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nLink电缆诊断技术指南

发布时间:2014-08-20 作者:奈图尔 来源:奈图尔原创 浏览量(700)
摘要:nLink 系列产品电缆诊断技术允许系统管理员快速和远程地分析 以太网双绞线 的质量和属性,有助于查明网络电缆故障原因,而不用分派地区支...

nLink 系列产品电缆诊断技术允许系统管理员快速和远程地分析 以太网双绞线 的质量和属性,有助于查明网络电缆故障原因,而不用分派地区支持人员或停掉网络。

 

网络行业当前正经历下一个主要LAN升级周期:企业网络正在快速地从100 Mbps 快速以太网升级到1000 Mbps千兆位以太网 。计算机设备生产厂商也正在把新技术纳入其产品中;

 

隐藏在逐渐增加配置后面的一个原因是简单的即插即用安装和由以太网技术提供的网络配置。以太网络系统设备的物理层(PHY)部分有助于确保适合于各种电缆的强健操作和安装 ,进一步促进即插即用网络。以太网的PHY在硅片中实现并集成到所有网络设备上,包括以太交换机、路由器、宽带调制解调器、住宅网关、网络接口卡 (NIC)及板上局域网(LOM)。

 

以太网双绞线布线系统包括组成网络基础结构的电缆、终止器、连接器和插座。当出现诸如电缆断开 (称为开路 )或在双绞线中存在短路故障时,网络连接发生故障。必须快速发现电缆故障以防止昂贵的网络宕机和丧失生产力。直接内建在以太PHY芯片中的新技术,允许系统管理 员快速及远程地分析双绞线上的质量和属性,有助于查明网络电缆故障原因。

 

内建TDR测试技术的nLink系列产品远程和无干扰地诊断双绞线上的质量和属性。探测和识别潜在的电缆问题,如电缆断开或在电缆中的任何阻抗不匹配,并准确地报告在1米之内的故障距离。 TDR技术也将探测对交换、对极性颠倒和过多的对偏差。潜在的电缆故障包括:

 

·     开路: 在双绞线末端的接头之间缺少连续性。

·         短路: 2个或更多的导线一起短路。

·         交叉对: 双绞线在末端未正确连接。例如,在一个末端对3连到接头4和5,在另一个末端连到接头7和8。

·         反转对: 在双绞线中的2个导线以相反的极性连接。例如,一个在对3的导线在一边连到接头1,在另一边连到接头2,而第2个导线连到接头2和接头1中间。

·         不正确的终止: 电缆终止不等于100欧姆。因为典型的5类阻抗 (Cat 5)电缆为100欧姆,在每个末端的电缆终止也必须为100欧姆,以防止波形反射和潜在的数据误差。

 

TDR技术在千兆位以太网上的应用

 

IEEE®802.3ab 千兆位以太网标准 (1000BaseT)定义了通过与为100 Mbps快速以太网规定的相同铜线的1000 Mbps 数据传输:5类未屏蔽的双绞线 (UTP) ,它包含4列双绞对,总共8根导线。千兆位以太网传输需要所有4列双绞对,但是快速以太网传输只需要2对,所以5类线的第3和第4对通常不使用。因此,组织从以太网升级到千兆位以太网时,发现5类线的第3和第4对需要保留。

 

使用TDR诊断电缆故障

nLink的电缆诊断技术使用时域反射法 (TDR)诊断双绞线。与雷达相似,通过向导线发送一个脉冲信号并检查脉冲的反射的方法,TDR分析导线。当传输的脉冲达到电缆末端时或电缆的故障点时,部分或全部脉冲能量被反射回发送地。VCT算法测量信号在电缆中传输、达到故障点及返回所需的时间。通过以太网PHY中的内部寄存器,把测量到的时间转换成距离并使之可用。

 

图1 显示不同电缆开路条件下的波形实例。 左侧是源波形,右侧是反射的波形 (在穿过电缆后的源波形的反射,在开路电缆的末端反射并折回)。在测试1 (100米开路电缆)中, 具有低通滤波器特性的5类电缆导致反射波形的滤波。

 

图 1.开路电缆 (已断开连接的电缆)波形实例

在测试2和3中,反射波形接近源波形,因为双向传播距离较短。 测试3和4显示对于每个短电缆断开,反射波形的能量会增加到源波形上。双向传播本质上比源波形宽度短。 VCT技术可以测量这些微小的传播延迟,并因此准确测量到达故障点的距离。

 

传输线中的阻抗

当两个金属导线紧密地连在一起时,它们形成一个电缆阻抗。一个正确终止线是一条其阻抗等于源阻抗及负载阻抗的线或电缆。对于一个极佳的终止线,其反射波形阻 抗为零;负载吸收所有源波形的能量。当电缆在远程末端连接断开(或开路)时,负载阻抗为无穷大且反射波形等于源波形。以下方程进一步定义此动态特性,计算反射系数pL:

 

其中,ZL 为负载阻抗,Z0 为电缆阻抗,而5类电缆的阻抗为100欧姆。图2 显示以下负载条件的反射系数。

 

图2.各种负载阻抗的反射系数计算

 

图2 所示的数据中可以得到一些观察结果:

·         当负载阻抗大于电缆阻抗时,反射系数结果为正;相反,当负载阻抗小于电缆阻抗时,出现负反射系数(即反射脉冲数在零以下)。Marvell VCT技术使用此信息帮助确定负载阻抗。

·         当负载阻抗为300欧姆时,反射系数为0.5,这意味着反射波形数是源波形的一半。电缆诊断技术使用反射波形的极性和数量来准确计算和报告负载阻抗。图3 显示短路 (0欧姆负载阻抗)和50欧姆负载阻抗的实例。

·         当负载阻抗为100欧姆时,反射系数为0,这意味着负载吸收100%的源波形能量,且无反射波形。在没有反射波形情况下,电缆诊断算法分辨出无电缆故障存在。

 

图 3.显示负反射的波形实例

计算距离: 传播速度 传播速度(VOP)是同真空光速相关的信号速度(每秒186,400英里)。数字1.0代表光速;所有其它信号都较慢。VOP为0.71的电缆传输71%光速的信号。5类双绞线具有0.71的VOP ,其转化4.7 纳秒/米的传播延迟。

 

使用TDR技术测量反射波形的传播延迟,及了解计算出的5类电缆的VOP,使计算到电缆故障点的电缆长度或距离变得相对简单。

 

其它电缆诊断方法使用PHY数字信号处理 (DSP) 系数,及估算5类电缆的长度的理论的5类电缆模型。此方法需要一个在本地和远程网络端口之间起作用的网络连接。如果电缆出现故障,这种诊断不提供有关为何仍未建立网络连接的信息。另一方面,电缆诊断功能为系统管理员提供故障电缆位置的详细的信息,准确到0.8米范围,也包括故障类型 (开路,短路等)。


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