eng
DOI: 10.22184/2070-8963.2020.92.7-8.26.31
Рассмотрены основные модели комплексных объектов СКС: стационарных линий и трактов на основе электропроводной элементной базы, используемых в процессе для построения классических 4-парных и перспективных однопарных кабельных линий. Показана объективная необходимость расширения номенклатуры таких моделей по мере расширения перечня задач, решаемых информационной системой здания, а также продемонстрирована их преемственность. Обосновывается объективность наличия определенных запасов по параметрам кабельных линий.
Рассмотрены основные модели комплексных объектов СКС: стационарных линий и трактов на основе электропроводной элементной базы, используемых в процессе для построения классических 4-парных и перспективных однопарных кабельных линий. Показана объективная необходимость расширения номенклатуры таких моделей по мере расширения перечня задач, решаемых информационной системой здания, а также продемонстрирована их преемственность. Обосновывается объективность наличия определенных запасов по параметрам кабельных линий.
Физический уровень современных информационно-телекоммуникационных систем объектов недвижимости различного назначения реализуется преимущественно на кабельных каналах связи. Для их формирования используются ресурсы структурированной кабельной системы (СКС). Сильная сторона таких решений – наличие развитой нормативной базы, которая задает правила формирования проводки и предельные параметры модельных объектов.
Идея СКС была официально оформлена в самостоятельное техническое направление в начале последнего десятилетия 20 века с принятием первых редакций стандартов США.
Кабельная проводка, изначально предназначенная для офисных зданий, оказалась настолько удачной, что за минувшие три десятка лет была успешно адаптирована к иным областям. Учет неизбежно появляющихся в них особенностей осуществлялся соответствующей коррекцией некоторых положений базовых подходов, которые, однако, не затрагивали основную идею структурированной проводки. Так, например, американская версия стандарта для ЦОД допускала реализацию соединительной линии к оператору связи на коаксиальном кабеле, системы промышленного назначения изначально делились в общем случае на четыре подсистемы, а реализация линий на нижних уровнях была возможна на популярных в промышленной автоматизации недорогих кварц-полимерных и полимерных волокнах.
Несмотря на все достижения в области волоконно-оптической техники, основная масса линий СКС, за исключением ЦОДов, создается электропроводной (на основе кабелей с медными жилами). Это определяется в первую очередь:
Последнее стало следствием того, что уже в середине 90-х годов прошлого столетия симметричные кабельные тракты СКС стали поддерживать скорость 100 Мбит/с при том, что среднестатистический пользователь не в состоянии эффективно воспринимать весь объем информации, поступающий к нему со скоростью свыше 50 Мбит/с.
Комплексные объекты СКС
Комплексные объекты СКС вводятся в нормативные документы из соображений:
Применение такого подхода не является чем-то уникальным в телекоммуникациях. Например, еще в середине 70-х годов прошлого столетия характеристики линий междугородной связи задавались на основании модели так называемой гипотетической линии.
К основным комплексным объектам СКС, которые присутствовали еще в первых редакциях стандартов, относятся стационарная линия (англ. permanent link) и (кабельный) тракт (англ. channel). В русскоязычной литературе встречаются их обозначения как постоянной линии и канала. По мнению автора, термин "постоянная линия" неудачен в редакционном смысле из-за возможности появления конструкций типа "постоянный ток в постоянной линии", а применение термина "канал" нецелесообразно из-за того, что он используется в отношении активного сетевого оборудования.
Понятия линии и тракта оказались востребованными инженерно-техническим персоналом. Их широкое использование на практике определяется простотой восприятия. Немаловажное значение имеет удобство, определяемое принципом вложенности (рис.1). Он означает, что СКС в процессе эксплуатации можно рассматривать как совокупность стационарных линий, которые для подключения к активному сетевому оборудованию и формирования трактов соединялись шнурами.
Мало популярная на ранних этапах развития техники СКС консолидационная точка, которая определяла соответствующую ей стационарную линию CP-link, а также появившаяся в середине 90-х годов прошлого столетия централизованная оптическая архитектура [1] полностью укладывались в этот принцип.
Для процесса тестирования важность комплексных объектов определяется тем, что позволяет четко разграничить зоны ответственности производителей СКС и активного сетевого оборудования. Главное фундаментальное положение в этом вопросе: вилка разъемного соединителя, подключаемая к порту активного сетевого оборудования в процессе формирования тракта, не считается частью СКС. Допустимость подобного подхода определяется тем, что шнуры в основной массе производятся на заводах и имеют контролируемый уровень качества монтажа шнуровой части разъема. Дополнительный плюс – малая степень отличия линий с точки зрения эксплуатации и измерений (рис.2).
Особенности тестирования медножильных линий и трактов СКС
Оборотная сторона простоты монтажа электропроводных линий СКС – сложность выполнения процедуры определения соответствия требованиям норм их фактических характеристик на этапе сдачи готовой системы в эксплуатацию и в процессе обслуживания кабельной системы. Для подтверждения уровня качества нормативные документы требуют проверки примерно полутора десятков параметров. При этом только половина из них расчетные, а остальные определяются прямыми измерениями с использованием сложных полевых кабельных сканеров.
В стандартах СКС приведены формулы и справочные таблицы с численными значениями контролируемых характеристик. Эта информация:
Сложность построения измерительной схемы полевого тестирования не позволяет реализовать ее за приемлемое время специалисту со средним уровнем технической подготовки. Путь решения этой проблемы:
Проблема начальной настройки кабельного сканера
Вычислительные ресурсы современного кабельного сканера достаточно ограничены для обрабатываемого им объема информации. Об этом косвенно свидетельствует даже та ошибка в определении, например, параметра NEXT, которая в ряде случаев превышает 1 дБ. Сам тестируемый объект обладает довольно сложной структурой, его отклик на входное воздействие оказывается достаточно сложным из-за неизбежного наличия многочисленных отражений. Они вызываются отклонениями волнового сопротивления от номинального значения. Дополнительно картину отклика сильно меняют:
Все это делает крайне затруднительным определение реальной конфигурации тестируемого комплексного объекта СКС и ее необходимо задавать вручную перед началом тестирования.
Необходимость введения новых моделей
Вторая половина прошлого десятилетия ознаменовалась очередным раундом усложнения СКС, который был обусловлен в первую очередь появлением так называемого цифрового потолка. Данное понятие было введено компанией Cisco и объединяет те интеллектуальные устройства, которые штатно располагались за фальшпотолком. Таковыми являются точки беспроводного доступа Wi-Fi, камеры системы видеонаблюдения, контроллеры систем инженерного обеспечения здания и т.д.
Особенность оборудования цифрового потолка – отсутствие его непосредственного взаимодействия с пользователями в штатном режиме эксплуатации. Поэтому целесообразность формирования пользовательского интерфейса СКС в форме комбинации розетки и коммутационного шнура здесь отсутствует. Реализующие подобный подход комплексные объекты новых разновидностей в классическом 4-парном варианте представлены следующими линиями (рис.4):
Строго говоря, линии класса Е2Е не являются абсолютной новинкой для сетевой техники: при создании полевых шин Profinet эта конфигурация официально используется с 2009 года.
Введение двух новых конфигураций линий требует определенной коррекции процедур полевого тестирования: используемая для этого модель должна позволять контролировать качество монтажа вилок полевой установки [2]. Одновременно приходится перестраивать алгоритмы функционирования кабельных сканеров, которые при работе с адаптерами трактов исключали вилку из результатов тестирования.
На момент написания этих строк нормативные документы не содержат отдельных требований в отношении линий MPTL и E2E. Судя по доступным данным, органы по стандартизации проявляют интерес к решению этого вопроса, которое должно произойти в ближайшее время.
Развитие системы обозначений 4-парных комплексных объектов
Еще одной новинкой международного стандарта ISO/IEC 11801 в редакции 2018 года применительно к обсуждаемой теме стало изменение обозначений комплексных объектов.
Цель нововведений – сделать схему их обозначений интуитивно понятной для широкого круга инженерно-технического персонала "на земле". Суть подхода состоит во введении четырех разновидностей стационарных линий, изображенных на рис.5, а в качестве признака их отличия друг от друга использовать описательный подход по количеству коннекторов. Соответствующие данные представлены в табл.1.
Необходимость введения двух предельно близких моделей 2-коннекторных стационарных линий обусловлено различной структурой горизонтального и магистрального трактов в наиболее сложной 4-коннекторной конфигурации, которая соответствует схеме коммутации cross-connect. Соответствующие структурные схемы представлены на рис.6.
Дополнительно отметим, что стандарты не задают отдельных норм в отношении объекта CP-link. С учетом того, что консолидационная точка неизбежно ухудшает параметры линии, последнее означает, что производитель вынужден обеспечивать в поставляемой им элементной базе определенные запасы сверх тех, которые задействуются для компенсации эффектов старения. Наличие этих и других запасов в сочетании с иными мероприятиями позволяет, например, заметно увеличивать протяженность симметричного тракта при возникновении такой необходимости [3].
Модели линий однопарного Ethernet
Однопарный Ethernet, кратко обозначаемый быстро набирающей популярность аббревиатурой SPE (от англ. Single pair Ethernet), первоначально разрабатывался для решения задач промышленной автоматизации [4]. Это значимо сказалось на особенностях этой техники, в первую очередь на дальности ее действия. По остальным характеристикам данная разновидность сетевого оборудования, при определенных изменениях принципиального плана, вводимых в информационную инфраструктуру, и реализации физического уровня ИТС на экранированной элементной базе, оказывается достаточно перспективной также при построении массовых офисных информационных систем [5].
О перспективности SPE свидетельствует также высокая активность органов по стандартизации в этой области, например появившийся недавно технический отчет ISO/IEC [6], а также окончательное принятие IEC в июле 2020 года стандарта на разъемный соединитель.
Касательно моделей линий и трактов SPE и с учетом широкой области применения в нормативных документах предусматривается большая гамма модельных объектов, для обозначения которых привлекаются понятия сегментов и коннекторов (рис.7). При реализации рассматриваемых линий в промышленных ИТС массово применяется удобный в использовании проходной соединитель или I-адаптер, обеспечивающий соединение двух вилок (третья сверху конфигурация на рис.7). С учетом относительно невысокой мощности генерируемой им переходной помехи этот узел в сборе рассматривается как один коннектор.
Отдельно укажем на то, что росту числа комплексных объектов для SPE в немалой степени способствует возможность значительного увеличения протяженности тракта передачи – вплоть до 1000 м в случае часто достаточной в промышленных системах скорости 10 Мбит/с.
Выводы
Расширение областей применения техники структурированного каблирования и вариантов построения линий и трактов естественным образом приводит к увеличению количества модельных объектов.
Новые комплексные объекты СКС можно рассматривать как естественное развитие существовавших ранее.
Единая система нормирования параметров без учета уровня сложности модели означает наличие в реальной кабельной системе определенных запасов и дополнительно способствует улучшению качества передачи информации.
Применяемый в новой редакции стандарта ISO/IEC описательный принцип обозначения разновидности линии полностью соответствует потребностям практики.
ЛИТЕРАТУРА
Семенов А.Б., Аббасова Т.С. Развитие централизованной оптической архитектуры кабельных систем для вычислительных комплексов // Информационно-технологический вестник. 2016. № 2(8). С. 117–129.
Семенов А.Б. Вилки полевой установки // Журнал сетевых решений LAN. 2017. № 12. С. 36–40.
Семенов А.Б., Кандзюба Е.В. Предельное затухание витой пары с повышенным волновым сопротивлением // Первая миля. 2018. № 8(77). С. 42–46.
Семенов А.Б. Однопарный Ethernet – первые шаги // Журнал сетевых решений LAN. 2017. № 12. С. 36–40.
Семенов А. Системные изменения в перспективных СКС // ПЕРВАЯ МИЛЯ. 2020. № 1(86). С. 26–33.
ISO/IEC TR 11801-9906. Information technology – Generic cabling for customer premises – Part 9906: Balanced 1-pair cabling channels up to 600 MHz for single pair Ethernet (SPE) // Technical report, Edition 1.0. 2020-02. 42 p.
Идея СКС была официально оформлена в самостоятельное техническое направление в начале последнего десятилетия 20 века с принятием первых редакций стандартов США.
Кабельная проводка, изначально предназначенная для офисных зданий, оказалась настолько удачной, что за минувшие три десятка лет была успешно адаптирована к иным областям. Учет неизбежно появляющихся в них особенностей осуществлялся соответствующей коррекцией некоторых положений базовых подходов, которые, однако, не затрагивали основную идею структурированной проводки. Так, например, американская версия стандарта для ЦОД допускала реализацию соединительной линии к оператору связи на коаксиальном кабеле, системы промышленного назначения изначально делились в общем случае на четыре подсистемы, а реализация линий на нижних уровнях была возможна на популярных в промышленной автоматизации недорогих кварц-полимерных и полимерных волокнах.
Несмотря на все достижения в области волоконно-оптической техники, основная масса линий СКС, за исключением ЦОДов, создается электропроводной (на основе кабелей с медными жилами). Это определяется в первую очередь:
- простотой монтажа электропроводных линий, который не требует применения дорогостоящих специализированных инструментов;
- вполне достаточной пропускной способностью с точки зрения "белкового" пользователя ресурсов информационной системы.
Последнее стало следствием того, что уже в середине 90-х годов прошлого столетия симметричные кабельные тракты СКС стали поддерживать скорость 100 Мбит/с при том, что среднестатистический пользователь не в состоянии эффективно воспринимать весь объем информации, поступающий к нему со скоростью свыше 50 Мбит/с.
Комплексные объекты СКС
Комплексные объекты СКС вводятся в нормативные документы из соображений:
- однозначности нормирования параметров, определяющих качественные показатели передачи сигнала от разъема до разъема активного сетевого оборудования;
- определения моделей, по которым будет осуществляться тестирование.
Применение такого подхода не является чем-то уникальным в телекоммуникациях. Например, еще в середине 70-х годов прошлого столетия характеристики линий междугородной связи задавались на основании модели так называемой гипотетической линии.
К основным комплексным объектам СКС, которые присутствовали еще в первых редакциях стандартов, относятся стационарная линия (англ. permanent link) и (кабельный) тракт (англ. channel). В русскоязычной литературе встречаются их обозначения как постоянной линии и канала. По мнению автора, термин "постоянная линия" неудачен в редакционном смысле из-за возможности появления конструкций типа "постоянный ток в постоянной линии", а применение термина "канал" нецелесообразно из-за того, что он используется в отношении активного сетевого оборудования.
Понятия линии и тракта оказались востребованными инженерно-техническим персоналом. Их широкое использование на практике определяется простотой восприятия. Немаловажное значение имеет удобство, определяемое принципом вложенности (рис.1). Он означает, что СКС в процессе эксплуатации можно рассматривать как совокупность стационарных линий, которые для подключения к активному сетевому оборудованию и формирования трактов соединялись шнурами.
Мало популярная на ранних этапах развития техники СКС консолидационная точка, которая определяла соответствующую ей стационарную линию CP-link, а также появившаяся в середине 90-х годов прошлого столетия централизованная оптическая архитектура [1] полностью укладывались в этот принцип.
Для процесса тестирования важность комплексных объектов определяется тем, что позволяет четко разграничить зоны ответственности производителей СКС и активного сетевого оборудования. Главное фундаментальное положение в этом вопросе: вилка разъемного соединителя, подключаемая к порту активного сетевого оборудования в процессе формирования тракта, не считается частью СКС. Допустимость подобного подхода определяется тем, что шнуры в основной массе производятся на заводах и имеют контролируемый уровень качества монтажа шнуровой части разъема. Дополнительный плюс – малая степень отличия линий с точки зрения эксплуатации и измерений (рис.2).
Особенности тестирования медножильных линий и трактов СКС
Оборотная сторона простоты монтажа электропроводных линий СКС – сложность выполнения процедуры определения соответствия требованиям норм их фактических характеристик на этапе сдачи готовой системы в эксплуатацию и в процессе обслуживания кабельной системы. Для подтверждения уровня качества нормативные документы требуют проверки примерно полутора десятков параметров. При этом только половина из них расчетные, а остальные определяются прямыми измерениями с использованием сложных полевых кабельных сканеров.
В стандартах СКС приведены формулы и справочные таблицы с численными значениями контролируемых характеристик. Эта информация:
- позволяет гарантировать заданные качественные показатели среды передачи информации вне зависимости от разновидности использующей ее сетевой аппаратуры;
- представляет собой объективный численный критерий при испытаниях различного уровня;
- дает возможность сделать однозначный вывод вида: PASS/FAIL (Соответствует/Не соответствует требованиям) в процессе автоматизированного контроля, выполняемого кабельным сканером.
Сложность построения измерительной схемы полевого тестирования не позволяет реализовать ее за приемлемое время специалисту со средним уровнем технической подготовки. Путь решения этой проблемы:
- полевой кабельный сканер выполняется в виде двух взаимодействующих между собой равноправных блоков: основного и удаленного, причем последний по своим функциональным возможностям как измерительное устройство эквивалентен основному и отличается от него только отсутствием дисплея для вывода на него результатов и связанных с ним органов управления;
- начальное конфигурирование сканера в целом выполняется автоматически, в том числе с использованием дополнительного калибровочного модуля;
- процедуры тестирования не требуют вмешательства оператора, за которым остается только решение о принятии результата или его игнорировании.
Проблема начальной настройки кабельного сканера
Вычислительные ресурсы современного кабельного сканера достаточно ограничены для обрабатываемого им объема информации. Об этом косвенно свидетельствует даже та ошибка в определении, например, параметра NEXT, которая в ряде случаев превышает 1 дБ. Сам тестируемый объект обладает довольно сложной структурой, его отклик на входное воздействие оказывается достаточно сложным из-за неизбежного наличия многочисленных отражений. Они вызываются отклонениями волнового сопротивления от номинального значения. Дополнительно картину отклика сильно меняют:
- переотражения, необходимость учета которых определяется их повышенной интенсивностью на высоких частотах в сочетании с небольшим расстоянием между точками неоднородностей;
- переходная помеха, которая формируется всеми элементами тракта (рис.3).
Все это делает крайне затруднительным определение реальной конфигурации тестируемого комплексного объекта СКС и ее необходимо задавать вручную перед началом тестирования.
Необходимость введения новых моделей
Вторая половина прошлого десятилетия ознаменовалась очередным раундом усложнения СКС, который был обусловлен в первую очередь появлением так называемого цифрового потолка. Данное понятие было введено компанией Cisco и объединяет те интеллектуальные устройства, которые штатно располагались за фальшпотолком. Таковыми являются точки беспроводного доступа Wi-Fi, камеры системы видеонаблюдения, контроллеры систем инженерного обеспечения здания и т.д.
Особенность оборудования цифрового потолка – отсутствие его непосредственного взаимодействия с пользователями в штатном режиме эксплуатации. Поэтому целесообразность формирования пользовательского интерфейса СКС в форме комбинации розетки и коммутационного шнура здесь отсутствует. Реализующие подобный подход комплексные объекты новых разновидностей в классическом 4-парном варианте представлены следующими линиями (рис.4):
- MPTL (от англ. Modular Plug Terminated Link) или direct connection;
- end-to-end, end-2-end или E2E.
Строго говоря, линии класса Е2Е не являются абсолютной новинкой для сетевой техники: при создании полевых шин Profinet эта конфигурация официально используется с 2009 года.
Введение двух новых конфигураций линий требует определенной коррекции процедур полевого тестирования: используемая для этого модель должна позволять контролировать качество монтажа вилок полевой установки [2]. Одновременно приходится перестраивать алгоритмы функционирования кабельных сканеров, которые при работе с адаптерами трактов исключали вилку из результатов тестирования.
На момент написания этих строк нормативные документы не содержат отдельных требований в отношении линий MPTL и E2E. Судя по доступным данным, органы по стандартизации проявляют интерес к решению этого вопроса, которое должно произойти в ближайшее время.
Развитие системы обозначений 4-парных комплексных объектов
Еще одной новинкой международного стандарта ISO/IEC 11801 в редакции 2018 года применительно к обсуждаемой теме стало изменение обозначений комплексных объектов.
Цель нововведений – сделать схему их обозначений интуитивно понятной для широкого круга инженерно-технического персонала "на земле". Суть подхода состоит во введении четырех разновидностей стационарных линий, изображенных на рис.5, а в качестве признака их отличия друг от друга использовать описательный подход по количеству коннекторов. Соответствующие данные представлены в табл.1.
Необходимость введения двух предельно близких моделей 2-коннекторных стационарных линий обусловлено различной структурой горизонтального и магистрального трактов в наиболее сложной 4-коннекторной конфигурации, которая соответствует схеме коммутации cross-connect. Соответствующие структурные схемы представлены на рис.6.
Дополнительно отметим, что стандарты не задают отдельных норм в отношении объекта CP-link. С учетом того, что консолидационная точка неизбежно ухудшает параметры линии, последнее означает, что производитель вынужден обеспечивать в поставляемой им элементной базе определенные запасы сверх тех, которые задействуются для компенсации эффектов старения. Наличие этих и других запасов в сочетании с иными мероприятиями позволяет, например, заметно увеличивать протяженность симметричного тракта при возникновении такой необходимости [3].
Модели линий однопарного Ethernet
Однопарный Ethernet, кратко обозначаемый быстро набирающей популярность аббревиатурой SPE (от англ. Single pair Ethernet), первоначально разрабатывался для решения задач промышленной автоматизации [4]. Это значимо сказалось на особенностях этой техники, в первую очередь на дальности ее действия. По остальным характеристикам данная разновидность сетевого оборудования, при определенных изменениях принципиального плана, вводимых в информационную инфраструктуру, и реализации физического уровня ИТС на экранированной элементной базе, оказывается достаточно перспективной также при построении массовых офисных информационных систем [5].
О перспективности SPE свидетельствует также высокая активность органов по стандартизации в этой области, например появившийся недавно технический отчет ISO/IEC [6], а также окончательное принятие IEC в июле 2020 года стандарта на разъемный соединитель.
Касательно моделей линий и трактов SPE и с учетом широкой области применения в нормативных документах предусматривается большая гамма модельных объектов, для обозначения которых привлекаются понятия сегментов и коннекторов (рис.7). При реализации рассматриваемых линий в промышленных ИТС массово применяется удобный в использовании проходной соединитель или I-адаптер, обеспечивающий соединение двух вилок (третья сверху конфигурация на рис.7). С учетом относительно невысокой мощности генерируемой им переходной помехи этот узел в сборе рассматривается как один коннектор.
Отдельно укажем на то, что росту числа комплексных объектов для SPE в немалой степени способствует возможность значительного увеличения протяженности тракта передачи – вплоть до 1000 м в случае часто достаточной в промышленных системах скорости 10 Мбит/с.
Выводы
Расширение областей применения техники структурированного каблирования и вариантов построения линий и трактов естественным образом приводит к увеличению количества модельных объектов.
Новые комплексные объекты СКС можно рассматривать как естественное развитие существовавших ранее.
Единая система нормирования параметров без учета уровня сложности модели означает наличие в реальной кабельной системе определенных запасов и дополнительно способствует улучшению качества передачи информации.
Применяемый в новой редакции стандарта ISO/IEC описательный принцип обозначения разновидности линии полностью соответствует потребностям практики.
ЛИТЕРАТУРА
Семенов А.Б., Аббасова Т.С. Развитие централизованной оптической архитектуры кабельных систем для вычислительных комплексов // Информационно-технологический вестник. 2016. № 2(8). С. 117–129.
Семенов А.Б. Вилки полевой установки // Журнал сетевых решений LAN. 2017. № 12. С. 36–40.
Семенов А.Б., Кандзюба Е.В. Предельное затухание витой пары с повышенным волновым сопротивлением // Первая миля. 2018. № 8(77). С. 42–46.
Семенов А.Б. Однопарный Ethernet – первые шаги // Журнал сетевых решений LAN. 2017. № 12. С. 36–40.
Семенов А. Системные изменения в перспективных СКС // ПЕРВАЯ МИЛЯ. 2020. № 1(86). С. 26–33.
ISO/IEC TR 11801-9906. Information technology – Generic cabling for customer premises – Part 9906: Balanced 1-pair cabling channels up to 600 MHz for single pair Ethernet (SPE) // Technical report, Edition 1.0. 2020-02. 42 p.
Отзывы читателей
