На различных семинарах универсальный характер кабельной системы неизменно отмечается в качестве одного из ее главных достоинств. Сильное и продолжительное маркетинговое давление на рынок привело к тому, что большинство технических специалистов уверены в том, что СКС является универсальной средой передачи сигналов сетевых интерфейсов. Действительно, СКС представляет собой универсальный объект, но эта универсальность носит ограниченный характер. Существование данного ограничения необходимо учитывать как в процессе реализации проектов, так и при производстве СКС.

Ситуация становится сложнее, если проблему универсальности СКС рассматривать в связке с эффективностью использования ее ресурсов — в виде единого комплекса. Во-первых, даже на интуитивном уровне понятно, что требования увеличения универсальности и повышения эффективности явно противоречат друг другу независимо от того, как понимать последнее. Во-вторых, неопределенность возрастает из-за отсутствия общепризнанной меры эффективности использования ресурсов СКС как некоего количественного параметра. Без определения понятий дальнейший анализ будет носить субъективный характер, а ценность полученных заключений окажется довольно низкой.

СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ И УНИВЕРСАЛЬНЫЕ ПОДХОДЫ

Весь многовековой опыт развития техники свидетельствует о том, что большинство технических проблем и задач могут быть решены несколькими способами, причем зачастую примерно равнозначными по своим потребительским характеристикам. В ряде случаев известные подходы представляют собой альтернативу, то есть решение о применении одного из них должно быть принято на самых ранних этапах реализации проекта. Фактически это означает резкое повышение требований к общему техническому уровню (в широком смысле этого термина) его руководителя. В таких условиях решающим доводом в пользу использования определенного подхода в конкретном проекте достаточно часто становятся посторонние, на первый взгляд, факторы. В случае объектов ИТ-инфраструктуры и телекоммуникаций в их перечень можно включить скорость изготовления и поставки заказного оборудования, наличие в данном географическом регионе сертифицированного партнера производителя СКС, наличие типовой элементной базы и комплектующих непосредственно на складе дистрибьютора, субъективные пристрастия исполнителя и т. д.

Все возможные решения определенной технической задачи можно разделить на специализированные и универсальные. К тому же при равном уровне эффективности затраты на реализацию любого более или менее универсального подхода оказываются заметно выше, чем в случае узкоспециализированного решения. Иногда это справедливо и в отношении расходов на эксплуатацию. Дополнительная нагрузка на бюджет проекта является неизбежной платой за изначально заложенные в решение расширенные функциональные возможности. Иначе говоря, часть функционала не используется в данной конкретной ситуации, но все равно заказчик вынужден ее оплачивать.

В технических отраслях более высокие капитальные затраты на реализацию универсального решения оказываются повсеместным явлением. В случае современных информационных кабельных систем существенную роль играет то, что СКС была изначально задумана для обеспечения нормального функционирования двух технологически различных систем, какими являются классическая телефонная и локальная вычислительная сети предприятия.

Потребность в универсализации СКС усиливалась еще и тем, что на момент появления самой идеи СКС в середине 80-х годов прошлого столетия технологии и протоколы локальных сетей находились на начальной стадии своего развития. Тогда проблема выбора технологии построения локальных сетей — ARCNet, Token Ring или Ethernet — была весьма актуальна, хотя сейчас она уже основательно подзабыта. В середине 90-х из этого списка был исключен ARCNet, зато добавился АТМ. Фактически на момент формирования и утверждения концепции, а также в первые годы ее массового использования универсальность СКС носила вынужденный характер. Благодаря этому удалось радикально решить серьезную проблему «сигнальной» несовместимости сетевых интерфейсов в однотипном 8-позиционном модульном разъеме простым разнесением активных пар по разным контактам.

ПРИЧИНА ВОЗНИКНОВЕНИЯ ПРОБЛЕМЫ УНИВЕРСАЛЬНОСТИ В СКС

СКС обладает рядом преимуществ, хорошо известных и критически важных для практики реализации проектов.

Неизбежные недостатки СКС, такие как довольно высокие капитальные затраты, длительные сроки строительства и некоторые другие, имели подчиненное значение. За последние два десятка лет решения, основанные на иных подходах, не смогли серьезно изменить сложившееся положение дел. Системы атмосферной оптической связи («беспроводная оптика») и передачи данных по силовой проводке, а также оборудование радиосвязи так и не вышли за пределы немногочисленных и довольно узких нишевых областей применения.

Тем не менее даже в этих условиях в процессе создания самой концепции структурированной кабельной системы ее разработчикам пришлось пойти на определенные ограничения при формулировке исходных допущений. Информация о них не отражена в явном виде в содержательной части нормативных документов и в их приложениях, а сами допущения не упоминаются на различных обучающих курсах и в профильной специальной литературе.

Примерно 10 лет назад область использования СКС начала весьма быстро распространяться за те пределы, которые были очерчены при выработке первоначальной концепции. В рамках данной тенденции созданы кабельные системы промышленного и бытового назначения, а также СКС для ЦОД. Новейшим (исходя из времени официального признания) типом специализированных СКС стали кабельные системы для медицинских учреждений. Они нормированы американским стандартом TIA-1179.

В случае применения классической техники СКС вне офиса соблюдение некоторых основополагающих постулатов и принципов, положенных в основу канонической кабельной системы, может привести к недопустимому ухудшению потребительских свойств продукта. Одним из таких постулатов является универсальность в изначальном смысле этого термина. Для восстановления привлекательности решения в целом потребуется выполнить более или менее глубокую коррекцию исходных положений. Для техники СКС процедуры коррекции носят довольно своеобразный характер, а их особенности более подробно рассматриваются ниже.

ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ РЕСУРСОВ СКС

Для СКС степень использования ее ресурсов в случае типового проекта можно достаточно точно оценить в количественной форме. В качестве численной меры этого параметра примем относительное количество витых пар и волокон, задействованных в процессе передачи информации в правильно спроектированной кабельной системе, то есть при 100-процентной загрузке интерфейсов горизонтальной и магистральной частей.

За основу дальнейших рассуждений целесообразно взять несколько простых и вполне очевидных положений:

  • после 2002 года в офисных СКС всегда используется 4-парная схема формирования стационарной линии горизонтальной подсистемы с целью обеспечения полной универсальности;
  • объем людских и материальных ресурсов, направляемых на создание горизонтальной подсистемы в среднестатистической кабельной системе, может быть с достаточной точностью оценен величиной в примерно 80 % от всей системы;
  • подсистема внешних магистралей, требующая значительных капиталовложений, встречается в проектах очень редко (примерно 2% всех СКС) и вследствие этого может игнорироваться при выполнении расчетов;
  • нагрузка на ресурсы СКС, создаваемая телефонной и компьютерной сетями предприятия, сопоставима в отношении количества требуемых трактов передачи, а доля остальных потребителей на их фоне может считаться пренебрежимо малой.

Для функционирования современного аналогового телефона и большинства его цифровых «собратьев» необходима одна пара симметричного кабеля. Доля двупарных цифровых системных телефонов составляет менее 10% от общего количества телефонных аппаратов. Поэтому данную разновидность устройств можно в первом приближении не учитывать в дальнейших выкладках.

Вторым главным потребителем ресурсов кабельной системы является локальная сеть. При скоростях до 100–155 Мбит/с, каковых для большинства пользователей достаточно, стандартные сетевые интерфейсы используют две пары. Гигабитные и мультигигабитные сетевые интерфейсы из-за ограниченной ширины полосы пропускания витой пары всегда реализуются по четырехканальной схеме параллельной передачи, для которой с помощью дифференциальной системы выполняется развязка направлений приема и передачи (приемник и передатчик включаются в диагонали уравновешенного моста).

Результаты расчетов для наиболее часто встречающегося на практике случая построения информационной системы предприятия (без применения технических средств IP-телефонии) представлены в Таблице 1. При этом обращает на себя внимание изменение коэффициента использования в зависимости от схемы построения ИВС (централизованная или многоуровневая структура). Качественно этот эффект может быть объяснен тем, что на магистральном уровне из-за необходимости обеспечения связи на заметно большие расстояния и экономической целесообразности мультиплексирования сигналов различных источников отдельные линии жестко привязываются к конкретным приложениям. Таким образом, в этой части СКС фактически осуществляется переход на специализированные решения, более эффективные в смысле использования имеющихся ресурсов.

 

 

Таблица 1. Значения коэффициента эффективности использования ресурсов СКС.

Факт взаимозависимости кабельной системы и активного сетевого оборудования на магистральном уровне ИВС в неявной форме подтверждается стандартами. В справочных приложениях к этим документам приведены таблицы предельной протяженности тракта передачи для оборудования различных типов как с оптическим, так и с симметричным интерфейсом. Содержащиеся в них данные используются в процессе построения СКС и эксплуатации ее в составе ИВС. Например, они привлекаются для определения самой возможности передачи сигнала терминального или группового устройства и ограничивают количество возможных вариантов при определении оптимального маршрута тракта.

Довольно малая эффективность использования имеющихся ресурсов СКС при канонической схеме построения информационной системы породила такое распространенное явление, как внедрение различных адаптеров. Эти пассивные устройства позволяют расширить перечень активного сетевого оборудования, которое может использоваться в кабельных трактах СКС для передачи сигналов, а также дают возможность передавать по одному горизонтальному тракту сигналы сразу с нескольких приложений.

Степень развязки отдельных цепей передачи симметричного тракта СКС довольно быстро падает по мере роста частоты (указанная в стандартах скорость падения составляет 15–20 дБ на декаду). Поэтому применение адаптеров ограничено только «малопарными» низкоскоростными приложениями (телефонная сеть, интерфейсы 10BaseT и аналогичные им).

НЕОБХОДИМОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ УНИВЕРСАЛЬНЫХ ПОДХОДОВ

Проблема альтернативного выбора между специализированным и универсальным подходами применительно к построению структурированной кабельной проводки достаточно многогранна. Ее можно переформулировать следующим образом: а насколько в данной ситуации вообще целесообразно использовать предлагаемое специфическое решение, даже обладающее очень хорошими техническими характеристиками? Ответ на него предельно прост: наиболее существенным доводом в пользу внедрения такого решения является потенциальная возможность его массового применения в сочетании с хорошими потребительскими качествами. Во всех прочих случаях проведение широкомасштабных НИОКР и изменение отлаженного производственного процесса нецелесообразны. Функционирование же активного сетевого оборудования на физическом уровне инфраструктуры, реализованной с привлечением отработанных ранее подходов, при возникновении такой необходимости обеспечивается с помощью упомянутых выше адаптеров. Их применение не отменяет данного утверждения, так как эти компоненты формально не входят в состав СКС.

Проиллюстрируем указанное положение на примере построения различных систем кабельного телевидения. Для решения этой задачи могут быть задействованы симметричные тракты. Производители СКС и системные интеграторы охотно прибегают к такому варианту, несмотря на то что с точки зрения обеспечиваемых характеристик передачи (в первую очередь затухания) симметричный кабель заметно уступает коаксиальному и в тракт передачи приходится вводить бустерный усилитель и/или подбирать специальный частотный план. Более того, необходимые для этого балуны многократно превышают по стоимости обычные коммутационные шнуры, функции которых они, как адаптеры, часто выполняют «по совместительству». Однако выбор в пользу технически худшего и, что не характерно для практики реализации проектов, изначально более дорогого решения делается из тех соображений, что многоканальное аналоговое телевидение крайне слабо востребовано в офисе. Фактически его целесообразно применять только у топ-менеджеров и в зоне психологической разгрузки, то есть оно никогда не будет массовым продуктом.

По сути, в рассматриваемом примере неоптимальность построения линейной части сети кабельного телевидения на базе симметричных кабелей оказывается менее значимой по сравнению с выгодами использования однотипной элементной базы. Иначе говоря, те достоинства, которые дает универсальность, заметно превышают технические преимущества узко специализированного решения, так как последними не удается воспользоваться в полном объеме. Аналогичным образом поступают при создании системы видеонаблюдения в случае ее наложения на СКС. Справедливости ради отметим, что при внедрении этой разновидности информационного сервиса проблема выбора среды передачи стоит не так остро. Свою роль играет то, что оборудование видеонаблюдения работает на заметно более низкой частоте, где коаксиальный кабель не имеет столь больших преимуществ перед симметричным, в первую очередь по затуханию. В результате применения подобного многокритериального подхода к выбору концепции построения всей информационной системы существенно улучшается технико-экономическая эффективность решения в целом.

В другой быстро расширяющейся и потенциально очень емкой области применения техники СКС — домашних сетях — обеспечение возможности просмотра телевизионных программ становится обязательным. В данном сегменте этот вид информационного сервиса по степени своей важности соизмерим с локальными сетями. В таких условиях целесообразно вернуть в состав штатной элементной базы СКС коаксиальный кабель и соответствующие коммутационные изделия, исключенные из него еще в 1995 году, и несколько производителей уже сделали это. Отсутствие всеобщего предложения коаксиальной техники объясняется тем, что общий объем бизнеса, приходящийся на домашние сети, для ряда заметных игроков рынка имеет второстепенное значение. Поэтому даже минимальное изменение подходов к производству своего продукта на системном уровне они считают нецелесообразным.

ВАРИАНТЫ КОРРЕКЦИИ ПОДХОДОВ К ПОСТРОЕНИЮ СКС В НОВЫХ ОБЛАСТЯХ

Самой первой разновидностью высокоскоростных информационных кабельных систем стали офисные СКС, которые на протяжении десяти лет оставались единственным их представителем. Соответственно, СКС в своей канонической форме была оптимизирована с учетом ее инсталляции и последующей эксплуатации именно в офисе. Положение стало меняться только на рубеже веков, когда начали появляться довольно многочисленные последователи, и наиболее значимыми среди них стали промышленные СКС и СКС для ЦОД.

Выход на новую область применения меняет условия и потенциально ведет к необходимости изменения подходов к построению подобного технического объекта. Основная цель всех нововведений заключается в повышении эффективности решения. При этом основополагающие постулаты, положенные в основу СКС, не затрагиваются. Речь идет об обязательном разбиении на отдельные подсистемы в общем случае, сведении к минимуму количества различных типов кабелей, применении только стандартных пользовательских интерфейсов и т. д.

Коррекция базовых принципов построения СКС может осуществляться на системном, структурном и компонентном уровнях (см. Таблицу 2). При этом перечисленные разновидности изменения канонических принципов образуют вертикально ориентированную структуру, а коррекция нижних уровней иерархии не затрагивает вышестоящие. Напротив, при изменении на верхних уровнях иерархии могут потребоваться соответствующие нововведения на нижних (однонаправленное воздействие).

 

 

Таблица 2. Иерархия разновидностей коррекции канонических принципов построения СКС.

Коррекция подходов к построению кабельной системы в новых областях носит массовый характер, что подтверждается данными, представленными в Таблице 3. При рассмотрении этих данных становится, в частности, понятно, почему до сих пор кабельные системы для открытых офисов не выделены в самостоятельное направление с отдельным стандартом. Свою и, пожалуй, главную роль играет то, что необходимости в системных и структурных изменениях таких СКС нет, так как условия их применения изначально крайне незначительно отличаются от обычных офисных. В данной ситуации процедура адаптации на новую область вполне может быть ограничена обычной компонентной коррекцией в весьма небольших объемах, что и было проделано на практике. Более подробно об этом рассказывается в статье автора «СКС для открытых офисов» в июньском номере «Журнала сетевых решений/LAN» за текущий год.

 

 

Таблица 3. Некоторые особенности СКС различного назначения.

СИСТЕМНАЯ КОРРЕКЦИЯ

Коррекция подходов к построению СКС на системном уровне требуется в первую очередь там, где географические масштабы области, обслуживаемой кабельной системой, значительно отличаются от кампуса канонической СКС. В системах промышленного назначения приходится использовать дополнительный четвертый уровень — эти изменения подчеркиваются терминологически введением этажной и промежуточной подсистем вместо привычной горизонтальной подсистемы. В свою очередь, СКС для ЦОД вполне может обойтись двумя подсистемами, а домашние СКС — одной.

Увеличение количества структурных областей происходит не только в «вертикальном» направлении — за счет введения новых подсистем. Вполне возможно также «горизонтальное» деление наиболее значимого для проекта нижнего уровня территории установки за счет введения так называемых областей обслуживания. По такому пути пошли разработчики стандарта TIA-1179, которые предусмотрели область обслуживания пациентов и область процедурных/ операционных с различной плотностью установки пользовательских информационных розеток. Примером горизонтального деления нижнего уровня промышленной СКС служит их классификация по уровням воздействия влияющих факторов окружающей среды — MICE1, MICE2 и MICE3.

Появление новых классов линий стимулируется в первую очередь переходом на новый тип элементной базы или адаптацией созданной ранее техники к новой области применения без изменения конструкции. Так, в упомянутых выше СКС для производственных предприятий приходится вводить «укороченные» оптические тракты OF-25, OF-50, OF-100 и OF-200. При их внедрении учитывается повышенное затухание и неудовлетворительные дисперсионные характеристики полимерных и кварцполимерных волокон, весьма популярных в системах промышленной автоматизации. Необходимость нормирования класса OF-5000 для промышленных СКС обусловлена энергетическими особенностями оптико-электронной элементной базы оптического интерфейса полевых шин типа ControlNET, а класс OF-10000 позволяет полноценно адаптировать кабельную систему к размерам области установки. Кроме того, «дальнобойные» (по меркам СКС) классы OF-5000 и OF-10000 позволили легализовать в технике СКС современные одномодовые волокна без водяного пика на спектральной характеристике затухания путем их выделения в отдельную категорию OS2.

Вполне допустимо введение дополнительных классов симметричных трактов без присваивания им буквенноцифровых индексов. Действующие нормативные документы разрешают передавать сигналы 10-гигабитного интерфейса 10GBaseT на 37 или 55 м в случае построения пассивной части линии связи на элементной базе Категории 6, которая изначально рассчитана на работу в частотном диапазоне, не превышающем 250 МГц. Целесообразность их выделения в отдельный класс обусловлена статистикой распределения длин, во многом определяемой архитектурными особенностями построения ЦОД. Кроме того, благодаря пассивному характеру техники СКС можно довольно хорошо предсказать значение по крайней мере части ее характеристик при работе за пределами того частотного диапазона, на который она рассчитывалась в момент разработки.

СТРУКТУРНАЯ И КОМПОНЕНТНАЯ КОРРЕКЦИЯ

Примером структурной коррекции базовых принципов является возможность увеличения (до шести единиц) количества разъемных соединителей в симметричных трактах протяженностью 100 м на нижних уровнях СКС промышленного назначения. Дополнительное ограничение налагает требование их построения только на элементной базе Категории 6, что позволяет компенсировать снижение помехоустойчивости из-за появления дополнительных источников шумов.

В системах промышленного назначения можно применять так называемые бесконнекторные тракты — они реализуются с помощью гибкого кабеля с многопроволочными проводниками, то есть фактически речь идет о длинном коммутационном шнуре. Его использование, несмотря на объективно худшие передаточные параметры, является вынужденным, поскольку другой технически и эксплуатационно привлекательной возможности подключения к информационной системе электронного устройства, смонтированного на подвижном механизме, просто не существует (без использования беспроводной связи).

Компонентная коррекция, прямо отраженная в нормативных документах самого высокого уровня, широко используется в новых областях применения. Оптические подсистемы СКС промышленного назначения наряду с широко распространенными одномодовыми и многомодовыми кварцевыми световодами могут строиться на основе полимерных и кварц-полимерных волокон. В СКС для ЦОД из-за необходимости обеспечения массовых подключений к телекоммуникационным операторам сети связи общего пользования в список разрешенных введены коаксиальные кабели. В домашних сетях для передачи многоканальных телевизионных сигналов предпочтение отдается коаксиальному кабелю из-за заметно лучших, по сравнению с кабелем из витых пар, частотных свойств. Фактически он представляет собой альтернативу волоконному световоду как широкополосной среде передачи. В небольших системах бытового назначения при построении той части СКС, которая обслуживает локальную сеть, достаточно часто используются полимерные световоды.

Отметим, что выход на новую область применения не влечет за собой необходимости компонентной коррекции.

Согласно стандарту TIA-1179 кабельные системы для лечебных учреждений строятся на элементной базе офисных СКС, правда, рекомендуется применять компоненты старших категорий (симметричные кабели и соединители по меньшей мере Категории 6, 50-микронные многомодовые волокна Категории ОМ3 и выше). Все нововведения этих технических объектов, как уже было отмечено, сосредоточены в структурной области.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

  1. Универсальность СКС носит ограниченный характер и может рассматриваться как полноценное свойство только применительно к нижнему пользовательскому уровню фокусной области использования конкретной разновидности этой техники.
  2. В процессе создания СКС ее разработчику приходится постоянно решать многокритериальную задачу обеспечения баланса между единообразием поддерживаемых решений в максимально широкой области применения и обобщенной эффективностью получаемого продукта.
  3. Ресурсы кабельной системы по количеству предоставляемых цепей передачи даже при полной загрузке сети используются не более чем на две трети, чем объясняется массовое предложение различных адаптеров, предназначенных для поддержки работы аппаратуры низкоскоростных «малопарных» приложений.
  4. Наилучшим и поэтому наиболее часто выбираемым способом решения задачи повышения эффективности СКС в новой области применения является коррекция большей или меньшей части базовых принципов ее построения, в том числе количества допустимых уровней иерархии, предельной протяженности стационарной линии и формируемого тракта, а также структуры цепей передачи. Для усиления положительного эффекта адаптации может практиковаться введение новых разновидностей компонентов.

Андрей Семенов — директор центра развития «АйТи-СКС» компании «АйТи». С ним можно связаться по адресу: ASemenov@it.ru.