Seção: Tutoriais Banda Larga

Nas redes de comunicação há basicamente duas categorias de meios de transmissão: os meios guiados e os meios não guiados. Um meio guiado é a transmissão por cabos ou fios de cobre, onde os dados transmitidos são convertidos em sinais elétricos que propagam pelo material condutor, e a transmissão por fibras ópticas, onde os dados são convertidos em sinais luminosos e então propagados pelo material transparente da fibra óptica. Quanto aos meios não-guiados, podemos citar a transmissão por irradiação eletromagnética, onde os dados transmitidos são irradiados através de antenas para o ambiente, como por exemplo as transmissões via satélite, infravermelho, bluetooth e wireless. Seja qual for a escolha do meio de transmissão para determinado sinal, cada um influencia no sinal transmitido limitando a largura de banda disponível, provocando distorções e atenuações.

Cabos Metálicos

Os canais de transmissão guiados por cabos metálicos são sempre descritos por parâmetros principais, característicos de cada condutor metálico, como a resistência, indutância, capacitância e a condutância, que variam de acordo com a geometria dos condutores e propriedades dielétricas dos materiais de revestimento dos cabos. De uma forma geral, podemos descrever um canal de comunicação metálico como um arranjo de resistências e indutâncias em série, unidas a capacitâncias e condutâncias em paralelo, todas por unidade de comprimento do condutor.

Como principais meios metálicos, podemos citar os cabos coaxiais e os cabos de par trançado.

Cabos Coaxiais

Embora os cabos coaxiais sejam largamente utilizados para Circuitos Fechado de Televisão Analógicos, e ainda muito utilizados também para sistemas de TV a Cabo, não se aplicam com tanta demanda em cabeamentos de CFTV para câmeras IP. Isto se deve principalmente à sua dificuldade de manuseio e conexões, aliada ao desempenho prejudicado pela atenuação devido aos ruídos térmicos e pela intermodulação, que ocorre quando vários canais são usados através da técnica de modulação por frequência (DANTAS, 2002).

Cabos de Par-Trançado

Já os cabos metálicos de par trançado são largamente utilizados na atualidade, principalmente por seu avanço tecnológico constante nos últimos anos, seu fácil manuseio, seus acessórios, que causaram uma tendência global a adotá-lo como padrão para redes ethernet e TCP/IP nas comunicações de dados.

Os cabos UTP de par trançado consistem basicamente em pares de fios de cobre isolados e trançados entre si, com a intenção de causar, com este trançar de pares, a redução do acoplamento gerado entre eles devido à indutância mútua e ao desbalanceamento capacitivo, minimizando assim os efeitos da diafonia e do ruído. O trançamento dos pares aumenta também o balanceamento entre os condutores, maximizando o efeito de cancelamento de correntes, o que protege o par de interferências externas.

Na comunicação de dados, os cabos de pares metálicos trançados mais utilizados são de 4 e 25 pares, mas há disponíveis também, principalmente com aplicações para a área de telefonia, os cabos com 10, 20, 30, 50, 100, 200, 300, 600, 1200, 2400 e 3600 pares, além é claro de encomendas especiais para atender a demandas específicas das grandes empresas de telecomunicações. (MF101 FURUKAWA)

Figura 8: Cabos UTP Categoria 5E com 4 pares e 25 pares

Fonte: Catálogo de Produtos Furukawa

Além da quantidade de pares que contém o cabo, há também a especificação da bitola de cada um dos condutores de cobre, identificados pelo Sistema AWG (American Wire Gauge). O parâmetro AWG representa ao condutor o número de vezes que a bobina de fio de cobre puro original (com 8 milímetros de diâmetro) deve ser processado para atingir sua bitola final. A relação destes valores de AWG com o diâmetro em milímetros é inversamente proporcional, ou seja, quanto maior o valor em AWG, menor será o diâmetro do cabo em milímetros. Por exemplo, um cabo com 23 AWG possui um diâmetro de 0,57 milímetros, já um cabo com 24 AWG tem seu diâmetro de 0,51 milímetros.

Como já foi citado anteriormente, há uma necessidade de eliminar a interferência que chega ao sinal transmitido, e para isto surgem os cabos blindados. Nos cabos metálicos de par trançado, há algumas classificações importantes: Os cabos U/UTP, sigla que significa, do inglês, Unshielded Twisted Pair, ou seja, Par Trançado Não Blindado. Há ainda os cabos F/UTP (Foilled Twisted Pair, ou par trançado com blindagem em folha), SF/UTP (Screnned Twisted Pair, ou par trançado com blindagem em malha) e o mais conhecido S/UTP (Shielded Twisted Pair, ou par trançado blindado), entre outros com aplicações mais específicas.

Os cabos F/UTP e SF/UTP são cabos de 4 pares com uma camada de blindagem metálica em forma de folha (foilled) ou em forma de malha (screened) que recobre todos os pares trançados entre si. Esta blindagem aplicada aos cabos proporciona uma proteção contra interferências de ondas eletromagnéticas, reduzindo também a irradiação gerada pelo próprio cabo que poderia afetar os demais condutores ao seu redor. Estas características tornam este tipo de cabo largamente aplicado em ambientes ruidosos. Efetivamente esta proteção depende de vários fatores, como por exemplo, as frequências das radiações que devem ser bloqueadas, a espessura da blindagem, o tipo de metal e a qualidade da ligação ao aterramento, item importantíssimo num sistema de cabeamento blindado.

Figura 9: Cabo F/UTP (blindagem em folha) com 4 pares

Fonte: Catálogo de Produtos Furukawa

Também parte do canal de transmissão são os conectores que unem os cabos metálicos aos equipamentos de transmissão de dados. Segundo a norma EIA/TIA, padrão T568-A (melhor explicada à frente), há quatro tipos de conectores padrões: 8 Posições, 8 Posições Chaveado, 6 Posições e 6 Posições Modificado. Os dois primeiros são conhecidos pelo nome RJ-45 (Registered Jack), e os dois últimos por RJ-11. Para este trabalho, que foca a comunicação de dados entre dispositivos de computadores, os conectores de maior importância são os RJ-45, conforme ilustrados na figura abaixo.

Figura 10: Conector RJ-45 Fêmea Categoria 5E (à esq.) e macho (à dir.)

Fonte: Catálogo de Produtos Furukawa

Os canais de comunicação onde são utilizados cabos de par trançado são compostos pelo próprio cabo metálico de par trançado, pelos conectores (sejam eles em painéis de conexão ou em tomadas) e pelos chamados cordões de manobra.

Figura 11: Patch Panel (ou painel de conexão) e Patch Cord (ou cordão de manobra)

Fonte: Catálogo de Produtos Furukawa

Para que a transmissão dos dados de um a outro extremo deste sistema seja satisfatória, todo o conjunto deverá atender às especificações de desempenho. Estes parâmetros estão relacionados, de uma forma geral, com a atenuação sofrida pelo sinal devido às reflexões e a relação sinal/ruído, já discutida anteriormente.

Categorias e Normas de Cabos Metálicos

No início de 1985, preocupadas com a falta de uma norma que determinasse parâmetros das fiações em edifícios comerciais, os representantes das indústrias de telecomunicações e informática solicitaram para a CCIA (Computer Communication Industry Association) que fornecesse uma norma que abrangesse estes parâmetros. Ela então solicitou para a EIA (Electronic Industries Associaton) o desenvolvimento da norma que, em julho de 1991, foi publicada como a 1ª versão da norma EIA/TIA 568 (Electronic Industries Associaton/ Telecommunications Industry Association). Subsequentemente, vários boletins técnicos foram sendo emitidos e incorporados a esta norma.

Em janeiro de 1994, foi emitida a norma EIA/TIA 568 A. Com a criação desta e suas complementares (569, 606 e 607), houve uma mudança no modo de agir dos usuários de sistemas. Chegou-se à conclusão de que os sistemas de cabos deveriam ser integrados, o cabeamento deveria permitir o tráfego dos sinais independente do fabricante, da fonte geradora, ou do protocolo transmitido, este sistema deveria apresentar uma arquitetura aberta, sem seu processamento centralizado, e deveria permitir a transmissão de sinais com altas taxas como 100Mbits/s e mais. (MARTIGNONI, 2004)

Logo após a publicação da EIA/TIA 568-A, a associação ISO/IEC (International Standards Organization/International Electrotechnical Commission) desenvolveu um padrão de cabeamento internacional denominado de ISO/IEC 11801, equivalente à norma publicada pela EIA/TIA 568-A, que foi publicado no ano de 1995.

Juntas, estas duas organizações internacionais classificam os cabos metálicos de par trançado em categorias (EIA/TIA 568B) e classes (ISO/IEC 11801), padronizando suas características e equiparando os produtos oferecidos pelos diferentes fabricantes mundiais.

A classificação da EIA/TIA-568B, que é sua edição vigente, e as classes de cabos da ISO/IEC 11801 podem ser vistas nas tabelas 05 e 06, abaixo:

Tabela 5: Classificação segundo a EIA/TIA-568B (Edição Vigente)

Fonte: MF101 Furukawa

Tabela 6: Classificação segundo a ISO/IEC 11801 (Edição Vigente)

Fonte: MF101 Furukawa

O incremento na largura de banda dos cabos conforme a categoria e classe aumentam são resultados de melhores projetos e de processos de manufatura mais elaborados. De maneira geral, a geometria do cabo, o passo de trançamento entre os pares e os materiais utilizados no cobre e no isolante são fatores importantes para que estes resultados sejam melhores. Isso garante aos cabos uma velocidade de transmissão superior, como nota-se na relação com a banda requerida da tabela abaixo para as aplicações ethernet:

Tabela 7: Banda Requerida para Aplicações Ethernet

Fonte: MF101 Furukawa, o autor.

As principais características das categorias são as seguintes:

• Categoria 1: Utilizado em instalações telefônicas, porém inadequado para transmissão de dados.
• Categoria 2: Outro tipo de cabo obsoleto. Permite transmissão de dados a até 2.5Mbit/s e era usado nas antigas redes Arcnet.
• Categoria 3: Cabo de par trançado sem blindagem muito usado em redes na década de 90. A principal diferença do cabo de categoria 3 para os obsoletos cabos de categoria 1 e 2 é o entrançamento dos pares. Enquanto nos cabos 1 e 2 não existe um padrão definido, os cabos de categoria 3 (assim como seus subsequentes) possuem pelo menos 24 tranças por metro e por isso são muito mais resistentes a ruídos externos. Cada par de cabos tem um número diferente de tranças por metro, o que atenua as interferências entre os pares de cabos.
• Categoria 4: Cabos com uma qualidade um pouco melhor que os cabos de categoria 3. Este tipo de cabo foi muito usado em redes Token Ring de 16Mbit/s. Em teoria podem ser usados também em redes ethernet de 100Mbit/s, mas na prática isso é incomum, pois não são viáveis e deixaram de ser produzidos.
• Categoria 5: A grande vantagem desta categoria de cabo sobre as anteriores é a taxa de transferência: eles podem ser usados tanto em redes de 100Mbit/s, quanto em redes de 1Gbit/s.
• Categoria 5e: Os cabos de categoria 5e são os mais comuns atualmente, com uma qualidade um pouco superior aos de categoria 5. Eles oferecem uma taxa de atenuação de sinal mais baixa o que auxilia nos cabos mais longos, principalmente próximo dos 90 metros máximos permitidos pela norma.
• Categoria 6: Utiliza cabos de 4 pares, semelhantes aos cabos de categoria 5 e 5e. É uma opção de alta performance para um sistema estruturado, permitindo suporte para aplicações como voz tradicional (telefone analógico ou digital), VoIP, Ethernet (10 Base-T), Fast Ethernet (100 Base-TX) e Gigabit Ethernet a 4 pares (1000 Base-T), com melhor performance em relação à Categoria 5e. Permite ainda suporte para aplicações a 10Gbit/s sem investimentos adicionais na infra-estrutura.
• Categoria 6A: Permite uma maior banda passante devido à espessa camada de proteção de reveste o cabo em seu exterior, diminuindo a interferência com outros cabos, além da convencional cruzeta incluída na construção dos cabos Categoria 6 que aumenta a distância entre os 4 pares trançados no interior do cabo.
• Categoria 7: Esta categoria de cabos ainda não foi definida oficialmente, mas também utilizam 4 pares de fios, porém com conectores mais sofisticados, o que torna esta uma solução mais cara. Tanto a frequência máxima suportada, quanto a atenuação de sinal são melhores que nos cabos categoria 6.

A categoria dos cabos par-trançado podem ser encontradas impressas na capa dos cabos, entre outras informações, como pode ser observado abaixo. (MORIMOTO, 2006)

Figura 12: Impressão na capa do Cabo UTP Categoria 5E

Fonte: o autor

Vale lembrar que a velocidade de transmissão do Fast-Ethernet, 100 Mbit/s, só é alcançada com uma largura de banda de 31,25 MHz, ou seja, analisando as categorias dos cabos, só é possível atender esta banda requerida com os cabos de categoria 5 ou superior.

Se a velocidade de transmissão dos cabos e a banda requerida estão diretamente associados às características dos cabos como a resistência, condutância, indutância e capacitância, como fora citado há pouco, a distância deste condutor também causará alterações nestes valores importantes para a transmissão dos dados. Para assegurar que os cabos ofereçam larguras de banda compatíveis com suas categorias e consequentemente alcancem as velocidades de transmissão para o qual foram projetados, as normas de instalação de cabeamento estruturado ditam algumas diretrizes a serem seguidas.

De acordo com as normas publicadas EIA/TIA–568 e EIA/TIA-606, também no Brasil regulamentada pela ABNT através da NBR 14565 – Procedimento básico para elaboração de projetos de cabeamento de telecomunicações para rede interna –, o comprimento máximo dos cabos de um cabeamento horizontal deverá ser de 90 metros, sendo que 10 metros a mais são aplicáveis a cabos de manobra (denominados patch cords).

Há ainda regulamentações nestas normas quanto aos componentes que devem ser utilizados num cabeamento horizontal, que são: o próprio Cabo UTP, os cabos de Manobra (ou Patch Cords) e os Conectores ou Painéis de Conexão (Conectores RJ-45 avulsos ou Patch Panels).

Como o intuito principal deste trabalho é testar a capacidade de transmissão nominal e real de canais de transmissão, torna-se imprescindível a necessidade de seguir cada uma das normatizações estabelecidas pela EIA/TIA e ISO/IEC para com os cabos utilizados nos testes para que a os resultados não sejam influenciados pela má instalação, utilização inadequada ou má qualidade do produto utilizado para os testes.