На пике возможностей - Структурированные кабельные системы

Картинка:

Автор: Юлия Волкова

заместитель начальника АНО "Радиочастотный центр МО"

В наши дни уже невозможно представить себе офис без ИТ-приложений и линий связи, которые как являются базовой частью общей инфраструктуры телекоммуникаций внутри компании, так и обеспечивают непрерывное взаимодействие с внешним миром. Даже если масштабы этой сети невелики, она все равно остается технически сложной системой, которая для каждого заказчика создается по своему "лекалу", и для ее успешной реализации необходимо тесное взаимодействие производителя, системного интегратора и заказчика, взаимоувязанность всех компонентов, согласование поставленных задач и применяемых решений.

И если о линиях электропитания мы неплохо осведомлены, то о структурированной проводке информационной сети зачастую знают только сотрудники ИТ-департамента, или квалифицированные поставщики интегрированных сетевых рещений, например, Шнайдер Электрик. Тем не менее, стоит оборваться Интернету, отключиться телефонам или не сработать системе "интерком", как жизнь офиса практически замирает. И если взглянуть на наш офис попристальнее, то мы насчитаем несколько десятков различных электронных устройств, без которых мы уже не представляем себе нормальной жизни и работы.

Вместе с тем, устройства эти имеют очень малый срок службы и требуют регулярной замены вследствие своего физического или морального устаревания.  В таких условиях требуется обеспечить достаточно простую смену технологических платформ, желательно без существенной модификации самого первого - физического уровня инфокоммуникационной системы компании.

СКС в погоне за техническим прогрессом

Несмотря на свое повсеместное распространение структурированные кабельные системы все еще остаются относительно новой составляющей инфраструктуры офисного здания. Их и самостоятельными техническими объектами признали то совсем недавно – всего-то лет двадцать назад. Официальная история СКС началась в 1991 году. Именно тогда был официально принят первый американский стандарт для СКС.

В этом стандарте были постулированы основные положения, так сказать, идеи формирования информационной проводки. Они используются и по сей день, в дальнейших модификациях и доработках стандартов этот перечень остался, практически неизменным, и теперь является, по сути, краеугольным камнем для СКС. Итак, во-первых, минимальное число различных типов кабелей, используемых для создания системы; во-вторых, избыточное число кабельных пар, в третьих, универсальность горизонтальных трактов. Ну и, наконец, стандартизация интерфейса пользователя как многопортовой розетки информационной сети со стандартными элементами соединений.

Следующие десять лет прошли под флагом дополнения и изменения стандартов, в целях  технического совершенствования систем, повышения пропускной способности и скоростей передачи. За декаду с 1991 по 2000 год скорость передачи информации выросла на два порядка - от 10 Мбит/с до 1 Гбит/с, а верхняя частота самых массовых на тот период времени неэкранированных симметричных кабелей  вплотную приблизилась к цифре 250 МГц.

На следующем этапе своего развития стандартизация СКС изменила основной вектор движения. Дальнейшего наращивания скоростей уже не требовалось, теперь основная задача сместилась в маркетинг -  и зазвучала проблема  расширение сегментов рынка, в которых активно применяются структурированные кабельные сети. Инженеры искали новые технические решения. В этот период появились сети не только офисные, но и промышленные, и бытовые, и, наконец была создана новая ниша использования СКС – Центры обработки данных. Именно здесь сегодня наблюдается наибольшая активность, именно ЦОДы, по всей видимости, станут тем локомотивом, который заставят разработчиков стандартов для СКС снова вернуться к вопросам повышения скоростей и расширения пропускной способности.

Где-то года три-четыре назад стратегическое направление развития СКС опять заметно изменилось – теперь основные усилия нацелены на улучшение качества и повышение удобства применения пользовательского оборудования и программного обеспечения, используемого потребителями и администраторами готовых сетей. То есть, как и в любой истории технологии сначала мы видели этап "быстрее, выше, сильнее", потом слышали призывы к "открытию новых рынков" и, наконец, заговорили про "заботу о клиенте". Точно такие же этапы выдели мы в сотовой связи, то же самое увидим через несколько лет в области цифрового телевидения.

Кирпичики системы

Информационная система современного предприятия строится в соответствии с известной 7-уровневой моделью взаимодействия открытых систем (ВОС), в которой базовым является физический уровень, причем он может быть реализован самыми разными способами - с использованием кабельной проводки, инфракрасных технологий, радио каналов и даже ультразвуковых волн. Соответствующее оборудование достаточно широко представлено на рынке, однако многое остается экзотикой, и в большинстве случаев применяются старые добрые, проверенные временем и людьми структурированные кабельные решения. СКС – не просто сложная система, пронизывающая все здание и являющаяся основой современного бизнеса. Она должна оставаться актуальной в течение длительного времени, не должна требовать замены при смене направления деятельности компании, и должна развиваться в соответствии с происходящими изменениями.

СКС – один из немногих сегментов рынка телекоммуникаций, стандарты для которого достаточно хорошо проработаны, а содержащиеся в них спецификации позволяют достаточно легко сформировать типовые решения для разнообразных зданий. И все же, каждый проект индивидуален. В зависимости от потребностей заказчика выбирается нужный тип СКС - экранированная или неэкранированная, медная или оптоволоконная, с централизованным или распределенным администрированием, той или иной категории. В итоге - проектирование структурированных кабельных систем  превращается в решение многомерной системы уравнений, для которого требуется владение искусством отыскания оптимальных решений по многим параметрам - числу и плотности размещения портов, расположению  рабочих мест и количеству розеточных модулей на них, типам оборудования, виду среды передачи, и т.п. Проект должен вписываться в заданные экономические рамки, оставаясь при этом гибким и качественным.

Быстрее...

К настоящему времени практически все ведущие производители СКС предлагают решения, построенные на «витой паре» и поддерживающие передачу данных в соответствии с 10 Gigabit Ethernet. Технология 10GbE приобретает все большую популярность. Основная область применения таких систем – центры обработки данных (ЦОД) и магистральные линии. При этом в ЦОД, магистральной сети и в «открытых офисах» все чаще используются предетерминированные решения. В большинстве случаев, это – решения на основе волоконно-оптических систем. В условиях неуклонного роста  конкуренции на рынке традиционных офисных СКС, особенно в период кризиса и всеобщего сворачивания дел и сокращения офисов, специализированные кабельные системы для ЦОД остаются довольно перспективной рыночной нишей.

Одна из главных проблем высокоскоростных СКС - внешние наводки со стороны соседних кабелей. Эта проблема особенно явна сказывается при передаче речи, потому что создаваемые при этом помехи существенно искажают звук, уменьшают разборчивость речи, приводят к неудовлетворенности пользователей. Этой проблемы раньше "не замечали", потому что услуги телефонной связи предоставлялись по каналам ТфОП, которые были никак не связаны с СКС. Сегодня же, когда все коммуникации стремятся к унификации, речь и данные передаются по одним и тем же проводам, либо по проводам, проложенным в непосредственной близости друг от друга.

Проблемы помех известны намного дольше, чем существуют СКС – примерно со времен изобретения радио и первых "помеховых" войн. Однако, за все эти годы, для борьбы с электромагнитными помехами лучшего средства, чем экранирование пока еще не придумано. Экранированные системы хорошо защищены от внешних наводок, они не требуют сложных измерений и проверок, имеют большой запас по качественным характеристикам, однако они  не свободны от недостатков, главными среди которых является дороговизна компонентов и монтажа. Кроме того, в таких системах требуется поддерживать в работоспособном состоянии, обслуживать и регулярно тестировать контур заземления, что делает проект еще более дорогостоящим. К тому же в старых производственных помещениях, которые так любят сегодня перестраивать под офисные здания,  штатное заземление либо отсутствует как класс, либо его состояние, как говорится, оставляет желать.

К сожалению, не понимая смысла в таких затратах, заказчик нередко экономит, используя заземление невысокого качества, а потом удивляется, почему на предприятии постоянные нелады со связью. Да и понимание необходимости своевременного обслуживания, проверки и тестирования систем заземления также находится в состоянии, близком к зачаточному.

Однако, на рынке предлагается и другое решение, которое позволяет  строить сети 10GbE и не требует заземления. В нем используется кабель с экранированием каждой пары, но экран не заземляется. При этом паразитный антенный контур не образуется и защита от наводок соседних кабелей обеспечивается вполне приемлемая. Общая стоимость такого решения оказывается намного ниже, так как в нем используются более дешевые компоненты, деньги на создание и поддержание в работоспособном состоянии системы заземления не тратятся, и, что немаловажно, процесс обслуживания и эксплуатации системы оказывается намного более простым. Однако в России традиционные экранированные кабельные системы встречаются гораздо чаще, а новые решения с неполным экранированием применяются пока еще пока нечасто.

Для повышения электромагнитной защищенности сетей можно использовать полное экранирование кабельных трасс, либо разносить в пространстве параллельно идущие кабели силовой проводки и кабели информационных систем, еще можно стараться минимизировать длины кабелей, использовать для оборудования ИТ отдельный щит, и/или использовать систему выравнивания потенциалов (Common Bond Network, CBN). Если при всех этих ухищрениях проблемы с электромагнитной совместимостью кабельных систем различного назначения остаются заметными, следует перейти на оптические кабели.

Не просто таблица соединений

СКС, даже среднего масштаба, является сложной технической системой, содержащей тысячи, а то и десятки тысяч различных компонентов. Один из этапов создания структурированной кабельной системы - проектирование, результатом которого должна стать рабочая документация, определяющая правила и процедуры строительства сети, нормы и правила ее размещения в здании, а также условия ее дальнейшей эксплуатации.

СКС – это не просто сеть из кабелей, разъемов и переключателей, это -  одна из систем, которая располагается в офисном или промышленном здании, к которому предъявляются требования по пожарной безопасности и охране труда,  и состав документации на СКС не должен сводиться к таблице соединений и перечню коннекторов. От проектировщика потребуются поэтажные планы размещения оборудования, схемы кабельных трасс, описание топологии сети, конструкторская документация на короба и лотки,  структура расположения закладных элементов, а также ряд других чертежей и таблиц, которые больше напоминают строительную документацию, чем электрическую схему.  Только на основе проекта набор компонентов превращается в структурированную кабельную систему в соответствии с действующими стандартами, правилами производителя и требованиями заказчика. 

СКС, как кровеносная система в нашем теле, пронизывает все пространство здания, соединяя точки доступа к средствам передачи информации, компьютеры, телефоны, датчики пожарной и охранной сигнализации, системы видеонаблюдения и обеспечения безопасности, контроля доступа и массового оповещения.  Отдельные линии связывают точки подключения рабочих мест сотрудников с центральным коммутатором этажа, образуя горизонтальную кабельную подсистему. Эти этажные узлы коммутации, в свою очередь, сводятся воедино в "сердце" системы - коммутационном центре здания или целого комплекса зданий. Сюда же подводятся внешние магистрали, по которым осуществляется подключение к глобальным информационным сетям и ресурсам, таким как телефонная сеть общего пользования, интернет и т.п. Эта стандартная топология одновременно и вполне проста, и достаточно надежна, и обеспечивает необходимую гибкость системы.

Таким образом, в крупных зданиях можно выделить три отдельные подсистемы СКС: вертикальную, горизонтальную и локальную, но не обязательно все они будут присутствовать в явном виде. Если здание  относительно невелико, то сеть может строиться с одним узлом коммутации, в котором сходится вся горизонтальная кабельная разводка. Вертикальная кабельная подсистема может отсутствовать либо носить вырожденный характер. В итоге, оказывается, что успех или неуспех системы зависит не только от  того, по какой категории и с использованием каких кабелей построена система, но и от степени взаимодействия и уровня взаимопонимания всех вовлеченных в их инсталляцию сторон.

В таких условиях практически единственным способом обезопасить систему является соблюдение требований норм и стандартов. В СКС, как нигде более соответствие стандартам оказывается необходимым условием надежной работы сети. Следование стандартам позволяет эксплуатировать кабельную систему долгое время, не опасаясь ее морального устаревания и связанной с этим необходимости модернизации или полной замены. Важно также и возможность существенного снижения эксплуатационных расходов.

По статистике, ремонт офисов выполняется, в среднем, раз в семь лет, и значит, именно в течение такого времени СКС и должна работать без модернизации, оставаясь неотъемлемым компонентом здания, не подвластная моральному и техническому старению. Создавая СКС необходимо помнить, что любая неисправность в кабеле, либо модернизация сети всегда приводит к перебоям в работе информационной системы компании, а то и к полному ее выходу из строя. И этот перерыв в работе может оказаться довольно продолжительным, поскольку  менять линейную часть таких сетей чрезвычайно сложно, и процесс это пока еще нигде и никем не автоматизирован. Если же еще на этапе проектирования обеспечить четкое соблюдение стандартов, то эксплуатировать кабельную систему можно будет долгое время, не опасаясь ее морального устаревания и связанной с этим необходимости ее модернизации или полной замены. В подобных условиях соблюдение требований действующей нормативной базы приобретает стратегическую важность и обязательно для всех без исключения компаний, так или иначе вовлеченных в построение СКС и ее последующую эксплуатацию.

На рынке

Учитывая размеры нашей территории, не стоит удивляться тому, что российский рынок структурированных кабельных систем является крупнейшим в Восточной Европе, и общую емкость рынка до кризиса оценивали примерно в 1,5-2 млн инсталлируемых пользовательских портов в год, при этом средний размер проекта немного не дотягивал до 150 портов. До 2008 года рост этого рынка составлял около 10% в год.

Неудивительно, что эти – хотя и впечатляющие объемы – существенно отстают от объемов рынка США и наиболее развитых европейских стран. В результате, на сегодняшний день российский рынок СКС приобрел статус стратегически важного для подавляющего большинства крупнейших мировых производителей. На нашем рынке в той или иной степени присутствует  оборудование практически всех известных марок.

Несмотря на "скрытность" своего существования СКС является сложной технической системой, и ее проект должен отвечать требованиям различных стандартов и спецификаций. Как, уже сказано в начале, все системы СКС различны, поэтому вряд ли разумно создавать единый стандарт – им было бы чересчур сложно пользоваться, и его было бы почти невозможно обновлять и дополнять. Поэтому современная нормативная база СКС чрезвычайно обширна и до мельчайших подробностей детализирована. Именно поэтому имеющаяся  в ней информация позволяет решать практически все технические и организационные проблемы.

Для более подробного знакомства со стандартами их разумно поделить на два больших класса. В первом описывается сама структурированная система, а также различные варианты ее создания и эксплуатации. Второй класс – это, в основном, информация, относящаяся к смежным областям техники и технологии, которые напрямую связаны с конкретным техническим решением, и проектируемым объектом.

Нормы и стандарты

Требования, предъявляемых к инфраструктуре зданий и сооружений, сведены в базовые стандарты, которые определяют нормы по размерам и инженерному оснащению технических помещений, указывают допустимые температуру, влажность, вибрацию, уровни электромагнитного излучения и другие параметры. В этих же стандартах специфицированы принципы структуры и прокладки горизонтальных и магистральных линий связи (кабелей). При этом правила и параметры измерений готовой проводки, а также мероприятия по ее администрированию в процессе эксплуатации нормируются на отраслевом уровне.

Основные действующие сегодня  документы были утверждены в начале 21 века (в основном 2001 и 2002 годы). И хотя американские и европейские стандарты отличаются друг от друга, эти отличия не вносят значительной путницы, и с ними легко можно примириться. И призыва к коррекции и "унификации" норм, наверное, скорее являются "вкусовщиной", чем реальной потребностью рынка. Так, например, по американским канонам, требуется более высокое затухание в симметричной линии связи. Однако, то что теряем на линии здесь компенсируется меньшими требованиями по затуханию в шнурах коммутации. Еще пример? На первый взгляд кажется, что требуемые по американским стандартам малые затухания на внешних одномодовых волоконно-оптических кабелях (0,5 дБ/км (в США) против 1,0 дБ/км (в Европе)), является очень заметным. Однако для реальных систем эта разница практически незаметна. Дело в том, что в структурированных кабельных системах  длина оптических кабелей невелика (по сравнению, например, с ТфОП), кроме того, в СКС  внешние магистрали используются чрезвычайно редко.

Тем не менее, процессы глобализации и стандартов и унификации решений, происходящие во всех сферах телекоммуникаций, оказывают положительное влияние и на развитие СКС, так как существенно облегчает жизнь и производителей оборудования, и вендоров, и  системных интеграторов, и технического персонала, да и владельца кабельной системы.

Организации стандартизации кабельных систем действуют на международном, региональном и национальном уровнях. Инициатива разработки стандартов СКС принадлежит США, там же приято максимальное их количество. Стандарты Ассоциации промышленности средств связи (TIA) и  Ассоциации электронной промышленности (EIA)  Американского национального института стандартизации (ANSI) наиболее полно отражают различные аспекты создания телекоммуникационной инфраструктуры.

Если говорить о международных организациях, то здесь лидирующее место занимает Международная электротехническая комиссия (МЭК). Эта комиссия очень часто работает совместно с Международной организацией по стандартизации (ИСО), поэтому нет ничего удивительного в  том, что  стандарты часто имеют двойную нумерацию (ИСО/МЭК).  Кроме того, стандартизацией занимается также и Бюро стандартизации электросвязи (TSB) Международного союза электросвязи. В Таблице 1 показаны базовые стандарты, используемые сегодня при проектировании, создании, сдаче в эксплуатацию и использовании современных структурированных кабельных сетей.

В странах Европы создание норм и стандартов координирует Европейский комитет по электротехническим стандартам (CENELEC), в основе документов которого зачастую лежат разработки ИСО/МЭК. Однако, все чаще CENELEC предъявляет более жесткие требования по отклонениям показателей и предельно допустимым значениям параметров. По всей вероятности, это – способ "закрыть" европейский рынок для продукции заокеанских соседей.

Кроме того, в некоторых странах имеются  нормативные документы  собственного "розлива", учитывающие возможности местной промышленности, национальные  традиции, действующие законы и подзаконные акты как в сфере связи, так и в соседних областях промышленности. Например, собственные законы создает Австралия, Новая Зеландия, Германия. Но, повторю, что это не "совершенно новые" законы. Это – просто документы, несколько отличающиеся от базовых  стандартов. 

Что дальше

Это правда -  вероятность технического отказа при "штатной" эксплуатации СКС чрезвычайно мала. Тем не менее, можно легко ошибиться, полагая, что если  СКС спроектирована и построена в соответствии с требованиями и нормами, то более ее владельцу делать ничего, кроме рутинного администрирования, не придется вплоть до ремонта в офисе или переезда в другое помещения. Ошибиться потому, что в силу целого ряда причин реальность наша сильно отличается от всего предполагаемого на этапе проектирования, а реальное положение дел оказывается весьма далеким от описанной выше идеальной картины. Причин тому несколько.

Во-первых, на современном предприятии постоянно меняется конфигурация информационной системы. Это обусловлено тем, что постоянно идет безостановочный процесс  перемещения, увольнения и приема на работу новых сотрудников, изменения структуры организации, либо изменение бизнес-процессов. Грамотно составленные стандарты позволяют предусмотреть возможность таких изменений еще в процессе разработки проектных решений. Самым простым способ обеспечения требуемой гибкости и возможности многовариантной модернизации состоит в установке дополнительных портов, которые оставлены "впрок" и являются избыточными на момент сдачи системы в эксплуатацию.  Однако желаемый принцип избыточности порой конфликтует с ограниченностью бюджета. Более того, из-за недостаточной технической грамотности заказчика обоснование выбора числа точек подключения используется так называемый "здравый смысл", при котором в основу расчетов кладутся планы расстановки столов и оргтехники.

В результате, через некоторое время требуются дополнительные линии, порты, точки доступа, и тогда приходится тянуть дополнительные линии в уже "рабочем" помещении. И поскольку при этом необходимо отключить компьютеры и телефоны, передвинуть столы и шкафы, производственный процесс, неизбежно стопорится, клиенты остаются необслуженными, заказы непринятыми, а прибыль, соответственно, неполученной.

Не стоит сбрасывать со счетов  и возможность аварий, да и просто повреждения кабелей, коммутаторов, разъемов и розеток системы. Причинами их обычно является простая небрежность при смене рабочего места, а то и просто резкое перемещение компьютера на столе. Внешние линии и магистрали могут быть залиты водой, от намокания не защищены и другие компоненты сети – например, при аварии водопровода, протечках крыши, а то и просто из-за оставленных открытыми окон офиса. Не буду упоминать и таких "естественных" врагах кабелей, как домашние (вернее – офисные) грызуны.

Следовательно, эксплуатация кабельной системы – это не просто включил-выключил, это  постоянная необходимость решать самые разные проблемы. Причем, насколько бы разными эти проблемы ни были – решение у них одно восстановление работоспособности магистралей, линий и трактов и обеспечение требуемого уровня  управления сетью.

Таким образом, разбирая решение одной задачи – создания сети, мы получили задачу следующую – обслуживание и модернизация сети. 

Кто и где?

За два десятилетия перечень "мест", где применяются кабельные тракты СКС, заметно расширился. Это – результат как внешнего воздействия  - развития технологии, повышение компьютерной грамотности работников, увеличение числа компьютеров, расширение списка технических новинок, так и внутренних - устаревание и необходимость замены активного сетевого оборудования, внедрение новых принципов построения сетей и систем. Кроме того, постоянно появляются новые сервисы, работающие  функционирование которых поддерживается структурированной проводкой различного назначения. При этом каждая  СКС является уникальным техническим объектом, созданным здесь и сейчас, для данной компании, для решения данных задач, для уникального объекта недвижимости.

И даже после двух десятков лет развития СКС не замедляет темпов улучшения своих потребительских качеств. При этом направление развития технологии СКС подчиняется общим законам сложных технических систем, заметные изменения примерно совпадают со сменой поколений технологий и стандартов. Основным требование к хорошей СКС сегодня является максимальное удобство для всех участников процесса – производителей оборудования, проектировщиков, системных интеграторов, монтажников, владельцев  и пользователей системы, обеспечивая каждому максимально возможный уровень предоставляемых услуг и возможностей.

Таблица 1. Взаимное соответствие стандартов и нормативных документов СКС для офисных зданий.