Разработка структурированной кабельной системы для административного здания

Федеральное агентство связи

Федеральное государственное образовательное бюджетное учреждение высшего профессионального образования

«Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики»

Казанский филиал

Кафедра Естественных и технических дисциплин

ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА

(ДИПЛОМНЫЙ ПРОЕКТ)

Разработка структурированной кабельной системы для административного здания ООО «ПРОМАРЕНДА»

Казань 2014

1. Основные сведения о структурированных кабельных системах

1.1 Определение структурированной кабельной системы

1.2 Преимущества структурированных кабельных систем

1.3 Структура телекоммуникационной кабельной системы

1.4 Топология СКС

2. Принципы проектирования СКС

2.1 Основные нормативные документы

2.2 Фазы проектирования

2.3 Особенности проектирования СКС как технического объекта

3. Проектирование СКС для административного здания ООО «ПРОМАРЕНДА»

3.1 Исходные данные

3.2 Архитектурная фаза проектирования

3.3 Телекоммуникационная фаза проектирования

3.4 Расчет дополнительных элементов СКС

4. Расчет основных параметров сегмента защищенной сети передачи данных

4.1 Определение нагрузки рабочих станций

4.2 Расчет параметров сети

4.3 Расчет скорости передачи по информационному каналу

4.4 Расчет вероятности ложного фазирования кадра в информационном канале

Заключение

Список использованных источников

В настоящее время по мере того, как все большее количество пользователей переходит к применению открытых систем, выпускаемое активное оборудование проектируется с учетом того, что кабельная часть информационной инфраструктуры (физический уровень) соответствует требованиям стандартов, то есть является гарантированно надежной и способной обеспечивать определенные рабочие характеристики.

Структурированная кабельная система является основополагающей базой для информационной сети на протяжении всего времени ее существования. Правильно спроектированная, смонтированная и обслуживаемая кабельная система снижает эксплуатационные расходы на всех фазах своей жизни.

В середине 80-х годов компьютерная техника начала все более быстрыми темпами внедряться во все сферы деятельности предприятий и организаций. Это обстоятельство резко увеличило объем информации, передаваемой внутри здания или комплекса расположенных на одной территории зданий корпорации без выхода в сети связи общего пользования. Кабельные системы первого поколения для решения задач информационной поддержки создавались разработчиками средств вычислительной техники. В процессе проведения конструкторских работ, отвечающие за это направление специалисты компьютерных компаний решали достаточно узкий круг задач передачи информации конкретной номенклатуры активного сетевого оборудования одного производителя, не уделяя должного внимания ни обеспечению открытости архитектуры своего продукта, ни его универсальности. Это приводило к тому, что:

— кабельная проводка получалась узкоспециализированной и за счет небольшого объема производства достаточно дорогой;

— смена технологии практически со 100-процентной вероятностью приводила к необходимости смены кабельной системы.

Процесс перехода на новую кабельную проводку всегда является достаточно продолжительной операцией и не только сопровождается весьма значительными финансовыми затратами, но и останавливает информационную поддержку, то есть фактически дезорганизует работу всей организации или по меньшей мере некоторых ее структурных подразделений на весьма продолжительный период. Даже если изменения технологии не происходило, то столь же серьезные трудности появлялись у службы эксплуатации в случае появления новых рабочих мест, так как это требовало прокладки новых сегментов кабельной системы.

Опыт эксплуатации кабельных систем офисных зданий показывает, что удаление ненужных кабелей из кабельных каналов всех типов весьма нежелательно, так как с высокой вероятностью сопровождается повреждением действующих линий связи. Поэтому в процессе перехода на другой тип кабельной проводки новые кабели прокладывались прямо поверх существующих. Это приводило к быстрому захламлению кабельных трасс, и организация новых линий проводной связи становилась невозможной.

Рост количества подсистем жизнеобеспечения здания и поддержки трудовой деятельности работающих в нем сотрудников естественным образом приводил также к увеличению количества служб, отвечающих за их текущую эксплуатацию. Эти службы пользовались одними и теми же кабельными трассами, поэтому нередко возникали конфликтные ситуации. Кроме того, работающие в этих службах специалисты выполняли практически одни и те же функции, то есть происходило нерациональное расходование трудовых ресурсов.

Совокупность перечисленных выше обстоятельств однозначно диктует необходимость создания в офисном здании кабельной системы, которая:

— универсальна, то есть может быть использована 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;

— должна создаваться на этапе строительства здания или переоборудования его помещений под офис и иметь гарантированный срок эксплуатации 10 и более лет.

1. Основные сведения о структурированных кабельных системах

1.1 Определение структурированной кабельной системы Из названия «структурированная кабельная система» следует, что нужно рассматривать три понятия, которые дадут полную характеристику рассматриваемому предмету. Система — упорядоченный набор объектов или структур, связанных и взаимодействующих между собой по определенным правилам таким образом, что формируется сложное единое целое. Система, выполняющая специальные функции, содержит в себе компоненты, которые могут заменяться на аналогичные и быть взаимозаменяемы внутри системы. Кабельная система — система, элементами которой являются так называемые кабельные компоненты. В терминах информационной инфраструктуры под кабельными компонентами подразумевается не только собственно кабели и проводники, но и все пассивное коммутационное оборудование, служащее для их соединения или физического окончания. К пассивному коммутационному оборудованию относятся — телекоммуникационные розетки на рабочих местах, коммутационные блоки и панели (так называемые «патч-панели» в телекоммуникационных помещениях и пространствах, муфты и адаптеры. Структура — система элементов, составляющих упорядоченный набор взаимосвязанных объектов, действий, понятий и т. п. и функциональных связей между ними. В контексте телекоммуникаций термин «структурированный» означает, с одной стороны, способность системы поддерживать различные телекоммуникационные приложения (передача речи, данных, изображений и т. п.), с другой, — возможность применения различных компонентов и продукции различных производителей, и с третьей, — способность к реализации так называемой мультимедийной среды (то есть среды, в которой используются несколько типов сред передачи, — коаксиал, витая пара, экранированная витая пара, оптическое волокно). Структуру кабельной системы определяет инфраструктура информационных технологий, и именно она диктует содержание конкретного проекта кабельной системы в соответствии с требованиями конечного пользователя и вне зависимости от того активного оборудования, которое впоследствии может быть применено.

Разработка и проектирование СКС начинается с анализа архитектурных и инженерных особенностей самого здания, а затем на основе полученных данных проектируются кабельные трассы и телекоммуникационные помещения.

Под СКС в дальнейшем мы будем понимать кабельную систему, 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 высокий уровень гибкости и позволяет создавать сложные структуры с конфигурацией, легко и быстро изменяемой 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 безо всяких сложностей на любом уровне одинаково легко применять как оптические, так и электрические технологии передачи сигналов, выбор которых целиком и полностью определяется местными условиями и стремлениями достичь максимальной технико-экономической эффективности конкретного проекта.

Универсальность кабельной системы проявляется в том, что изначально она не строится для обеспечения работы какой-либо конкретной, пусть и весьма распространенной сетевой технологии, а создается на принципах открытой архитектуры с набором основных технических характеристик, заданных и зафиксированных в стандартах. При этом в нормативных документах задаются параметры как электрических и оптических кабельных трасс отдельных подсистем, так и их интерфейсов. Это обеспечивает возможность использования кабельной системы для передачи сигналов самых разнообразных приложений и ведет к сокращению количества типов кабелей до двух — симметричного (из витых пар) и волоконно-оптического. Технический уровень элементной базы, используемой для создания СКС, задается стандартом с таким расчетом, 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 и процесс администрирования и адаптацию кабельной системы к различным приложениям.

Под избыточностью понимается введение в состав СКС дополнительных информационных розеток, количество и размещение которых определяются площадью и топологией рабочих помещений, а не планами размещения сотрудников и расположения офисной мебели. Это позволяет без каких-либо проблем организовать новые рабочие места, а также перемещать сотрудников и оборудование. Применение принципа избыточности обеспечивает возможность очень быстрой адаптации кабельной системы под конкретные производственные потребности и позволяет не останавливать работу офиса или его подразделений при проведении организационных и технических изменений. Важность этого принципа существенно возрастает вследствие того, что продолжительность эксплуатации СКС в несколько раз превышает аналогичный показатель для остальных компонентов информационной инфраструктуры здания.

Создание эффективной СКС и ее эксплуатация невозможны без выполнения ряда дополнительных условий. Так, СКС обязательно должна иметь:

— каталог продукции;

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

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

— систему подготовки специалистов и обеспечения гарантии производителя.

Итак, 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, не затрагивая имеющуюся 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 за счет принципа построения из отдельных модулей быструю локализацию неисправности, восстановление связи или переход на резервные линии.

1.2 Преимущества структурированных кабельных систем Неудобства, связанные с применением традиционных технологий, общеизвестны — сложность и дороговизна внесения изменений, малая надежность, высокая зависимость кабельной системы от применяемой сетевой технологии.

Неструктурированная кабельная система строится быстрее, но ее гораздо сложнее модернизировать. Неструктурированная проводка для локальных сетей и телефонии сохраняется без переоборудования в течение 3−5 лет, для систем наблюдения и контроля — в течение 2−3 лет. В то же время структурированная система строится основательно, как всякое долговременное сооружение. В структурированную кабельную систему закладывается структурная избыточность, предусматривающая дополнительные рабочие места, возможности перемещения оборудования и персонала. Избыточность СКС требует дополнительного количества кабеля, розеток, коммутационных панелей. Однако, дополнительные капитальные затраты, необходимые для создания СКС, быстро окупаются в процессе ее эксплуатации.

Преимущества СКС над обычными кабельными системами:

— для передачи данных, голосовой информации и видеосигнала используется единая кабельная система;

— использование универсальных розеток на рабочих местах позволяет подключать к ним различные виды оборудования.

— оправдывают капиталовложения за счет длительного использования и эксплуатации сети;

— обладают модульностью и возможностями внесения изменений и наращивания без замены всей существующей сети;

— допускают одновременное использование нескольких различных сетевых протоколов;

— не зависят от изменений технологий и поставщика оборудования;

— используют стандартные компоненты и материалы;

— допускают управление и администрирование минимальным количеством обслуживающего персонала;

— позволяют комбинировать в одной сети волоконно-оптический и медный кабель.

1.3 Структура телекоммуникационной кабельной системы Кабельная система может состоять из трех подсистем — магистральной кабельной системы кампуса (магистральная кабельная система первого уровня), магистральной кабельной системы здания кампуса (магистральная кабельная система второго уровня) и горизонтальной кабельной системы.

Распределители (кроссы) выполняют функции интерфейсов между подсистемами и служат средствами создания различных сетевых топологий. Соединения между подсистемами могут быть или «активными», требующими использования электронного оборудования, поддерживающего работу конкретных телекоммуникационных приложений, или «пассивными». При подключении активного оборудования используются методы кросси межсоединения. Пассивные соединения подсистем выполняются на основе кросс-соединений с помощью коммутационных шнуров («патч-кордов») или кроссировочных перемычек.

Магистральная кабельная подсистема кампуса соединяет распределитель кампуса (главный кросс) с распределителями здания (промежуточными кроссами), которые могут быть расположены в одном или разных зданиях. Магистральная кабельная подсистема кампуса включает в себя следующие элементы:

— Кабели магистральной подсистемы кампуса

— Коммутационные шнуры и перемычки в главном кроссе

— Коммутационное оборудование, на котором терминированы кабели магистральной подсистемы кампуса в распределителях кампуса и здания (главном и промежуточном кроссах).

Несмотря на то, что аппаратные кабели включаются в модель канала при тестировании кабельной системы, они не считаются частью магистральной кабельной системы кампуса, поскольку предназначены для поддержки работы специфических приложений.

В тех случаях, когда в системе отсутствует промежуточный кросс, магистральная кабельная подсистема соединяет главный кросс с горизонтальным кроссом напрямую. Магистральная кабельная подсистема кампуса может также соединять между собой промежуточные кроссы. Такие соединения рассматриваются только в качестве дополнений к основной топологии системы типа «иерархическая звезда».

Магистральная кабельная подсистема здания соединяет промежуточные кроссы с горизонтальными кроссами. Магистральная кабельная подсистема здания включает в себя следующие элементы:

— Кабели магистральной подсистемы здания

— Коммутационные шнуры и перемычки в промежуточном кроссе

— Коммутационное оборудование, на котором терминированы кабели магистральной подсистемы здания в распределителях здания и этажа (промежуточном и горизонтальном кроссах).

Несмотря на то, что аппаратные кабели включаются в модель канала при тестировании кабельной системы, они не считаются частью магистральной кабельной подсистемы здания, поскольку предназначены для поддержки работы специфических приложений. Магистральная кабельная подсистема здания может также соединять между собой горизонтальные кроссы. Такие соединения рассматриваются только в качестве дополнений к основной топологии системы типа «иерархическая звезда».

Горизонтальная кабельная подсистема соединяет горизонтальные кроссы с телекоммуникационными розетками на рабочих местах. Горизонтальная кабельная подсистема включает в себя следующие элементы:

— Кабель горизонтальной системы

— Коммутационные шнуры и кроссировочные перемычки в горизонтальном кроссе

— Коммутационное оборудование в горизонтальном кроссе, на котором терминирован кабель горизонтальной подсистемы

— Телекоммуникационная розетка/коннектор на рабочем месте, на которой терминирован кабель горизонтальной подсистемы

— Многопользовательская розетка на рабочем месте, на которой терминирован кабель горизонтальной подсистемы

— Консолидационная точка.

Несмотря на то, что аппаратные кабели включаются в модель канала при тестировании кабельной системы, они не считаются частью горизонтальной кабельной подсистемы здания, поскольку предназначены для поддержки работы специфических приложений.

Кабель горизонтальной системы должен проходить непрерывным сегментом от горизонтального кросса до телекоммуникационной розетки/коннектора на рабочем месте, за исключением случая использования консолидационной точки.

1.4 Топология СКС Структурированная кабельная система (СКС) представляет собой иерархическую кабельную систему здания или группы зданий, разделенную на структурные подсистемы. СКС состоит из набора медных и оптических кабелей, кросс-панелей, коммутационных шнуров, кабельных разъемов, информационных розеток и вспомогательного оборудования. Все перечисленные элементы интегрируются в единую систему и эксплуатируются согласно определенным правилам.

В основу концепции структурированных кабельных систем положена возможность реализации следующих основных принципов:

— универсальность — для передачи данных в ЛВС, организации локальной телефонной сети, передачи видеоинформации или сигналов от датчиков пожарной безопасности или охранных систем используется единая кабельная система. При интеграции в инфраструктуру здания структурированные кабельные системы позволяют автоматизировать многие процессы по контролю, мониторингу и управлению хозяйственными службами и системами жизнеобеспечения;

— гибкость — СКС позволяют быстро и легко изменять конфигурацию кабельной системы и управлению перемещениями как внутри, так и между зданиями. Для этого администратору сети достаточно выполнить переключение на коммутационных панелях. Это позволяет обеспечить гибкое изменение рабочих мест сотрудников и полное изменение конфигурации системы, включая замену и добавление оборудования, расширение системы;

— устойчивость — тщательно спланированная СКС устойчива к внештатным ситуациям и гарантирует высокую надежность и защиту данных в течение многих лет. Так большинство ведущих производителей дают гарантию на поставляемые ими СКС (при выполнении требуемых процедур сертификации) до 20 — 25 лет.

Таким образом, структурированная кабельная система является универсальным и гибким решением задачи создания коммуникационной инфраструктуры здания или группы зданий.

Существуют два варианта архитектуры проводки:

— традиционная архитектура иерархической звезды;

— архитектура одноточечного управления.

Архитектура иерархической звезды может применяться как для группы зданий, так и для одного отдельно взятого здания.

В первом случае, иерархическая звезда состоит из центрального кросса системы, главных кроссов зданий и горизонтальных этажных кроссов. Центральный кросс связан с главными кроссами зданий при помощи внешних кабелей. Этажные кроссы связаны с главным кроссом здания кабелями магистральной вертикальной проводки.

Во втором случае звезда состоит из главного кросса здания и горизонтальных этажных кроссов, соединенных между собой кабелями магистральной вертикальной проводки.

Архитектура иерархической звезды обеспечивает максимальную гибкость управления и максимальную способность адаптации системы к новым приложениям.

Архитектура одноточечного администрирования разработана для максимальной простоты управления. Обеспечивая прямое соединение всех рабочих мест с главным кроссом, она позволяет управлять системой из одной точки, оптимальной для расположения централизованного активного оборудования. Администрирование в одной точке обеспечивает простейшее управление цепями, возможное благодаря исключению необходимости кроссировки цепей во многих местах. Архитектура одноточечного администрирования не применяется для группы зданий.

Каждая архитектура имеет свои преимущества (см. Таблицу 1.1), которые следует иметь в виду при выборе кабельной системы.

Таблица 1.1. Преимущества архитектуры

В основу любой структурированной кабельной системы положена древовидная топология, которую иногда называют также структурой иерархической звезды. Обобщенная структурная схема СКС изображена на рис. 1.1. Узлами структуры являются коммутационное оборудование различного вида (в соответствии с терминологией стандарта ISO/ IEC 11 801 дистрибьютор — distributor), которое обычно устанавливается в технических помещениях и соединяется друг с другом и с информационными розетками на рабочих местах электрическими и оптическими кабелями. Стандарты не регламентируют тип коммутационного оборудования, определяя только его параметры. Для монтажа и дальнейшей эксплуатации коммутационного оборудования необходимы технические помещения. Все кабели, входящие в технические помещения, обязательно заводятся на коммутационное оборудование, на котором осуществляются все необходимые подключения и переключения в процессе строительства и текущей эксплуатации кабельной системы. Это обеспечивает гибкость СКС, возможность легкой реконфигурации и адаптируемости под конкретное приложение.

Рис. 1.1 — Подсистемы СКС Основой для применения именно иерархической звездообразной топологии является возможность ее использования для поддержки работы всех основных сетевых приложений (табл. 1.2). Из данных таблицы следует вывод о том, что топология рассматриваемого вида является той платформой, которая обеспечивает функционирование современных средств передачи данных.

Таблица 1.2. Логическая и физическая топология сетей передачи данных

В самом общем случае СКС согласно международному стандарту ISO/IEC 11 801 включает в себя три подсистемы:

— подсистема внешних магистралей состоит из внешних магистральных кабелей между КВМ и КЗ, коммутационного оборудования в КВМ и КЗ, к которому и подключаются внешние магистральные кабели, и коммутационных шнуров и/или перемычек в КВМ. Подсистема внешних магистралей является той основой, которая соединяет в единую сеть связи, отдельно расположенные на одной территории здания (campus). На практике эта подсистема достаточно часто имеет физическую кольцевую топологию, что дополнительно обеспечивает увеличение надежности за счет наличия резервных кабельных трасс. Из этих же соображений подсистема внешних магистралей иногда реализуется по двойной кольцевой топологии. Если СКС устанавливается автономно только в одном здании, то подсистема внешних магистралей отсутствует. В зданиях с большими размерами к подсистеме внешних магистралей относятся те кабели, которые имеют длину свыше 500 м, хотя фактически не выходят за пределы здания;

— подсистема внутренних магистралей, называемая в некоторых СКС вертикальной или вторичной подсистемой, содержит проложенные между КЗ и КЭ внутренние магистральные кабели, подключенное к ним коммутационное оборудование в КЗ и КЭ, а также часть коммутационных шнуров и/или перемычек в КЗ. Кабели рассматриваемой подсистемы фактически связывают между собой отдельные этажи здания и/или пространственно разнесенные помещения в пределах одного здания. Если СКС обслуживает один этаж, то подсистема внутренних магистралей может отсутствовать

— горизонтальная подсистема образована горизонтальными кабелями между КЭ и розеточными модулями информационных розеток рабочих мест, самими информационными розетками, а также коммутационным оборудованием в КЭ, к которому подключаются горизонтальные кабели. В состав горизонтальной подсистемы входит также большая часть коммутационных шнуров и/или перемычек в КЭ. При построении горизонтальной проводки допускается использование одной точки перехода на тракт, в которой происходит изменение типа прокладываемого кабеля (например, переход на плоский кабель для прокладки под ковровым покрытием с эквивалентными передаточными характеристиками).

Рассматриваемое здесь деление СКС на отдельные подсистемы применяется независимо от вида или формы реализации сети, то есть оно принципиально будет одинаковым, например, для кабельной системы, установленной в офисном здании или в производственном комплексе.

В самом общем случае СКС согласно действующим редакциям международных нормативно-технических документов включает в себя следующие восемь компонентов:

— линейно-кабельное оборудование подсистемы внешних магистралей;

— коммутационное оборудование подсистемы внешних магистралей;

— линейно-кабельное оборудование подсистемы внутренних магистралей;

— коммутационное оборудование подсистемы внутренних магистралей;

— линейно-кабельное оборудование горизонтальной подсистемы;

— коммутационное оборудование горизонтальной подсистемы;

— точки перехода;

— информационные розетки.

В подавляющем большинстве случаев подключение к СКС сетевого оборудования и коммутация отдельных портов кабельной системы производится с помощью шнуровых изделий самых разнообразных видов. Применение различных переключателей для решения задач коммутации, несмотря на их очевидные технические и эксплуатационные преимущества, не получило широкого распространения из-за существенно меньших функциональных возможностей. В некоторых ситуациях, обусловленных главным образом конструктивными особенностями портов активных сетевых приборов, кроме шнура может понадобиться адаптер, обеспечивающий согласование сигнальных и механических параметров оптических или электрических интерфейсов (разъемов) СКС и сетевого оборудования.

Подсистема рабочего места обеспечивает подключение сетевого оборудования на рабочих местах. Применяемое для ее реализации оборудование целиком и полностью зависит от конкретного приложения. Она не является частью СКС и выходит за рамки действия стандартов ISO/IEC 11 801 и TIA/EIA-568-A, хотя эти нормативные документы накладывают на ее параметры и характеристики определенные ограничения.

Технические помещения, необходимые для построения СКС и информационной системы предприятия, в целом делятся на аппаратные и кроссовые.

Аппаратной в дальнейшем называется техническое помещение, в котором наряду с коммутационным оборудованием СКС располагается сетевое оборудование коллективного пользования (АТС, серверы, концентраторы). Если основной объем установленных в этом помещении технических средств составляет оборудование ЛВС, то его иногда 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 техническими (этажными) помещениями, встречается также наименование «хабовые».

Аппаратная может быть совмещена с кроссовой здания (КЗ или BD). 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 или FD). 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 в приложении А).

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 подключение к КЭ горизонтальных кабелей смежных этажей. Пример структуры СКС с привязкой к зданиям приведен на рис. 1.2.

Рис. 1.2 — Пример структуры СКС с привязкой к зданиям

2. Принципы проектирования СКС

2.1 Основные нормативные документы

СКС является типичной слаботочной кабельной системой, рассчитанной на обеспечение средой передачи телекоммуникационной аппаратуры различных видов. Согласно СНиП 11−01−95 проектирование слаботочной кабельной проводки должно осуществляться юридическими и физическими лицами, получившими в установленном законодательством Российской Федерации порядке лицензию на соответствующий вид деятельности. Проектная документация разрабатывается в соответствии с государственными нормами, правилами и стандартами. Отступление от положений этих нормативно-технических документов допускается только при наличии соответствующего разрешения органов, разработавших и/или утвердивших эту документацию. В случае выполнения перечисленных выше условий какого-либо дополнительного согласования проектной документации не требуется, за исключением случаев, особо оговоренных законодательством Российской Федерации.

По состоянию на середину 2002 года можно констатировать, что в нашей стране отсутствует специализированная нормативно-техническая база, на основе которой полностью может быть выполнен проект СКС. В силу этого в процессе своей практической деятельности проектировщик наряду со стандартами и правилами общего применения вынужден пользоваться нормативными документами, которые изначально были разработаны применительно к смежным областям. Так, например:

— выбор параметров защитного заземления осуществляется в соответствии с Правилами устройства электроустановок ПУЭ;

— для определения плотности размещения в рабочих помещениях пользователей сетевых телекоммуникационных устройств различного назначения привлекаются соответствующие положения Строительных и Санитарных норм и правил;

— ряд принципов и правил организации внутриобъектовых кабельных трасс может быть заимствован из нормативных документов, описывающих сети низковольтного электропитания промышленных и жилых зданий, а также правил построения электропроводок систем пожарной и охранной сигнализации;

— правила строительства кабельных трасс подсистемы внешних магистралей, а также кабельных вводов в здания регламентируются руководствами, отраслевыми стандартами и другими аналогичными директивными документами Министерства Российской Федерации по связи и информатизации.

2.2 Фазы проектирования

Процесс проектирования комплекса информационно-вычислительных систем современного предприятия, и в том числе СКС как составной его части, в соответствии с принятой в промышленно развитых странах классификацией разделяется на две основные фазы, которые в дальнейшем будем называть архитектурной и телекоммуникационной.

Основными задачами архитектурной фазы проектирования являются:

— определение общей структуры СКС, оптимальной или, по крайней мере, квазиоптимальной, по полной совокупности технико-экономических характеристик в процессе создания и последующей эксплуатации;

— адаптация отдельных помещений и конструкций здания на уровне строительных решений под специфические требования кабельной проводки, коммутационного оборудования и технических помещений СКС.

Архитектурная фаза проектирования осуществляется на этапе разработки проекта нового или реконструируемого здания. На этой фазе в проект закладываются стояки, помещения кроссовых и аппаратных с соответствующими системами инженерного обеспечения их параметров, определяются трассы и способы прокладки кабелей как внутри, так и снаружи здания (кабельная канализация, воздушные линии). Основными исходными данными для данного этапа проектирования являются:

— форма, этажность, архитектурные, планировочные и другие особенности и геометрические характеристики здания или их комплекса, а также прилегающей территории;

— строительные и другие нормативные документы на проектирование служебных помещений систем телекоммуникаций и кабельных трасс;

— нормативная документация по СКС (стандарты);

— дополнительные требования заказчика.

Работы по сбору исходной информации и собственно проектированию на архитектурной фазе проводятся специализированными проектными организациями с учетом требований подрядчика, который будет реализовывать СКС. В некоторых ситуациях при наличии соответствующих лицензий, опыта выполнения работ и штата проектировщиков подрядчик частично или полностью берет проектные работы этой фазы на себя.

Телекоммуникационная фаза проектирования иногда начинается по окончании архитектурной, однако в соответствии с реалиями сегодняшнего дня обычно она выполняется после завершении капитальных строительно-монтажных работ. Положительным моментом такого положения дел является то, что данное обстоятельство позволит в полной мере учесть те изменения внутреннего устройства здания, которые неизбежно появляются в процессе проведения его строительства. На данной фазе проектирования разрабатывается конкретная структура СКС, составляется перечень необходимого оборудования, планы его размещения и т. д. К проектированию на телекоммуникационной фазе привлекаются организации, специализирующиеся на создании СКС и работающие в области системной интеграции. Эти же компании силами собственных сотрудников или привлеченных субподрядчиков достаточно часто выполняют также большую часть монтажных и пусконаладочных работ, которые по времени, как правило, проводятся одновременно с отделкой внутренних помещений или сразу же после ее завершения. Основными исходными данными, необходимыми для практической реализации телекоммуникационной фазы проектных работ, являются:

— результаты обследования здания и прилегающей территории или их проектная документация, выполненная на архитектурной фазе проектирования;

нормативно-техническая документация по СКС (стандарты);

— дополнительные требования заказчика, например количество и размещение рабочих мест, количество розеточных модулей информационных розеток на рабочем месте, требования к пропускной способности, надежности, безопасности и т. д.

2.3 Особенности проектирования СКС как технического объекта

Структурированная кабельная система представляет собой типичный образец сложной в техническом отношении телекоммуникационной системы, реализация которой требует соответствующего уровня знаний и высокой квалификации как отдельных специалистов, так и всего коллектива разработчиков, проектировщиков и монтажников.

В проекте структурированной кабельной системы должны быть обеспечены:

— прогрессивность технических решений;

— экономия трудовых и материальных ресурсов;

— удобство обслуживания;

— пожаробезопасность.

Прогрессивность технических решений обеспечивается строгим выполнением требований последних редакций общепризнанных нормативных документов, как в отношении технических параметров элементной базы, так и норм проектирования отдельных подсистем, в первую очередь горизонтальной подсистемы.

Экономия трудовых и материальных ресурсов может быть достигнута использованием оптимальных проектных решений, выбором элементной базы, в наилучшей степени соответствующей требованиям и условиям конкретного проекта, тщательным управлением процесса реализации проекта и хорошей профессиональной подготовкой всех специалистов.

Удобство обслуживания гарантируется применением хорошо отработанной, простой и интуитивно понятной маркировки отдельных портов кабельной системы, а также прочих элементов кабельных трасс и коммутационного оборудования. Сюда же относятся такие мероприятия, как выбор стандартизованных интерфейсов, использование шнуров оптимальной длины и установка активного и пассивного оборудования информационно-вычислительной системы предприятия в соответствующих конструктивах, с соблюдением норм монтажа в отношении высоты установки, ширины проходов и т. д.

Пожаробезопасность кабельной системы обеспечивается применением пожаростойких линейных кабелей и различными планировочными и строительными решениями.

В процессе работы над проектом СКС могут быть использованы все приемы и методики, которые были разработаны применительно к крупным техническим объектам вообще и системам телекоммуникаций в частности (сетевое планирование, линейное программирование и т. д.). Единственным серьезным отличием от остальных систем электросвязи является то, что любая структурированная кабельная проводка в подавляющем большинстве случаев не требует выполнения проверочных расчетов электрических и оптических параметров трактов любого вида, создаваемых на ее основе. Их соответствие нормам гарантируется:

— соблюдением ограничений стандартов на длины линейных кабелей и шнуров различных видов;

— выполнением правил построения кабельных трактов по длине и в части количества точек коммутации;

— привлечением для выполнения работ монтажников и других специалистов, обученных и сертифицированных производителем СКС;

— использованием элементной базы, параметры которой отвечают требованиям стандартов;

— наличием существенных запасов, заложенных разработчиками в стандарты и позволяющих сохранить работоспособность системы даже в некоторых аварийных ситуациях средней тяжести на достаточно продолжительный период времени.

Добавим, что в области создания запасов не последнюю роль играет также стремление производителей отдельных компонентов и системы в целом получить преимущество в конкурентной борьбе за счет обеспечения параметров выпускаемой ими продукции, превышающих требования стандартов. На основании этого в процессе проектирования структурированной кабельной проводки в содержательной его части выполняется расчет:

— параметров технических помещений и емкостей (геометрических размеров) различных элементов формирования линейной и коммутационной части горизонтальной и магистральных подсистем, в том числе емкости монтажных конструктивов, размеров коробов и т. д.;

— количества отдельных компонентов, из которых происходит формирование кабельных трактов горизонтальной и магистральных подсистем на телекоммуникационной фазе проектирования;

— количества различного рода дополнительных элементов, применяемых как в процессе строительства в виде расходных материалов, так и на этапе сдачи готовой системы в эксплуатацию;

— параметров трактов СКС для тех видов сетевого и телекоммуникационного оборудования, которое создавалось без учета возможности передачи сигналов по электрическим и оптическим трактам.

3. Проектирование СКС для административного здания ООО «ПРОМАРЕНДА»

3.1 Исходные данные

Структурированная кабельная система устанавливается в 3-х этажном здании офисного назначения ООО «ПРОМАРЕНДА», второй и третий этажи которого имеют идентичную планировку изображенную на рис. 3.1 на примере 3 этажа. На каждом из этажей имеется по одному служебному помещению, в котором по желанию заказчика и предлагается размещение кроссовых этажа. Первый этаж здания представляет собой гараж, установка СКС в котором не требуется, и служебное помещение площадью 30 м², в которой предполагается расположение аппаратной СКС. В коридорах здания имеется подвесной потолок с высотой свободного пространства 45 см, в помещениях здания подвесного потолка нет. Стены помещений изготовлены из обычного кирпича и покрыты штукатуркой, толщина которой составляет 1 см. Каких либо дополнительных каналов в полу и стенах, которые могут быть использованы для прокладки кабелей, строительным проектом не предусмотрено.

Создаваемая СКС должна обеспечивать функционирование оборудования ЛВС и телефонной сети здания, то есть на каждом рабочем месте монтируется по две телекоммуникационных розетки. Электронная УАТС заказчика имеет полную емкость порядка 200 внутренних номеров. СКС предназначена для создания обычной сети связи и по ней предполагается передача информации, которая не относится к разряду конфиденциальной. Дополнительно предусматривается подключение УАТС организации к входному 50-парному кроссу городской телефонной сети.

В соответствии с требованиями заказчика блоки розеток устанавливаются на высоте 0,5 м над уровнем пола.

Рис. 3.1 — План третьего этажа здания

3.2 Архитектурная фаза проектирования

На каждом этаже здания согласно плану на рис. 3.1 имеется по 18 рабочих помещений, предназначенных для размещения пользователей. Данные по площади этих помещений сведены в табл. 3.1. В соответствии со СНиП 2.09.04−87, пункт 3.2 для здания офисного типа предполагаем установку по одному блоку розеток преимущественно на каждые 4 м² рабочей площади. То есть на каждом этаже здания необходимо в общей сложности установить 100 блоков розеток, а всего в здании — 200 блоков розеток.

Таблица 3.1. Помещения для установки ИР проектируемой СКС

Выбор помещений для размещения аппаратной и кроссовых для данного проекта, сводится к выполнению требований заказчика, расположение которых сведено в табл. 3.2

Таблица 3.2. Технические помещения проектируемой системы

Для прокладки горизонтальных и магистральных кабелей подсистемы внутренних магистралей проектируемой СКС используем следующие разновидности каналов:

— закрытые металлические лотки за фальшпотолком, предназначенные для прокладки кабелей горизонтальной подсистемы в коридорах, а также кабелей подсистемы внутренних магистралей на втором этаже;

— декоративные кабельные короба (в связи с отсутствием каналов в стенах и в полу рабочих помещений пользователей), изготовленные из негорючего пластика и используемые для прокладки кабелей горизонтальной полсистемы;

— закладные трубки типа гильз диаметром в свету 32 мм, через которые производится ввод за фальшпотолок рабочих помещений пользователей горизонтальных кабелей, снимаемых с лотка в коридоре;

— вертикальные трубчатые элементы типа рукавов диаметром в свету 100 мм, расположенные вдоль несущей стены здания и выполняющие функции каналов стояка и используемые для прокладки по ним кабелей подсистемы внутренней магистрали.

Все эти элементы изображены на рис. 3.2.

Лотки располагаются за фальшпотолком, крепятся не реже чем через 1,5 м и заземляются по правилам ПУЭ. Высота установки корпуса лотка выбирается равной 2,5 м от уровня пола, что обеспечивает выполнение норм относительной высоты свободного пространства между верхней кромкой канала и капитальным потолком.

Для уменьшения расхода декоративного короба и соответственно минимизации стоимости проекта применяется горизонтальная прокладка короба в помещениях для размещения пользователей на высоте расположения розеток и одним вертикальным спуском из-за фальшпотолка для прокладки кабелей.

Под рукавами на каждом этаже на основании СНиП 3.05.07−85 предусматриваются крепления вертикальных участков магистральных кабелей, расположенных на расстоянии не более 1 м друг от друга.

В проектируемой системе с учетом общего количества обслуживаемых рабочих мест примем, что в помещениях аппаратной и кроссовой уславливаются монтажные конструктивы типа шкафов со стеклянной передней дверью. Коммутационные панели различного назначения, смонтированные в каждой кроссовой этажа, выполняют поддержку функционирования активного сетевого оборудования, подключаемого к 100 ИР. В аппаратной используется центральное размещение шкафа (рис. 3.3 а) с круговым подходом к нему. В кроссовых помещениях из-за относительно небольшой ширины технического помещения (1900 мм) не дает возможности обеспечить круговой доступ к монтажному конструктиву. Поэтому шкафы в кроссовых устанавливаются вплотную к левой относительно входа стене помещения (рис. 3.3 б). Смещение шкафов влево относительно продольной оси помещения кроссовых обусловлено прохождением по этой стене каналов стояка. В этом случае проход имеет ширину: 1900 -800 = 1100 мм, что превышает минимально допустимое значение 76 см.

Рис. 3.2 — План третьего этажа здания с указанием мест расположения рабочих мест и кабельных каналов в коридорах и помещениях для размещения пользователей

Примечание Х — номер этажа

Рис. 3.3 — Планы размещения конструктивов в технических помещениях: а) кроссовые б) аппаратная

Кроссовое оборудование СКС, обеспечивающее работу телефонной станции, выполняется в виде кроссовых башен, которые вместе с организаторами устанавливаются на стене помещения. Емкость этих башен составляет 400 пар. Размещение настенного кросса между монтажным конструктивом и телефонной станцией уменьшает общий расход кабеля и упрощает монтаж оборудования.

3.3 Телекоммуникационная фаза проектирования

На сегодняшний день основным стандартом построения ЛВС является Ethernet в различных вариантах. Использование для реализации горизонтальной подсистемы элементарной базы категории 5е обеспечивает передачу по трактам СКС сигналов всех широко распространенных на практике разновидностей этого сетевого интерфейса ЛВС, вплоть до его сверхвысокоскоростного варианта Gigabit Ethernet 802.3ab. Реализация проекта на других известных на сегодняшний день категорий, таких как категории 6, 6А, 7 и 7А не целесообразна с экономической точки зрения. Кабельная линия, построенная на компонентах категории 6, 6А, 7 и 7А, позволяет организовать на передачу информации со скоростью свыше 10 Гигабит/сек, что на первый взгляд является заманчивым предложением для вложения инвестиций в более перспективные решения. Но если вспомнить то, что

— современные desk-top компьютеры имеют шину PCI, пропускная способность которой ограничена, и шина PCI разделяемая с арбитражным доступом, то есть высокопроизводительная шина PCI имеет полосу пропускания 1Гбит/сек;

— фактически, офисных приложений, требующих высокие скорости на сегодняшний день не существует, да и в ближайшем будущем не предвидится, ведь даже для трансляции телевизионного сигнала достаточно 5Мбит/сек. Ну допустим, что в будущем стало 10Мбит/сек на канал, так это 100 каналов на 1Гбите;

— реализации проектов на категориях 6, 6А, 7 и 7А требуют больших капитальных вложений.

Тем самым предлагаемое решение обеспечивает резерв пропускной способности горизонтальных трактов СКСА, достаточной для поддержки функционирования всех известных на сегодняшний день и перспективных видов приложений, то есть надежную защиту инвестиций заказчика, сделанных им в СКС.

Согласно исходным данным создаваемая информационно-вычислительная система организации не предназначена для передачи конфиденциальной информации. Поэтому СКС строится на более дешевой и менее сложной в практической реализации неэкранированной элементарной базе.

Подсистема рабочего места

Состав розеток на каждом рабочем месте предусматривает по одной ИР с двумя розеточными модулями, образующими абонентские порты СКС. Применение двух розеточных модулей категории 5е определяется соображением универсальности и полностью соответствует требованиям стандарта ISO/IEC 11 801. Информация о количестве информационных розеток в каждом помещении заносится в табл. 3.3.

В связи с тем, что точного определения по количеству поставляемых оконечных шнуров для подключения рабочих станций в помещениях пользователей и количеству активных сетевых устройств ЛВС не предоставлено заказчиком, то для конкретизации данного параметра используем статистический подход. Определяем в спецификацию поставляемого оборудования 80% шнуров от общего количества ИР, то есть всего 80 шнуров на этаж.

Исходя из чисто практических соображений получения максимальной эксплуатационной гибкости, длины шнуров выбираются следующем образом 70 шнур по 3 м и 10 шнуров по 5 м. Последний размер подбирается с целью увеличения функциональной гибкости проектируемой кабельной системы. Данные шнуры предназначены для подключения рабочих станций на каждом этаже. В связи с однотипностью планировку этажей здания общий объем поставки шнуров указанных длин устанавливается двукратным увеличением.

Для получения параметров трактов горизонтальной подсистемы, обеспечивающих возможность передачи Gigabit Ethernet, шнуры имеют характеристики категории 5е.

Горизонтальная подсистема

В связи с отсутствием в рассматриваемом здании больших залов и компактных обособленных групп пользователей, не целесообразна реализация отдельных участков и некоторых трактов горизонтальной подсистемы на основе многопарного кабеля. В свою очередь это означает, что СКС не требуются точки перехода и консолидационные точки.

Таким образом, процесс проектирования горизонтальной подсистемы в данном случае сведется к расчету объема поставки горизонтального кабеля и определению его конструктивного исполнения. Требуемое количество кабеля рассчитывается с использованием статистического метода. Для начала рассчитывается средняя длина кабеля L_av, затрачиваемого на реализацию одного проброса:

где L_min и L_max — длина кабельной трассы от коммутационного элемента, самого дальнего от точки ввода в кроссовую, до розеточного модуля информационной розетки соответственно самого близкого и самого далекого рабочего места, рассчитанная с учетом особенностей прокладки кабеля, всех спусков, подъемов, поворотов, межэтажных сквозных проемов (при их наличии) и т. д.;

K_s — коэффициент технологического запаса, равный 1,1 (10%).

Величина запаса на разделку кабелей учитывается для обеих сторон проброса и в соответствии с рекомендациями BICSI устанавливается в ИР равной 30 см для кабелей из витых пар и 100 см — для оптических кабелей. Для шкафа значение этого параметра принимается таким же, если длина прокладки кабельного пучка внутри конструктива включается в длину трассы. В противном случае в соответствии с рекомендациями BICSI оно устанавливается равным 3 м.

Далее рассчитывается общее количество N_cr кабельных пробросов, на которые хватает одной катушки кабеля:

где L_cb — длина кабельной катушки (стандартные значения 305 м, 500 м и 1000 м), причем результат округляется вниз до ближайшего целого.

На последнем шаге получаем общее количество кабеля L_c, необходимое для создания кабельной системы:

где N_to — количество розеточных модулей информационных розеток СКС.

В качестве ИР, имеющей минимальное расстояние от технического помещения, согласно плану, примем розеточный блок номер 6 помещения 335. ИР с максимальной длиной кабельного проброса является розеточный блок номер 4 помещения 339.

Таблица 3.3. Расчет максимальной и минимальной длины кабельного проброса

Как видно из табл. 3.3 максимальное значение кабельного проброса не превышает 70 м. Следовательно, статистический метод применим ко всем ИР, обслуживаемым коммутационным оборудованием в данном техническом помещении.

Одной стандартной 305 м коробки кабеля будет достаточно для реализации в среднем

Далее находим общее количество кабеля необходимого на один этаж

Планировка каждого этажа здания и схема расположения на них ИР совпадают. На основании этого для создания горизонтальной кабельной проводки на каждом этаже понадобится одинаковое количество 4-парного кабеля. Следовательно, для реализации горизонтальной подсистемы необходимо

Прокладка кабелей горизонтальной подсистемы на всем протяжении любой трассы, то есть в коридорах, технических и рабочих помещениях здания согласно положениям раздела 3.2 осуществляется в закрытых каналах, изготовленных из несгораемых материалов. Это позволяет применить более дешевое конструктивное исполнение этих изделий с оболочкой из поливинилхлорида.

Подсистема внутренних магистралей

Кабели подсистемы внутренних магистралей связывают между собой коммутационное оборудование, установленное в помещениях кроссовых и аппаратной. Согласно исходным данным по этим кабелям передаются в основном информационные потоки, создаваемые сетевой аппаратурой ЛВС, и телефонные сигналы. В проектируемой системе принят принцип использования 2-портовых информационных розеток на рабочих местах. На этажах отсутствуют выносы и концентраторы УПАТС. На основании данных двух факторов следует ожидать передачи по магистральным кабелям сигналов значительного числа телефонных разговоров. Исходя из указанного обстоятельства, с учетом принятого принципа многоточечного администрирования принимается следующая идеология построения подсистемы внутренних магистралей:

— часть подсистемы внутренних магистралей, предназначенная для обслуживания работы телефонной сети, строится на многопарном кабеле из витых пар категории 3;

— для организации части подсистемы внутренних магистралей, обслуживающей работу ЛВС, используется волоконно-оптический кабель;

— для увеличения эксплуатационной гибкости и живучести создаваемой системы применяется дублирование каждой пары волокон 4-парным кабелем извитых пар категории 5е.

В соответствии с исходными данными максимальная длина магистрального кабеля будет составлять примерно 29 м.

Рассчитаем требуемую суммарную емкость кабелей в парах/волокнах. Подсистема внутренней магистрали строится из расчета обеспечения функционирования ИР с двумя розеточными модулями на каждое рабочее место. Исходя из выбранной конфигурации принимаем, что на каждое рабочее место во внутренней магистрали здания следует предусмотреть две пары категории 3, 0,4 пары категории 5е и 0,2 волокна и соответственно на каждый этаж: 200 пар категории 3, 40 пар категории 5е и 20 оптических волокна. Данная информация позволяет определить емкость магистральных кабелей и при необходимости конкретизировать их конструкцию.

Промышленность серийно выпускает кабели из витых пар категории 3 емкостью 25, 50 и 100 пар. Поэтому при реализации магистральных трактов для передачи сигналов УПАТС целесообразно использовать два 100-парных кабеля.

Определим емкость и количество оптических кабелей внутренней магистрали. Расчетом установлено, что для организации магистральных трактов ЛВС на участке «КЭ — аппаратная» требуется в общем случае 20 волокон. Поэтому в данном проекте применим 24-волоконный кабель. Все необходимые данные для расчета длины различных разновидностей магистрального кабеля с его разбивкой по отдельным сегментам представлены в табл. 3.4.

Таблица 3.4. К расчету длины магистральных кабелей

Таблица 3.5. Кабели подсистемы внутренних магистралей

Суммируя полученные значения, получаем требуемое количество кабеля для реализации подсистемы внутренней магистрали проектируемой кабельной проводки:

— 610 м 4-парного кабеля категории 5е — для реализации резервных трактов оборудования ЛВС

— 126 м 100-парного кабеля категории 3 — для передачи телефонных сигналов;

— 67 м 24-волоконного оптического кабеля.

Расчет количества коммутационных устройств и шнуров

Каждое техническое помещение проектируемой системы обслуживает 100 2-портовых ИР на рабочих местах. Для подключения горизонтальных кабелей потребуется 2×100 / 24 = 9 панелей высотой 1 U с 24 розеточными частями разъемов. Выбор именно этой разновидности панелей обосновывается несколько меньшей трудоемкостью монтажа по сравнению с панелями удвоенной высоты.

Для подключения многопарных кабелей категории 3 подсистемы внутренней магистрали в каждом монтажном шкафу, установленном в КЭ, потребуется одна 200-парная панель типа 110.

Резервные кабели категории 5е заводятся на наборные панели. Согласно данным табл. 3.5 в каждой КЭ имеется по 10 таких кабелей. Соответственно в аппаратную по каналам стояка прокладывается 20 кабеля категории 5е. Поэтому в проектируемой системе потребуется в общей сложности 3 наборные панели: по одной — в каждой из КЭ и одна в аппаратной.

Согласно данным табл.3.5 в каждую КЭ заводится 24-волоконный оптический кабель внутренней прокладки. Оптическая полка высотой 1 U для его подключения имеет 2 кабельных ввода и 12 дуплексных порта SC. Стандартная сплайс-пластина комплектуется следующими элементами: корпусом с встроенным в него организатором технологического запаса волокон, двумя съемными держателями гильз КДЗС на 6 посадочных мест и защитной крышкой. В каждой полке может быть установлено по две сплайс-пластины. В аппаратной установим 2 аналогичных оптических полки с такой же комплектацией аксессуарами. Это обеспечивает единство применяемой элементной базы и несколько упрощает процедуру монтажа.

Для подключения УПАТС к СКС использована схема связи между кроссами. Со стороны СКС к кроссу подходит 400 пар. Для разводки этих пар используем две 400-парные настенные кроссовые башни. В качестве промежуточного кросса УПАТС кросса выберем аналогичное оборудование.

Результаты расчетов коммутационного оборудования, устанавливаемого в технических помещениях различного уровня, сведены в табл. 3.6.

Таблица 3.6. Состав коммутационного оборудования технических помещений

В проектируемой кабельной системе используются следующие разновидности организаторов:

— горизонтальные организаторы, устанавливаемые в монтажных конструктивах;

— вертикальные организаторы, устанавливаемые в шкафах.

Согласно схеме на рис. 3.4 в каждой из КЭ потребуется 12 горизонтальных организаторов высотой 1U. Коммутационное оборудование СКС и сетевые устройства ЛВС в данном случае размещаются в одном монтажном шкафу.

Рис. 3.4 — Схема размещения коммутационного оборудования в монтажных конструктивах, установленных в помещениях кроссовых.

В аппаратной наборная панель резервной магистрали категории 5е требует одного организатора, 2 оптические полки — двух. Дополнительно предусматривается 2 организатора, монтируемых над и под центральным коммутатором. Таким образом, всего в аппаратной потребуется 5 организаторов. Суммируя указанные значения, получаем количество изделий этой разновидности, включаемых в спецификацию: 12×2 + 5 = 29.

Вертикальные кабельные организаторы (держатели) кабелей шнуров различного назначения в шкафах устанавливаются на монтажных рельсах рядом с панелями и оборудованием отдельных функциональных секций коммутационного поля с двух сторон каждого функционально законченного блока, то есть по паре — на каждый горизонтальный организатор и по паре — на каждую 200-парную панель типа 110. Таким образом, в каждой кроссовой потребуется 26 держателя данного типа. В аппаратной оптические полки обслуживается 4 держателями, панель резервной магистрали категории 5е — двумя. Рядом с центральным коммутатором, в связи с его большой высотой, устанавливаем по два держателя с каждой стороны. Таким образом, всего в аппаратной потребуется 10 держателей. Суммируя указанные значения, получаем количество держателей, вводимых в спецификацию: 26×2 + 10 = 62.

В кроссовых предусматриваются следующие виды шнуровых изделий:

— однопарные комбинированные шнуры с модульными вилками и вилками типа 110 на разных концах, предназначенные для соединения панелей горизонтальной подсистемы и магистрали категории 3;

— 4-парные шнуры с вилками модульных разъемов — для подключения горизонтальных линий к портам этажных коммутаторов рабочих групп ЛВС;

— оптические шнуры — для подключения оптических up-link-портов этажных коммутаторов рабочих групп к волоконно-оптическим линиям подсистемы внутренней магистрали;

— резервные 4-парные шнуры с вилками модульных разъемов — для подключения электрических портов этажных концентраторов к магистральному кабелю категории 5е.

Для расчета общего количества шнуров определенной разновидности используем статистический подход. Принимаем, что поставляемые шнуры обеспечивают обслуживание 70% рабочих мест, и 10% от этого количества предусматриваем в составе ЗИП. Это означает, что в состав спецификации поставляемого оборудования включается в общей сложности по 87 шнуров первых двух разновидностей и по 9 шнуров для подключения к uplink-портам этажных коммутаторов.

В соответствии с исходными данными, для подключения к магистрали категории 3 будут использоваться однопарные комбинированные шнуры.

При принятом в проекте размещении оборудования ЛВС и СКС, представленном на рис. 3.4, максимальное расстояние между коммутаторами и панелью резервной магистрали категории 5е не превысит 65 см. С учетом того, что розетки наборной панели резервной магистрали расположены под гнездами up-link-портов этажных коммутаторов, это позволяет применить шнуры длиной 1 м.

Для подключения оптических модулей up-link-портов этажных коммутаторов используем шнуры стандартной длины 3 м.

В аппаратной предусматриваются следующие виды шнуровых изделий:

— оптические шнуры — для подключения оптических портов центрального коммутатора сети к волоконно-оптическим линиям подсистемы внутренней магистрали;

— 4-парные шнуры с вилками модульных разъемов — для подключения up-link-портов этажных коммутаторов рабочих групп к портам центрального коммутатора ЛВС;

— 25-парные монтажные шнуры Telco на одном конце — для подключения учрежденческой телефонной станции к выделенной для нее 50-парной панели кроссовой башни.

Таблица 3.7. Коммутационные, кроссовые и оконечные шнуры

Центральный коммутатор ЛВС подключается к up-link-портам коммутаторов рабочих групп следующим образом:

— 4-парными шнурами категории 5е с вилками модульных;

— многомодовыми оптическими шнурами с вилками разъемов SC через оптические кабели подсистемы внутренней магистрали — к коммутаторам в остальных кроссовых;

Для выполнения подключения центрального коммутатора по оптическим каналам потребуется в общей сложности 2×9 = 18 многомодовых оптических шнура по 3 метра каждый.

Для подключения УПАТС используются монтажные шнуры в виде 25-парных кабелей с установленными на одном из концов разъемами Telco. Расстояние между кроссовыми башнями и системным блоком УПАТС на стене помещения составляет примерно 1 м. В данном случае с учетом подъемов и поворотов, а также запасов на непрямолинейность укладки и разделку примем среднюю длину монтажного шнура равной 5 м. В процессе проектирования административной подсистемы под кросс УПАТС было выделено четыре 100-парных блоков, что позволит в перспективе без каких-либо проблем перейти на подключение 2-парных телефонов. Поэтому общее количество монтажных шнуров указанного типа составит: 400 / 25 = 16.

Для выполнения коммутации на кроссовых башнях потребуется в общей сложности 87×4 = 348 однопарных шнуров с разъемами типа 110. Используем для выполнения этой операции стандартные шнуры длиной 1 м.

3.4 Расчет дополнительных элементов СКС Исходя из схемы расположения ИР рис. 3.2 видим, что максимальное количество ИР проходящих по одному коробу равно 5. В связи с этим в проекте будет использоваться короб типоразмера 40×16, с установкой информационных розеток над коробом.

В связи с относительно небольшим количеством помещений используем более точный табличный метод расчета. Вертикальный спуск при высоте этажа в свету 3,0 м, высоте фальшпотолка в 45 см вертикальный участок может быть пройден одной двухметровой секцией этого короба. Горизонтальный участок короба рассчитывается индивидуально. Величину расхода соединительной детали на данном этапе проектирования оценим величиной, численно равной половине длины короба. Согласно данным табл. 3.8 для прокладки этих кабелей будем использовать два стояка диаметром 80 мм.

Таблица 3.8. К расчету количества короба и аксессуаров

Ввод горизонтальных кабелей в технические помещения будет осуществляется заводом лотка непосредственно в помещение, вплоть до монтажной стойки.

Для ввода кабелей, снимаемых с лотков, в рабочие помещения в соответствующих местах стенок коридора за фальшпотолком формируются отверстия, в которые на всю толщину стены до прокладки кабелей СКС устанавливаются закладные трубы. С учетом того, что через одну трубку можно ввести не более 9 кабелей, получаем, что для одного ввода требуется одна трубка. Закладные трубки выполняются из гофрированной трубы диаметром 25 мм, которая обеспечивает гибкость и удобство монтажа.

Для прокладки кабелей горизонтальной подсистемы в соответствии с решениями, принятыми на архитектурной фазе проектирования, на этажах вдоль коридора за подвесным потолком устанавливаются лотки.

В технические помещения с двух сторон подходят по 92 кабеля. При площади горизонтального кабеля 21,2 мм² и 10-процентном коэффициенте использования получаем, что площадь лотков должна составлять 1950 мм². Подходящую площадь имеет лоток с номинальным сечением 100×50 мм. Для магистральной подсистемы используем лотки с таким же сечением. Согласно плану на рис. 3.2. на каждом этаже потребуется 50 м лотков, а всего для реализации кабельной системы необходимо поставить 120 м лотков с соответствующими аксессуарами и компонентами крепления.

4. Расчет основных параметров сегмента защищенной сети передачи данных

4.1 Определение нагрузки рабочих станций

Нагрузка на ЛВС определяется количеством и типом пользователей. Причем пользователи каждого типа различаются объемом передаваемой информации, а следовательно долей использования максимально возможной интенсивности доступа.

Нагрузка на сеть определяется количеством и типами пользователей. Поскольку пользователи одного типа, различаются объемом трафика, в каждом из типов пользователей определяется конкретный процент использования максимально возможной интенсивности доступа. Типы пользователей характеризуются следующим образом:

Тип 1. Пользователи этого типа в основном выполняют работу на своей ПЭВМ и мало обращаются к ЛВС. Они считывают данные из сети, манипулируют ими, а затем посылают результаты для хранения в общие базы данных. Такой работе соответствует обработка текстов, деловая графика, работа с электронными блоками. Процент создаваемой нагрузки от 0% до 5%.

Тип 2. Пользователи чаще используют ресурсы ЛВС. Это соответствует работе с данными и генерация отчетов, требующих регулярного, но не постоянного взаимодействия с базами данных. Процент создаваемой нагрузки от 5% до 10%.

Тип 3. Пользователи требуют от работы с ЛВС примерно столько же времени, сколько на локальную обработку на своей ПЭВМ. Это работы типа — сортировки, подготовки отчетов. Процент нагрузки от 10% до 20%.

Тип 4. Пользователи большую часть времени работают с сетью, интенсивно взаимодействуя с базами данных, генерируя отчеты, выполняя функции по оперативному управлению работой ЛВС. Процент создаваемой нагрузки от 20% дб 40

Тип 5. Очень высокая нагрузка ЛВС. Примером может служить пользователь, в течение целого дня занимающийся компиляцией. Процент создаваемой нагрузки от 40% до 100%.

Распределение пользователей ЛВС представлено в таблице 4.1. Для качественной оценки нагрузки пользователей в таблице 4.1 приведено значение создаваемой нагрузки в числе страниц стандартного машинописного текста, генерируемого точкой доступа в секунду. При этом предполагалось, что одна страница содержит 60 символов в строке и 40 строк, т. е. для ее передачи потребуется 19 200 двоичных разрядов.

Нагрузку, создаваемую пользователями, сведем в таблицу 4.1

Таблица 4.1. Нагрузка, создаваемая пользователями сети

4.2 Расчет параметров сети

Данные для расчета:

Число рабочих станций — М=21

Скорость ПД — В =10 Мбит/с

Интенсивность потока пакетов — л = 124,2 пак./с

Длина пакета — 1_П=1500 байт

Длина сети — 1_с=0,12 км

Расчет параметров ЛВС:

1. Время распространения сигнала по физической среде:

где

V=231 000 км/с

2. Время передачи пакета по сети

3. Параметр дальнодействия:

4. Пропускная способность моноканала:

5. Коэффициент нагрузки моноканала:

Нормированная средняя задержка передачи пакетов при n=const:

Критерий эффективности ЛВС:

4.3 Расчет скорости передачи по информационному каналу

В сетях с пакетной коммутацией применяется алгоритм работы, в котором принимающая сторона анализирует и принимает решение о выдаче комбинации потребителю информации или о ее стирании и посылке по обратному каналу сигнала о повторной передаче этой кодовой комбинации (переспрос), т. е., алгоритм системы РОС-НП (Решающая обратная связь с непрерывной передачей).

Такая система осуществляет передачу последовательности кодовых комбинаций при отсутствии сигналов решения по предшествующим (S+1) комбинациям. После обнаружения ошибки в (S+1) комбинации, приемник посылает запрос на передатчик, который, получив этот запрос, заканчивает передачу очередного блока и повторяет искаженный (S+1) блок. Однако, поскольку передатчик не ожидал сигнала обратной связи, то он успел передать несколько блоков, пока получил запрос. Поэтому, для сохранения порядка следования блоков передатчик вынужден повторить не только искаженный блок, но и некоторое число блоков, которое он успел передать.

Параметром такой системы с РОС-НП является средняя относительная скорость передачи ®:

Где k — длина информационной части кодовой комбинации;

n — общая длина кодовой комбинации;

Рcm (n) — вероятность обнаружения ошибки или вероятность стирания;

h — число повторяемых блоков, которое определяется по формуле:

Где ]х[- наименьшее целое число большее или равное х;

t_ож — время ожидания сигнала решения:

t_p — время распространения по каналу связи;

t_a6 — время анализа блока в приемнике;

t_c — длительность сигнала решения;

t_ac — время анализа сигнала решения;

ф_о-1/В — длительность единичного элемента:

Вероятность стирания Р_сm,(n) рассчитывается по следующей формуле:

Где t₀ — кратность гарантированно обнаруживаемых ошибок

t₀ < d₀ -1, (d₀ — минимальное кодовое расстояние),

Р_ош — вероятность ошибки на единичный элемент.

Относительная скорость передачи R характеризует эффективность использования пропускной способности С прямого канала связи. Скорость передачи информации V определяется по формуле:

V = R· C

Результаты расчетов сведены в таблицу 4.2.

Таблица 4.2. Расчет скорости передачи по каналу

4.4 Расчет вероятности ложного фазирования кадра в информационном канале

Рассмотрим причины которые могут привести к тому, что приемник, А не примет ни одного кадра. Во-первых, может не включиться модем, А из-за не выделения несущей. Во-вторых, может не полностью осуществиться синхронизация дискретного канала, что снизит его качество и может случиться так, что все кадры будут поражены ошибками. Третьей причиной является не выделение или ложное выделение флага. Оценим вероятности срыва сеанса связи по этой причине.

Если используется дискретный канал (ДК) без памяти, то для протокола.

HDLC вероятность не выделения флага Р_м=nР_ош=8Р_ош (Р_ош — вероятность ошибки на единичный элемент).

В результате появления ошибок выделится ложный флаг из информации или служебных признаков. Допустим, что эта ситуация имеет место в первом кадре. Тогда при отсутствии ошибок в остальное время сеанса первый кадр будет преобразован в два, а все остальные будут приняты верно. Оценим вероятность возникновения такой ситуации для ДК без памяти. Естественно, что флаг может быть получен из любой элементарной последовательности при суммировании его с соответствующим вектором ошибки. Рассмотрим сначала те последовательности, которые отличаются от флага одним элементом. Так как внутри кадра не может передаваться более пяти единиц подряд, то их будет шесть: 111 110, 1 011 110, 1 101 110, 1 110 110, 1 111 010, 111 110.

Вероятность Pi того, что на данных позициях кадра будет передаваться какая-либо из последовательностей, отличных от флага в общем случае равна: Р=(п-2)2^-п, а вероятность выделения ложного флага на данных позициях:

Поскольку это возможно на любых n позициях внутри кадра, то вероятность выделения ложного флага внутри i-ro кадра равна:

и для n=8 с достаточной степенью точности

Где Liдлина кадра.

Пусть L_ki= 1024 и Р_ош= 10^-4, тогда

Р_лм =(1024−7)3*128^-1*10 ^-4=2,3*10 ^-3,

т.е. в среднем на тысячу переданных кадров 2,3 будут искажены из-за ложного выделения флага.

кабельный структурированный сеть фазирование

Заключение

В рамках данного дипломного проекта была спроектирована структурированная кабельная система административного здания ООО «ПромАренда». Настоящим проектом предусмотрено обеспечение здания локальной вычислительной и телефонной сетями. Каждое рабочее место пользователя сетей оснащено двухпортовой телекоммуникационной розеткой. Средой передачи данных является кабель типа «неэкранированная витая пара» UTP категории 5е. СКС построена по топологии «иерархическая звезда» с центром в помещении аппаратной (1 этаж), и по принципу многоточечного администрирования, что гарантирует наибольшую гибкость управления и возможность адаптации СКС для поддержки новых приложений. В проекте предоставлены необходимые расчеты и чертежи, перечень оборудования, требуемого для построения СКС.

Также в процессе работы над дипломным проектом было изучено большое количество материала, описывающего само понятие структурированная кабельная система, ее преимущества и разновидности.

Определены мероприятия по обеспечению безопасности на рабочем месте оператора связанные с пожаробезопасностью, а также построено дерево отказов где головное событие — короткое замыкание.

Рассчитаны капитальные затраты на проектирование СКС и годовые эксплуатационные расходы. В результате расчета технико-экономических показателей определен срок окупаемости СКС, равный один год три месяца.

Список использованных источников

1. Олифер В. Г, Олифер Н. А. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы. — СПб.: Питер, 2007. — 958с.;

2. И. Г. Смирнов. «Структурированные кабельные системы». Москва, 1998. — 456с.;

3. П. А. Самарский, «Основы структурированных кабельных систем», «ДМК пресс», Компания Ай-Ти, 2005. — 345с.;

4. А. Б. Семенов, С. К. Стрижаков, И. Р. Сунчелей, «Структурированные кабельные системы», 5-е изд., М.: Компания Ай-Ти; ДМК-пресс, 2004. — 387с.;

5. Брайан Миллиган, «Стандарт на СКС для систем автоматизации зданий», Сети и системы связи, № 6/2003. — 124с.

6. Максимов Н. В., Попов И. И. Компьютерные сети: Учебное пособие. — М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2005. — 336 с.

7. Борисенко А. А. Локальная сеть. Просто как дважды два. — М.: Изд-во Эксмо, 2006. — 160 с.

8. Колбин Р. В. Глобальные и локальные сети: создание, настройка и использование. Элективный курс: учебное пособие / Р. В. Колбин. — М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2007. — 221 с.