Повышение плотности портов коммутационного поля

Тенденция к распространению вычислительной техники во всех областях народного хозяйства приводит к увеличению количества оборудования, устанавливаемого в технических помещениях различного назначения. Кроме того, все большую популярность приобретают централизованные схемы построения информационных систем. Одно из проявлений этих процессов — появление так называемых центров обработки данных (ЦОД), создание которых уже выделилось в самостоятельное направление.

Реальные возможности проектировщика по рациональному использованию площади помещения определяются таким обобщенным количественным критерием, как плотность портов. При этом дополнительно различают физическую (номинальную) и эффективную плотность портов. Последняя, как правило, оказывается несколько меньше физической, поскольку обеспечение работоспособности основного оборудования объективно требует применения различных вспомогательных элементов наподобие организаторов, кронштейнов и аналогичных им приспособлений.

Рынок предлагает целый ряд решений для увеличения плотности портов. Далее рассматриваются те из них, с помощью которых удается увеличить как физическую, так и эффективную плотность портов различных функциональных секций. Конструктивные нюансы и проектные приемы обсуждаются применительно к техническим помещениям нижнего уровня, так как на реализацию горизонтальной подсистемы расходуется примерно 80% всех людских и материальных ресурсов, требуемых для создания СКС. Все изложенные положения с определенными оговорками могут быть распространены на аппаратные и другие объекты верхнего уровня.

КОММУТАЦИОННЫЕ ПАНЕЛИ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПОДСИСТЕМЫ

Коммутационное оборудование структурированной проводки, коммутаторы уровня рабочей группы, локальные серверы и некоторое другое оборудование в технических помещениях нижнего уровня, согласно действующим нормативным документам, может монтироваться на аппаратном столе, крепиться к стене, устанавливаться на полу и т. д. Обычно же отдельные компоненты вычислительных систем монтируются в 19-дюймовый монтажный конструктив, что обеспечивает целый ряд преимуществ. Это обстоятельство оказывает определяющее влияние на дизайн внешнего исполнения корпусных компонентов, а также на методы увеличения плотности компоновки.

Стандарты TIA/EIA-568-B и ISO/IEC 11801:2002 не ограничивают свободу разработчика в выборе типа коммутационных панелей СКС, к оконцевателям которых с линейной стороны подключаются горизонтальные и магистральные кабели. Единственным нормированным параметром является количество портов на единицу высоты 1U: оно должно быть не менее 16. Однако подавляющее большинство производителей выпускают панели с плотностью портов 24 на 1U. Поперечное сечение торцевой поверхности модульного разъема составляет примерно 18 х 18 мм. В рабочем положении панели розеточные модули располагаются между внутренними кромками монтажных рельсов 19-дюймового конструктива, расстояние между которыми, согласно стандарту IEC-297-1, строго фиксировано и равно 451 мм. Сопоставление приведенных размеров показывает, что при переходе на 24-портовое исполнение резервы по увеличению количества отдельных розеток в горизонтальной линейке оказываются исчерпаны, однако при высоте панели, равной 44,45 мм, количество таких линеек потенциально может быть удвоено.

Увеличить число рядов розеток модульных разъемов до двух на 1U высоты можно двумя конструктивно различными способами. Первый основан на применении панелей половинной высоты, он был предложен и реализован немецкой компанией TKM. Интересная особенность этих изделий состоит в том, что их установка на штатное рабочее место выполняется с помощью всего двух крепежных винтов вместо традиционных четырех. Заполнение высоты монтажных рельсов до целого количества единиц осуществляется с помощью горизонтальных организаторов половинной высоты. В случае применения решений, относящихся ко второй группе, панель имеет общепринятую высоту 1U, а розетки разъемов располагаются на ее лицевой пластине в два ряда (моноблочный или квазимоноблочный дизайн удвоенной плотности).

В случае двухуровневого расположения розеточных модулей подключение линейных кабелей к оконцевателям разъемов оказывается затруднено. Для его упрощения используется два подхода. Первый предусматривает переход к модульному или наборному дизайну панели, а второй — размещение нескольких многопортовых сборок на съемном монтажном основании. Фактически речь идет о панелях половинной высоты, конструктивно объединенных в единое целое на уровне лицевой панели. Примером реализации данного принципа являются изделия серии PowerCat компании Molex.

При установке панелей с увеличенной конструктивной плотностью в полной мере начинают сказываться недостатки традиционной конструкции вилок, в соответствии с которой крепление в гнезде осуществляется с помощью защелки рычажного типа. Для отсоединения такой вилки системному администратору нужно обхватить ее пальцами, что в панелях удвоенной плотности невозможно физически. С целью устранения этого недостатка, компания Siemon предложила вилки системы BladePatch, управление фиксатором которых построено в соответствии со схемой push-pull. Аналогично широко распространенным в оптической подсистеме вилкам SC, подключение и отключение вилок BladePatch осуществляется линейным движением. Срабатывание фиксатора происходит только при воздействии на корпус вилки, а все осевые тянущие усилия по отношению к кабелю на запирающий механизм не передаются, и несанкционированного отключения не происходит.

ПАНЕЛИ МАГИСТРАЛИ КАТЕГОРИИ 3

Как известно, в СКС существует два конкурирующих подхода к построению коммутационного поля технических помещений различного уровня в той части, на которую возлагается поддержка телефонии и иных низкоскоростных приложений. Кабельные системы американских производителей предполагают применение панелей 110. Определенной популярностью на рынке США пользуется очень похожая на нее система Building Industry Cross-connect (BIX), созданная в начале 70-х гг. прошлого века компанией Nortel и продвигаемая компанией NORDX/CDT (в настоящее время входит в Belden-CDT) в составе собственной кабельной системы IBDN. В продуктах, разработанных европейскими производителями, для решения задачи коммутации сигналов низкоскоростных и узкополосных приложений применяются преимущественно телефонные плинты или панели с традиционными модульными разъемами, где задействуются контакты одной или двух пар.

Панели с розетками модульных разъемов, по мнению многих пользователей, заметно более удобны в эксплуатации по сравнению с их функциональными аналогами. Именно поэтому в перечне оборудования европейских СКС многопарные кабели нередко отсутствуют. Таким образом, для построения магистралей, по которым предполагается передавать сигналы низкоскоростных приложений, используются обычные горизонтальные кабели, иногда для облегчения прокладки формируемые в виде сборок (так называемые многоэлементные конструкции).

При работе с низкоскоростными «малопарными» приложениями, для функционирования которых требуется одна или две пары, коммутационное оборудование с розеточными частями модульных разъемов, несмотря на его очевидные эксплуатационные преимущества при равенстве общего числа пар подключаемых кабелей, существенно уступает панелям 110 и особенно телефонным плинтам по количеству обслуживаемых трактов. Для преодоления этого недостатка и доведения физической плотности портов до уровня классических панелей 110 несколько производителей СКС, значительная доля бизнеса которых сосредоточена в Европе, разработали 50-портовые панели с двухрядным расположением шестиконтактных розеток модульных разъемов. Розетки имеют несколько меньшую ширину, благодаря чему удалось без проблем разместить 50 модулей вместо обычных 48 в панелях с восьмиконтактными модульными разъемами. Изначально основным назначением этих изделий является передача телефонных сигналов к кроссу АТС и поддержка функционирования другого низкоскоростного малопарного сетевого оборудования. Работа монтажника становится более удобной за счет того, что линейный кабель подключается к традиционным четырехпарным неразрезным оконцевателям, а к соответствующим гнездам розеток сигнал подается по внутренним токоведущим дорожкам печатной платы.

Конструкция классических панелей 110, разработанных еще в 1972 г., обеспечивает возможность оконцевания не более 100 пар на 1U монтажной высоты. На рынке представлены два оригинальных решения с повышенным значением этого параметра. В конце прошлого века компанией Panduit была разработана и внедрена панель GigaPunch (см. статью автора в апрельском номере «Журнала сетевых решений/LAN» за 2000 г.). Ее отличительной особенностью является оригинальное двухрядное расположение контактов оконцевателей, благодаря которому удалось увеличить количество оконцовываемых пар до 144 на 1U высоты, что эквивалентно 36 обычным четырехпарным портам на основе восьмиконтактных модульных разъемов. Решение отличается универсальностью, в чем заключается его существенное преимущество. С одной стороны, оборудование полностью соответствует требованиям Категории 6 и обеспечивает работоспособность приложений с характеристиками Класса Е. С другой — сравнительно простой доступ к отдельно взятой паре и возможность подключения к ней кроссировочного провода без обязательного использования ударного инструмента заметно увеличивают эффективность применения панели, когда требуется обеспечить функционирование телефона и других низкоскоростных приложений. К тому же разработчики сохранили привычный большинству монтажников и системных администраторов внешний дизайн панелей телефонного типа с боковыми выступающими маркировочными площадками возле каждой пары линеек монтажного основания.

Другими представителями «немодульной» ветви коммутационного оборудования высокой плотности являются два продукта из состава СКС Systimax компании Comm-Scope — 110 VisiPatch и VisiPatch 360. В коммутационной панели VisiPatch разработчик выбрал экстенсивный путь повышения плотности портов. Боковые маркировочные площадки классической панели 110 необходимы исключительно при построении традиционного телефонного кросса. В процессе же эксплуатации высокоскоростной структурированной проводки нанесение различных идентификационных надписей на эти элементы не практикуется, т. е. они мало востребованы, и от них можно отказаться без каких-либо серьезных последствий. Таким образом, появляется возможность физически увеличить длину монтажного основания. В результате на одной линейке панели удалось расположить 112 пар на 1U высоты вместо традиционных 100 пар классической панели 110.

В более позднем варианте изделий серии VisiPatch 360, появившемся в конце 2006 г., наряду с другими усовершенствованиями предусмотрено, как и в панели GigaPunch, двухрядное расположение контактов соединительного блока и их ответной гнездовой части на линейке с относительным смещением рядов на половину шага (расположение в шахматном порядке). Такой конструктивный прием ведет к заметному улучшению передаточных параметров, в первую очередь по переходному затуханию, позволяет добиться характеристик изделия в соответствии с требованиями Категории 6а и открывает перспективы применения панели в составе кабельных трактов для передачи сигналов 10 Gigabit Ethernet. Решение VisiPatch 360 имеет еще и то достоинство, что количество пар в линейке при пересчете на 19-дюймовый конструктив увеличилось до 128. Таким образом, по параметру плотности портов новый продукт всего на 13% уступает панелям GigaPunch, характеристики которых в настоящее время отвечают только требованиям Категории 6.

ПАНЕЛИ ОПТИЧЕСКОЙ ПОДСИСТЕМЫ

В области оптической подсистемы увеличение плотности портов существенно упрощается благодаря лучшим массогабаритным показателям волоконного световода по сравнению с проводниками витой пары. Конструктивно это достигается применением малогабаритных разъемов SFF, многочисленные разновидности которых нормированы на международном уровне стандартами серии IEC 61754 и широко доступны. В случае использования таких разъемов на 1U высоты располагаются до 96 волокон (как в оптических полках, входящих в состав InstaPATCH СКС Systimax компании CommScope).

При такой высокой плотности цепей передачи сигналов в целях упрощения монтажа используется модульно-кассетное решение. В некоторых случаях прибегают к групповым разъемам, причем отдельные двухволоконные оптические порты активного сетевого оборудования подключаются с помощью многоволоконных разветвительных шнуров. Более подробно конкретные приемы достижения высокой плотности компоновки функциональных секций оптической подсистемы с помощью модульно-кассетных решений рассмотрены в статье автора, опубликованной в ноябрьском номере «Журнала сетевых решений/LAN» за 2004 г.

ПРИМЕНЕНИЕ ОРГАНИЗАТОРОВ

В соответствии с требованиями стандартов СКС применение организаторов коммутационных шнуров в системах Категории 5 и выше является обязательным. Основное назначение этих устройств состоит в аккуратной укладке избытка длины шнурового кабеля и его механической разгрузке, чтобы в процессе эксплуатации кабель своим весом не давил на вилку шнура и не провоцировал ухудшение характеристик тракта. Наличие организатора становится все более актуальным по мере увеличения пропускной способности структурированной проводки, поскольку повышение категории элементной базы сопровождается возрастанием погонной массы кабеля. Вот только некоторые причины, приводящие к таким последствиям: по сравнению с изделиями Категории 5 в горизонтальных кабелях Категорий 6 и 6а на 10% и даже более увеличен диаметр проводника, уменьшен шаг скрутки отдельных пар, а из-за необходимости сохранения структуры кабельного сердечника приходится вводить в его состав сепаратор, что ведет к увеличению диаметра готового изделия.

Исходя из изложенного, можем констатировать, что при построении структурированной проводки проектировщик сталкивается с классической философской дилеммой единства и борьбы противоположностей: стандарты требуют применения организатора коммутационных шнуров, но его наличие оборачивается уменьшением плотности портов при классической конструкции коммутационной па-нели.

Отсюда становится ясно, какие направления следует развивать, чтобы добиться улучшения эффективной плотности портов — одного из главных показателей уровня выполнения проекта. Прежде всего, это — полный или частичный отказ от традиционных коммутационных шнуров, что в принципе делает ненужным применение организатора. До уровня законченного серийного продукта доведены два разных решения. Одним из них является применение так называемых бесшнуровых панелей, предполагающих использование переключателей. Переключатель может быть как одиночным, так и матричным. В первом случае он действует только на пару соседних портов коммутационной панели, тогда как во втором переключатели образуют матрицу по образцу известного из аналоговой телефонии середины прошлого века координатного коммутатора. Изделия первого направления достаточно активно продвигают израильские компании RiT Technologies и Elgadphon. Координатный переключатель, специально ориентированный на применение в структурированной проводке, в середине 90-х гг. прошлого века предлагался в составе СКС Krone Link немецкой компанией Krone (в настоящее время — часть компании ADC-Krone). Тогда же RiT выпустила коммутационную панель с механическим групповым переключателем на два направления.

Серьезным препятствием для распространения бесшнуровых решений стали трудности с обеспечением требуемых стандартами качественных показателей высокоскоростных трактов передачи для поддержки функционирования приложений Класса D и, тем более, Класса E. В наибольшей степени данное утверждение относится к конструкциям матричного типа. Так, внедрение элементной базы Категории 5 фактически поставило крест на совершенствовании как координатного коммутатора производства Krone, так и идеологически похожей на него разработки с групповым переключателем от RiT Technologies. Это обусловлено тем, что, несмотря на всю эксплуатационную привлекательность изделий, результирующие параметры проводки были достаточны только для передачи по ним сигналов приложений Класса С. Вдобавок при размещении механизма переключения максимальная физическая плотность портов оказывается меньше, чем в случае классических «шнуровых» изделий, так что общая эффективность решения снижается именно по данному критерию.

В процессе создания информационно-вычислительной системы могут быть использованы кабельные организаторы нескольких различных типов (подробнее см. монографию Семенов А.Б., Стрижаков С.К., Сунчелей И.Р. «Структурированные кабельные системы». — М.: «Компьютер-Пресс», 2005). Их установка сокращает полезную емкость монтажных рельсов 19-дюймового конструктива. Исключение составляют так называемые «поддерживающие организаторы», монтируемые перед лицевой поверхностью коммутационной панели или коммутатора. В медножильной части СКС данный тип оборудования не получил широкого распространения, так как крайне неудобен в обращении при текущей эксплуатации. Это связано с тем, что в поддерживающих организаторах в отличие от классических изделий кольцевого, полочного и других типов приходится дополнительно производить механическую фиксацию кабеля шнура к его планке. Несколько шире они применяются в оптической подсистеме, для которой не характерны частые переключения. В таком случае организатор может быть выполнен как интегральная составная часть полки и иметь вид поддона, конструктивно являющегося продолжением нижней панели корпуса.

Далеко не исчерпали потенциал для совершенствования и классические организаторы кольцевого типа, которые в силу целого ряда причин получили наибольшее распространение. При реализации проектов используются изделия данной разновидности высотой 1U и 2U, которые большинство производителей СКС поставляют в составе штатного оборудования. Причем при глубине кольца организатора стандартной высоты не менее 75 мм можно отказаться от применения организаторов высотой 2U даже в случае размещения оборудования ИВС в двух монтажных конструктивах (см. Семенов А.Б. «Проектирование и расчет структурированных кабельных систем и их компонентов». — М.: «Компьютер-Пресс», 2005).

Применение организаторов неизбежно сопровождается снижением результирующей плотности портов, так как они устанавливаются на штатные посадочные места на монтажных рельсах конструктива. Вследствие отмеченных выше конструктивных особенностей кабелей Категории 6 и выше они отличаются повышенной жесткостью, что позволяет вообще отказаться от применения горизонтального организатора коммутационных шнуров в виде горизонтального устройства высотой не менее 1U. Так, американскими компаниями Panduit, Homaco и Hubbell предложены угловые коммутационные панели (angled panel), у которых лицевая панель имеет форму тупого выступающего угла. Благодаря подобной конструкции кабель подается сразу в организатор, который расположен в боковой части панели и имеет форму установленной вертикально гребенки. Данная конструкция ориентирована на центры обработки данных, а ее массовое использование в СКС офисного назначения сдерживается крайним неудобством изменения конфигурации кабельной системы при заполнении коммутационного поля из-за затрудненного доступа к розеткам, непосредственно примыкающим к монтажным рельсам конструктива. Для устранения этого недостатка компания Panduit ввела в состав аксессуаров своей СКС вспомогательный технологический инструмент, облегчающий коммутацию. Он выполнен в виде клещей, длинные рабочие губки которых захватывают корпус вилки и рычаг фиксирующей ее защелки.

Наряду с выступающими угловыми панелями выпускаются другие изделия данной разновидности, выполненные по «инверсной» схеме и имеющие форму внутреннего угла.

АКТИВНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

Активное сетевое оборудование самого различного назначения устанавливается преимущественно в монтажном конструктиве и образует в нем отдельную функциональную секцию. По сути, на него распространяются те же требования в отношении плотности монтажа, что и к пассивным коммутационным панелям структурированной проводки.

Любой производитель постоянно стремится к повышению плотности компоновки своих изделий, используя традиционные конструкторские методы. Так, разработчики увеличивают плотность портов за счет применения малогабаритной элементной базы, снижения энергопотребления и рационального использования внутреннего пространства корпуса. Пожалуй, наиболее известным результатом стало появление тонких серверов высотой 1U.

Приняв во внимание опыт эксплуатации, производителям активного сетевого оборудования удалось уменьшить его габариты только за счет обычной перекомпоновки. Разработчики учли тот простой факт, что часть портов оборудования крайне редко коммутируется в процессе эксплуатации информационной системы. В рамках подобного подхода розетки разъемов этих портов целесообразно перенести на заднюю стенку корпуса, а освободившееся пространство отвести под дополнительные пользовательские порты.

В случае модульного дизайна оборудования при наличии посадочных гнезд в задней части корпуса можно установить модули блоков питания, системы мониторинга, модемной связи через сеть GSM и т. д. Применение этой схемы ведет к увеличению количества установочных слотов вдвое: например, с 14 до 28, как это сделано в модульной системе компании Microsens, ориентированной на построение сетей доступа и магистралей верхнего уровня масштабных информационно-вычислительных систем.

Принцип деления всей совокупности портов устройства на две группы в соответствии с критерием частоты их коммутации может быть распространен на другое активное оборудование. В качестве иллюстрации сошлемся на промежуточные (Mid-Span) устройства дистанционного питания PoE. Первые появившиеся на рынке образцы такого оборудования были построены по схеме обычного концентратора (отсюда, в частности, пошло их название Power Hub). Затем они стали выполняться по схеме панели отображения портов активного сетевого оборудования.

В этом случае традиционный соединительный шнур, используемый для подключения устройства к активному сетевому оборудованию, заменяется на монтажный шнур с одной вилкой. Вилка вставляется в коммутатор уровня рабочей группы, а отдельные провода витых пар неоконцованного в заводских условиях конца шнура разводятся на традиционных гребенках 110, смонтированных на задней поверхности корпуса. В результате высоту такого устройства удалось уменьшить до 1U.

Системный интегратор, сотрудничающий с несколькими вендорами, может внести свою весомую лепту в увеличение эффективной плотности портов функциональной секции активного сетевого оборудования при реализации проекта построения ИВС путем соответствующего подбора активного сетевого оборудования. Известно два основных решения данной группы. Первое применяется исключительно при выполнении проектов «волокно до рабочего места». Оно опирается на тот факт, что современные коммутаторы рабочей группы имеют 48 портов 10/100/1000BaseT на 1,5-2U высоты корпуса. В качест-ве примера подобного устройства сошлемся на достаточно популярные коммутаторы WS-C3750 компании Cisco. Однако, когда информационные сигналы требуется передать по оптическим трактам структурированной проводки, плотность портов резко снижается до скромного значения 12. Ситуацию можно улучшить за счет применения многопортовых преобразователей среды, которые имеют 24 оптических порта на 1U высоты. Таким образом, при необходимости обслуживания 96 пользователей локальной сети под оптическое оборудование надо будет выделить 96/12 х 1,5 = 12U высоты шкафа или открытой стойки. При переходе на комбинацию «коммутаторы с медными портами + многопортовые преобразователи среды» получаем 96/48 х 1,5 + 96/24 = 7U, т. е. на 60% меньше.

Более впечатляющее уменьшение высоты функциональной секции активного сетевого оборудования достигается посредством применения инсталляционных устройств, которые в отличие от предыдущего случая могут использоваться и на обычных трактах на основе симметричных кабелей. При этом пользовательские порты группового активного сетевого оборудования выносятся непосредственно на рабочее место, и в результате необходимое количество портов коммутаторов нижнего уровня уменьшается. Установка инсталляционных приборов на рабочих местах не вызывает каких-либо серьезных проблем, так как их габариты почти не отличаются от габаритов обычной пассивной информационной розетки.

В рассмотренном примере при реализации нижнего уровня информационной системы с использованием наиболее распространенных пятипортовых (четыре пользовательских и один порт для каскадирования) инсталляционных устройств в монтажном конструктиве технического помещения требуется выделить всего (96/4)/12 х 1,5 = 3U высоты. Таким образом достигается четырехкратное увеличение эффективной плотности портов функциональной секции активного сетевого оборудования.

Популярность применения инсталляционных устройств заметно возросла в последнее время. Стимулирующее воздействие на этот процесс оказывает уменьшение стоимости активного сетевого оборудования, снижение энергопотребления до величин, меньших 10 Вт, и массовое внедрение дистанционного электропитания по стандарту IEEE 802.3af (см. статью автора, опубликованную в февральском номере «Журнала сетевых решений/LAN» за 2005 г.).

В последние два-три года ряд компаний начали предлагать шестипортовые варианты инсталляционных микрокоммутаторов, каскадирование которых выполняется непосредственно в помещениях для размещения пользователей за счет наличия дополнительного инсталляционного медножильного порта. Справедливости ради отметим, что широкому распространению инсталляционных устройств несколько мешает тот факт, что часть функций управления и мониторинга портов классического коммутатора уровня рабочей группы в силу целого ряда причин не может быть распространена на каждый пользовательский порт и применима только к устройству в целом.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Изложенный выше материал позволяет сделать ряд выводов.

1. При реализации проекта построения структурированной проводки применение новых технических решений помогает заметно увеличить эффективную плотность портов отдельных функциональных секций и всего коммутационного поля по сравнению с теми значениями, которые зафиксированы в стандартах или утвердились на правах стандарта де-факто.
2. Наибольшие перспективы увеличения плотности портов имеются в области оптической подсистемы структурированной проводки, что обусловлено хорошими массогабаритными показателями волоконных световодов и отсутствием их взаимных влияний при передаче информационных сигналов.
3. При наличии достаточного опыта и высокой профессиональной квалификации инженерно-технического персонала системного интегратора, реализующего проект, можно добиться увеличения плотности портов, за счет разумного сочетания правильных проектных решений и отдельных устройств различных производителей. В результате суммарную плотность компоновки функциональных секций активного и пассивного оборудования в технических помещениях различного уровня можно заметно повысить (на десятки процентов, а в отдельных случаях в несколько раз).
4. Увеличение эффективной плотности портов коммутационных панелей СКС свыше 16 на 1U монтажной высоты является в большинстве случаев нецелесообразным на уровне горизонтальной подсистемы обычной офисной структурированной проводки, так как ведет к усложнению изменений конфигурации кабельной системы. Однако подобное оборудование может быть с успехом использовано в области магистральных подсистем и при построении центров обработки данных, т. е. во всех случаях, когда коммутация трактов передачи путем переключения коммутационных шнуров осуществляется достаточно редко.