Разработка кабельной системы

Структурированная кабельная система (СКС), по мнению большинства специалистов по информационным технологиям, является в настоящее время неотъемлемой частью любого современного общественного здания, а ее отсутствие, рассматриваемое управленческим и техническим персоналом как анахронизм, существенно снижает рыночную стоимость объекта недвижимости.

Подавляющее большинство специалистов осознают, что СКС — сложный в техническом отношении продукт, успешное создание и грамотная эксплуатация которого требуют соответствующего уровня знаний от проектировщиков, монтажников и обслуживающего персонала.

Процесс перехода на новую кабельную проводку — всегда достаточно болезненная для офиса и продолжительная операция, которая, во-первых, сопровождается весьма существенными финансовыми затратами, а во-вторых, останавливает информационную поддержку трудовой деятельности сотрудников, то есть фактически дезорганизует работу всей организации или по крайней мере некоторых ее структурных подразделений на довольно продолжительный период. Даже если изменения технологии не происходит (например, при переходе на технику следующего поколения того же самого производителя), службы эксплуатации сталкиваются со столь же серьезными проблемами при появлении, например, рабочих мест, так как это требует прокладки новых сегментов кабельной системы. Опыт эксплуатации кабельных систем офисных зданий показывает, что удаление ненужных кабелей из кабельных каналов всех типов является крайне нежелательной операцией, так как с высокой долей вероятности сопровождается повреждением действующих линий связи. На основании этого в процессе перехода на другой тип кабельной проводки новые кабели прокладываются прямо поверх существующих. Это приводит к быстрому исчерпанию резервов емкости кабельных трасс, и организация новых линий проводной связи становилась невозможной. Рост количества подсистем обеспечения жизнедеятельности здания и поддержки трудовой деятельности работающих в нем сотрудников естественным образом также приводил к увеличению количества служб, отвечающих за их эксплуатацию. Эти службы пользуются одними и теми же кабельными трассами, что нередко приводит к возникновению конфликтных ситуаций. Кроме того, работающие в них специалисты выполняют практически одни и те же функции, то есть имеет место нерациональное расходование трудовых ресурсов. В табл. 1 приведены обобщенные статистические данные по стоимости и продолжительности эксплуатации отдельных составных частей информационной инфраструктуры зданий офисного типа. Из них следует, что правильно спроектированная кабельная система потенциально может служить дольше остальных составляющих, за счет чего имеет наименьшую стоимость.

Таблица 1. Продолжительность эксплуатации и объемы капитальных вложений в различные части информационной инфраструктуры здания

Совокупность перечисленных выше обстоятельств однозначно диктует необходимость создания в офисном здании кабельной системы, которая обладает как минимум следующими свойствами:

— является универсальной, то есть дает возможность использовать ее для передачи сигналов основных существующих и перспективных видов сетевой аппаратуры различного назначения;

— позволяет быстро и с минимальными затратами организовывать новые рабочие места и менять топологию трактов передачи без прокладки дополнительных кабельных линий;

— позволяет организовать единую службу эксплуатации;

— создается на этапе строительства здания или переоборудования его помещений под офис и имеет гарантированный срок эксплуатации 10 и более лет.

Всем перечисленным выше требованиям отвечает структурированная кабельная система (СКС). Под СКС в дальнейшем будем понимать кабельную систему, принцип построения которой отвечает трем основным и нескольким дополнительным признакам. К основным признакам СКС относятся: структуризация, универсальность и избыточность.

Кроме приведенного выше на практике употребляются также другие определения СКС. Не вдаваясь здесь в подробный анализ этих определений, укажем только, что, по мнению авторов, все они с большей или меньшей степенью детализации задают технический объект, обладающий той совокупностью признаков, которые выше были обозначены как основные и дополнительные. На основании этого можно утверждать, что все эти определения идентичны представленному выше.

Применение СКС позволяет:

— при относительно высоких начальных вложениях обеспечить существенную экономию полных затрат за счет длительного срока эксплуатации и низких эксплуатационных расходов;

— поднять надежность кабельной системы;

— менять конфигурацию и производить наращивание комплекса информационно-вычислительных систем офисного здания без влияния на существующую проводку;

— одновременно использовать различные сетевые протоколы и сетевые архитектуры в одной системе;

— комбинировать в единую систему оптические и электрические тракты передачи сигналов;

— устранить путаницу проводов в кабельных трассах;

— создать единую службу эксплуатации;

— обеспечить средой передачи информации основную массу действующего и перспективного сетевого оборудования различных классов за счет наличия стандартизованного интерфейса;

— обеспечить быструю локализацию неисправности, восстановление связи или переход на резервные линии за счет модульного принципа построения.

Устойчивая и надёжная работа вычислительной техники и сетевого оборудования во многом обусловливается качеством электропитания. Последствия сбоев в электросети могут иметь широкий диапазон — от частичной потери информации до отказа дорогостоящей аппаратуры и практически полной потери данных. Поэтому системе электропитания следует уделять особое внимание. Желательно, чтобы она не была зависимой от систем бытового электроснабжения и освещения. Сбои в этих системах не должны влиять на работу компьютерного оборудования, то есть электропитание вычислительной техники должно быть выделенным. Система выделенного электропитания строится отдельно от бытовой системы, в результате чего она имеет такие достоинства, как гибкое управление, простота обслуживания, высокая надежность, и, самое главное, независимость, что дает возможность развития и расширения, резервирования, задействования систем бесперебойного питания.

Система выделенного электропитания имеет отдельный главный распределительный щит (ГРЩ), что позволяет производить подвод электропитания к потребителям либо от вводно-распределительного устройства (ВРУ), либо, по мере развития и совершенствования сети, от системы бесперебойного питания масштаба здания или предприятия.

Система выделенного электропитания компьютерного оборудования обязательно включает контур защитного заземления. К нему подключаются все розетки и корпусы защитных распределительных устройств.

Таким образом, грамотно спроектированная и правильно смонтированная система электропитания обеспечивает надёжное электропитание вычислительной техники и сетевого оборудования. Однако она не обеспечивает защиты от неполадок электропитания, обусловленными авариями на электростанции, помехами, вносимыми мощным промышленным оборудованием, разрядами атмосферного электричества и др.

1. Основные компоненты СКС

1.1 Задача дипломного проекта

Основной целью проекта является создание современной информационной сети для Сбербанка, которая позволила бы обеспечивать сотрудников надежной и своевременной связью и информацией. Достижение этой цели позволяет рассчитывать на развитие и улучшение производственных показателей: производительности и эффективности операций.

Для достижения основной цели наиболее оптимальным образом рассматривались также следующие главные цели:

— Создание комплексной системы: единый набор инструментов управления, наличие бесконфликтных стыков подсистем между собой.

— Низкие эксплуатационные расходы и длительный срок эксплуатации без морального износа.

— Возможность дальнейшей модернизации и расширения функций и параметров систем.

1.2. Структура СКС

Структурированная кабельная система (СКС) — кабельная система, принцип построения которой отвечает трем основным и нескольким дополнительным признакам. К основным признакам СКС относятся: структуризация, универсальность и избыточность.

Структуризация предполагает разбиение кабельной проводки и ее аксессуаров на отдельные части, или подсистемы, каждая из которых выполняет строго определенные функции и снабжена стандартизованным интерфейсом для связи с другими подсистемами и сетевым оборудованием. В состав любой подсистемы обязательно включается развитый набор средств переключения, что обеспечивает ее высокую гибкость и позволяет создавать сложные структуры с конфигурацией, легко и быстро меняемой и адаптируемой под потребности конкретных приложений. При построении системы используется обобщенный подход без привязки к какому-либо конкретному виду кабеля или коммутационного оборудования. Это дает возможность на любом уровне одинаково легко применять как оптические, так и электрические технологии передачи сигналов, выбор которых целиком и полностью определяется местными условиями и соображениями достижения максимальной технико-экономической эффективности данного конкретного проекта.

Универсальность кабельной системы проявляется в том, что она изначально создается на принципах открытой архитектуры с заданным стандартным набором основных технических характеристик, предназначенных для обеспечения работы любой, а не какой-либо конкретной, пусть и весьма распространенной сетевой технологии. При этом в нормативных документах задаются параметры как электрических и оптических кабельных трасс отдельных подсистем, так и их интерфейсов. Это позволяет обеспечить возможность использования кабельной системы для передачи сигналов самых различных приложений в сочетании с сокращением количества типов кабелей до двух: симметричного (из витых пар) и волоконно-оптического. Технический уровень элементной базы, используемой для создания СКС, задается стандартом таким образом, чтобы обеспечить продолжительность эксплуатации кабельной системы минимум в 10 лет. Коммутация отдельных подсистем СКС друг с другом, а также с активным сетевым оборудованием осуществляется с помощью ограниченного набора шнуров с универсальными разъемами, что значительно упрощает как процесс администрирования, так и адаптацию кабельной системы к различным приложениям. Возможность использования кабельной проводки СКС сетевой аппаратурой, которая в силу тех или иных причин не поддерживает передачу сигнала по симметричному или волоконно-оптическому кабелю, обеспечивается наличием развитой номенклатуры адаптеров и переходников. Формально эти элементы не попадают в область действия стандартов, однако создаются обязательно с учетом требований СКС.

Под избыточностью понимается введение в состав СКС дополнительных информационных розеток, количество и местоположение которых определяется площадью и топологией рабочих помещений, а не планами размещения сотрудников и расположения офисной мебели. Это позволяет без каких-либо проблем организовывать новые рабочие места, а также выполнять перемещения рабочих мест и оборудования. Применение принципа избыточности обеспечивает возможность очень быстрой адаптации кабельной системы под конкретные производственные потребности и позволяет не останавливать работу офиса или его части при проведении каких-либо организационных и технических изменений. Важность принципа избыточности существенно возрастает в связи с тем, что продолжительность эксплуатации СКС в несколько раз превышает аналогичный показатель для остальных компонентов информационной инфраструктуры здания. Создание эффективной СКС и ее эксплуатация невозможны также без выполнения ряда дополнительных условий. СКС обязательно должна иметь:

— каталог продукции;

— нормы и методики проектирования, позволяющие выполнить требования действующих стандартов;

— возможность управления (или администрирования) в соответствии со стандартными процедурами;

— систему подготовки кадров и обеспечения гарантии производителя.

Кабельная система, не обладающая хотя бы одним из дополнительных, а тем более одним из основных признаков называется исключительной (от англ. proprietary), то есть единственной в своем роде.

Кроме приведенного выше на практике употребляются также другие определения СКС. Не вдаваясь здесь в подробный анализ этих определений, укажем только, что, по мнению авторов, все они с большей или меньшей степенью детализации задают технический объект, обладающий той совокупностью признаков, которые выше были обозначены как основные и дополнительные. На основании этого можно утверждать, что все эти определения идентичны представленному выше.

Применение СКС позволяет:

— при относительно высоких начальных вложениях обеспечить существенную экономию полных затрат за счет длительного срока эксплуатации и низких эксплуатационных расходов;

— поднять надежность кабельной системы;

— менять конфигурацию и производить наращивание комплекса информационно-вычислительных систем офисного здания без влияния на существующую проводку;

— одновременно использовать различные сетевые протоколы и сетевые архитектуры в одной системе;

— комбинировать в единую систему оптические и электрические тракты передачи сигналов;

— устранить путаницу проводов в кабельных трассах;

— создать единую службу эксплуатации;

— обеспечить средой передачи информации основную массу действующего и перспективного сетевого оборудования различных классов за счет наличия стандартизованного интерфейса; обеспечить быструю локализацию неисправности, восстановление связи или переход на резервные линии за счет модульного принципа построения.

Топология СКС

В основу любой структурированной кабельной системы положена древовидная топология, которую иногда называют также структурой иерархической звезды. Обобщенная структурная схема СКС изображена на рис. 1. Узлами структуры являются технические помещения (кроссовые и аппаратные), которые соединяются друг с другом и с рабочими местами электрическими и оптическими кабелями. Все кабели, входящие в технические помещения, обязательно заводятся на коммутационное оборудование, на котором осуществляются переключения в процессе текущей эксплуатации кабельной системы. Это обеспечивает гибкость СКС, возможность легкой переконфигурации и адаптируемости под конкретное приложение. Основой для применения именно иерархической звездообразной топологии является возможность ее использования для поддержки работы всех основных сетевых приложений (табл. 2). Из данных этой таблицы следует, что топология рассматриваемого вида является той платформой, которая обеспечивает поддержку работы современных средств передачи данных.

Рис. 1.1. Структурная схема СКС

Таблица 1.1. Логическая и физическая топология современных сетей передачи данных

структурированный кабельный проектирование

Технические помещения

Для построения СКС и информационной системы предприятия в целом необходимы технические помещения двух видов: аппаратные и кроссовые. Аппаратной в дальнейшем называется техническое помещение, в котором располагается сетевое оборудование коллективного пользования (АТС, серверы, концентраторы). В том случае, если основной объем установленных в этом помещении технических средств составляет оборудование ЛВС, его называют серверной, а если учрежденческая АТС и системы внешних телекоммуникаций — узлом связи. Аппаратные оборудуются фальшполами, системами пожаротушения, кондиционирования и контроля доступа. Кроссовая представляет собой помещение, в котором размещается коммутационное оборудование СКС, сетевое и другое вспомогательное оборудование. Желательно ее размещение вблизи вертикального стояка, оборудование телефоном и системой контроля доступа. При этом уровень оснащения кроссовой оборудованием инженерного обеспечения ее функционирования в целом является более низким по сравнению с аппаратными. Кроссовые на практике достаточно часто называют просто (этажными) техническими помещениями, а иногда хабовыми. Аппаратная может быть совмещена с кроссовой здания (КЗ). В этом случае его сетевое оборудование может подключаться непосредственно к коммутационному оборудованию СКС. Если аппаратная расположена отдельно, то ее сетевое оборудование подключается к локально расположенному коммутационному оборудованию или к обычным информационным розеткам рабочих мест. В кроссовую внешних магистралей (КВМ) сходятся кабели внешней магистрали, подключающие к ней КЗ. В КЗ заводятся внутренние магистральные кабели, подключающие к ним кроссовые этажей (КЭ). К КЭ, в свою очередь, горизонтальными кабелями подключены информационные розетки рабочих мест.

В качестве дополнительных связей, увеличивающих гибкость и живучесть системы, допускается прокладка внешних магистральных кабелей между КЗ и внутренних магистральных кабелей между КЭ (пример изображен на рис. 1). Во всей СКС может быть только одна КВМ, а в каждом здании может присутствовать не более одной КЗ. Допускается объединение КВМ с КЗ, если они расположены в одном здании. Аналогично, КЗ может быть совмещена с КЭ, если они расположены на одном этаже. Если плотность рабочих мест на этаже или его части мала, то в качестве исключения допускается их подключение к КЭ горизонтальных кабелей смежных этажей.

Подсистемы СКС

В самом общем случае СКС включает в себя шесть подсистем:

Подсистема внешних магистралей состоит из внешних магистральных кабелей между КВМ и КЗ. Подсистема внешних магистралей является основой для построения сети связи между компактно расположенными на одной территории зданиями. На практике эта подсистема достаточно часто имеет кольцевую топологию, что дополнительно увеличивает надёжность за счёт наличия резервных кабельных трасс. Подсистема внешних магистралей традиционно выполняется оптическим одномодовым или многомодовым оптическим кабелем, а также многопарным медным кабелем для голосовых приложений. Способы реализации: прокладка в кабельной канализации, по эстакадам или подвеска кабеля.

Подсистема внутренних магистралей, или вертикальная подсистема предназначена для соединения этажных кроссовых центров (КЭ) с кроссом здания (КЗ) или между собой. Выполняется одномодовым или многомодовым оптическим кабелем, а также многопарным медным кабелем. Способ реализации: прокладка по слаботочным стоякам.

Горизонтальная подсистема предназначена для соединения этажных кроссовых центров (КЭ) с розеткой на рабочем месте. В горизонтальную подсистему также входит точка перехода, если она присутствует. Выполняется медными кабелями «витая пара» или оптическим кабелем. В последнем случае получается система «Fiber To Desk» или «Волокно До Рабочего Места». Способы реализации: скрытая прокладка (за фальшь потолком или гипроком) или прокладка по кабельным трассам (коробам, лоткам и т. д.).

Подсистема рабочего места предназначена для терминирования кабелей горизонтальной подсистемы и их соединения с терминальным оборудованием. Варианты реализации: скрытая установка розеток (в гипрок), установка розеток в короб или на короб, установка в фальшпол.

Административная подсистема предназначена для коммутации терминированных кабелей горизонтальной подсистемы с административной частью кроссового оборудования или непосредственно с сетевым оборудованием. Варианты кроссового оборудования: оптические кроссы, кроссы 110 стиля или модульные патч — панели. Варианты реализации: установка на стену, либо в телекоммуникационный шкаф или на открытую раму.

Аппаратная подсистема предназначена для размещения активного оборудования и его стыковки с административной подсистемой. Варианты реализации: настенные или напольные телекоммуникационные шкафы или открытые рамы

Рассматриваемое здесь деление СКС на отдельные подсистемы применяется независимо от вида или формы реализации сети, то есть оно принципиально будет одинаковым, например, и для офисной, и для производственной сети.

В подавляющем большинстве случаев подключение к СКС сетевого оборудования производится с помощью коммутационного шнура. В некоторых ситуациях кроме шнура может понадобиться адаптер, обеспечивающий согласование сигнальных и механических параметров оптических или электрических интерфейсов (разъемов) СКС и сетевого оборудования. Например, адаптеры применяются для подключения к СКС сетевого оборудования с интерфейсами V.24 (RS-232), устройств кабельного телевидения, систем IBM AS/400 с терминалами 5250, терминальных контроллеров IBM 3274 и терминалов 3270, а также других приложений, которые разрабатывались для других кабельных систем.

Коммутация в СКС

Принципиальной особенностью любой СКС является то, что коммутация в ней, в отличие от электронных АТС и сетевого компьютерного оборудования, всегда производится вручную коммутационными шнурами и / или перемычками. Наиболее важным следствием такого подхода является то, что функционирование СКС принципиально не зависит от состояния электропитающей сети.

Введение

в состав СКС элементов электронной или электромеханической коммутации немедленно влечет за собой обязательное использование в оборудовании штатного источника электропитания. Такое решение абсолютно неоправданно на нынешнем этапе развития техники с экономической и технической точки зрения. Это обусловлено тем, что среднее количество переключений одного порта в действующей системе составляет единицы раз в год, а источник питания обладает существенно меньшей эксплуатационной надежностью по сравнению с теми пассивными компонентами, которые образуют кабельную систему. Оборотной стороной отказа от применения штатного источника электропитания является:

— необходимость использования коммутационных шнуров, которые существенно ухудшают массогабаритные показатели коммутационного оборудования и требуют применения специальных мер для решения задач администрирования;

— невозможность введения в состав СКС штатных коммутаторов, контроллеров, датчиков и другого аналогичного оборудования, что снижает удобство эксплуатации, увеличивает время поиска неисправности, затрудняет текущую диагностику и т. д.

Известны лишь отдельные, доведенные до серийного производства разработки, направленные на внедрение активных компонентов в некоторые подсистемы СКС. Однако, они носят вспомогательный характер (опрос состояния портов, индикация, коммутация сигналов низкоскоростных приложений), не затрагивают процесс передачи информационных сигналов и не нормируются действующими стандартами и предложениями по их перспективным редакциям.

Принципы администрирования СКС

Принципы администрирования, или управления, СКС полностью определяются ее структурой. Различают одноточечное и многоточечное администрирование. Под многоточечным администрированием понимают управление СКС, которая построена по классической архитектуре иерархической звезды. Основным признаком этого варианта является необходимость выполнения переключения минимум двух шнуров в общем случае изменения конфигурации. Использование данного принципа гарантирует наибольшую гибкость управления и возможность адаптации СКС для поддержки новых приложений. Архитектура одноточечного администрирования применяется в тех ситуациях, когда требуется максимально упростить управление кабельной системой. Принципиально может использоваться только для СКС, установленных в одном здании и не имеющих магистральной подсистемы. Ее основным признаком является прямое соединение всех информационных розеток рабочих мест с единственным техническим помещением. Несложно убедиться в том, что одноточечное администрирование может быть использовано только в небольших сетях и упрощает процесс управления кабельной системой за счет необходимости выполнения всех коммутаций шнурами в одном месте.

Кабели СКС

Одним из способов повышения технико-экономической эффективности кабельных систем офисных зданий является минимизация типов кабелей, применяемых для их построения. В СКС, согласно международному стандарту ISO/IEC 11 801, допускается использование только:

— симметричных электрических кабелей на основе витой пары с волновым сопротивлением 100, 120 и 150 Ом в экранированном и неэкранированном исполнении;

— одномодовых и многомодовых оптических кабелей.

Электрические кабели используются в основном для создания горизонтальной разводки. По ним передаются как телефонные сигналы и низкоскоростные данные, так и данные высокоскоростных приложений. Применение оптических решений в горизонтальной подсистеме в настоящее время встречается достаточно редко, хотя их доля растет очень быстрыми темпами (решения в рамках концепции fibre to the desk). В подсистеме внутренних магистралей электрические и оптические кабели применяются одинаково часто, причем электрические кабели предназначены для передачи главным образом телефонных сигналов и данных с тактовыми частотами до 1 МГц, тогда как оптические кабели обеспечивают передачу данных высокоскоростных приложений. На внешних магистралях оптические кабели играют доминирующую роль. Для перехода с электрического кабеля на оптический, в процессе передачи данных со скоростью 10 Мбит/с и выше в технических помещениях устанавливается соответствующее сетевое оборудование (преобразователи среды, или трансиверы), которые обычно обслуживают групповое устройство (концентратор системы передачи данных, выносной модуль АТС, контроллер инженерной системы здания и т. д.). Прямое использование волоконно-оптического кабеля для передачи телефонных сигналов и низкоскоростных данных на современном этапе развития техники является экономически нецелесообразным и применяется крайне редко в тех ситуациях, когда другие решения невозможны или же выдвигаются особые требования в отношении защиты информации от несанкционированного доступа. Поэтому для улучшения технико-экономической эффективности сети в целом обычно процесс преобразования низкоскоростного электрического сигнала в оптический совмещается с мультиплексированием.

Для построения горизонтальной подсистемы стандартами допускается применение экранированного и неэкранированного кабелей. Экранированный симметричный кабель потенциально обладает лучшими электрическими, а в некоторых случаях и прочностными характеристиками по сравнению с неэкранированным. Однако этот кабель является очень критичным к качеству выполнения монтажа и заземления, имеет заметно большую стоимость и худшие массогабаритные показатели.

Поэтому пока основным кабелем для передачи электрических сигналов по СКС, по крайней мере в нашей стране, являются кабели на основе неэкранированных витых пар. Как было отмечено выше, стандарты разрешают строить СКС на электрических кабелях с волновым сопротивлением 100, 120 и 150 Ом. При этом две последние разновидности кабелей часто обладают заметно лучшими характеристиками. Однако в силу целого ряда причин технического и экономического плана сколь-нибудь широкого распространения они в нашей стране не получили. Многомодовые волоконно-оптические кабели используются, как правило, в качестве основы подсистемы внутренних магистралей. Одномодовые волоконно-оптические кабели рекомендуется применять только для построения длинных внешних магистралей. Коаксиальные кабели не включаются в число разрешенных к применению в новые стандарты и исключаются из новых редакций старых. Это объясняется низкой надежностью сетей, построенных на их основе, невысокой технологичностью и более высокой стоимостью по сравнению с кабелями на основе витых пар. Для обеспечения возможности работы по СКС сетевой аппаратуры с коаксиальным и триаксиальным интерфейсом используется широкая номенклатура адаптеров различных видов.

1.3 Понятие классов и категорий и их связь с длинами кабельных трасс

Классы приложений, категории кабелей и разъемов СКС

Действующая редакция стандарта ISO/IEC 11 801 подразделяет все виды приложений, которые могут обмениваться данными по витым парам, на четыре класса — A, B, C и D (табл. 1.2). Класс A считается низшим, а класс D высшим. Для приложений каждого класса определяется соответствующий класс линии связи, который задает предельные электрические характеристики линии, необходимые для нормальной работы приложений соответствующего и более низкого класса. К приложениям оптического класса относятся те из них, которые используют в качестве среды передачи сигнала оптический кабель. Для таких приложений на момент принятия стандарта ширина полосы пропускания не является ограничивающим фактором.

Таблица 1.2. Классы приложений по ISO/IEC 11 801

Интересно также отметить, что стандарт ISO/IEC 11 801 не предполагает приложений и линий с максимальной частотой передачи 20 МГц, соответствующих 4-й категории разъемов и кабелей. Это обусловлено отсутствием популярных сетевых приложений с максимальными частотами сигнала от 16 до 20 МГц.

В некоторых европейских странах иногда практикуется введение дополнительных классов приложений. Так, например, в немецкоязычной технической литературе приложения с верхней граничной частотой 200 МГц иногда называют приложениями класса D+, тогда как приложения с граничной частотой 300 МГц обозначаются как приложения класса D++.

Стандарты ISO/IEC 11 801 и TIA/EIA-568-A помимо кабелей также специфицируют по категориям разъемы. Категории определяются максимальной частотой сигнала, на которую рассчитаны соответствующие разъемы и кабели (табл. 1.3).

Кабели и разъемы более высоких категорий поддерживают все приложения, которые рассчитаны на работу по кабелям более низких категорий.

Таблица 1.3. Категории кабелей и разъёмов

В сентябре 1997 года IEC начала работу по стандартизации двух новых классов приложений E и F, а также компонентов СКС для категорий 6 и 7. Параллельно производится работа над так называемой улучшенной категорией 5 (категорией 5+ или категорией 5е) с верхней граничной частотой нормировки параметров в 100 МГц. Последняя фактически фиксирует достигнутый на конец 90-х годов уровень техники и одновременно нормирует ряд параметров, соблюдение которых обеспечивает возможность работы перспективного приложения Gigabit Ethernet. Ожидается, что результаты проведенных исследований войдут в новые редакции действующих в настоящее время стандартов ISO/IEC 11 801 и TIA/EIA-568A. Работа в этом направлении мотивируется необходимостью поддержки перспективной сетевой аппаратуры АТМ 155 и 622 Мбит/с, а также Gigabit Ethernet 1000 Мбит/с. Приложения класса Е и компоненты СКС категории 6 имеют нормируемые характеристики до частоты 250 МГц, тогда как класс F и компоненты категории 7 рассчитываются на частоты до 600 МГц. Выбор последнего значения не в последнюю очередь обусловлен широким распространением аппаратуры АТМ со скоростью передачи 622 Мбит/с, а также необходимостью поддержки передачи сигналов многоканального аналогового телевидения с верхней граничной частотой 550 МГц. Здесь укажем только, что таблица наглядно демонстрирует рост требований к качеству по мере перехода к более высокой категории.

Для построения трактов категории 6 используются кабели всех типов (экранированные и неэкранированные). В качестве соединителя применяется в основном модульный разъем. Известны также разработки на других типах разъемов, наиболее известными из которых являются разъемы типов 110 и 210. Линии категории 7 при современном состоянии уровня техники могут быть реализованы только на кабеле с экранированными парами. В настоящее время серийные разъемы модульного типа позволяют обеспечить характеристики проекта нормативных документов категорий 7 только для внешних пар контактов ½ и 7/8, что сопровождается потерей универсальности. Имеется несколько опытных разработок разъемов с улучшенными параметрами, которые в перспективе могут быть использованы в линиях категории 7. Тем не менее ряд аналитиков считает, что совершенствование модульного разъема для его адаптации к работе на высоких частотах лишено смысла и необходимо переходить на новую конструкцию. Окончательное решение о выборе типа разъема трактов категории 7 комитетами по стандартизации по состоянию на середину 1999 года не принято. Ниже мы не будем останавливаться на классах линий A и B, построение которых не представляет никаких трудностей на современной элементной базе. Малый интерес специалистов по СКС к этим линиям обусловлен также тем, что они не поддерживают работу наиболее массовой на сегодняшний день сетевой аппаратуры Ethernet, то есть на упомянутых линиях нельзя построить универсальную СКС. Точно так же в дальнейшем подробно не обсуждаются линии категорий 5е, 6 и 7, которые по состоянию на середину 1999 года официально не стандартизованы.

Линии электрической связи СКС должны быть собраны из кабелей и других компонентов с характеристиками не хуже той категории, на которую они рассчитаны. Данное правило имеет также и обратное действие: линия связи, собранная из компонентов определенной категории, поддерживает работу всех приложений своего и более низкого классов. В стандартах ISO/IEC 11 801 и TIA/EIA 568-A указано, что линии связи СКС будут соответствовать требованиям определенной категории при соблюдении следующих трех условий:

— технические характеристики всех кабелей, разъемов и соединительных шнуров этой линии соответствуют требованиям этой категории или превышают их;

— линия связи спроектирована с учетом требований стандартов (то есть соблюдены ограничения на длины кабелей, количество точек коммутации и т. д.);

— монтаж выполнен в соответствии с требованиями перечисленных выше стандартов.

Ограничения на длины кабелей и шнуров СКС

Стандарты ISO/IEC 11 801 и TIA/EIA 568-A устанавливают ограничения на максимальные длины кабелей и соединительных шнуров горизонтальной и магистральных подсистем. Длины кабелей указаны на рис. 1.2 и приведены в табл. 1.4. Еще раз подчеркнем, что максимальные длины электрических кабельных линий для передачи сигнала указанного класса приведены для случая построения этих линий из симметричного кабеля и других компонентов с категорией не ниже указанной.

Рис. 1.2. Максимальные расстояния в кабельной системе по ISO/IEC 11 801

A + B + E 10 м — суммарная длина всех шнуров и перемычек горизонтальной подсистемы;

C и D 20 м — длина коммутационных шнуров в КЗ и КВМ;

F и G 30 м — длина оконечных шнуров в КЗ и КВМ.

Примечания:

— Все указанные длины — физические длины.

— Длины 10 м (A+B+E) и 30 м (F и G) являются рекомендуемыми.

Длина кабеля горизонтальной подсистемы установлена равной 90 м (плюс 10 м на соединительные шнуры). Выбор именно этого значения произведен исходя из возможностей витой пары как направляющей системы электромагнитных колебаний передавать сигналы наиболее массовых (на момент принятия стандартов) высокоскоростных приложений типа Fast Ethernet. Учитывались достигнутый технический уровень элементной базы и применяемые схемотехнические решения приемопередатчиков современного сетевого оборудования. Не последнюю роль при выборе именно этого значения максимальной длины играли архитектурные особенности типовых офисных зданий.

Таблица 1.4. Максимальные длины кабельных трасс в зависимости от типа кабеля и класса приложения

Примечания:

— Под длиной 100 м понимается суммарная длина горизонтального кабеля (до 90 м) и соединительных шнуров.

— 3 км — ограничение, формально наложенное стандартом. Не является

физическим ограничением для одномодовых волоконных световодов.

В случае реализации горизонтальной разводки на волоконно-оптическом кабеле длина кабельной трассы ограничена величиной 90 м из тех соображений, что она гарантированно позволяет выполнить ограничения протокольного характера сетей Fast Ethernet по максимальному диаметру коллизионного домена.

Основным назначением подсистемы внутренних магистралей является объединение в единое целое технических помещений в пределах одного здания. Исходя из этого максимальная длина такой магистрали устанавливается стандартами равной 500 м.

И наконец, подсистема внешних магистралей, которая объединяет отдельные здания, может включать в себя кабели максимальной длиной 2 или 3 км в зависимости от типа. При современном состоянии уровня волоконно-оптической техники это расстояние может быть увеличено до 100 и более километров с использованием обычной серийной аппаратуры. Однако при необходимости обеспечения связи на столь большие расстояния стандартами предполагается, что для передачи информации будут использоваться линии и каналы связи общего пользования различных телекоммуникационных операторов.

1.4 Дополнительные варианты топологического построения СКС

Ниже рассматриваются дополнительные возможности построения горизонтальной подсистемы и подсистемы внутренних магистралей, часть из которых не вошла в действующие основные стандарты по СКС. По состоянию на середину 1999 года они нормируются только техническими бюллетенями TIA/EIA и, по мнению большинства специалистов по СКС, без каких-либо принципиальных изменений их основные положения будут введены в новые редакции стандартов. Наличие этих вариантов существенно увеличивает свободу выбора проектировщика и позволяет значительно увеличить технико-экономическую эффективность кабельной системы в ряде часто встречающихся на практике случаев.

Варианты построения горизонтальной подсистемы СКС

Горизонтальная подсистема СКС при ее реализации на кабелях из витых пар может быть построена по четырем различным схемам, которые приведены на рис. 1.3. Наиболее часто применяется первая из них, которая образована непрерывным кабелем максимальной длиной 90 м, соединяющим информационную розетку ИР и коммутационную панель в кроссовой этажа КЭ. Во втором варианте тракт передачи образуется из кабелей двух различных типов, но с эквивалентными передаточными характеристиками. Действующие нормативные документы задают две возможные комбинации типов таких кабелей: многопарный + четырехпарный и круглый + плоский с одинаковым количеством пар (на практике это четыре пары). Эти кабели соединяются между собой в так называемой точке перехода ТП. Точка перехода реализуется на обычном коммутационном оборудовании, однако его запрещается использовать для выполнения операций администрирования кабельной системы и для подключения активных сетевых устройств любого назначения. В соответствии с этим в точке перехода никогда не должны применяться коммутационные и оконечные шнуры. Последние два варианта построения горизонтальной подсистемы СКС широко применяются в так называемых открытых офисах (open offices), то есть в рабочих помещениях большой площади, которые разделены на отдельные секции специализированной мебелью или легкими некапитальными перегородками. Общим отличительным признаком таких офисов являются частые перемещения сотрудников и изменения конфигураций рабочих мест, а также наличие явно выраженной зонной группировки отдельных рабочих мест. В открытых офисах могут применяться многопользовательские телекоммуникационные розетки MUTO (Multi-User Telecommunication outlet) и консолидационные точки CP (consolidation point). Оба варианта стандартизованы техническим бюллетенем TSB-75 и адаптируют рассмотренные выше решения на случай открытого офиса (табл. 1.5).

Таблица 1.5. Аналогии между различными вариантами организации горизонтальной подсистемы.

Под многопользовательской розеткой MUTO понимается розетка, которая обслуживает нескольких пользователей. Такой элемент выделяется в отдельный вид оборудования и устанавливается на колоннах и стенах здания, под фальшполом, в напольных коробках и, достаточно редко, в пространстве между капитальным и подвесным потолками. Максимальная длина W оконечного шнура, соединяющего розетку MUTO с сетевым оборудованием на рабочем месте, не должна превышать 20 м и вычисляется следующим образом:

W = (102 — H)/1,2 — 7 м, W 20 м, (1.1)

где H — длина горизонтального кабеля.

Коэффициент 1,2 учитывает повышенное затухание сигнала в кабеле соединительного шнура с гибкими многопроволочными проводниками. Постоянный коэффициент 7 определяет максимальную длину коммутационных шнуров в кроссовой. График зависимости длины коммутационного шнура от длины горизонтального кабеля приведен на рис. 1.4. Анализ формулы (1.1) показывает, что при максимальной длине оконечного шнура в 20 м длина горизонтального кабеля не должна превышать 70 м.

Рис. 1.4. Зависимость максимальной длины коммутационного шнура от длины горизонтального кабеля для многопользовательской розетки Таким образом, суммарная длина оконечного и коммутационного шнуров в открытом офисе может достигать 27 м против 10 м в случае обычного офиса, что сопровождается заметным увеличением гибкости кабельной системы. При этом за счет соответствующей корректировки длины горизонтального кабеля в сторону уменьшения максимальное суммарное затухание тракта передачи сигнала в обоих случаях оказывается одинаковым. Консолидационная точка CP в открытом офисе является прямым аналогом точки перехода традиционной топологии. От нее к отдельным розеткам рабочего места протягиваются короткие отрезки горизонтального кабеля, которые являются продолжением основного кабеля сегмента. Решения на основе СР рекомендуется применять в тех случаях, когда перемещения сотрудников возможны, но не столь часты по сравнению с розетками MUTO. Так же как при традиционной кабельной разводке, в любой горизонтальной линии открытого офиса запрещается использование более одной точки перехода в виде розеток MUTO и CP, а в консолидационной точке не допускается подключение активного оборудования и выполнения операций администрирования.

Топологии с централизованным администрированием

Системы с централизованным администрированием определены в техническом бюллетене TSB-72 и относятся к случаю построения разводки внутри одного здания полностью на оптическом кабеле. Основная идея, заложенная в этом документе, состоит в предоставлении проектировщику СКС возможности отказа в данной ситуации от жесткого деления кабельной разводки на горизонтальную подсистему и подсистему внутренних магистралей с их объединением в единое целое и переход за счет этого от двухуровневой звездообразной топологии к простой одноуровневой.

Применение принципа централизованного администрирования позволяет:

— значительно увеличить управляемость ЛВС за счет появления возможности формирования любых наперед заданных рабочих групп на физическом уровне без использования виртуальных соединений;

— сосредоточить все активное оборудование в одном месте, что влечет за собой увеличение защищенности от несанкционированного доступа к информации, уменьшение потребности в высокоскоростных каналах и упрощение процедур проведения эксплуатационных измерений;

— значительно сократить или даже полностью (в некоторых случаях) отказаться от выделенных помещений для кроссовых этажей.

Актуальность практического использования централизованного администрирования резко возросла в связи с массовым внедрением в широкую инженерную практику волоконно-оптической техники передачи сигналов, которая не накладывает на длины высокоскоростных каналов физического 90-метрового ограничения витой пары

Согласно бюллетеню TSB-72 кабельные системы рассматриваемого вида могут быть построены по следующим вариантам: с использованием одного межсоединения и без него (рис. 1.5). Вариант с одним соединением позволяет сохранить прежнюю телекоммуникационную инфраструктуру здания, так как кроссовое оборудование для его реализации размещается в помещениях, зарезервированных первоначальным проектом под кроссовые этажи. Этот вариант возможен в двух разновидностях. Первую из них можно назвать схемой ответвления. Согласно этой схеме до кроссовых доводится магистральный кабель, дальнейшая разводка выполняется абонентским кабелем, который соединяется с магистральным неразъемным соединителем. Вторая разновидность получила название пассивной коммутационной панели. В соответствии с данной схемой предусматривается процесс коммутации с использованием обычного коммутационного шнура. Максимальное расстояние от информационной розетки до кроссовой этажа в рассматриваемом варианте составляет 90 м.

Рис. 1.5. Построение системы с централизованным администрированием:

а) с одним межсоединением; б) без межсоединений.

Это позволяет сохранить преемственность с TIA/EIA-568-A в отношении горизонтальной проводки и обеспечить легкость возврата к стандартной двухуровневой топологии. Максимальная длина канала с межсоединением выбрана равной 300 м из соображений получения на кабеле с волокном типа 62,5/125 пропускной способности канала связи 1 Гбит/с, то есть поддержки наиболее скоростных на сегодняшний день приложений типа Gigabit Ethernet и Fibre Channel. По аналогии со структурами на электрическом кабеле, в которых применяются точки перехода различного вида, какое-либо активное оборудование в месте размещения кросса не устанавливается.

Упомянутое выше ограничение протокольного характера сетей Fast Ethernet разработчиками TSB-72 считается в данном случае малосущественным, вероятно, из-за сравнительно малой распространенности волоконно-оптической аппаратуры стандарта 100Base-FX, работающей в режиме разделения полосы пропускания. При построении СКС без межсоединений длина любого канала опять же из соображений обеспечения преемственности ограничена значением 90 м. Это ощутимо сужает возможности организации системы с централизованным администрированием в ряде офисных зданий, однако в пределе позволяет обойтись вообще без выделенных кроссовых этажей. Если же они предусматриваются проектом, то говорят о проходной схеме и в таком случае в кроссовых рекомендуется выделять места для хранения свернутого в бухты запаса кабелей и установки коммутационного оборудования.

Отметим также некоторые дополнительные ограничения и рекомендации бюллетеня TSB-72:

— в точке межсоединения не рекомендуется смешивать разъемные и неразъемные соединители волоконных световодов;

— основным типом разъемного оптического соединителя считается SC в одиночном или дуплексном вариантах;

— неразъемные соединители могут выполняться как сваркой, так и с помощью механических сплайсов;

— в вариантах с одним межсоединением в случае выполнения промежуточных неразъемных соединений световодов допускается использовать различные типы кабелей на горизонтальном и магистральном участках;

— идентификация и маркировка отдельных волокон и соединителей должна выполняться в соответствии с правилами стандарта TIA/EIA-606.

1.5 Принцип Cable Sharing

Основным типом кабеля горизонтальной подсистемы современной СКС является четырехпарный симметричный кабель, имеющий четыре различных варианта конструктивного исполнения. Большинство наиболее распространенных в настоящее время среднескоростных (Ethernet 10Base-T, TokenRing) и высокоскоростных Fast Ethernet 100Base-TX, TP-PMD, ATM) приложений требует для работы только две витые пары. Остальные две пары не используются и некоторыми типами сетевых интерфейсов просто замыкаются на землю, то есть являются для них фактически бесполезными. Уровень технических характеристик горизонтальных кабелей, требуемый действующими редакциями стандартов и практически достигнутый на сегодняшний день, принципиально позволяет передавать по таким кабелям сигналы одновременно нескольких (двух, а в некоторых случаях трех или даже четырех) приложений без заметного влияния друг на друга. Подобное техническое решение по использованию горизонтальной разводки получило название принципа cable sharing (разделения, или расщепления, кабеля) и официально допускается для практического применения стандартами ISO/IEC 11 801 и EN 50 173.

Для практической реализации принципа cable sharing разработан и внедрен в серийное производство достаточно большой набор различных специализированных элементов, которые подробно рассмотрены далее и могут быть разделены наследующие группы:

— Y-адаптеры, а также сдвоенные и строенные балуны;

— двойные адаптерные вставки;

— разветвительные шнуры;

— монтажные шнуры специального вида;

— сдвоенные розеточные модули, позволяющие выполнять на них разводку одного кабеля.

Все перечисленные выше решения, за исключением последних двух, позволяют в случае необходимости легко вернуться к стандартному четырехпарному варианту организации горизонтального участка тракта передачи электрического сигнала, то есть не затрагивают свойство универсальности кабельной системы.