Por Sergio Fratti -
Quizá aquellos que estamos en el mundo del diseño de infraestructura para redes, hemos visto con el pasar de los años que se presentan nuevas y retadoras necesidades; analizamos de una manera rápida el escenario y lo que ha sido la tendencia en los tipos de redes.
Parte I
Primero. Organizar.
Hay que reconocer que existen varios cuerpos o entidades que son plenamente reconocidas para establecer normas o lo que todos llamamos estándares, tal es el caso de IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers), TIA (Telecommunications Industry Association), EIA (Electronic Industry Association), ISO (International Standard Organisation ), CENELEC (European Standards), BICSI, entre ellas nos podríamos referir en la sección de infraestructura que trataremos, así mismo vamos a ir oyendo de algunas otras entidades tales como UL (Underwriters Laboratories ), NFPA (National Fire Protection Association), para solo referir las que también son parte de un ecosistema pero con distintas funciones, que haremos mención más adelante. Como dato importante debemos indicar que dentro de la región donde nos encontramos es más común que utilicemos las normas, estándares e inclusive los códigos que en la mayoría de los casos son de entidades internacionales pero con base en Estados Unidos de Norteamérica, en el caso específico que seguiremos conversando la entidad ANSI (American National Standards Institute) es sobre quién recae esta responsabilidad, y por ello también ser observará que nos referiremos a algunas tales como ANSI/TIA, ANSI/BICSI, etc., lo cuál indica que cuenta con el respaldo de ANSI como entidades autorizadas para establecer estándares específicos. También es de importancia que no confundamos estándares/normas con códigos, éstos últimos cuya función principal es la protección de la vida de las personas. Solo me falta agregar que hoy en día, lo que menos falta es la parte de estandarización, de hecho es tan inmensamente grande que es necesario ser cuidadoso en navegar para aplicarlos correctamente.
Segundo. Categorizar.
Desde que empezaron los primeros estándares de cableado estructurado por allá por inicio de los años 90's el cable de pares trenzados de cobre ha tomado un especial interés, desde la inicial categoría 3, pasando muy rápidamente por la categoría 4, luego asentándose por varios años en categoría 5, y de allí vemos la transición hacía lo que llamamos Categoría 5E, y así sucesivamente viene la Categoría 6 y ahora hablamos de Categoría 6A. Cabe también mencionar que todo esto arrancó en las necesidades de estandarizar los medios de transporte para edificios comerciales (ANSI/TIA-568-Cx), luego vino la parte residencial (ANSI/TIA-570), instalaciones en campus ANSI/TIA/EIA-758, y así ha seguido la necesidad hacía otros ambientes tales como las aplicaciones industriales, este último siendo un escenario que reta mucho más, ya que el concepto de CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detect) establecido para el protocolo ethernet no es determinístico y vemos trabajando allí nuevos grupos tales como IEEE 802.1 TSN (Time Sensitive Network), se van ya conociendo y adoptando, mucho más en aplicaciones de industria 4.0.
Tercero. Seleccionar- Medios de transmisión.
Hay algo que por años hemos visto su evolución, es el muy reconocido cable UTP (Unshielded Twisted Pair) de 4 pares, aunque sin variar la impedancia de 100 ohms, pero sí las velocidades de transmisión conforme a su categoría , desde 16 Mhz en categoría 3 hasta 500 MHz en la categoría 6A. También, de acuerdo a las aplicaciones donde pueda ser afectado externamente por ejemplo con interferencia electromagnética (EMI) es que vemos el uso cables con algún tipo de blindaje y allí vemos las variantes de STP (Shielded Twisted Pair), ScTP (Screened Twisted Pair) S/UTP (Shielded with Unshielded Twisted Pair), FTP (Foiled Twisted Pair), F/UTP (Foiled with Unshielded Twisted Pair). Para otros más conocedores ya habrán oído también hablar de aplicaciones con SPE (Single Pair Ethernet ANSI/TIA-568.5 SPE) donde dejamos atrás los cuatro pares… esperemos hablar en ocasiones futuras. Otro punto a tomar en cuenta es el calibre de los cables definido por AWG (American Wire Gage), los vemos desde uno muy delgado 28 AWG hasta el más grueso 22 AWG, tienen sus aplicaciones, limitaciones y formas de instalar, sin olvidar que el mismo estándar ANSI/TI-568 nos pone la limitante de los 100 metros para el canal completo (cableado horizontal y cordones de interconexión). En resumen, el mundo del cableado balanceado de pares de cobre es muy amplio, y eso que no hemos hablado de aún aplicaciones que han quedado con cables especiales como los Twinaxiales, tampoco nos referiremos acá a la fibra óptica porque eso nos llevaría por una discusión extensa.
Cuarto. Seleccionar - Medios de conexión.
El rey de los conectores, el denominado 8P8C (ocho pines, ocho conductores) a quienes lo reconocen como RJ45, con tecnología de contacto por desplazamiento de aislante por sus siglas en inglés IDC (Insulation Displacement Contact). También tiene sus competidores para aplicaciones específicas, como las ethernet industriales vemos los conectores M8 y M12, pero aún así este conector 8P8C (RJ45) va para largo, aunque tiene otro reto, y es el manejo de potencia, ya que desde su creación no se pensaba llevar energía sobre los pares de cobre, solo "datos", ahora vemos como aplicaciones cómo PoE (Power over Ethernet) nos permite llevar en los cables y los medios de conexión hasta 90 watts.
Con solo los elementos que hemos mencionado anteriormente, nos podemos dar cuenta que a lo largo de esta historia de apenas 30 años muchas cosas han cambiado radicalmente, y en los últimos años aún más, porque con el IoT, IIoT (Industrial Internet of the Things), Industria 4.0, digitalización, entre otras cosas nos lleva a satisfacer nuevas necesidades, el cableado para computadoras desde cuartos de telecomunicaciones con distancias menores a 90 metros ya no es el objetivo principal, ahora es: donde exista un dispositivo a conectarse, puede este ser una cámara, control de acceso, un sensor de temperatura, un control de ambiente, dispositivo PLC, control de variador de un motor, medidor de energía (o cualquier otro parámetro), etc., mucho de ello que requiere distancias más allá de los 90 metros y potencias relativamente mayores, y es donde se presentan grandes retos al diseñador.
Además de las grandes logros para transmitir grandes tasas de datos sobre el cable de cobre o mucho más con fibra óptica, vamos a enfocarnos en cómo podemos llevar energía hacía algún dispositivo remoto, donde aplicaciones estándares de IEEE 802.3 (af, at o bt) no son posibles contemplar, y es acá donde se presenta una nueva tecnología para estos requerimientos, nos referimos la "Clase 4 - Class 4" esperamos conceptualizar para que concepto que resulte simple de comprender, estamos conscientes que la adopción de esto puede llevar su tiempo hablaremos en la siguiente parte de que consiste y sus aplicaciones.
Parte II
Como lo mencionamos anteriormente, se tiene prácticamente un límite muy alto para la transmisión de datos, y mientras más se requiere las opciones pasan de cobre a fibra, pero que ha pasado con la distribución de energía que logramos con la tecnología como PoE o PoDL
(Power over Data Line), la mayoría sabemos que hay muchas limitaciones, principalmente por la potencia que podemos manejar en el cable de pares trenzados independientes de la categoría o los calibres, dicho sea de paso tendremos a 22 AWG de máximo para las categorías mencionadas anteriormente, entonces como hemos venido desarrollando esto, haremos algunos comentarios previos.
Para edificios comerciales e inclusive industria se tiene la limitación de los 90 metros de canal permanente (PL, Permanent Link) y hasta 100 metros de canal completo (Channel, que incluye patch cords).
En los ambientes de oficina, es normal contar con un centro de distribución de cableado horizontal (HC) que está diseñado para alcanzar la mayor parte de dispositivos alrededor sin superar esas distancias, eso es computadoras, teléfonos IP, cámaras, Acces Point, sensores IoT, etc., y cuando requieren alimentación de energía, lo hacemos normalmente desde el mismo HC donde está ubicado el Switch con tecnología PoE con opciones de 15, 33, 60 o hasta 90 watts, solo se debe hacer los presupuestos de energía para los equipos y también la consideración de calor que se pueden dar en grandes volúmenes de cable amarrados entre sí.
Instalaciones que sobrepasan esas distancias, vamos con fibra óptica, sin embargo, necesitamos o deberíamos de considerar que la energía que requiera el equipo remoto sea " regulada, controlada y con soporte en caso de fallos", lo cuál ha llevado a buscar muchas alternativas, desde llevar cables con el voltaje respectivo (120 VAC, 60 Hz para nuestros países) y colocar en el lugar remoto un convertidor hacía PoE (potencia deseada), cableado centralizado para llevar corriente directa (48 VDC) usando fuentes de rectificadores y baterías desde un sitio controlado hacía el punto remoto y allí distribuirlo o conectarlo al dispositivo, o como último caso, buscar un punto de alimentación de energía 120 VAC cercano al dispositivo y de allí usarlo para llegar al punto y solo colocar el convertidor PoE.
En resumen, esto o alguna otra idea creativa se tiene para dar energía a los dispositivos que necesitamos conectar con datos y energía, y es allí donde se tiene una nueva solución, se le llama "Class 4" (Clase 4), y la diferencia de PoE que tiene una referencia en el cuerpo de estándares de IEEE 802.3, en esta Class 4 no hay un cuerpo de especificaciones operacionales, sin embargo la versión 2023 del NEC (NFPA 70) designa sus especificaciones de seguridad en el "Article 726 (New) Class 4 Power Systems" y también reconoce sus elementos básicos bajo UL 1400-1 y UL 1400-2, la Class 4 también la veremos siendo denominada FMPS Fault-Managed Power Systems. Es muy importante aclarar que no es una nueva variante de PoE, tampoco una mejora de PoE, son soluciones distintas.
Hagamos una descripción
Tecnología Class 4, ¿qué es esto?
Sistema que transmite energía de punta a punta.
Plataforma agnóstica para el envío de energía.
Nombres comunes: Digital Electricity, Smart Power, Packet Energy, Pulse Power.
Enfoque fundamental, mitigar riesgos potenciales con manejo de energía.
Por qué considerar Class 4
Ya que sabemos que "no" es una variante de PoE, o inclusive no está reconocida por IEEE, y tiene apenas un año de haber sido publicado por NFPA, entonces ¿porqué lo podría considerar?
Permite transferir una cantidad significativa de potencia, de 1000 a 2000 watts
Considera distancias mayores, del orden de cientos de metros.
Inversión reducida,
Facilidad de instalación.
Cables más reducidos, también menos peso, menor área transversal para escalerillas y tuberías (en caso se requieran).
No requiere tuberías, a menos que sea en caso que se requiera por el tipo de ubicaciones peligrosas, código de edificios o especificaciones de la industria.
Instalaciones menos onerosas, aumento del voltaje y la potencia, sin tener que recurrir a los métodos de cableado del capítulo 3 del NEC, mientras se mantiene un aceptable nivel de seguridad. Por ejemplo, tuberías, conductores, dispositivos de protección
Mitigación de fallas. Los parámetros del sistema son continuamente monitoreados para cualquier tipo de falla (cortocircuito, cruce de cables, etc.,)
Control centralizado de la energía.
Cuando conversamos de Clases, ya que no estamos acostumbrados a estos términos de energía basados en el NEC, acá una tabla que podemos considerar.
En USA para ciertas instalaciones se requiere que un instalador sea autorizado y registrado, se indica también que debe tener licencia.
Como se observó anteriormente, no se incluye la Class 3, la misma está limitada a 100 w, 150 voltios y sus aplicaciones son principalmente de teatro en casa y sistemas de sonido.
Cómo se puede observar un sistema de Class 4
Cómo funciona la tecnología en caso de fallo.
¿Cuáles son las aplicaciones típicas y mercados verticales para Class 4?
Hay varias aplicaciones que pueden requerir de una tecnología cómo Class 4, entre las cuales están:
Redes inalámbricas exteriores.
GPON (Gigabit passive optical network).
Digital Signage.
Redes inalámbricas internas.
Edificios inteligentes.
Iluminación
Ambientes controlados en agricultura.
Y en los mercados verticales (de crecimiento) se pueden observar los siguientes:
Hoteles y "Resorts".
Aplicaciones de campus
Edificios de oficinas.
Terminales de transporte (aeropuertos, trenes y buses).
Manufactura, industria, bodegas.
Estadios y arenas deportivas.
¿Con qué otro análisis podemos considerarlo, cuando persiste la comparación entre usar PoE o Class 4…?
Pensamiento final.
La primera vez que oí sobre el Class 4 fue en "Bicsi Winter Conference" en enero de 2023, debo reconocer que sólo había realizado un proyecto con una tecnología similar en Class 3 utilizando inyectores en un cable híbrido (fibra + cobre) para una aplicación de más de 300 metros, con buenos resultados pero algo onerosa, y continuamente utilizó en proyectos lo que son "Class 1 y "Class 2" (acá se incluye el PoE). Como ingeniero electricista con especialidad en infraestructura de telecomunicaciones me pareció un gran avance esta nueva tecnología, ya que en diseño y ejecución de proyectos hemos tenido que sobrellevar casos donde arriba de lo permitido por los 90 m de canal permanente, ejemplo cámaras o access point alejados, nos ha tocado instalar fibra óptica y además un circuito eléctrico 120 VAC desde el último tablero regulado (conectado al UPS) o en varias ocasiones poner un circuito 120 VAC conectado desde un tablero "normal" (sin UPS) y colocar el UPS cerca al dispositivo requerido, en todos los casos, la instalación eléctrica puede ser hasta más cara que el enlace de datos, normalmente con fibra óptica. Quizá no sea tan viral la tecnología Class 4, habrá que esperar como es adoptado en la industria en general y principalmente en nuestros países que absorben esto con más temor, tal es el caso de GPON que hasta ahora lo vemos desarrollarse, cuando es una tecnología con muchísimo potencial y años de madurez.
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