規格より長いケーブルを使用する際の注意点
帯域幅を必要とするスマートデバイスをネットワークに接続する要求が増えるにつれて、ケーブル規格で定められた最大長を超えるケーブルの利用が検討されています。TIA 568-2規格では、ケーブルチャネルの最大長は100mとされていますが、自社のケーブルはその2倍の長さまで対応できると主張するメーカーもいます。一方で、規格に準拠しないチャネルを設置することに強く反対する専門家もいます。
長いケーブルを使う動機は明確です。アクティブリピータを使わずに200mのチャネルでギガビットイーサネットを運用できれば、コストを削減し、スイッチから遠く離れた場所にあるデバイスを接続するアプリケーションの複雑さを大幅に軽減できます。また、市場には長距離ケーブルに適したソリューションを提供するベンダーも存在します。
標準規格に従うべきか、より長いチャネルを使用することによる商業的利益を追求すべきか迷っている場合、以下の点を考慮してください。
🔖 最大チャネル長を決定する要因
ケーブリングシステムの性能は、いくつかのDCおよびRFパラメータによって決定されます。一部のパラメータは長さによって劣化しますが、他のパラメータはそれほど影響を受けません。以下では、長いケーブルに関して特に重要なパラメータについて説明します。
🔖 挿入損失
挿入損失（IL）は、信号がトランスミッターからレシーバーに到達する際の信号強度の低下を表します。受信信号が小さくなるとSNR（信号対雑音比）が小さくなり、エラーのない通信が難しくなります。ILは主にチャネルの周波数、長さ、ケーブルの構造に依存します。周波数が高くなると挿入損失が増加し、送信された電力のうちの一部しかレシーバーに到達しません。また、長さが増すとILも増加します。一方、ワイヤーゲージが太いほどILは低くなります。規格は、指定された周波数範囲と指定されたワイヤーゲージをよく見ながら、最大長を決定します。このようにして、CAT6Aケーブルで最大10Gbpsの伝送を100mまで許容するようになりました。トランスミッターでより高いビットレートが必要とされる場合、より高い周波数を使用する必要があるため、ILの制約により10Gbpsのような高いマルチギガビットレートをより長いケーブルで伝送できる可能性は低くなります。
🔖 DC抵抗
特にPoE（Power of Ethernet）を使用する場合、長いケーブルのDC抵抗が制約になることがあります。抵抗はケーブルの長さとともに増加し、それに伴い電圧降下が大きくなるため、ケーブル内の電力損失が大きくなります。 ワイヤーを太くすれば、単位長さあたりの抵抗が減るため電力の損失を減らすことができます。最終的にはケーブル内の電力損失を考慮して、必要な電力供給のマージンを持つPoEソースを選択する必要があります。
🔖 リターンロス
これは最も厄介で、見落とされがちなパラメータです。このパラメータが厄介なのは、設置期間中に相互運用性の問題を引き起こす可能性があるからです。ネットワークデバイスのによっては、規格で指定された距離よりも長い距離からの反射を処理できるものもあれば、その能力がないものもあります。これについて理解を深めましょう。
トランスミッターから送信された信号がすべてレシーバーに届くわけではありません。前に述べたように、一部の信号は挿入損失（IL）によって伝送中に失われる。また、ケーブル・チャネル内の固有のインピーダンス不整合により、信号のごく一部がトランスミッターに反射して戻ってきます。リターンロスとは、反射された信号の測定値です。通常、ネットワークデバイスのイーサネット物理層チップ(PHY)は、反射信号を正確に検出してキャンセルする高度なデジタルフィルターを採用しているため、あまり問題になりません。しかし、チャネル長が長くなると、このメカニズムに悪影響を及ぼす可能性があります。
💡 実生活のアナロジー
空港の入国審査の列に並んでいると想像してください。前に50人の人がいるとします。突然、係員が現れて、あなたのすぐ後ろの人から新しく開いたカウンターに行くように指示します。運が悪いですね。これがリターンロスに関する話にどう関連するのか見てみましょう。
ネットワークインターフェイスの PHY チップ内のデジタルフィルタには、異なる遅延を持つ反射信号に対応する複数のフィルタタップがあります。短い距離からの反射信号は遅延が小さく、長い距離からの反射信号は遅延が大きくなります（反射して戻ってくる距離が長いため）。 フィルタタップは、最大100mもの長い距離から反射してくる信号に対応するように設計されています。からの反射信号に対応するよう設計されています。もしチャンネルが長くなると、フィルタタップが足りなくなり、100m以上から反射された信号が短い距離から反射されたかのように見えるかもしれません（列の後ろの人が列を飛ばして前に進むようなものです）。これにより、PHYが反射信号を効果的にキャンセルする能力が低下し、データエラーが発生する可能性があります。すべての PHY が 100mだけ をサポートするように設計されているわけではありません。中には200m やそれ以上にも容易に対応できるよう、もっと多くのフィルタタップを持つものもあります。これは、ある PHY チップは動作し、他のチップは動作しないという互換性の問題が発生する可能性がありることを意味します。このような相互運用性の問題は、設置後に端末デバイスを交換する際に発生することがあります。最初のうちはすべてがうまくいくかもしれないが、あるエンドポイントデバイスを別のものと交換する必要があるときに、 問題が現れるかもしれない。 運が良ければ、長距離からの反射は非常に弱いため、大きな問題にはならないかもしれません。しかし、ケーブルサプライヤーの推奨する互換性のあるネットワークデバイスを使用することで、問題を回避することができます。
🔖 長距離チャネルの設置後のテスト
上で見た PHY チップの問題は、ケーブルテスターにも当てはまる。市場の多くのケーブル認証機は、デュアルエンドテスト（片方にメインユニット、もう片方にリモートユニットを配置するテスト）で認証できるチャネルの長さに制限がある。AEPジャパンで販売するTestPro-CV100は、将来の要件を考慮して設計されており、デュアルエンド構成1,500mのケーブルをテストできます。 通常、検討している4対ケーブルシステムは、約200mに制限されていますが、TestProはこの長距離対応により、今後のシングルペアイーサネット（SPE）技術にも対応可能です。ケーブルメーカーによって指定されたテスト規格を使用することで、TestProは長距離チャネルやパーマネントリンクを認証することができます。これにより、インストーラーはケーブルのメーカー保証を取得するのに役立ちます。
🔖 まとめ
長さが規格を超えるケーブルに関する潜在的な問題を十分に理解し、ケーブルサプライヤーの設置ガイドラインに従うことで、このアプローチはお金と時間を節約できます。長さが規格を超えるケーブルの設置を検討する際には、次のポイントに注意してください：
- この設置方法は厳密には規格準拠ではないが、意図したアプリケーションに対して信頼性があり、実証されたトポロジーであることを顧客に十分に説明する。
- サポート可能な最大データレートや潜在的な互換性リスクなどの制限について顧客に十分に説明する。
- コストの利点とこれらの制限のトレードオフを明確に提示する。
- PoEの要件を計算し、チャンネル内での損失が高くなるため必要なマージンを確保する。
- ケーブルサプライヤーが承認した認証機を使用して設置をテストし、正しいテスト規格を使用する。
このようにすることで、長さが規格を超えるケーブルの設置に伴うリスクを最小限に抑えることができます。
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