Ключевые направления системного развития СКС

Концепция построения СКС на объекте недвижимости была разработана в конце 80-х годов прошлого столетия. Первый стандарт TIA/EIA-568 был ориентирован на офисное применение. При переносе его положений на иные области требовалась коррекция ряда подходов без изменения базовых принципов. Речь идет о формировании универсальных трактов передачи, нормируемые характеристики которых отражают достигнутый уровень техники и рассчитываются с определенным запасом, что позволяет, во-первых, не менять проводку на протяжении всего межремонтного срока службы архитектурного объекта, а во-вторых, дает возможность компенсировать повышенные капитальные затраты за счет снижения эксплуатационных расходов в течение разумного периода времени.

Адекватность нормативной базы текущим потребностям достигается благодаря следующим факторам:

• стандарты пересматриваются с определенной периодичностью, что позволяет соответствовать достигнутому уровню техники;
• при выходе за пределы типового офиса учитываются специфические особенности новой области.

Сильной стороной такого подхода является то, что стандартизация становится стимулом для все более массового распространения как новых системных решений, так и перспективной элементной базы.

Расширение области применения СКС оказывалось возможным благодаря разработке отдельных стандартов, в которых учитывались особенности построения и условия эксплуатации техники. Впрочем, это не исключало внесения добавлений в базовый документ. Например, некоторые специалисты считают популярные кабельные системы для открытых офисов самостоятельной разновидностью кабельных систем. С точки же зрения стандартов они являются подклассом обычных офисных СКС.

Органы стандартизации жестко придерживались принципа открытости: кабельный тракт в максимально сложной конфигурации должен иметь предопределенные параметры при его построении из компонентов различных производителей. Отрасль впервые столкнулась с массовым нарушением такого подхода при внедрении техники Категории 6, когда ведущие производители стали выводить на рынок закрытые решения. При появлении техники Категории 6_А подобного нежелательного явления удалось избежать, что позволяет потребителю застраховаться от возможных финансовых потерь, вызванных несовместимостью отдельных элементов тракта передачи.

Принцип универсальности безусловно соблюдается только на уровне горизонтальной подсистемы офисных кабельных систем или ее аналогов в иных системах. Уровень современной техники не позволяет распространить его на магистральные подсистемы.

СОКРАЩЕНИЕ ВРЕМЕНИ СТАНДАРТИЗАЦИИ КЛЮЧЕВЫХ ПОЛОЖЕНИЙ

Далеко не все нововведения в нормативные документы СКС массово внедряются. Причины могут быть самыми разными: неочевидность продвигаемой идеи, сложность реализации, изменение исходных посылок, ошибки в базовых положениях и т.д. Вместе с тем часть нововведений не находит своевременного отражения в стандартах из-за довольно длительного цикла обновления базовых документов (примерно 5–7 лет).

Примером слабой востребованности системных предложений может служить довольно активно обсуждаемая в середине 90-х годов прошлого века централизованная оптическая архитектура. Так, при внедрении новых решений компонентного уровня довольно долго оставалась «не у дел» техника Категории 6, которая разрабатывалась с прицелом на поддержку функционирования двухпарных сетевых интерфейсов 1 Gigabit Ethernet, не получивших заметного распространения. Только с течением времени потенциальные возможности кабельных трактов этой категории оказались востребованными сначала в промышленных, а затем в информационно-телекоммуникационных системах (ИТС), где требовалось обес-печить массовое дистанционное питание терминальных устройств по технологиям РоЕ и РоЕ+.

Ускоренному внедрению перспективных разработок способствуют иные технические документы. К таковым относятся системные бюллетени TSB в США и отчеты TR на международном уровне. Все дополнения, доказавшие свою фактичес-кую востребованность, вводятся в текст следующей редакции стандарта. Иногда сам отчет в переработанной форме становится стандартом (например, ISO/IEC TR 147633 через четыре года превратился в полноценный стандарт ISO/IEC 147633; в него были включены новые положения, из-за чего объем текста увеличился примерно в три раза). Известно также издание «промежуточных» редакций стандарта ISO/IEC 11801 с одним или несколькими дополнениями.

В США к разработке стандартов подключилась организация BICSI. Содержательная часть издаваемых ею руководств (Best Practices) затем включается ANSI в национальные стандарты. Примером может служить документ BICSI 002-2011, значимая часть которого посвящена СКС.

ОСОБЕННОСТИ РЕАЛИЗАЦИИ ИНФОРМАЦИОННЫХ КАБЕЛЬНЫХ СИСТЕМ ЦОД

Промышленные кабельные системы и информационная проводка ЦОД существенно отличаются от своего прототипа — СКС офисного назначения. Это следует даже из терминологии, используемой разработчиками.

Отличия кабельных систем ЦОД обусловлены очень высокой скоростью обмена информацией, которая, в свою очередь, определяется большим объемом передаваемых данных, массовым распространением облачных структур, а также отсутствием на объекте «белковых» потребителей информации с их ограниченными возможностями по ее восприятию.

Потребность в высокоскоростных каналах связи в сочетании с ограниченным быстродействием современной электроники привела к тому, что в ЦОД массово применяется параллельная передача, а обмен информацией осуществляется преимущественно с помощью волоконной оптики.

Последний фактор обусловлен:

• существенно более высокой плотностью конструкции линейных и шнуровых кабелей, что облегчает организацию воздушного охлаждения активного сетевого оборудования;
• значительной долей линий ЦОД протяженностью свыше 30–40 м; при таких длинах оптические интерфейсы генерируют меньше тепла, что имеет критическое значение для данной области применения;
• возможностью воспользоваться наработками из области сетей связи общего пользования при переходе на следующий уровень скорости (в отличие от медножильных линий).

По мере приближения поддерживаемых скоростей к 400 Гбит/с начинает расти значение одномодовой техники. При параллельной передаче наряду с пространственным уплотнением начинает активно использоваться спектральное. Потенциальное количество несущих у одномодовой техники значительно выше по сравнению с многомодовой (не более четырех для SWDM). Кроме того, разработчики могут воспользоваться наработками из сетей связи общего пользования. В этой ситуации экономическое преимущество многомодовой техники на расстояниях до 200–300 м становится не столь очевидным.

Тем не менее доля многомодовой техники уменьшается достаточно медленно. Это объясняется тем, что потенциально она способна обеспечить скорости вплоть до 1,6 Тбит/с. Кроме того, реальная потребность в сверхскоростных линиях пока не столь высока, да и необходимость минимизации затрат на их реализацию не стоит сбрасывать со счетов.

КАБЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ ПРОМЫШЛЕННОГО НАЗНАЧЕНИЯ

Значимые отличия в информационной проводке промышленного назначения обусловлены жесткими условиями эксплуатации терминального оборудования и отсутствием потребности в передаче больших объемов данных. Вследствие наличия множества низкоскоростных терминальных устройств промышленной автоматизации эти кабельные системы уступают по уровню скорости своему офисному прототипу, однако имеют сопоставимую долю электропроводных решений.

На системные решения сильное влияние оказывают жесткие условия эксплуатации. В промышленных СКС массово применяется электропроводная техника высоких категорий. Запас по передаточным характеристикам трактов позволяет надежно защитить сигнал от воздействия внешней помехи, а также нарастить количество промежуточных соединителей.

Часть промышленных кабелей предлагается в двух- и даже однопарном вариантах. Благодаря улучшению массогабаритных характеристик линейных изделий снижается расход дорогостоящих полимеров, использование которых гарантирует нормальную эксплуатацию кабелей на различных производствах.

Однопарная техника разрабатывается прежде всего в интересах автомобильной промышленности (см. статью автора «Однопарный Ethernet: первые шаги и перспективы» в «Журнале сетевых решений/LAN», 2017, №10), но по основным параметрам (сочетание скорости и дальности связи) она вполне пригодна и для других производственных областей.

УМЕНЬШЕНИЕ ШАГА ПРИРОСТА СКОРОСТЕЙ

СКС непосредственно сопрягается с сетевыми интерфейсами локальной сети. До последнего времени каждое новое поколение техники для локальной сети обеспечивало 10-кратное увеличение скорости передачи данных. Из-за объективных схемотехнических проблем и снижения экономической эффективности опережающего внедрения нового оборудования (низких темпов роста его загруженности) для медножильной техники предусмотрен шаг наращивания 4× (после 10 Гбит/с появились 40 Гбит/с), в скоростном диапазоне 1–10 Гбит/с введены промежуточные значения 2,5 и 5 Гбит/c, а к диапазону 10–40 Гбит/с добавлено 25 Гбит/с.

Поддержка новых номиналов скоростей происходит не только путем внедрения компонентов новой категории, но и за счет того, что ранее созданные линии заново сертифицируются для использования в расширенном частотном диапазоне.

Оптическая подсистема развивается по схожим принципам: в скоростном диапазоне 10–400 Гбит/с ставка делается на схему параллельной передачи и использование комбинации техники пространственного (параллельная передача) и спектрального уплотнения. Предлагается следующая сетка промежуточных номиналов скоростей: 25, 40, 50, 100 и 200 Гбит/с. Кабели и разъемы для них специально не разрабатываются.

ДОПУСТИМЫЕ КОНФИГУРАЦИИ КАБЕЛЬНЫХ ТРАКТОВ

Увеличение числа потребителей ресурсов СКС потребовало ревизии перечня допустимых конфигураций линий. В стандарте ANSI/TIA-568-C2–1 введена конфигурация прямого тракта (Direct Attach Channel): порты сетевого оборудования соединяются шнуром или претерминированной сборкой. В классических трактах вилки, которые вставляются в аппаратуру, считаются частью последней и не учитываются при тестировании. Контроль характеристик прямого тракта осуществляется вместе с вилками, что требует модернизации кабельных сканеров.

Прямое подключение (Direct Connection), которое предполагает установку вилки на стороне терминального устройства, широко применяется при обслуживании точек беспроводного доступа, IP-камер дистанционного наблюдения и других аналогичных устройств. Вилка включается непосредственно в активное устройство. Линии Direct Connection можно тестировать с помощью существующих кабельных сканеров, если линии работают по модели Channel (см. рис. 1).

Рис. 1. Основные разновидности конфигураций комплексных объектов СКС

ОПТИМИЗАЦИЯ КОМПЛЕКСА АКТИВНОГО И ПАССИВНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

ИТС строится в соответствии с принципом семиуровневой модели. Наибольшие потери, как правило, происходят на интерфейсах между отдельными уровнями. Их можно уменьшить, если изначально учитывать, что СКС взаимодействует с иными уровнями в модели открытых систем.

Примером учета такого взаимодействия на уровне электропроводной системы является отработка интерфейса с системами РоЕ для дистанционного питания терминальных устройств. При мощности потребления свыше 30 Вт температура внутренних кабелей регулярного жгута может превысить предельно допустимые 60°C. Это обстоятельство стало стимулом к разработке серийных конструкций с максимальной рабочей температурой +75°C. Применение таких кабелей позволяет не только сохранить эстетику кабельных пакетов, но и улучшить степень заполнения кабельных трасс.

На уровне разъема в интересах РоЕ+ и выше контактам розеточных модулей придается растянутая U-образная форма (см. рис. 2). Это позволяет разнести области электроискровой эрозии и взаимодействия контактов вилки и розетки, гарантированно улучшив качественные показатели тракта.

Рис. 2. Особенности взаимодействия розетки с вилкой при различных формах контактов

В оптической подсистеме первой ласточкой стало волокно Signature Core компании Panduit. Градиентный профиль показателя преломления этих световодов скорректирован с учетом эффекта зависимости длины волны оптического излучения VCSEL-лазера от апертурного угла. В результате появляется возможность частично скомпенсировать межмодовую дисперсию за счет хроматической и увеличить гарантированную дальность сетевых интерфейсов действия не менее чем на 20% (см. статью автора «Многомодовое волокно с улучшенными частотными свойствами» в «Журнале сетевых решений/LAN», 2013, №2).

ОТКАЗ ОТ ФИКСАЦИИ МАКСИМАЛЬНЫХ ДЛИН СИММЕТРИЧНЫХ ЛИНИЙ

Расширение областей применения заставило разработчиков отказаться от соблюдения постулата о 100-метровой или иной нормированной протяженности тракта. Причины изменения базовых подходов весьма разнообразны:

• малая (по различным причинам) популярность длинных линий в новых облас-тях применения;
• невозможность прямой повторной сертификации ранее созданных линий, с учетом поддержки более скоростного активного сетевого оборудования;
• технические сложности достижения требуемой протяженности тракта в новой области;
• экономическая нецелесообразность соблюдения вышеупомянутого постулата.

Наиболее часто практикуется отказ от классического 100-метрового предела горизонтального тракта. Это может выражаться как в уменьшении, так и в увеличении максимальной дальности связи.

Примером уменьшения дальности может служить стандарт на Категорию 8. В зависимости от калибра проводника он предусматривает наибольшую протяженность тракта — 28–32 м (см. таблицу).

Влияние калибра проводников на длины шнуров и трактов Категории 8

В контексте подключения точек беспроводного доступа члены альянса NBase-T обсуждают возможность повторной сертификации кабельных систем Категорий 5е и 6 на скорость 2,5 и 5 Гбит/с. Необходимые качественные показатели достигались ограничением максимальной протяженности линии 50–75 м.

Европейские производители СКС, напротив, предлагают электропроводную технику с параметрами класса D и выше при длинах линии до 125 м (Draka, Corning Cable Systems), что вызвано необходимос-тью поддержки камер систем видеонаблюдения и контроллеров СКУД с дистанционным питанием.

РАСШИРЕННАЯ ТРАКТОВКА КОНЦЕПЦИИ АДМИНИСТРИРОВАНИЯ

Совершенствование вычислительной техники позволяет эффективно связать систему администрирования и процесс инсталляции СКС. Стандарты на администрирование (TIA-606 и IEC 14763–3) опираются на базы данных и уникальные идентификаторы отдельных компонентов. Узкое место существующего подхода — отсутствие жесткой взаимо-связи между первоначальным проектом и кабельной системой. Это приводит к тому, что реальная СКС не согласуется с ее образом в базе, а процесс инсталляции затрудняется.

Для устранения данного недостатка компания Fluke Networks предложила концепцию централизованного управления процессом реализации СКС, которая предполагает непрерывный контроль монтажа. В результате ее реализации устраняется влияние человеческого фактора на качес-тво инсталляции и гарантируется соответствие фактической конфигурации информационной проводки ее образу в БД системы администрирования.

Данная концепция опирается на прямую зависимость между проектной документацией, формированием маркировки, тестированием и иными процедурами. Дополнительно учитывается, что:

• форматы современной проектной документации при необходимости конвертируются в нужную форму;
• монтажник и техник в реальном времени доступны через смартфон;
• технологическое оборудование СКС (принтеры маркирующих этикеток, кабельные сканеры, рефлектометры и т.д.) имеет штатный или дополнительный беспроводной интерфейс малого радиуса действия.

Контроль обеспечивается путем передачи на смартфон монтажника:

• данных по реализуемому пробросу, стационарной линии и тракту;
• форматов и содержания маркирующих этикеток;
• настроек тестирующих приборов.

Затем эта информация поступает на соответствующее устройство, а после завершения монтажных процедур опять же через смартфон возвращается менеджеру проекта для отражения в исполнительской документации.

Положительный эффект достигается за счет внедрения мягкой информационной обратной связи, в область действия которой включаются проектная документация, инсталлированная СКС и система администрирования в расширенной форме.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Несмотря на некоторое замедление темпов совершенствования, техника СКС продолжает развиваться достаточно высокими темпами. Локомотивом технического прогресса в области СКС становятся кабельные системы для ЦОД и промышленных предприятий — в них аккумулируется наибольшее количество новинок системного и, соответственно, компонентного плана. При этом растущие потребности ЦОД удовлетворяются за счет улучшения волоконно-оптической техники, а в промышленных системах — электропроводных решений.

Основным способом повышения технико-экономической эффективности создаваемого объекта при переходе в новую область становится отказ от ряда исходных постулатов прототипа (офисных СКС). Чаще всего изменяются разрешенная протяженность тракта и структуры формируемых линий. Потенциально перспективным подходом для системного совершенствования СКС является учет особенностей ее взаимодействия с активным сетевым оборудованием.

Доступность соответствующего ПО, применение современной техники и надлежащая организация производственного процесса позволяют полностью контролировать с помощью технических средств не только последующую эксплуатацию СКС, но и процедуру ее инсталляции.

Автор благодарит Кристиана Шиллаба (компания Fluke Networks) за плодотворную дискуссию и подробное обсуждение текущих проблем СКС во время проведения форума «Инфраструктура-2018».

Андрей Семенов, директор по развитию СУПР, профессор МТУСИ