Единая сетевая инфраструктура для подключенного и эффективного здания

В течение многих лет различные организации, компании-производители и отдельные эксперты предпринимали попытки сформулировать универсальное определение «интеллектуального» здания. В результате на свет появилось множество определений, в которых «интеллект» здания рассматривается порой с кардинально различных точек зрения. Тем не менее ни в одном из них не подвергается сомнению, что ключевым элементом такого здания является современная сетевая инфраструктура, обеспечивающая подключение и взаимодействие различных систем.

Важной тенденцией в области построения «интеллектуальных» зданий является организация единой коммуникационной инфраструктуры, способной поддерживать функционирование проводной и беспроводной сети, а также различных инженерных систем и приложений. Наличие такой инфраструктуры упрощает обмен информацией в системах «человек — человек», «человек — устройство» и «устройство — устройство» как в пределах здания, так и при взаимодействии с внешним миром. Она обеспечивает функционирование проводной локальной сети, Wi-Fi, сотовой связи внутри здания, а также передачу аудио- и видеоданных, подключение различных датчиков и исполнительных механизмов, работу систем управления зданием.

ОТ BAS К BIOT

Объединение и подключение датчиков и других устройств в рамках единой инфраструктуры, равно как и организация межмашинных коммуникаций, являются фундаментальными предпосылками набирающей популярность концепции Интернета вещей (IoT). Применительно к системам интеллектуальных зданий в последнее время все чаще говорят об Интернете вещей в зданиях — Building Internet of Things (BIoT). Эксперты Memoori определяют BIoT как «наложенную IP-сеть, обеспечивающую подключения всех систем здания, а также мониторинг, анализ и контроль этих систем без вмешательства человека». Они прогнозируют, что в ближайшие пять лет традиционные системы автоматизации зданий (BAS) будут эволюционировать в направлении BIoT, который, в свою очередь, обеспечит повышение уровня «интеллекта» здания и, как следствие, эффективности его использования.

Очевидно, что, когда датчики, электронные компоненты и средства подключения к сетям добавляются в различные устройства для удаленного получения данных и управления, общая эффективность функционирования здания повышается. Многие промышленные и коммерческие объекты уже используют BIoT в ограниченных масштабах, подключая к единой сети средства отопления, вентиляции и кондиционирования (ОВК), освещения и другие системы здания. Однако пока в сеть объединены всего около 1% устройств, установленных в зданиях. Чтобы полностью реализовать потенциал BIoT, нужно подсоединить остальные устройства посредством Ethernet, сотовой сети, Bluetooth с низким энергопотреблением (Bluetooth LE), ZigBee, Wi-Fi или других протоколов, делая выбор с учетом конкретной задачи.

ПРЕИМУЩЕСТВА ЕДИНОЙ ИНФРАСТРУКТУРЫ

По мере развития сетевых технологий появляются новые возможности по интеграции систем для управления недвижимостью, ИТ и инженерным оборудованием в единую сетевую инфраструктуру, построенную на базе кабельной системы с медными витыми парами. Так, например, развитие технологии подачи электропитания по сети Ethernet (PoE) позволяет уже сегодня использовать слаботочную проводку для подключения светодиодных светильников, а технология HDBase-T открывает дорогу передаче по той же сети высококачественного аудио- и видеоконтента.

Общая инфраструктура — экономически выгодное средство поддержки множества разнообразных приложений. С точки зрения удобства эксплуатации такая инфраструктура предпочтительнее набора разнородных проводных и беспроводных сетей, для каждой из которых требуется отдельное управление. Решая все задачи по передаче данных и управлению ими, единая интеллектуальная магистраль позволяет вдвое сократить капитальные затраты, а также уменьшить текущие расходы.

Сокращение числа отдельных сетей повышает надежность и время бесперебойной работы. Кроме того, общая инфраструктура является гибкой и адаптируемой, поэтому она позволяет легко заменить или расширить подключенные системы в соответствии с потребностями бизнеса.

УНИВЕРСАЛЬНАЯ ЗОННАЯ СТРУКТУРА

Один из наиболее перспективных способов построения единой сети предполагает организацию универсальной зонной структуры — Universal Connectivity Grid (UCG). Этот подход основан на традиционном зонном принципе формирования кабельной системы и является его дальнейшим развитием.

При таком подходе горизонтальная кабельная система формируется из зон покрытия, а не из конечных точек или конкретных устройств (рис. 1). Зонная организация повышает гибкость инфраструктуры и уменьшает общую стоимость владения на протяжении жизненного цикла. Она позволяет владельцу здания и или арендатору максимально эффективно использовать помещения и различные системы, при этом подключение новых рабочих станций и других устройств осуществляется легко и просто. Такая архитектура обеспечивает построение гибкой и масштабируемой инфраструктуры, способной удовлетворять будущие требования к подключениям.

Рис. 1. Архитектура зонной кабельной системы

Универсальная структура UCG, как уже говорилось, развивает идею зонной архитектуры: объект разбивается по сетке на области обслуживания одинакового размера (ячейки). Каждая из них содержит точку консолидации (ТО), которая обеспечивает подключение объектов к магистральной сети в своей области. Независимо от того, прокладывается ли сетка UCG при строительстве нового здания или организуется в уже существующем, перемещение, добавление или изменение подключений осуществляется просто и понятно. Изменения можно вносить без использования дополнительных материалов и без траты лишних средств, при этом простои, снижающие производительность, минимальны.

Точный выбор размера ячеек сетки UCG зависит от специфики конкретного проекта, но в общем случае эксперты CommScope советуют руководствоваться рекомендациями стандартов TR-24704 и TSB-162 относительно проектирования кабельной системы для подключения точек доступа Wi-Fi.

В 2004 году международные организации ISO и IEC представили технический отчет TR-24704, где детально рассматривались вопросы «универсальной кабельной инфраструктуры для подключения беспроводных точек доступа». В нем предложена оптимальная схема размещения таких точек. В качестве модели сети принимается массив из прилегающих друг к другу шестиугольных сот (ячеек). Чтобы обеспечить более высокую емкость, зона покрытия каждой соты ограничена радиусом 12 м (рис. 2). TR-24704 рекомендует размещать телекоммуникационные розетки как можно ближе к центру соты. Тем самым достигается максимальная гибкость в установке отдельных точек доступа и обеспечивается оптимальное покрытие.

Рис. 2. Структура ячеек согласно рекомендации ISO/IEC TR-24704

Вскоре после появления документа TR-24704 американская ассоциация TIA представила свои рекомендации по реализации кабельной инфраструктуры для подключения беспроводных точек доступа. Документ TIA TSB-162 предполагает организацию сетки из квадратных ячеек со стороной 18 м. Такой подход больше соответствует типовой застройке, он упрощает проектирование и инсталляцию. Точки доступа предполагается размещать в соответствии со схемой, показанной на рис. 3; возможная длина шнура подключения не превышает 13 м.

Рис. 3. Структура в виде сетки из квадратных ячеек, предложенная в TIA TSB-162-A

Число точек подключения в каждой ячейке будет зависеть от поддерживаемых систем, типов и числа подключаемых устройств, особенностей установленной в помещении мебели, расположения стен, дверей и множества других факторов. В таблице приведены общие рекомендации для ячеек размером 18 x 18 м на объекте, планировка которого организована в соответствии с принципами открытого офисного пространства. При формировании ячеек меньшего размера число портов изменяется соответственно.

Рекомендуемое число точек подключения (портов) для ячейки размером 18 x 18 м на объекте, планировка которого организована в соответствии с принципами открытого офисного пространства.

Возможен вариант, когда универсальная зонная структура UCG будет использоваться только для подключения точек доступа беспроводной сети, а для устройств других систем по старинке будут применяться отдельные кабельные соединения «точка — точка» (рис. 4). Однако такой подход не дает полных преимуществ общей сетевой инфраструктуры, описанной выше.

Рис. 4. Пример организации универсальной зонной структуры UCG только для точек доступа беспроводной сети, когда для подключения устройств других систем, в том числе рабочих станций, применяются отдельные кабельные соединения «точка — точка»

Целесообразно задействовать точки консолидации для подключения устройств тех систем, которые размещаются в потолочной зоне. Это могут быть блоки управления системами охлаждения, вентиляции и кондиционирования, средства контроля доступа в помещение, камеры видеонаблюдения, а также низковольтные светодиодные светильники. При этом для подключения ПК может использоваться традиционная кабельная проводка локальной сети, например, организованная под фальшполом (см. рис. 5).

Рис. 5. Универсальная зонная структура UCG задействуется для подключения устройств всех систем, размещаемых на потолке. ПК пользователей подключаются к отдельной кабельной проводке локальной сети, например, организованной под фальшполом

Наконец, кабельная инфраструктура на базе UCG будет действительно единой, когда через точки консолидации будут подключаться и устройства, расположенные на рабочих местах пользователей, как показано на рис. 6.

Рис. 6. Единая кабельная инфраструктура на базе UCG: через точки консолидации подключаются все устройства (кроме пожарной сигнализации)

Для передачи данных из разнообразных систем и поддержки растущих потребностей в пропускной способности общая инфраструктура должна иметь высокопроизводительные каналы связи. Чтобы удовлетворить эти запросы и обеспечить возможность последующего расширения, для подсоединения оконечных устройств следует использовать горизонтальные кабели Категории 6A. В качестве магистральных кабелей (для подключения этажных кроссов к главному кроссу) желательно использовать волоконно-оптические кабели OM4.

В целом описанное выше решение обеспечит универсальную хорошо масштабируемую сетевую инфраструктуру, упрощающую подключение новых устройств и повышающую уровень «интеллекта» и эффективность использования современных зданий. Немаловажно и то, что предложенный подход позволит снизить как капитальные затраты, так и операционные расходы на обслуживание и дальнейшее развитие.

Степан Большаков — технический директор представительства CommScope.