica pubblica. Al solo scopo di esempio si ricorda che la più comune e da tutti conosciuta, definita con il nome Terminazione telefonica unificata tripolare, è in pratica la presa del telefono ancora oggi molto comune nelle abitazioni. Possiamo considerare questo come il momento storico in cui nasce l impianto interno di una abitazione gestito direttamente dall utente, che si evolve con il termine cablaggio interno e successivamente strutturato. Il DM 314/92 stabilisce anche la disciplina relativa al rilascio alle imprese delle autorizzazioni per l installazione e la manutenzione delle apparecchiature. Pertinente inoltre per molti aspetti al tema di cui si tratta, è l articolo 4.2 della Direttiva 1999/5/CE recepita in Italia con il Decreto Legislativo 9 maggio 2001 n. 269, che attribuisce agli operatori di rete la facoltà di definire e pubblicare le specifiche di interfaccia delle proprie reti, stabilendo di fatto l esistenza di vari tipi di Network Termination Point (NTP) diversi quindi da operatore a operatore, anche per tipologie di reti affini. Lo scopo del legislatore, che non poteva prevedere l enorme sviluppo del cablaggio strutturato, era e rimane quello di fare in modo che il lavoro impiantistico fosse realizzato da società certificate. Questa esigenza si era resa necessaria perché agli inizi, quando non era più competenza di Telecom Italia l installazione del cablaggio interno delle abitazioni, si proponevano ad eseguire i lavori, ditte di provenienza elettricistica, spesso non in possesso della necessaria competenza a realizzare impianti di comunicazione. 1.3 Elementi di attenzione nella scelta e nell implementazione del cablaggio L efficace implementazione di un cablaggio strutturato richiede che siano conosciuti e valutati i diversi aspetti che possono determinare scelte ed investimenti economici oculati, oltre 5

6 che il funzionamento stesso del sistema. La definizione più generale di infrastruttura di comunicazione dell edificio, anziché semplicemente il termine cablaggio, descrive e comprende meglio questi aspetti che qui si intende illustrare Cablaggio strutturato Il cablaggio strutturato è l elemento fisico che mette in comunicazione i vari servizi, e come tale riveste un importanza strategica. Come per il sistema di distribuzione, il cablaggio ha un ciclo di vita piuttosto lungo, pertanto ogni scelta deve essere volta alla ricerca della soluzione più flessibile e prestazionale, per ridurre al minimo gli interventi correttivi e di adeguamento del sistema di cablaggio. L utente ha diverse opzioni di scelta che coinvolgono queste aree: Uso del cablaggio; Architettura; Mezzi trasmissivi; Componentistica Applicazioni Per dimensionare correttamente l infrastruttura di comunicazioni, e di conseguenza il cablaggio, occorre valutare quali tipo di servizi, sistemi e funzioni, l utente andrà ad utilizzare nell immediato e, con ragionevole stima, nel futuro. I servizi forniti attraverso l infrastruttura di comunicazioni vengono definiti applicazioni. Ogni applicazione può avere specifici requisiti tecnici che possono vincolare la scelta delle tecnologie o delle architetture da implementare Distribuzione Ogni tipo di cablaggio richiede adeguati percorsi per i cavi, spazi per i loro punti di arrivo, strutture di supporto ed elementi di protezione e sicurezza per gli utenti. Questi elementi costituiscono la distribuzione dei servizi di telecomunicazione agli utenti, e la filosofia del cablaggio strutturato ne consente un ottima razionalizzazione. La distribuzione deve permettere la massima flessibilità e capacità, facendo in modo di coesistere con le altre utility di edificio. Vista la natura permanente degli elementi della distribuzione, è importante poterli definire nelle prime fasi di impostazione strutturale e architettonica dell edificio, altrimenti possono facilmente sorgere nel tempo limitazioni allo sviluppo dei servizi. Se ciò non fosse possibile, esistono come vedremo in seguito, alcune raccomandazioni per attuare soluzioni adeguate Mercato Anche il mercato stesso dei sistemi di comunicazione, vale a dire le modalità commerciali con cui la tecnologia e le soluzioni vengono sviluppate e trasferite dai produttori agli utenti, determina, oltre ai costi, implementazioni più o meno efficaci. In questo settore, i sistemi vengono ideati e realizzati da numerosi costruttori, proposti sui mercati da società di distribuzione, installati presso gli utenti da aziende integratrici o da società esclusivamente 6

7 installatrici. Giocano un ruolo importante anche gli studi di consulenza che a volte supportano gli utenti nei progetti. Inoltre, esistono società indipendenti di verifica e certificazione delle soluzioni. Deve essere posta una certa attenzione sulla competenza dei soggetti indicati, soffermandosi sul background industriale e sui processi di formazione, qualificazione e di abilitazione che possono aiutare l utente ad accreditare il canale di approvvigionamento Implementazione Una volta effettuata la scelta della soluzione, si sviluppano le fasi di progetto, installazione e test dell infrastruttura di comunicazioni. Queste fasi hanno un forte peso sulla bontà dell esito finale dell implementazione, ma costituiscono anche la premessa del come l utente potrà utilizzare l infrastruttura nel corso del tempo. Esistono infatti diversi criteri e accorgimenti che, se applicati correttamente, permettono un uso affidabile e sicuro dell infrastruttura. In caso contrario, l utente si trova rapidamente ad avere un sistema non espandibile o fuori controllo, vanificando così gli investimenti fatti Aspetti complementari L implementazione dei sistemi di comunicazione deve considerare anche altre necessità che, specialmente nelle ultime innovazioni tecnologiche, introducono interessanti sviluppi. Alcuni esempi sono i sistemi di alimentazione tramite cablaggio Power over Ethernet e i sistemi wireless. Entrambi propongono notevoli vantaggi per l utente, ma richiedono una corretta predisposizione e integrazione nell infrastruttura Normative e standard Tutti gli aspetti sopra citati sono stati sviluppati nel tempo grazie alle continue evoluzioni proposte sul mercato dalle aziende costruttrici. A beneficio degli utenti, ogni settore ha provveduto mano a mano a codificare le pratiche e le soluzioni in riferimenti normativi e standardizzazioni. Le prescrizioni esistenti sono quindi un importantissimo strumento che deve essere considerato e che questo documento illustrerà ampiamente. Tuttavia, deve altresì essere riconosciuto che a volte e per specifiche esigenze di particolari utenti, eventuali innovazioni pur non ancora recepite dagli standard possano rispondere meglio. L ISCOM nel ruolo di osservatorio autorevole del mercato, propone quindi il presente documento di Guida alle infrastrutture di comunicazione delle reti locali. Il Direttore dell ISCOM Ing. Luisa Franchina 7

8 2 Scopo Lo scopo del presente documento è di introdurre il lettore in modo semplice e razionale agli aspetti essenziali dei cablaggi strutturati, per indirizzarlo verso lo stato dell'arte, sia in termini di qualità che di sicurezza, nel rispetto dell'investimento economico. Il documento si propone inoltre di fornire gli opportuni richiami ed orientamenti su normative, soluzioni tecnologiche disponibili sul mercato, aspetti progettuali, realizzativi, di prova e di utilizzo. 3 Introduzione Gli edifici moderni sono dotati di numerose utility che ne permettono il funzionamento e la fruizione da parte dell uomo. Negli ultimi anni hanno assunto una importanza sempre crescente i sistemi di comunicazione, intesi sia come supporto alla comunicazione umana, sia come veicolatori delle informazioni necessarie al funzionamento degli edifici stessi. La propagazione di segnali all interno di un edificio, infatti, riguarda varie applicazioni quali la fonia, lo scambio di dati, il controllo accessi, la sicurezza, il controllo energia e delle condizioni climatiche, la diffusione audio e video. Ogni sistema elencato è realizzato con apparati distribuiti nell edificio che operano tramite segnali elettrici, ottici e, ora, anche radio. Il funzionamento dei sistemi di comunicazione richiede supporti fisici adeguati, le infrastrutture di comunicazione, che sono costituite da mezzi trasmissivi, strutture di distribuzione, elementi di gestione e punti di utilizzo. La definizione di tali infrastrutture può essere fatta coincidere con il termine cablaggi, anche se questa semplificazione, come vedremo in seguito, tende a porre in secondo piano altri aspetti fondamentali. Sul mercato esistono numerosi cablaggi specifici, creati per determinate applicazioni, o prettamente esclusivi (proprietari) dei costruttori di sistemi. Essi presentano numerose differenze tecniche, prestazionali ed economiche, che comportano una notevole serie di attività e di spese spesso considerate fisiologiche da parte dell utente. Una prima difficoltà è in fase di previsione di spesa, in quanto le risorse devono essere distribuite per la realizzazione di vari cablaggi. Esiste poi un problema di tipo progettuale, perché ogni sistema ha le sue caratteristiche e requisiti tecnici. La stessa difficoltà esiste anche in fase realizzativa, dovendosi anche gestire l approvvigionamento di materiali diversi. In questa fase esistono principalmente problemi di pianificazione e dilazione di tempi, essendo necessario procedere a varie installazioni in momenti successivi. I sistemi di distribuzione, vale a dire le canalizzazioni, l uso di spazi e cavedi e la posa di tubazioni, vanno spesso a moltiplicarsi, complicando notevolmente la struttura dell edificio. La progettazione, l installazione, la gestione e la manutenzione dei vari impianti richiedono il contributo di competenze specifiche da parte di diversi soggetti quali costruttori, system integrator, ecc. Tra l altro l edificio così realizzato presenta una bassa efficienza delle risorse iniziali, sia dal punto di vista economico che dal punto di vista funzionale. Basti pensare all impossibilità di impiegare un eventuale punto di utilizzo concepito per un certo sistema di segnalazione, per un altro tipo di sistema; ciò si scontra con le esigenze di riconfigurazione di utenze, apparati, sistemi, macchine, ecc., altamente probabili durante il ciclo di vita di qualsiasi edificio. Tutto ciò porta ad avere alti costi nella fase realizzativa e poi nell uso dell edificio. L utente, nella realizzazione di una infrastruttura di cablaggio, ha diverse esigenze: semplicità, flessibilità, modularità, affidabilità, economicità e innanzitutto la capacità di trasportare le segnalazioni dei sistemi necessari all edificio tramite un unica soluzione. Queste caratteristiche sono offerte dai sistemi di cablaggio strutturato. 8

9 4 Il cablaggio strutturato 4.1 Filosofia Il cablaggio strutturato si basa su quattro concetti, che illustrano bene anche la filosofia di funzionamento: Genericità, cioè avere un unico tipo di cavi e connessioni che siano in grado di supportare differenti tipi di dispositivi; Pervasività, cioè disporre di punti di collegamento generici installati e pronti all uso in tutte le possibili ubicazioni nell edificio, permettendo all utente di riorganizzarsi con il minimo necessario in termini di ricablature, apparati aggiuntivi e interruzione delle attività lavorative; Concentrazione, vale a dire far convergere tutti i collegamenti predisposti nell edificio verso alcune zone adibite all alloggiamento degli apparati e alla configurazione dei circuiti; Architettura gerarchica, quindi un organizzazione delle zone di concentrazione con livelli di importanza mano a mano crescenti. Cablaggio generico, pervasività, punti di concentrazione e architettura gerarchica sono le caratteristiche essenziali di un sistema di cablaggio strutturato. 4.2 Come funziona L idea alla base del funzionamento del cablaggio strutturato è di vedere da un unico punto i collegamenti predisposti negli spazi, e fornire a seconda dei casi i servizi necessari. I collegamenti sono realizzati con cavi che vengono attestati, o terminati, sul retro di specifici pannelli o hardware di terminazione posti nelle zone di concentrazione. Tali pannelli presentano sul lato frontale, in corrispondenza di ogni terminazione di cavo, particolari porte che permettono di accedere ai collegamenti, riproducendo così localmente le porte distribuite nell edificio. La fornitura dei servizi consiste nell attivazione dei collegamenti mediante bretelle, spezzoni di cavo terminati alle estremità con connettori compatibili con le porte dei pannelli precedentemente descritti e con gli apparati. Ogni fase di attivazione, rimozione, aggiunta e spostamento di servizi avviene unicamente nelle zone di concentrazione, eseguendo le corrispondenti azioni con bretelle che collegano i pannelli di terminazione e gli apparati installati. 4.3 Dove lo si applica L uso del cablaggio strutturato ha assunto una grande importanza nell ambito degli edifici commerciali e dei loro insediamenti. La filosofia è comunque valida anche per strutture industriali, residenziali, istituzionali, scolastiche, terziarie, ecc. L area di applicazione, spesso definita campus, è contenuta in zone delimitate di edifici facenti parte di una stessa organizzazione. 9

10 Complesso Campus 4.4 Normative di riferimento I cablaggi strutturati sono stati codificati in alcuni standard e norme generali. Spesso vengono fatti riferimenti ad altre norme di base che affrontano specifici aspetti. Le norme codificano esperienze e regole dell arte sviluppate in anni di attività dell industria di settore, la loro implementazione aiuta quindi l utente a non ripetere errori e ottenere una soluzione conveniente. Gli standard generali hanno fisionomie molto simili, con leggere differenze dovute alla loro storia, e sono: il documento americano ANSI/TIA/EIA-568-B (ratificato in maggio 2001, e aggiornato con diversi Addendum); il documento internazionale ISO/IEC nd Edition (ratificato in Settembre 2002), e l equivalente versione europea CENELEC EN nd Edition (ratificata nel Novembre 2002) e in versione italiana CEI Le norme di dettaglio più rilevanti sono evidenziate nel resto del documento. Un elenco completo delle norme, richiamate e non, è disponibile in Appendice. I prodotti sul mercato, in caso di riferimenti normativi sovrapposti, sono normalmente conformi ai parametri più severi, mantenendo così la conformità a tutti gli standard generali. In fase di specifica dei componenti, l utente ha la facoltà di chiedere queste conformità, ma in fase di specifica del sistema è necessario indicare una sola norma di riferimento. Si consiglia di richiedere conformità allo standard ISO/IEC 11801:2002, e a tutti quelli richiamati nel suo interno. 4.5 Architettura L architettura di un cablaggio strutturato descrive l organizzazione dei collegamenti. Come accennato, essa presenta una conformazione gerarchica dei punti di concentrazione, normalmente in una struttura ad albero. Le parti terminali sono rappresentate dai collegamenti 10

11 che si sviluppano in senso orizzontale a partire dai punti utente e convergenti verso zone di concentrazione di piano. Le concentrazioni di piano fanno capo ad una zona di concentrazione di edificio, che a sua volta si riferisce ad una zona di concentrazione di campus. Dal punto di vista della fornitura dei servizi all interno dell edificio, i punti di concentrazione dei cavi possono essere descritti anche come punti di smistamento e distribuzione. Architettura Sottosistemi Distanze CD Campus Distributor Campus Backbone Cabling FD BD FD BD FD BD FD Building Distributor Floor FD Distributor Building Backbone Cabling 2,000 metres max TO TO TO [ Consolidation Point ] CP [CP Cable] Horizontal Cabling 100 metres max Telecom Outlet TO TO Work Area Schematizzazione di un architettura tipica di cablaggio articolata su tre livelli Gli elementi distributor sono ubicati nelle zone di concentrazione dei cavi e sono costituite da strutture per la terminazione dei cavi e delle bretelle per fornire i servizi dove necessario. I blocchi dell architettura possono essere descritti con questa breve legenda: CD - Campus Distributor, distributore di insediamento: interfaccia i servizi esterni (es. circuiti dai carrier) al cablaggio strutturato e li distribuisce agli edifici dell insediamento/campus; tipicamente ne esiste uno solo per insediamento/campus; BD - Building Distributor, distributore di edificio: fornisce i servizi principali e quelli provenienti dal CD ai piani dell edificio; tipicamente ne esiste uno solo per edificio; FD Floor Distributor; distributore di piano: collega i servizi locali di piano e quelli provenienti dai livelli gerarchicamente superiori CD e BD ai punti di utilizzo nel piano dell edificio; tipicamente ne esiste almeno uno per piano; TO Telecommunication Outlet; punto di utilizzo/presa terminale: è il punto di fruizione dei servizi da parte dell utenza; secondo la regola della pervasività, ne è presente uno ogni dato numero di metri quadrati; CP Consolidation Point, punto di consolidamento: è un punto di sezionamento opzionale, che verrà descritto in seguito; Linee di congiunzione, rappresentano a tutti gli effetti i collegamenti fisici realizzati con cavi. 11

12 FD TO TO TO TO FD l l FD FD FD FD BD CD BD FD Sottosistemi di un cablaggio strutturato Un cablaggio strutturato è segmentabile in alcuni elementi detti sottosistemi, alcuni dei quali già illustrati nello schema, che hanno lo scopo di rendere più semplice l approccio progettuale, installativo e di utilizzo: campus backbone cabling, o dorsale di campus - collega tra loro gli edifici del campus, include il distributore di campus CD, i distributori di edificio BD e i collegamenti tra di essi; building backbone cabling, dorsale di edificio - è ubicato all interno degli edifici, include i distributori di edificio BD, i distributori di piano FD, e i collegamenti tra di essi; horizontal cabling, cablaggio orizzontale - include i distributori di piano FD, i punti di utilizzo TO e i collegamenti tra di essi; work area, area utente - zone dove dai punti di utilizzo si raggiungono le utenze. Per garantire all utente il funzionamento di qualsiasi apparato, a livello di standard generali sono definiti alcuni vincoli in termini di lunghezze massime e minime per i collegamenti nei vari sottosistemi. Ad esempio il cablaggio orizzontale può estendersi per un massimo di 90 metri, mentre il cablaggio di dorsale nel suo insieme può raggiungere i metri. Questi vincoli determinano il campo di azione di un cablaggio strutturato Link, canali, e interconnessione di sottosistemi In un sistema di comunicazioni due apparati che colloquiano tra loro si scambiano segnali utilizzando un percorso fisico di trasmissione detto canale. Gli apparati possono trovarsi in un qualsiasi punto del campus o insediamento, per cui, compatibilmente con la capacità trasmissiva delle interfacce, sul cablaggio strutturato si stabiliscono canali di collegamento che possono interessare diversi sottosistemi. Ad esempio, nel caso di un centralino telefonico tradizionale, il canale viene instaurato tra centralino e apparecchio telefonico coinvolgendo il sottosistema di dorsale di edificio e il cablaggio orizzontale. Nel caso di un applicazione dati, il canale si instaura tra lo switch e il PC interessando invece solo il cablaggio orizzontale. I sottosistemi sono quindi interconnessi tramite collegamenti passivi (bretelle o patch cord), o attraverso sistemi attivi che generano i servizi di comunicazione di edificio o di piano. 12

13 A livello di cablaggio strutturato, è altrettanto significativo il percorso fisico tra i punti di terminazione dei cavi, detto link. I link sono delimitati dai sottosistemi, e ogni sottosistema ne può contenere senza limitazioni di quantità. Il collegamento di un apparato al cablaggio può avvenire in due modalità, cross-connect o interconnect. Nella modalità cross-connect l apparato non è collegato direttamente a un link, ma attraverso un sistema di terminazione da cui è possibile effettuare le permutazioni, cioè le operazioni di configurazioni e instradamento dei servizi. Nella modalità interconnect l apparato è direttamente collegato al link. La modalità cross-connect occupa maggiore spazio, introduce un ulteriore degrado dei segnali trasmessi e ha un maggior costo, ma presenta i vantaggi di rendere il sistema più flessibile e di non effettuare le permutazioni direttamente sull apparato, cosa preferibile per motivi di sicurezza e affidabilità. FD Configurazione interconnect FD Configurazione cross connect Nel sottosistema del cablaggio orizzontale la lunghezza totale dei collegamenti di permutazione può raggiungere i 10 metri, che sommati ai 90 metri del link determinano una lunghezza massima del canale pari a 100 metri. I punti di concentrazione (o distributori) devono essere ubicati in modo da rispettare le distanze massime Architettura centralizzata Tenendo in considerazione la capacità dei sistemi attivi, è in certi casi possibile e conveniente centralizzare gli apparati presso i punti di distribuzione di edificio o di campus, anziché averli in ogni piano. L architettura centralizzata è particolarmente efficace quando si vuole disporre di collegamenti ad alta velocità in fibra ottica presso le utenze (FTTD). In questo caso sono consentiti canali fino a 300 metri, ma può essere valutata anche per i collegamenti in rame entro i 100 metri in edifici di dimensioni contenute. 13

14 In caso di centralizzazione di collegamenti ottici, i concentratori o distributori di piano FD possono essere semplificati, perché non dovendo alloggiare sistemi attivi possono essere ridotti a semplici punti di passaggio o giunzione di cavi Architettura per cablaggio a zone Le moderne realtà di uffici per attività commerciali implementano frequentemente spazi di tipo aperto, dove, a causa dell elevato rateo di riconfigurazione, è difficile anche individuare le ubicazioni dei punti di utilizzo. Spesso tali punti sono incorporati nell arredamento modulare concepito per queste situazioni. Nasce quindi la necessità di aggiungere, rimuovere o spostare i punti di utilizzo. In questi casi, le norme architetturali del cablaggio strutturato prevedono nel cablaggio orizzontale punti di concentrazione di secondo livello (consolidation point CP, punto di consolidamento), ciascuno in grado di coprire una zona pari ad un certo numero di aree utente. Nei CP convergono i cavi necessari a servire il potenziale numero massimo di punti di utilizzo della zona. Dai CP, quando necessario, si dipartiranno speciali prolunghe verso i punti di utilizzo. Il CP è un semplice punto di giunzione, non può ospitare apparati o elementi per la permutazione. 14

15 Sebbene questa soluzione introduca altri componenti e quindi un degrado maggiore dei segnali, nelle situazioni sopra descritte si ha un vantaggio determinante nella flessibilità. Infatti è possibile: avere una progettazione e installazione più rapida del cablaggio tra punto concentratore di piano FD e i CP; ottimizzare le canalizzazioni tra FD e CP; installare i punti di utilizzo solo quando effettivamente necessario; riconfigurare la zona senza dover ricablare tutto a partire dal FD; ottimizzare i costi. Dopo quanto esposto, è possibile ora indicare il modello per il cablaggio orizzontale definito nelle norme. Canale 100 mt Permanent Link 90 mt 15 CP Link 70 mt Cablaggio orizzontale A B C EQP C C C C C TE EQP: apparato fornitore di servizio TE: apparato utente C: punto di connessione FD cordone apparato patch cord CP TO cordone utente B 5 mt A + B + C 10 mt Il modello prevede fino a 4 punti di interconnessione, che consistono nella presa presso il punto di utilizzo, nel pannello di terminazione presso il punto di concentrazione FD, nell eventuale pannello per collegare un apparato in modalità cross-connect, e nell eventuale consolidation point. Ogni punto di interconnessione rappresenta una discontinuità nel cavo, e degrada in una certa misura i segnali che vi transitano. Il modello a quattro connessioni è comunque il riferimento minimo che ogni sistema di cablaggio deve rispettare. Sistemi che garantiscono le prestazioni con solo 2 o 3 punti di connessione sono da scartare. Costituiscono invece un valore aggiunto quei sistemi che offrono la possibilità di implementare anche fino a 6 punti di interconnessione. Si ritiene spesso che le configurazioni di canale maggiormente critiche per i segnali siano quelle più lunghe, ma esistono anche significativi fenomeni di disturbo in configurazioni corte, per questo motivo, oltre ai vincoli di lunghezze massime, sono definiti alcuni vincoli di lunghezze minime. Soluzioni in grado di superare tali vincoli minimi, oltre a ridurre i costi, permettono una maggiore flessibilità di progettazione e realizzazione Architettura per Data Centre L architettura fin qui descritta è applicabile anche ai CED o Data Centre, dove una buona soluzione strutturata di cablaggio può garantire l evoluzione costante di questi ambienti. In particolare, il nuovo standard TIA/EIA-942 affronta e approfondisce l architettura da implementare per varie dimensioni e gradi di ridondanza nei Data Centre. L architettura riprende i tre livelli di gestione del cablaggio come definito negli standard generali. Lo standard affronta 15

16 anche gli aspetti più pratici come gli accorgimenti per un buon controllo della temperatura della sala. Altri contributi relativi ai Data Centre sono contenuti nelle norme EN (relativa alle architetture e componenti di cablaggio) e EN 1047 (relativa alle condizioni ambientali). 4.6 Mezzi trasmissivi L impostazione dell architettura del cablaggio strutturato è indipendente dal tipo di mezzo trasmissivo, i mezzi trasmissivi ammessi sono di due tipi: rame, in doppini bilanciati; fibra ottica. Qui si descrivono le caratteristiche che determinano le prestazioni delle soluzioni disponibili sul mercato. Nel capitolo relativo alle applicazioni si faranno accenni ai requisiti che esse pongono per poter operare correttamente a seconda delle opzioni di cablaggio Canale trasmissivo in cavo in rame a coppie simmetriche I canali di collegamento in rame sono costituiti da cavi ed elementi di terminazione caratterizzati da quattro coppie trasmissive concepite per la trasmissione di segnali bilanciati (è comunque possibile anche la trasmissione di segnali non bilanciati). Le prestazioni dei sistemi su cavi in rame sono classificate sulla base delle massime frequenze trasmissibili e di numerosi parametri che ne descrivono il comportamento rispetto a fenomeni di disturbo (attenuazioni, interferenze, ecc.). Gli standard definiscono le frequenze con il termine banda trasmissiva, che meglio descrive la capacità del canale di trasportare segnali complessi (es. trasmissione dati). Con segnali meno complessi (es. flusso video in banda base), le frequenze massime trasmissibili possono essere superiori. Le classificazioni riguardano i singoli componenti e il loro insieme in link e canali di collegamento. In relazione alle applicazioni che l utente intende far operare sul cablaggio, la classificazione dei canali di collegamento in classi di performance (secondo ISO/IEC) o in categorie (secondo TIA/EIA) è la più significativa e importante. Sul mercato le due nomenclature vengono spesso usate indifferentemente, tuttavia la classificazione ISO/IEC fa espressamente riferimento ad una lista di applicazioni supportabili. La classificazione dei componenti è espressa in categorie, e ogni costruttore ha la facoltà di progettare e realizzare i propri prodotti entro le tolleranze massime ammesse dalle norme. Un costuttore che realizza tutti gli elementi di un canale può quindi controllare e garantire più facilmente le prestazioni finali, perché strettamente legate dalla bontà degli accoppiamenti dei singoli componenti. Sono attualmente allo studio nuove caratteristiche di cablaggio in grado di trasferire su rame segnali per applicazioni Ethernet a 10 Gigabit al secondo. Il protocollo in corso di sviluppo è il IEEE 10G-BaseT 802.3an, attivamente supportato da ISO/IEC e TIA/EIA che stanno definendo nuove specifiche di cablaggio con, rispettivamente, le nomenclature Nuova Classe E (E A ) e Categoria 6 Augmented (6A). I nuovi sviluppi (documenti provvisori ISO/IEC New Class E A Ed.2.1, TIA/EIA Addendum 10) estendendono la banda disponibile a 500 MHz, e considerano il fenomeno della diafonia tra cavi affiancati (alien crosstalk). Attualmente si 16

17 prevede che il protocollo 10G-BaseT possa funzionare su cablaggio in Cat 6/Classe E per almeno 55 metri, mentre su Cat 6A/Nuova Classe E A funzionerà sui canonici 100 metri. I sistemi di cablaggio conformi alla soluzione ISO/IEC offrono migliori performance perché i limiti sono significativamente più stringenti delle specifiche TIA/EIA. La capacità di supporto del nuovo protocollo da parte degli impianti in Cat 6/Classe E esistenti dovrebbe poter essere verificata sulla base di nuovi bollettini tecnici attualmente in definizione (TIA/EIA TSB 155 e ISO/IEC TR 27450), ma la verifica in campo dei fenomeni di alien crosstalk e l eventuale adeguamento saranno estremamente laboriosi. La Cat 7/Classe F sarà anch essa rivista (Nuova Classe F A ): la banda sarà estesa dagli attuali 600 MHz a MHz, e saranno verificati i valori limite dei parametri fisici di trasmissione. Di seguito è riportata la tabella riepilogativa delle classificazioni dei canali e delle categorie dei componenti in rame: Classe Categoria Frequenza max (MHz) A 1 0,1 B 2 1 C 3 16 D: D:2002 5E 100 E EA 6A 500 F FA 7A 1000 È da segnalare che le classi A e B corrispondenti alle categorie 1 e 2 sono ormai obsolete e non più implementate nei cablaggi strutturati. La classe D:1995 (corrispondente alla categoria 5) è stata definitivamente cancellata dagli standard perché non più adeguata alle esigenze. I cavi e gli elementi di connessioni di diverse categorie possono essere utilizzati insieme all interno di un canale trasmissivo ma le prestazioni risultanti del cablaggio sono determinate dal componente di categoria inferiore Canale trasmissivo in cavo a fibre ottiche La trasmissione di segnali ottici avviene su fibre ottiche tipicamente in vetro, ma stanno emergendo anche interessanti soluzioni in plastica. Le prestazioni sono in funzione della frequenza dei segnali (espressa in lunghezza d onda λ) e dell attenuazione che essi subiscono. La capacità trasmissiva della fibra è espressa in massima frequenza rispetto alla distanza riferimento di di 1 km. Per comprendere le differenze nei vari tipi di fibra, occorre considerare i tipi di trasmissioni ottiche disponibili, tipicamente generate dai laser e dai led. Le sorgenti laser sono più performanti ma costose delle sorgenti led. Per sopperire alle carenze di velocità dei led, sono stati sviluppati laser a basso costo VCSEL. I segnali ottici dei tre tipi di sorgenti richiedono adeguati canali trasmissivi, in grado di raccogliere e trasferire correttamente l energia emessa. Normalmente una sorgente laser richiede fibre ottiche monomodali (ottimizzate per trasferire una sola lunghezza d onda), mentre il led ha bisogno di fibra ottica multimodale (più complessa perché deve trasferire più lunghezze d onda). Le nuove sorgenti ottiche, come il VCSEL, hanno 17

18 evidenziato come le fibre multimodali tradizionali fossero inadeguate, da qui le fibre ottiche multimodali di nuova generazione. Per determinare l adeguatezza delle soluzioni in fibra sul mercato rispetto alle applicazioni, similmente al rame, ISO/IEC ha definito classi di performance e categorie dei componenti ottici: Attenuazione massima di canale db Classe Lunghezza m Fibra multimodale Fibra monomodale λ= 850 nm λ= nm λ= nm λ= nm OF ,55 1,95 1,80 1,80 OF ,25 2,25 2,00 2,00 OF ,50 4,50 3,50 3,50 Minima larghezza di banda modale MHz km Attenuazione massima Lancio laser Categoria db/km Lancio overfilled effettivo (1) λ= 850 nm λ= nm λ= 850 nm λ= nm λ= 850 nm OM1 3,5 1, Non specificato OM2 3,5 1, Non specificato OM3 (2) 3,5 1, Note: Categoria Lunghezza d onda Attenuazione massima db/km λ= nm 1 OS1 λ= nm 1 (1) Con l impiego del lancio laser effettivo l ampiezza di banda è garantita con un DMD (Differential Mode Delay) ritardo di modo differenziale come prescritto da CEI IEC Optical fibres Part Measurement methods and test procedures Differential mode delay edition March 2003; (2) Le fibre di categoria OM3 possono essere realizzate solo con un rapporto diametro nucleo mantello 50/125 µm. Un aspetto poco noto, e peculiare dei sistemi in fibra ottica, è che il mezzo trasmissivo ottico in vetro è prodotto da pochi costruttori specializzati, i quali poi forniscono le bobine di fibra ai costruttori di cavo. La fibra nuda ha le prestazioni minime qui descritte, tuttavia i processi produttivi dei cavi possono alterare e ridurre le prestazioni finali del mezzo trasmissivo. Deve essere quindi prestata la massima attenzione alle caratteristiche dichiarate. Le fibre multimodali di nuova generazione OM3 consentono il funzionamento dei protocolli tradizionali oltre a quelli ad alta velocità appena rilasciati (10 Gbps) o in corso di sviluppo (40 Gbps, 100 Gbps). Un aspetto che richiede un attenta verifica delle proposte sul mercato riguarda il metodo di caratterizzazione di questo tipo di fibra, determinato dai test di DMD - Differential Mode Delay. In ISO/IEC 11801:2002 la Tabella 27 richiede che sia attuato il metodo di test IEC Ed.1.0, equivalente del TIA/EIA (FOTP-220) Differential Mode Delay richiamato da TIA/EIA-492AAAC-2002 e da ANSI/TIA/EIA-568- B.3.A1. Questi sono i metodi di test esplicitamente richiesti dallo standard per i sistemi ottici 10 Gbps IEEE 802.3ae, e che devono essere attuati e dichiarati sia da parte del costruttore 18

19 dell elemento vetroso contenuto nei cavi ottici, sia da parte del costruttore del cavo dopo la produzione. Le fibre monomodali sono generalmente meno costose delle multimodali ma, come accennato, sono associate a trasmissioni ottiche laser e, inoltre, a tolleranze di accoppiamento dei componenti molto più strette, risultando, in termini di sistema e a parità di distanze supportabili, economicamente più onerosi dei sistemi multimodali. Le fibre monomodali fanno riferimento agli standard ITU G.652, G.653 e G.655. Tralasciando momentaneamente gli ultimi due standard il cui campo di applicabilità è prevalentemente in utilizzi per lunghe distanze, all interno dello standard G.652 sono stati definiti varie categorie di prestazioni per supportare le lunghezze d onda utilizzate dalle nuove tecnologie trasmissive a larga banda. Le categorie attuali sono la B, la C e la più recente D, che risulta la più severa per tutte le lunghezze d onda e per il valore di dispersione modale di fase. Le fibre G.652-D offrono più banda per le future applicazioni WDM ad altissima velocità, di cui si intravede ora l avvento anche in ambito di reti LAN ed entro l applicabilità dei cablaggi strutturati Margini di funzionamento Sul mercato sono proposte molteplici soluzioni di cablaggio che ogni costruttore sviluppa secondo precisi obiettivi tecnologici, di qualità e di mercato. Le prestazioni offerte vengono normalmente classificate secondo le norme, che pongono delle soglie minime di funzionamento per garantire il supporto delle applicazioni previste. I sistemi di cablaggio devono soddisfare tali soglie, ma possono anche superarle grazie a migliorie di progetto, di materiali e di installazione. Ogni miglioria permette di trasmettere i segnali delle applicazioni con minori alterazioni e di compensare meglio anomalie esterne al cablaggio sempre presenti (condizioni ambientali, imprecisioni degli apparati attivi, disturbi) riducendo così la possibilità di perdita di pacchetti dati. Infatti i segnali elettrici od ottici sono composti da numerose componenti di segnale con differenti frequenze: se una di esse coincide con caratteristiche trasmissive scadenti del cablaggio, che possono quindi alterare anche un solo frammento del segnale, l effetto è la perdita dell intero pacchetto di informazione che lo contiene. L esito finale è la necessità di ritrasmettere il pacchetto con conseguente rallentamento della rete. La qualità intrinseca delle varie soluzioni sarà quindi data dal margine di funzionamento rispetto ai diversi parametri funzionali definiti dallo standard al quale si fa riferimento. La valutazione di questo aspetto nella scelta di un sistema di cablaggio non deve essere trascurata perché permette di classificare tecnicamente le varie proposte sul mercato. Il margine deve essere espresso nelle situazioni di canale e nella maggior casistica possibile di configurazioni e lunghezze, garanzia per l utente che i test del costruttore hanno riprodotto le condizioni reali di utilizzo. Il dato è significativo solo quando riferito al caso peggiore, cioè il valore minimo di margine rispetto al limite imposto dalla norma. Valori espressi a specifiche frequenze, oppure medi o tipici, non consentono di valutare gli effettivi valori di margine nell intera gamma di frequenze. 19

20 ACR (db) ,6 db Attenuation to Crosstalk Ratio Scarto di attenuazione di paradiafonia Frequency (MHz) 12 Near 13 Near 14 Near 23 Near 24 Near 34 Near 21 Near 13 Near 41 Near 32 Near 42 Near 43 Near 12 F ar 13 F ar 14 F ar 23 Far 24 Far 34 Far 21 Far 31 Far 41 Far 32 Far 42 Far 43 Far Limit Il margine minimo nella misura dello scarto di paradiafonia viene espresso in db, nel grafico è evidenziato il punto significativo nella traccia. Esempio di valutazione del margine minimo di un parametro trasmissivo 4.7 Componentistica Il cablaggio strutturato è composto sostanzialmente da pochi elementi che contengono i mezzi trasmissivi in rame e fibra ottica. Le valutazioni dell utente devono concentrarsi verso gli aspetti costruttivi e ingegneristici dei componenti che contribuiscono al raggiungimento delle prestazioni attese, all ottimizzazione dell installazione, alla praticità d uso e al contenimento dei costi. Il mantenimento delle prestazioni dichiarate dal costruttore di cablaggio in fase di installazione è uno degli aspetti più importanti. Scegliere soluzioni che permettano all installatore dei componenti di operare più agevolmente e senza introdurre variabilità legate alla sua specifica esperienza, attenua se non risolve il problema più grosso nell implementazione di un sistema di comunicazioni Prese terminali Le prese terminali sono ubicate presso i punti di utilizzo dell utente. Secondo le norme, ogni punto di utilizzo deve essere dotato di almeno 2 prese modulari in rame RJ45 di almeno Categoria 5E. E possibile anche predisporre in aggiunta collegamenti in fibra ottica multimodale. Le prese sono integrabili nelle serie elettriche civili o installabili su speciali placchette e scatole. Gli ingombri del complesso prese-supporti non devono provocare curvature eccessive dei cavi. Le prese in Categoria 6 e 6A mantengono la compatibilità con la modulare RJ45, mentre la presa in Categoria 7 è di nuovo tipo, non direttamente compatibile. 20

21 4.7.2 Cavi I cavi, oltre a differenziarsi per il tipo di mezzo trasmissivo che incorporano, hanno caratteristiche e capacità di collegamenti diverse a seconda del sottosistema di cablaggio per cui sono stati concepiti. Nel cablaggio orizzontale sono ammessi cavi in rame a 4 coppie e cavi in fibra multimodale, con non più di 4 fibre. Nel cablaggio di backbone di edificio e di campus, oltre ai precedenti, sono ammessi cavi in rame multicoppia e cavi in fibra monomodali. Nel cablaggio di backbone di campus, e in una certa misura anche in quello di edificio, sono necessari cavi con particolari protezioni meccaniche per far fronte alle sollecitazioni al di fuori dell edificio. Considerata l alta densità di cavi nel cablaggio orizzontale, il cavo a 4 coppie in rame deve essere il più compatto e maneggevole possibile. I cavi in Categoria 6 UTP hanno diametri di 5,2 6,5 mm e pesi di 3,7 4,3 kg/100 m. I cavi in Categoria 6A hanno diametri da 6,5 8,4 mm, e spesso il cavo non è circolare ma asimmetrico. La variabilità è data dalle scelte costruttive per ottenere le prestazioni desiderate. Gli aspetti che determinano maggiormente le dimensioni e il peso sono: il diametro dei singoli conduttori espresso in AWG, metodo americano per la definizione dei diametri esterni dei fili costituenti i cavi, ormai informalmente adottato anche in Italia (con valori tipici di 23 o 24), e il loro isolamento; la presenza o meno di un elemento di separazione a croce delle 4 coppie, fisicamente mantiene una certa distanza tra di esse, fa aumentare il diametro del cavo rendendolo meno flessibile, creando problemi in fase di sbobinatura per la messa in opera, problemi che poi si traducono in alterazioni della geometria del cavo e diminuzione delle prestazioni; diventa pertanto preferibile una soluzione senza separatore; la presenza o meno di un elemento di asimmetria necessario in alcuni sistemi in categoria 6A UTP per ridurre i fenomeni di alien crosstalk, un cavo asimmetrico non a sezione circolare tende a mantenere e seguire alcune particolari curvature, e può avere una minore efficienza di utilizzo degli spazi di canalizzazioni; lo spessore e il tipo di mescola che costituisce la guaina. I cavi in fibra ottica devono proteggere i delicati filamenti di vetro da varie sollecitazioni che producono attenuazione dei segnali ottici. Il fenomeno indesiderato più frequente è l eccessiva curvatura che provoca la perdita parziale o totale dei segnali. La struttura dei cavi in fibra è più robusta dei cavi in rame e con diverse tipologie. Esistono cavi da interno con protezione della fibra nuda tight, e cavi da esterno con protezione della fibra nuda loose. I cavi tight sono normalmente più flessibili e semplici da attestare, ma più costosi dei loose. Questi ultimi sono realizzati con tubetti contenenti le fibre annegate in un jelly idrorepellente, che rende questi cavi non particolarmente adatti per installazioni verticali. I cavi per installazione esterna, devono avere caratteristiche di guaina e protezioni meccaniche adeguate alla sede di posa. In particolare la guaina esterna deve essere realizzata con una miscela antiroditore, la cui efficacia tuttavia non è definita attualmente da nessuno standard. Per quanto riguarda le protezioni meccaniche sono preferibili nell ordine guaine in acciaio, alluminio, nylon e filati di vetro. Spesso viene usato il termine armatura per descrivere un maggior grado di protezione meccanica, che però è definito da vari parametri, trazione, resistenza a compressione, schiacciamento, ecc, che devono essere verificati. L armatura in filati aramidici o kevlar non assicura la protezione antiroditore. 21