Структурированные кабельные системы. Подходы в работе не претерпели значительных изменений за последние двадцать лет!

Обновлено 06 декабря 2023 - 4 месяца назад

Образно говоря, информация не существует вне среды передачи, и кабельные системы являются такой средой (в основном, конечно). Кабельные системы организаций 10-15 лет назад создавались хаотично, без единого (системного) подхода. Информационная инфраструктура предприятий усложнялась за счет роста числа пользователей, а также за счет создания гетерогенных сетей, объединяющих различные платформы и сетевые топологии. Зачастую различные системы устанавливались разными организациями, имели собственную документацию и обслуживались соответствующими специалистами. Это усложняло реконструкцию и модификацию кабельных систем, снижало их надежность, делало их более зависимыми от используемых сетевых технологий, что в конечном итоге увеличивало эксплуатационные расходы. Таким образом, необходимость установки, обслуживания и развития сложных кабельных систем, совместимых со всем сертифицированным оборудованием, требовала открытой архитектуры, то есть следования единым стандартам. Кроме того, стремительное развитие новых технологий, открывших возможность передачи различных типов информации (речи, видео и данных) с использованием единой среды связи, сделало актуальной интеграцию систем связи. Еще одним важным фактором, обострившим проблему совместимости различных компонентов кабельных систем, стала децентрализация вычислительной техники, благодаря которой компьютерные сети превратились в основную магистраль для движения информационных потоков. Эти базовые предпосылки привели к появлению структурированных кабельных систем в конце 1980-х годов.

Основные понятия

Прежде всего, следует отметить, что современная кабельная система представляет собой сложный комплекс, в который, помимо самого кабеля, входят коннекторы, соединительные шнуры, кросс-панели, информационные розетки и множество другого монтажного оборудования. Структурированность кабельной системы означает, что она делится на несколько уровней, в зависимости от функционального назначения и расположения ее компонентов. Уровни, или подсистемы, являются относительно независимыми, благодаря чему кабельная система обладает такими качествами, как универсальность, гибкость и избыточность. Гибкость позволяет легко менять конфигурацию проводки при перемещении служб и персонала внутри здания или между зданиями без дополнительных работ по прокладке и монтажу кабеля, достаточно лишь сделать необходимые переключения на кросс-панелях. Универсальность подразумевает поддержку любых информационных систем: компьютерных, телефонных и телевизионных сетей, а также систем пожарной и охранной сигнализации. Резервирование предусматривает создание дополнительных рабочих мест и возможность перемещения оборудования и персонала. Следует отметить, что разработка и монтаж структурированных кабельных систем за последние несколько лет стали такой же самостоятельной областью деятельности, как проектирование и создание локальных сетей.

Типы кабелей

В современных структурированных кабельных системах используются следующие типы кабелей:

коаксиальный;
Экранированная витая пара типа 1 (Shielded Twisted Pair STP);
Неэкранированная витая пара UTP;
Оптоволоконный кабель.

Существует два типа коаксиального кабеля: толстый и тонкий. Толстый кабель лучше защищает от внешних помех, он более долговечен, но требует специального ответвителя (приемопередатчика и ответвительного кабеля) для подключения компьютера или другого устройства. Тонкий (типа RG-58) используется для передачи информации на небольшие расстояния, но он дешевле и требует более простых BNC-разъемов. Коаксиальный кабель обеспечивает передачу данных и видеосигналов. К его недостаткам можно отнести значительную толщину и вес, негибкость, сложность прокладки и низкую скорость передачи данных.

Витая пара - это изолированные медные проводники, скрученные попарно с определенным количеством витков на единицу длины для уменьшения перекрестных помех между проводниками. Кабель STP обладает очень хорошими техническими характеристиками и обеспечивает высокую скорость передачи информации, необходимую для поддержки современных приложений. Его основными недостатками являются высокая стоимость, относительно большая толщина, сложности при прокладке, заземлении и подключении к кроссовому оборудованию.

Существует пять категорий кабеля UTP, которые отличаются количеством и последовательностью витков на единицу длины. Кабель категорий 1 и 2 не используется в стандартах структурированных систем, поскольку он не подходит для передачи данных. Кабель UTP наиболее часто используется в современных кабельных системах, поскольку его быстро улучшающиеся электрические характеристики позволяют обеспечить однородную проводку для различных приложений. Его основными преимуществами являются низкая стоимость, простота прокладки и монтажа, отсутствие требований к заземлению и малая толщина.

Волоконно-оптический кабель состоит из волокна/волокон (сердцевины) внутри отражающей оболочки, которая, в свою очередь, покрыта защитным слоем. Показатель преломления сердцевины немного выше, чем у оболочки, поэтому распространяющийся луч испытывает почти полное отражение на границе между двумя средами. Первые типы оптоволоконных кабелей изготавливались из стекла, сегодня они производятся на основе пластиковых волокон. Передача информации осуществляется с помощью модулированного светового потока, генерируемого светодиодами или лазерами.

Выпускается два основных типа волоконно-оптического кабеля: одномодовый и многомодовый. Наиболее распространенный диаметр сердцевины одномодового кабеля - 8,5 мкм, а отражающей оболочки - 125 мкм. В каждый момент времени по такому кабелю может распространяться световая волна только одной частоты (одной моды). При использовании лазерных передатчиков расстояние между узлами достигает 50 км. Диаметр жилы многомодового кабеля составляет 50 или 62,5 мкм. Световые волны нескольких частот (мод) могут распространяться по такому кабелю без значительного затухания. Максимальное расстояние между узлами достигает 2 км. Основные недостатки: трудоемкий монтаж, требующий использования специального оборудования, а также высокая стоимость самого кабеля и сетевых устройств.

В настоящее время в наиболее распространенных структурированных кабельных системах используется та или иная комбинация UTP и оптоволоконного кабеля. При выборе подходящей комбинации следует учитывать как преимущества, так и недостатки каждого типа кабеля.

Типы поперечных панелей

Панели кросс-коннекта являются неотъемлемым элементом структурированных кабельных систем. Они обеспечивают коммутацию кабелей различных типов проводки с портами активного сетевого оборудования (концентраторов, маршрутизаторов и т. д.). Существует два основных типа соединительных панелей. Первый - это панели с врезными контактами. Они были разработаны телефонными компаниями для коммутации сотен и тысяч соединений, как правило, аналоговых. Контакты в таком разъеме имеют тип IDC (Insulation Displacement Connector). Лезвия контакта при вставке разрезают изоляцию провода, обеспечивая тем самым электрическое соединение с жилой провода и закрепляя его в контакте. Второй тип - модульные панели, специально разработанные для передачи данных. Они имеют модульные гнезда для различных типов кабеля, например RJ-45 для UTP, BNC для тонкого коаксиального кабеля, ST или SC для оптоволоконного кабеля и т. д. Такие разъемы встречаются в современных сетевых устройствах (концентраторах и маршрутизаторах). Панели с врезными контактами дешевле модульных и обеспечивают большую гибкость и плотность соединений. Однако для заделки в них проводов требуются специальные инструменты и определенные навыки. Кроме того, существуют некоторые ограничения на количество повторных заделок проводов в контактах для перекоммутации электрических цепей. Как правило, один и тот же контакт может быть использован не более 250 раз. Однако следует отметить, что на практике необходимость в таком количестве перекоммутаций возникает крайне редко. Перекоммутация соединений на модульных панелях не требует специальных навыков и может быть выполнена до 750 раз с использованием стандартных соединительных шнуров.

Архитектура структурированных кабельных систем

Существуют проводные архитектуры с топологией типа "звезда":

иерархический (традиционный);
одноточечное управление.

Иерархическая архитектура "звезда" применима как для группы зданий, так и для одного здания, в то время как архитектура с одноточечным управлением не применима для группы зданий.

Иерархическая звездная архитектура для группы зданий реализуется с помощью центрального кросс-соединения системы, кросс-соединений главного здания и горизонтальных кросс-соединений этажей. Центральное кросс-соединение соединено с кросс-соединениями главного здания внешним кабелем. Межэтажные переходы соединены с главным переходом здания вертикальным магистральным кабелем. Для одного здания эта архитектура выполнена в виде главного перехода здания и горизонтальных поэтажных переходов, соединенных между собой вертикальным магистральным кабелем.

Иерархическая звездообразная архитектура обеспечивает наибольшую гибкость управления и возможность адаптации системы к новым приложениям. Архитектура с одной точкой администрирования призвана максимально упростить управление системой. Благодаря прямому подключению всех рабочих станций к главной кросс-точке управление системой может осуществляться из одной точки, что оптимально для размещения централизованного активного оборудования. Администрирование из одной точки обеспечивает наиболее простое управление цепями, поскольку нет необходимости перекрестно связывать цепи во многих местах. Кратко опишем назначение каждого уровня.

Внешняя подсистема. Служит для соединения коммуникационного и технологического оборудования в здании или комплексе зданий. Выполняется на основе оптоволоконного или медного кабеля. Включает в себя устройства электрической защиты и заземления, а также устройства для сопряжения внешних кабельных линий с внутренними каналами связи.

Вертикальная подсистема (главная магистраль). Это основные кабельные каналы в здании, которые соединяют этажи здания или большие площади одного этажа, обеспечивая связь и координацию горизонтальных подсистем. Она строится на основе оптоволоконного или медного кабеля, а также включает в себя вспомогательное оборудование.

Подсистема оборудования. Располагается, как правило, в специальных технических помещениях. Она служит для соединения внешней подсистемы с вертикальной подсистемой и сетевым интерфейсом и состоит из кросс-панелей и соединительных шнуров.

Административная подсистема. Обеспечивает управление кабельной системой. Состоит из кросс-коннекторного оборудования, объединяющего горизонтальную и вертикальную подсистемы. В нее входят кросс-панели, коммутационные панели, соединительные кабели или шнуры. С помощью этого оборудования производится коммутация цепей, организуется необходимая топология соединений и подключается активное оборудование.

Горизонтальная подсистема. Связывает подсистемы рабочих станций с другими подсистемами в соответствии с выбранной сетевой архитектурой. Обеспечивает подключение розеточных модулей к кросс-коммутационному оборудованию, расположенному на каждом этаже здания. Состоит из кабельных жил, проложенных от кроссового оборудования к рабочим местам, и информационных розеток с разъемами.

Подсистема рабочего места. Она предназначена для подключения к кабельной сети различных оконечных устройств: компьютеров, принтеров, терминалов, цифровых и аналоговых телефонов, а также любого слаботочного оборудования. Она состоит из соединительных шнуров, удлинителей и, при необходимости, адаптеров.

Стандарты кабельных систем

В настоящее время наиболее широко используются стандарты корпорации IBM, а также стандарт, разработанный Американским национальным институтом стандартов (ANSI) в сотрудничестве с лабораторией Underwriters Labs (UL) и Ассоциацией электронной промышленности/Ассоциацией телекоммуникационной промышленности (EIA/TIA), который имеет обозначение EIA/TIA 586A. Стандарты корпорации IBM (IBM Cabling System) предусматривают, вообще говоря, девять типов кабелей, различающихся по электромагнитным характеристикам. Однако самым популярным из них является экранированная витая пара типа 1, используемая для сетей Token Ring. Стандарт EIA/TIA 586A был принят в 1995 году и содержит технические требования к компонентам горизонтальной проводки, работающим на частотах до 100 МГц. Он содержит следующие рекомендации по составу и параметрам проводки:

Длина горизонтального кабеля не должна превышать 90 м, независимо от его типа;
Можно использовать четыре типа кабеля:
- неэкранированная витая пара категории 5 с волновым сопротивлением 100 Ом (четырехпарный);
- экранированная витая пара типа 1 с волновым сопротивлением 150 Ом (двухпарный);
- коаксиальный (тип RG-58) с волновым сопротивлением 50 Ом;
- оптическое волокно диаметром 62,5/125 мкм;
Следует использовать разъемы:
- RJ-45 модульный восьмиконтактный;
- четырехконтактный, соответствующий стандарту IEEE 802.5;
- коаксиальный BNC;
- оптоволоконные (тип разъема не указан);
на каждом рабочем месте установлена модульная восьмиконтактная розетка типа RJ-45 или любая другая розетка, соответствующая одному из перечисленных типов разъемов;
Расположение кабелей должно соответствовать топологии звезды.
В стандарте есть и другие рекомендации, например, принципы размещения оборудования, способы соединения горизонтальной и вертикальной проводки и т.д.

Следует отметить, что стандарт EIA/TIA 5 68A применим только к определенным типам кабелей. Однако использование только определенной категории кабеля не гарантирует, что кабельная система будет соответствовать той же категории. Фактические кабельные системы, все компоненты которых должны отвечать требованиям соответствующей категории, описаны в приложении E (Appendix E of the standard).

Критерии отбора

На сегодняшний день широкое распространение получили кабельные системы SYSTIMAX корпорации AT&T, IBM Cable System фирмы IBM, OPEN DECConnect фирмы Digital Equipment, а также системы компаний MODTAP, BICC и AMP.

Кабельная система SYSTIMAX от AT&T имеет топологию "звезда", интегрированную модульную архитектуру и предназначена для передачи данных, аудио и видео в пределах здания, промышленного комплекса или группы зданий. В ней используется неэкранированная витая пара и оптоволоконный кабель. Она совместима с оборудованием многих производителей, различными средами передачи данных и может включать в себя, помимо линий передачи данных и локальных сетей, также телефонное оборудование и сеть датчиков пожарной и охранной сигнализации.

Кабельная система IBM имеет топологию "звезда" и используется для соединения различных сетевых продуктов IBM (включая сети Token Ring). В ней используются различные типы кабелей (коаксиальные, экранированные и неэкранированные витые пары), и она может применяться для подключения терминального оборудования и построения сетей, отличных от Token Ring (например, Ethernet).

OPEN DECConnect - это структурированная кабельная система, поддерживающая широкий спектр технологий: FDDI, Ethernet, Token Ring, ISDN, AS400 AppleTalk и другие. Она также имеет топологию "звезда" и использует три типа кабеля: оптоволокно, экранированные и неэкранированные витые пары. Стоит отметить, что OPEN DECConnect поддерживает кабельную систему Thin Ware на коаксиальном кабеле.

При выборе варианта структурированной кабельной системы необходимо учитывать потребности конкретного заказчика. Стоимость и простота прокладки кабелей, возможность размещения и перемещения рабочих мест, специфика предполагаемого текущего и будущего использования системы, планируемый срок ее службы - вот основные факторы, влияющие на выбор. Также необходимо учитывать характер производства, тип здания, вероятность электрических помех и т. д. При расчете экономической эффективности технического решения следует принимать во внимание "стоимость жизненного цикла", а не только первоначальную стоимость установки, то есть такие факторы, как:

первоначальная стоимость установки;
управляемость, способность сети легко и недорого восстанавливаться;
перспективность (например, способность поддерживать постоянно растущие скорости передачи данных);
простота управления, обеспечивающая работоспособность системы;
продолжительность жизненного цикла.

Например, потребность в низкоскоростных приложениях, планируемый короткий срок службы системы и заинтересованность в низкой первоначальной стоимости предполагают выбор системы, содержащей в основном кабель UTP. Необходимость работы с высокоскоростными приложениями может продиктовать выбор системы, основанной преимущественно на волоконной оптике. Вот некоторые из таких приложений:

мультимедиа;
Сетевое научное моделирование;
обработка изображений, системы CAD/CAM;
телевидение высокой четкости;
обмен информацией между базами данных с массовой памятью;
видеофоны;
фотонные (световые) переключатели и процессоры.

Убедиться в том, что структурированная кабельная система способна выдержать более высокую скорость передачи данных, может быть крайне важно. Однако для большинства современных систем достаточно средних скоростей передачи данных. Поэтому сочетание кабелей типа UTP с оптоволоконными кабелями является в некотором смысле оптимальным выбором.

Заказать