Intelligent vernetzen – Patchfelder für den Smart-Home-Einsatz

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Patchfelder spielen bei kabelgebundenen Lösungen und somit auch im Smart Home eine große Rolle

Damit die heimischen vier Wände in ein intelligentes Zuhause verwandelt werden können, muss zunächst für die richtige Infrastruktur gesorgt werden. Denn alle smarten Geräte benötigen meist auch zwangsweise einen Zugang zum Internet. Dieser kann bekannterweise entweder per Kabel oder auch per Funk erfolgen. Letzteres ist zwar vielleicht die schnellere und bequemere Variante, jedoch auch deutlich instabiler und unsicherer.

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Vorzugsweise sollte deshalb auf die kabelgebundene Variante für das lokale Datennetz zurückgegriffen werden. Das Local Area Network, abgekürzt „LAN“, stellt eine stabile Verbindung zu all den benötigten Geräten wie Netzwerk-Festplatten oder Fernseher per LAN-Kabel her. Falls dennoch eine Funkverbindung benötigt wird, kann diese ganz einfach durch WLAN-Accesspoints zur Verfügung gestellt werden. Um eine strukturierte Verkabelung durchführen zu können, sind so genannte Patchfelder unumgänglich.

Inhalt:

  1. Was ist ein Patchfeld?
  2. Aufbau eines Patchfelds
  3. Verwendung im Smart Home
  4. Verschiedene Spezifikationen
  5. Maximale Kabellänge und Abschirmung
  6. Entscheidungshilfe
  7. Spezielle Ausführung eines Patchfeldes
  8. Montage und Einbau

Was ist ein Patchfeld?

Das Patchfeld wird auch Patchpanel, Umsteckfeld, Rangierfeld oder auch gerne LAN-Kabel-Verteiler genannt. Hierbei handelt es sich um ein Umsteckfeld, welches zur Verteilung, zum Anschluss und auch zum Rangieren von Verbindungen und somit LAN-Kabel dient. Aber auch Telefonkabel oder Glasfaserkabel können in solchen Panels miteingefügt werden. Im Gegensatz zu Routern oder Switches handelt es sich hierbei um eine passive Komponente eines Netzwerks. Erst durch ein Patchfeld wird ein komplexer und dennoch strukturierter Aufbau von Kabelstrukturen im ganzen Gebäude möglich. Dabei übernimmt diese Netzwerkkomponente die Herstellung einer 1 zu 1 Verbindung und fasst mehrere Kabel zu einem großen Systemkabel zusammen.

Aufbau eines Patchfelds

Ein Patchfeld beinhaltet eine Reihe von durchnummerierten Buchsen. Diese RJ45 Buchsen oder auch Ports stellen das Gegenteil zu den Steckern der Kabel dar. Je nach Modell sind zwischen 6 und 48 Ports pro Reihe vorhanden. Auch mehrreihige Patchfelder können realisiert werden. Auf der Rückseite der Buchsen gehen wiederum neue Kabel hervor, welche eine Verbindung zu weiteren Patchfeldern oder fest installierten Anschlussdosen im Gebäude ermöglichen.

Die passiven Bauelemente eines Patchfeldes werden meist durch ein Aluminiumblech-Gehäuse geschützt. Dieses besteht in der Regel aus einer Frontblende und einem Ober- und Unterteil. Alle Gehäuseteile dienen dazu die inneren Bauelemente vor direkter Berührung zu schützen und ist zudem meist in unterschiedlichen Farbtönen erhältlich. Die Frontblende hingegen besitzt noch einen weiteren Nutzen. Denn damit kann das Patchfeld im Verteilerkasten verschraubt und somit befestigt werden. Im Inneren befindet sich eine Platine, die als Auflagefläche für die einzelnen Adern der Netzwerkkabel dient. Um die Netzwerkkabel zusätzlich mechanisch zu entlasten und zu schützen, verfügen die meisten Patchfelder über eine integrierte Zugentlastung. Direkt auf der Platine sind im Übrigen auch die Netzwerkbuchsen angebracht, welche durch die Frontblende ersichtlich sind.

Verwendung im Smart Home

Da die kabellose Kommunikation von mehreren Geräten nie komplett störsicher erfolgen kann, wird in der totalen Hausautomation vor allem auf kabelgebundene Lösungen gesetzt. Patchfelder spielen bei kabelgebundenen Lösungen und somit auch im Smart Home eine große Rolle.

Die Verkabelung im Eigenheim erfolgt in der Regel sternförmig. Dies erfordert, dass sich alle Anschlusskabel der Netzwerkkomponenten in einem Punkt treffen müssen. Dieser zentrale Punkt besteht in der Regel aus dem Internetanschluss direkt beziehungsweise einem Modem oder Router.

Um dies zu ermöglichen, werden Patchfelder eingesetzt. Im besten Fall kommunizieren in einem Smart Home nicht nur mit den Benutzern sondern vernetzen sich auch untereinander.

Das Patchpanel dient hierbei als zentraler Punkt und verbindet durch seine Vielzahl an Ports alle Geräte miteinander. Sowohl Heizung- als auch Lichtsteuerung können kabelgebunden sicher realisiert werden. Aber auch viele weitere Systeme und Geräte wie eine Alarmanlage, Überwachungskameras und auch Großgeräte wie Kühlschrank und Waschmaschine können per Kabel in das Smart Home miteingebunden werden. Die kabelgebundene Netzwerktechnik ist hier auf jeden Fall zu bevorzugen, da mit ihr viele Hürden zum Smart Home übersprungen werden können.

Verschiedene Spezifikationen

Auch bei Patchfeldern existieren Preis- und Leistungsunterschiede. Je nach Verwendungszweck, Anspruch des Besitzers und Einsatzzweck können verschiedene Spezifikationen ausgewählt werden. Um die Auswahl zu erleichtern, sollte in etwa bekannt sein, wie viele Netzwerkanschlüsse benötigt werden. Die Größenangabe der Patchfelder erfolgt in Zoll. Mit zunehmender Größe wird Platz für mehr Buchsen beziehungsweise Ports geschaffen. Zusätzlich kann je nach Bauform die Höheneinheit variieren. Die meisten Patchfelder werden einreihig ausgeführt, aber auch mehrreihige Patchfelder befinden sich im Umlauf. Die Standardgrößen sind hierbei entweder 10 Zoll oder 19 Zoll. Je nach der Anzahl der Reihen finden in einem Patchfeld zwischen 12 und 48 RJ45 Buchsen Platz.

Ähnlich zu den Netzwerkdosen oder LAN-Kabeln, besitzen auch Patchfelder einen Geschwindigkeits- beziehungsweise Leistungsindex. Die Angabe einer Kategorie für Netzwerkkabel oder -dosen hilft bei der Einordnung der Leistungsfähigkeit. Diese ist letztendlich auch Hauptausschlaggebend für die Geschwindigkeiten welche im heimischen LAN-Netzwerk erreicht werden können. Hier gilt, die Geschwindigkeit richtet sich nach dem schwächsten Glied im Netzwerk. Die Investition in eine höhere Kategorie lohnt sich also nur dann, wenn diese Spezifikation über alle Geräte hinweg durchgesetzt wird. Allerdings werden die angeschlossenen Geräte meistens schneller ersetzt oder können einfacher ausgetauscht werden. Eventuell lohnt sich also für die Verkabelung dennoch eine höhere Leistungs-Kategorie. All die oben genannten Spezifikationen sollten die Auswahl oder den Kauf eines Patchfeldes vereinfachen.

Hier eine kurze Übersicht über die Cat-Geschwindigkeitsstandards:

Kategorie Übertragungsgeschwindigkeit Bandbreite Anmerkung
  1. 3
10 Mbit/s 16 MHz Einsatz nur noch als Telefonkabel für Festnetz
  1. 4
16 Mbit/s 20 MHz Keine wirkliche Verbesserung gegenüber Cat. 3, deshalb nur selten eingesetzt.
  1. 5/5e
100 Mbit/s 100 MHz
  1. 6
1000 Mbit/s = 1 Gbit/s 250 MHz bis 100 Meter Reichweite, am meisten eingesetztes Netzwerkkabel
  1. 6a
10 Gbit/s 500 MHz bis 100 Meter Reichweite
  1. 7
10 Gbit/s 600 MHz über 100 Meter Reichweite, wenig Störanfällig, da alle Adernpaare einzeln geschirmt sind.
  1. 7a
10 Gbit/s 1000 MHz
  1. 8
40 Gbit/s bis zu 2000 MHz

 

Maximale Kabellänge und Abschirmung

Die vorhin angegebenen maximalen Kabellängen sind dabei allerdings nur theoretische Werte. Die Qualität des Kabels und ebenso der Ort wo das Netzwerkkabel verlegt wird, spielt eine wichtige Rolle. Der Einfachheit halber werden Netzwerkkabel in der Nähe von Stromkabel verlegt oder im schlimmsten Fall sogar im gleichen Leerrohr. Für ein funktionierendes und stabiles Smart Home sollte unbedingt der Aufwand durch eine zusätzliche Leerverrohrung nur für Netzwerkkabel in Betracht gezogen werden. Denn nur so können die Störquellen möglichst geringgehalten werden.

Die Signalstärke wird aber auch durch die angeschlossenen Netzwerkkarten beeinflusst.

Durch eine Abschirmung der Netzwerkkabel können oben genannte Störquellen verringert oder sogar eliminiert werden. Ungeschirmte Netzwerkkabel aber auch ungeschirmte Patchfelder sollten nur im Ausnahmefall verwendet werden.

Einfach geschirmte Netzwerkkabel werden durch ein Kupfergeflecht oder eine Aluminiumfolie geschützt. Diese sind hierdurch weniger flexibel, besser gegen Störeinflüsse gewappnet und können für Längen über zehn Meter eingesetzt werden.

Doppelt abgeschirmte Netzwerkkabel bieten den besten Schutz, stellen allerdings nicht gerade die kostengünstigste Variante dar. Anwendung findet dieser Kabeltyp in kritischen Bereichen mit hohen Störungseinflüssen. Durch die doppelte Abschirmung wird das Kabel noch steifer, es können aber Distanzen über 25 Meter problemlos überbrückt werden.

Entscheidungshilfe

Um sich für den richtigen Standard beziehungsweise generell für die richtige Technologie und Lösung entscheiden zu können, folgt nun eine kleine Hilfestellung. Je nach dem Vorhandensein von Geräten im Haushalt sollte die Netzwerklösung angepasst werden. Ebenso sollten zukünftige Anschaffungen über die nächsten Jahre hinweg mit eingeplant werden. Besonders bei Neubauten kann auf diese Weise noch sehr einfach der Grundstein für ein Smart Home gelegt werden. Wer sein Eigenheim zu einem Smart Home nachrüsten möchte, für den empfiehlt sich zunächst eine Zwischenlösung zwischen kabelgebundener und nicht kabelgebundener Netzwerklösung. Je größer allerdings die Anzahl der Geräte wird welche in das eigene Smart Home eingebunden werden sollen, desto mehr ist auch eine strukturierte Verkabelung notwendig.

Art/Anzahl der Geräte im Smart Home passende Netzwerklösung
Smartphones, Tablets, Notebooks WLAN ausreichend
PC, Konsole, Smart-TV Netzwerkkabel von Vorteil (min. Cat.5), WLAN
Mehrere der oben genannten Geräte, Smart Devices strukturierte Verkabelung (min. Cat.6), eventuell WLAN als Zusatz

 

Spezielle Ausführung eines Patchfeldes

Obwohl für die meisten Nutzer ein passiv arbeitendes Patchfeld ausreicht, existiert auch eine „PoE-Variante“. Hierbei handelt es sich um die „Power over Ethernet“ Technologie. Diese spezielle Ausführung eines Patchpanels injiziert zusätzlich Strom in die Netzwerkverkabelung. Hierdurch wird das Anbringen einer zusätzlichen Stromversorgung und somit eines weiteren zusätzlichen Kabels hinfällig. Der Strom wird direkt über ein LAN-Kabel zu den PoE-fähigen Geräten geleitet. Bei diesen Netzwerkgeräten handelt es sich meist um IP-Telefone, kleiner Hubs, aber auch Kameras oder WLAN- und Bluetooth-Geräte. Die Technologie kann besonders für die Erstellung eines Smart Homes interessant werden, da so weniger Stromzuleitungen benötigt werden. Allerdings hat diese Technologie auch eine Kehrseite. Denn durch die benötigte höhere Stromstärke, kann die Datenübertragung im schlechtesten Fall eingeschränkt werden. Die zusätzliche Stromübertragung sorgt für eine Dämpfung der Datenübertragung. Dieser Effekt sollte beim Verlegen der Verkabelung unbedingt berücksichtigt und die maximale Netzwerkkabellänge angepasst werden. Die zusätzliche Temperaturentwicklung innerhalb der Netzwerkkabel darf ebenso nicht unterschätzt werden.

Für denjenigen der über eine solche Lösung nachdenkt, kommt eventuell auch der Einbau einer unterbrechungsfreien Stromversorgung (USV) in Frage. Dieses System detektiert Störungen im Stromnetz wie einen Stromausfall und springt als Energiespeicher ein. Die Einheit versorgt alle wichtigen angeschlossenen Geräte weiterhin mit Energie und ermöglicht das problemlose Herunterfahren und Abschalten von Computern und anderer Hardware. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass alle Daten noch rechtzeitig gespeichert werden können und keine Schäden an der Hardware entstehen.

Montage und Einbau

Am einfachsten gestaltet sich der Ein- und Aufbau eins intelligenten und vernetzten Zuhauses natürlich dann, wenn das Gebäude neu errichtet wird. Der nachträgliche Einbau ist zwar generell ebenso möglich, gestaltet sich aber unter Umständen doch etwas aufwändiger. In der Hausplanung sollte die Netzwerkverkabelung am besten gleich mit berücksichtig und installiert werden. Bei der Planung muss an alle notwendigen Netzwerkkomponenten gedacht werden.

Untergebracht werden Patchfelder in Verteilerschränken die meist eine Größe von 19 Zoll aufweisen. Diese wiederum sind in speziellen Verteilerräumen oder auch Serverräumen untergebracht. In Einfamilienhäusern kommt der Hauswirtschaftsraum in Frage, da hier meist auch der Telefon und Internetanschluss anliegt. Die Verteilerschränke existieren in vielen verschiedenen Größen, welche in Zoll angegeben werden. In einem Haus normaler Größe ist ein 10 Zoll Verteilerschrank meistens bereits ausreichen. Für Einfamilienhäuser existieren außerdem Mini-Patchpanels, die keinen extra Verteilerschrank benötigen, sondern direkt an eine Wand geschraubt werden können.

Wer sich ebenfalls selbst um die Beschaltung kümmern will, sollte sich zunächst auch über die beiden verfügbaren Standards zu Anschlussbelegung informieren. Es existieren die Standards TIA-568A und TIA-568B. Diese unterscheiden sich wie bereits erwähnt nur durch ihre Belegung. Dennoch ist es wichtig für die komplette Netzwerkverkabelung die selbige Belegung beizubehalten.

Pin TIA-568A TIA-568B
1 Weiß/Grün Weiß/Orange
2 Grün Orange
3 Weiß/Orange Weiß/Grün
4 Blau Blau
5 Weiß/Blau Weiß/Blau
6 Orange Grün
7 Weiß/Braun Weiß/Braun
8 Braun Braun

 

Um die Netzwerkkabel mit dem Patchfeld verbinden zu können, werden im besten Fall ein Diagnosegerät und eine passende Crimpzange benötigt. Zunächst werden die Netzwerkkabel zirka fünf Zentimeter vor ihrem Ende abisoliert. Danach müssen die einzelnen Adernpaare von der Abschirmung befreit werden. Die Adernpaare werden anschließend rückseitig auf die Netzwerkdosen des Patchpanels aufgelegt und mit der Crimpzange befestigt. Die Zuordnung der Adernpaare erfolgt entsprechend der Farben nach den bereits zuvor beschriebenen Standards. Damit die Funktion der soeben erfolgten Arbeit überprüft werden kann, kommt nun das Diagnosegerät zum Einsatz. Hierzu wird dieses mit einem Netzwerkkabel an das Patchfeld angeschlossen und mit einem weiteren Netzwerkkabel an die damit verbundene Netzwerkdose. Je nach Diagnosegerät wird nun die Überprüfung gestartet und die richtige Funktion getestet. Nach der Überprüfung wird das Patchpanel mittels passender Befestigungsteile in den Verteilerschrank eingebaut.

Bildquellen:

  • Netzwerk Hub: © vschlichting - Fotolia.com

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Dieses Thema enthält 0 Antworten und 1 Teilnehmer. Es wurde zuletzt aktualisiert von  Florian Pötzsch vor 3 Monate, 1 Woche.

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