За 20 лет своего развития структурированная кабельная система превратилась из хаоса проводов, кабелей и шнуров в стройное техническое решение, со всеми необходимыми стандартами и широким выбором продукции независимых производителей.
До середины 80-х гг. прошлого века компьютерные сети в зданиях строились без предварительного проекта, довольно хаотично, при этом использовалось большое разнообразие кабельной продукции — коаксиальные кабели различных диаметров, экранированные одно- и двухпарные, двухкоаксиальные кабели и т. д. Кроме того, места кабельных трасс были не определены, поэтому линии проходили по зданию в различных направлениях. Кабели извивались повсюду, как змеи, затрудняя даже передвижение по коридорам и проходам. Не было и стандартов, где бы определялись типы кабелей и порядок проведения монтажных работ.
С широкомасштабным внедрением Ethernet по всем помещениям стали прокладывать коаксиальные кабели, как толстые («желтые»), так и тонкие, типа RG58. Для телефонной связи наиболее широко использовались кабели из витых пар, с разными типами изоляции проводов этих пар (полиэтилен, поливинилхлорид, фторопласт) и волновым сопротивлением 100, 120, 150 Ом и др.
Такой хаос в кабельном хозяйстве был далее нетерпим. Начало формирования систем проводки относится к 1984-1985 гг., когда наиболее «продвинутые» компании приняли решение об упорядочении инфраструктуры. К этому времени в зданиях уже имелись развитые телефонные системы, но компьютерные сети еще не включались в проекты зданий. Между тем потребность объединить телефонную и компьютерную системы назрела, так как проводка для них практически по всему зданию прокладывалась параллельно, вплоть до рабочего места.
Постепенно стали появляться и специализированные кабельные системы для компьютерных сетей. Первые две системы этого назначения выпустили на рынок американские компании IBM и AT&T — компьютерный и телефонный гиганты. Системы носили названия IBM Cabling System и AT&T SYSTIMAX PDS, и на их основе началась разработка спецификаций на СКС. Система IBM отличалась тем, что в ее состав входило множество разнообразных медных кабелей, а также тем, что сама компания входящие в нее компоненты не производила. Вторая — полностью выпускалась самой AT&T, состояла из небольшого количества кабелей и монтировалась обычно или подразделениями AT&T, или одним из авторизованных партнеров.
До 1984 г. AT&T имела право предоставления услуг связи всем пользователям в США и накопила громадный опыт в создании кабельных систем. Собственно говоря, само понятие СКС родилось в недрах AT&T. IBM к этому времени также приобрела опыт монтажа компьютерной проводки в зданиях, но несколько иного рода: если AT&T проводила телефонную связь в массовом порядке, то IBM устанавливала компьютерное оборудование в значительно меньших масштабах. Все это сказалось на разработанных AT&T и IBM кабельных системах зданий: если первая была рассчитана на предельную экономию ручного труда (очень дорогого в США), то во второй большее внимание уделялось многофункциональности и гибкости системы и меньшее — экономии трудозатрат. Хотя эти две кабельные системы сильно между собой отличались, именно они послужили базой для стандартизации компьютерной проводки.
Для решения задачи создания кабельной системы, характеристики которой отвечали бы потребностям передачи больших объемов информации, в Bell Laboratories (исследовательском подразделении AT&T) была образована специальная группа. Ее первоочередная задача состояла в том, чтобы определить общие требования, предъявляемые к компьютерным проводкам, для чего был проделан большой объем исследований различных объектов и приложений в США (более 1000 объектов и 20 приложений). Результаты проведенных работ очень пригодились при создании первой СКС. Например, как было установлено, для 95% зданий длина горизонтального кабеля не превышает 90 м, именно эта цифра вошла впоследствии во все стандарты на СКС. Кроме того, как было доказано, четырехпарного кабеля будет достаточно для подключения любого устройства в рабочей зоне, от телефона до компьютера. Поэтому с самого начала в качестве линии к рабочему месту был выбран четырехпарный медный кабель, а при больших расстояниях было рекомендовано прокладывать оптический кабель. Таким образом, с момента своего появления СКС SYSTIMAX имела общие «родовые» черты, которые в дальнейшем присутствуют во всех новейших кабельных системах.
В 1985 г. несколько компаний из информационной отрасли США обратились в Ассоциацию электронной промышленности США (Electronic Industry Association, EIA) с просьбой создать стандарты, описывающие проводку для информационных структур зданий. Серия должна была состоять из нескольких стандартов, объединяющих все основные вопросы строительства, монтажа и эксплуатации слаботочных систем. С 1988 г. к процессу стандартизации присоединилась Ассоциация средств связи (Telecommunication Industry Association, TIA, США), а также некоторые компании, выпустившие к этому времени собственные кабельные системы.
В 1989 г. американская компания Anixter, дистрибьютор кабельных систем во всем мире, совместно с тестирующей организацией Underwriter Laboratories (UL, США) ввела классификацию кабелей из витых пар по уровням их характеристик. При этом первый уровень был самым низким, а пятый уровень — самым высоким: он задавал технические требования на частотах до 100 МГц. Затем эта классификация практически без изменений вошла в стандарт EIA/TIA-568, но уровни в нем были переименованы в категории. На Рисунке 1 представлен титульный лист стандарта EIA/TIA-568, принятого в 1991 г.
РАЗВИТИЕ СТАНДАРТОВ НА СКС
Медная проводка. Поскольку стандартов на кабельные системы ранее не существовало, американские организации EIA/TIA в сжатые сроки разработали стандарт EIA/TIA-568 1991 г. на компьютерную проводку. Несколько позднее те же организации выпустили два технических бюллетеня (TSB-36 и TSB-40) на компоненты проводки (линейные кабели и соединительное оборудование) Категорий 3, 4 и 5, со спецификациями на рабочие полосы 16, 20 и 100 МГц соответственно. Появление этих документов стимулировало работы по кабельным системам Категории 5, завершившееся выпуском стандартов на такие проводки.
Между 1992 и 1995 гг. произошло взрывоподобное распространение кабельных систем Категории 5. В 1995 г. были опубликованы сразу три стандарта на компьютерную проводку: TIA/EIA-568-A, ISO/IEC 11801 и CENELEC 50173 (американский международный и европейский соответственно).
Выход этих стандартов подвел итог длительному периоду расцвета сетей и проводок, довольно всем памятному. Но уже тогда зрели замыслы еще более скоростных сетей: в 1996 г. была образована организация Gigabit Ethernet Alliance, целью которой было создание приложения со скоростью передачи данных 1000 Мбит/с. В связи с этим были предприняты попытки модернизировать Категорию 5, в результате чего появился стандарт TIA/EIA на «улучшенную» Категорию 5 (Категорию 5е) с той же полосой рабочих частот 100 МГц.
Однако развитие кабельных систем на этом не остановилось. Вдохновленные успехами, разработчики принялись за создание Категории 6, с рабочей полосой до 250 МГц. Задача была поставлена в 1997 г., а уже в 2002 г. вышел стандарт TIA/ EIA-568-B, среди прочего и на проводку Категории 6.
Заметим, что одновременно организациями ISO/IEC выпущены стандарты на Категорию 7 (полоса 600 МГц, экранированные кабели, с индивидуальными экранами на каждой из четырех пар). В настоящее время имеются стандарты на Категорию 6 (с полосой 250 МГц) и Категорию 7 (с полосой 600 МГц), для освоения которых требуется приложить немалые усилия. Вместе с тем, специалисты по кабельным системам ведут разработку стандарта Категории 8, с рабочей полосой 1200 МГц.
Особенности кабельных систем Категорий 5 и 5е, 6 и 7 здесь не рассматриваются, так как они описаны в многочисленных публикациях С. Орлова, А. Семенова, а также автора этой статьи в «Журнале сетевых решений/LAN».
Оптическая проводка. В исходном стандарте EIA/TIA-568 волоконно-оптической проводке уделено лишь небольшое место. Вышедшая затем серия стандартов 1995 г. содержала развернутые спецификации на оптические системы: в TIA/EIA-568-A — большой раздел, с методами испытаний отдельных компонентов, а в ISO/ IEC 11801 и EN 50173 — в значительно меньшем объеме. В США в 2000 г. утверждена уже отдельная часть стандарта TIA/EIA-568-B.3: Optical Fiber Cabling Components (волоконно-оптические компоненты проводки).
|
| Рисунок 1. Первый стандарт на СКС. |
Все последнее десятилетие использовались только две конструкции многомодовых оптических волокон, с размерами 50/125 и 62,5/125 мкм (первое число — диаметр сердцевины, второе — диаметр оболочки), по которым сигналы передаются на длинах волн 850 и 1300 нм. Одно время казалось, что волокно 62,5/125 мкм вышло на первые роли, но сейчас почти повсеместно в локальных сетях применяют волокно 50/125 мкм. Дело в том, что у этого волокна широкополосность почти в два раза больше, чем у волокна 62,5/125 мкм. Те преимущества, которые волокно 62,5/125 мкм имело вначале, постепенно утратили свое значение, между тем как широкополосность превратилась в чрезвычайно важную характеристику. Так, в американском стандарте TIA/EIA-568-A (1995 г.) волокно 50/125 мкм даже не упоминается, а уже в TIA/EIA-568-B (2000 г.) присутствуют оба варианта, причем им придается равное значение. Во внешних частях кабельных сетей наибольшее применение находит одномодовое волокно.
Разработанный довольно давно, соединитель SC вошел во все стандарты на структурированные кабельные системы. Фактически он стандартизован как основной соединитель для локальных сетей. Многомодовый и одномодовый варианты соединителя имеют различную окраску корпуса: серый или бежевый — для первого и голубой — для второго типа волокна.
В последние несколько лет получил распространение малогабаритный соединитель LC. В локальных сетях используется двухволоконная горизонтальная проводка, чем достигается полная взаимозаменяемость по числу портов в панелях переключений для медной и волоконно-оптической проводки: на место одного гнездового модуля RJ-45 можно вставить два разъема LC.
Промышленная проводка. Условия эксплуатации компьютерных сетей в промышленности значительно отличаются от тех, которые имеют место в офисных помещениях. Альянс по промышленному применению информационных сетей (Industrial Automation Open Networking Alliance, IAONA) получил международное признание и сотрудничает с организациями по стандартизации. Этот альянс вырабатывает требования к кабельной системе и к элементам проводки. И проектировщики, и монтажники получают от него технические требования к подобным системам, с учетом жестких условий промышленной эксплуатации. В них учтены принципы построения структурированных кабельных систем, изложенные в стандартах EN 50173-1 и IEC 11801-2.
В документах IAONA определены классы сред эксплуатации Light Duty и Heavy Duty. Первый рассчитан на обычные офисные условия, а второй — на производственные помещения с тяжелыми условиями внешней среды: пыль, пониженные или повышенные температуры, присутствие агрессивных газов и жидкостей. Эти же технические документы содержат требования к кабелям и соединителям, из которых собирается кабельная система.
В разрабатываемом стандарте EN 50173-3 (третья часть европейского стандарта EN 50173) отдельный раздел посвящен промышленной проводки. К числу вопросов, рассматриваемых в этом разделе, относится и выбор оболочки кабеля как основного элемента защиты от окружающей среды, в частности — в сложных условиях.
Популярными материалами для оболочек по-прежнему остаются полиэтилен и фторопласт. Широко применяемый поливинилхлорид дешев, имеет хорошие противопожарные свойства и устойчив к воздействию масел и других химических веществ. Однако при горении поливинилхлорид выделяет токсичные газы, приводящие к удушью. Полиамид менее стоек к огню, но при горении удушливые газы не выделяет. Он имеет хорошую стойкость к истиранию и высокую хладостойкость (от -600 С), поэтому годится для внешних магистралей и проводок к технологическому оборудованию. Полиуретан обладает положительными свойствами полиамида и вдобавок гибок и устойчив к воздействию агрессивных веществ. Область его рабочих температур ограничена диапазоном от -400 С до +850 С, и он может использоваться в подвижном режиме. Разъемы для промышленных сетей должны иметь электрические характеристики Категории 5е, высокую степень защиты от окружающих воздействий (на уровне IP67) и достаточную прочность.
ОТЛИЧИТЕЛЬНЫЕ ПРИЗНАКИ СКС
За время эволюции СКС приобрели несколько характерных признаков, присущих именно этим системам. Основная особенность СКС состоит в том, что это — распределенная система, из-за чего как единое целое она воспринимается с трудом. Впервые столкнувшись с подобной проблемой в 1975 г. (речь шла о кабельной системе стыковки космических объектов), я до сих пор встречаю людей, воспринимающих распределенную систему как набор компонентов. На самом деле это далеко не так — СКС сопровождает ряд стандартов (ISO/IEC 11801, TIA/EIA-568-B, EN 50173 и несколько других) на единый объект. Однако помимо них существуют стандарты на сетевые приложения (ATM, Ethernet, Gigabit Ethernet, Token Ring), которые иногда создателями компьютерных сетей воспринимаются как достаточные для построения СКС: зачем что-то еще, раз есть стандарты IEEE 802.3, 802.4, 802.5? Разница между этими группами стандартов хорошо понимают специалисты по СКС — остальным порой оказывается нелегко понять и разобраться во всей описанной путанице. Подобное недопонимание встречается не так уж редко и ведет к длительным разъяснениям того, что СКС — это не просто набор кабелей, розеток, панелей и шнуров, собранных вместе, а нечто большее, объединенное едиными принципами и стандартами, единой системой построения и управления, а также снабженное единой документацией.
Следующей особенностью СКС, также очень важной, является ее универсальность. По современной кабельной системе должны работать все известные приложения: ATM, Ethernet, Token Ring, ISDN и т. д. Более того — желательно, чтобы по ней смогли работать и будущие приложения. Характерный пример — четырехпарная проводка Категории 3. Первоначально ее монтировали для ISDN и использовали для Ethernet и Token Ring, со скоростью передачи до 10 Мбит/с. Затем распространение получила проводка Категории 5, ее применили для Fast Ethernet, задействуя две пары, но на всякий случай проводка осталась четырехпарной. С появлением Gigabit Ethernet со скоростью 1000 Мбит/с для его функционирования была задействована уже имевшаяся четырехпарная проводка Категории 5, позднее плавно преобразованная в Категорию 5e. А теперь рассматриваются проекты 10 Gigabit Ethernet по меди, и снова по четырехпарной проводке, но теперь уже Категории 6 или 6e.
Важнейшую особенность СКС представляет ее избыточность. Начальный этап развития кабельных систем характеризуется ростом «снизу»: сколько имелось компьютеров в компании, столько и объединяли в сеть. Элементарный переезд из одного помещения в другое оборачивался проблемами — там зачастую не оказывалось проводки. В результате приходилось либо делать временную проводку, либо сверлить стены, монтировать новые короба, прокладывать кабели и крепить розетки. Избыточные СКС этих работ не потребуют — во всех помещениях соответствующего назначения уже будут проложены короба, протянуты кабели и смонтированы розетки. Избыточная система, конечно, стоит дороже на 20—40%, но удобства, получаемые при этом, делают ее предпочтительной в процессе эксплуатации.
Начальный этап развития компьютерных сетей характеризовался тем, что сетевая проводка не входила в основную смету строительства. Лишь когда здание было построено, проектировщики и монтажники приступали к сооружению кабельной системы. Постепенно эта тенденция менялась — все большее количество проектов зданий включали в себя информационную сеть. Теперь сетевая компьютерная проводка все чаще учитывается в проектах зданий и сооружений заранее, а затраты на ее создание постепенно переходят из текущих в капитальные. В современных проектах не только офисных, но и жилых зданий, как правило, присутствует информационная проводка, предназначенная для компьютерных сетей, телевидения, Internet, а также для функционирования служб управления инженерными системами.
СКС В РОССИИ
На российском рынке присутствует продукция более 20 производителей СКС. В Таблице 1 представлены компании-изготовители, фирменные названия СКС, а также выделены отдельные системы, рекомендуемые производителями. Наиболее «продвинутые» компании предлагают ряд кабельных систем под общим групповым названием. Например, выпускаемые концерном CommScope кабельные системы под общим наименованием SYSTIMAX включают ряд так называемых «решений»: GigaSPEED XL, LazrSPEED и т. д. Фирменная продукция «АйТи-СКС» также состоит из нескольких систем: «Гига-Система АйТи-СКС», «АйТи-СКС мини» и др. Поэтому, когда говорят о кабельных системах SYSTIMAX, «АйТи», Nexans, Siemon, Molex и др., то при этом имеется в виду ряд кабельных систем, каждая из которых представляет собой вполне законченное техническое решение проводки. Одни компании-производители предлагают готовые, уже подобранные кабельные системы, в то время как другие описывают лишь компоненты, из которых может быть собрана комплектная система.
Относительно новым направлением является мониторинг СКС в реальном времени. Первой в этой области была компания RiT, предложившая систему управления Patch View. Несколько иное направление, основанное на панелях со светодиодными индикаторами iPatch, развивают разработчики SYSTIMAX. Еще одно решение предложила компания iTRACS, когда модули с датчиками монтируются в обычные панели переключения. Согласно прогнозам, к 2007 г. более половины крупных предприятий будут применять интеллектуальные средства мониторинга сетей СКС. В первую очередь это важно для компаний, у которых простой компьютерной системы чреват серьезными последствиями, — банки, бизнес-центры, аэропорты, узлы телекоммуникации.
Лидирующее положение в России, с момента появления СКС в нашей стране, занимает SYSTIMAX (30% рынка). Сначала эта торговая марка принадлежала компании AT&T, затем Lucent Technologies, потом — Avaya Communication, а с осени 2003 г. — CommScope. За ней следует «АйТи-СКС» — отечественная СКС, существующая с 1996 г.; далее идут AMP Netconnect и Siemon. Россия, кстати, принадлежит к немногим странам, где продолжается рост рынка СКС (~10% в год). Объясняется сказанное просто: в развитых странах СКС установлена уже практически повсеместно, в то время как в России число портов на душу населения в восемь раз меньше, чем в Западной Европе. Если в Западной Европе количество экранированных и неэкранированных систем примерно одинаково, то в России 90% СКС — неэкранированные, и только 7-8% — экранированные, чем наш рынок напоминает рынок Соединенных Штатов и Великобритании. В последние полтора-два года к компании «АйТи» прибавились еще два российских производителя: Lindex и Sonet, со своими СКС EuroLAN и ExaLAN+ соответственно. Незадолго до этого появилась СКС LANMASTER.
Присутствующие в России СКС можно разделить на три ценовые группы. Верхнюю, наиболее дорогую группу возглавляет SYSTIMAX, но в последнее время CommScore представляет продукцию из средней ценовой группы. К этой же группе можно причислить большинство западных поставщиков — AMP Netconnect, Nexans, Siemon, Molex и др. В нижнюю группу следует выделить производителей из Юго-Восточной Азии — Китая, Кореи, Тайваня. Отечественные СКС как по цене, так и по качеству скорее всего относятся к средней ценовой группе, приближаясь к ее нижнему пределу.
Среди неэкранированных систем Категории 6, по мнению автора, наилучшей в техническом отношении является SYSTIMAX GigaSPEED XL компании CommScope. Создана она в результате глубокой научной работы, которая велась более 15 лет (патент получен еще в 1989 г.). У SYSTIMAX не только характеристики значительно превышают требования Категории 6, но и объем продаж этой кабельной системы в России наибольший.
В классе экранированных кабельных систем Категорий 6-7 следует отдать предпочтение AMP Netconnect, Nexans и Siemon. Главное преимущество Nexans — недавно стандартизованный разъем GG45, созданный для применения Категории 7; он обратно совместим с разъемом R-J45. Siemon также стандартизует свой новый соединитель TERA, с рабочим диапазоном частот свыше 1000 МГц, но по своему форм-фактору он несовместим с соединителем R-J45. Что касается AMP Netconnect, то ее соединительная система ACO Plus кроме требуемой широкополосности имеет наиболее богатый ассортимент вставок к розеткам, обеспечивающий универсальность кабельной системы.
Проводки для SOHO пока немногочисленны; из них самой передовой можно считать систему Kerpen Eline 1200, поскольку она обладает высокими характеристиками и в то же время — набором всех необходимых компонентов для малых и домашних сетей. Кроме четырехпарного кабеля и соединителя EC7 с полосой до 1400 МГц в комплект входит большое количество разнообразных шнуров и балунов, позволяющих создать мультимедийную сеть.
Давид Гальперович — кандидат технических наук, старший научный сотрудник ОКБ кабельной промышленности. С ним можно связаться по тел. 583-5472.