4.7.3 Пассивное оборудование

Пассивное оборудование используется для построения телекоммуникационных кабельных систем. Кабельная система отражает физическую топологию сети и представляет собой сложный технический объект. Успешное создание и правильная эксплуатация такого объекта требуют соответствующего уровня квалификации проектировщиков, монтажников и обслуживающего персонала.

Следует отметить, что оборудование кабельных систем для сегментов масштаба LAN (сетей предприятий) существенно отличается от пассивного оборудования территориальных сегментов MAN и WAN (телекоммуникационных сетей).

4.7.3.1 Структурированные кабельные системы

Структурированная кабельная система (СКС) является неотъемлемой частью любого современного здания, существенно повышающей рыночную стоимость объекта недвижимости. Она создается на этапе строительства здания или его переоборудования под здание офисного типа. Под офисным зданием подразумевается любое здание или его часть, основная площадь которого предназначена для организации рабочих мест сотрудников. Типичными примерами офисных зданий являются бизнес-центры, государственные учреждения, финансовые учреждения, учебные заведения и т.п.

Под СКС понимают кабельную систему, принцип построения которой отвечает трем основным признакам: структуризация универсальность и избыточность.

Структуризация предполагает разбиение кабельной проводки и ее аксессуаров на отдельные подсистемы, каждая из которых выполняет определенные функции и снабжена стандартизованным интерфейсом для связи с другими подсистемами и активным коммуникационным оборудованием. В состав каждой подсистемы обязательно включается большой набор средств переключения, что обеспечивает ее высокую гибкость и возможность быстрого изменения конфигурации.

Универсальность кабельной системы проявляется в том, что она изначально строится без привязки к какой-либо конкретной сетевой технологии и создается на принципах открытой архитектуры, набор основных технических характеристик которой зафиксирован в стандартах. В нормативных документах определены параметры как электрических и оптических кабельных трасс каждой из подсистем, так и их интерфейсов. Технический уровень элементной базы, используемой для построения СКС, задается стандартом таким образом, чтобы обеспечить продолжительность эксплуатации кабельной системы минимум на 10 лет.

Для соединения подсистем СКС друг с другом, а также с активным оборудованием предусматривается ограниченный набор шнуров с универсальными разъемами.

Возможность использования кабельной проводки СКС сетевой аппаратурой, которая не поддерживает передачу по симметричному или волоконно-оптическому кабелю, обеспечивается наличием развитой номенклатуры адаптеров и переходников. Хотя эти элементы формально не попадают в область действия стандартов, разработчики создают эти изделия с учетом требований СКС.

Избыточность предполагает введение в состав СКС дополнительных информационных розеток, количество и размещение которых определяется площадью и топологией рабочих помещений, а не планом размещения оборудования рабочих мест сотрудников и офисной мебели. Поскольку продолжительность эксплуатации СКС в несколько раз превышает аналогичный показатель для других компонентов информационной инфраструктуры здания, этот принцип особенно важен.

Для создания эффективной СКС и ее эксплуатации должно быть обеспечено следующее:

• наличие каталога продукции;

• наличие действующих стандартов, регламентирующих нормы и методику проектирования СКС;

• возможность администрирования СКС в соответствии со стандартными процедурами;

• система подготовки кадров и обеспечение гарантии производителя.

Структуризация кабельной системы предопределяется регулярностью структуры здания. Здание состоит из этажей, а каждый этаж, в свою очередь, состоит из определенного количества комнат, соединенных коридорами. Иерархический подход к процессу создания кабельной системы в здании позволяет называть ее структурированной.

На рис. 6 приведена многоуровневая структурная схема СКС сегмента масштаба LAN. Ролевое назначение и статус такого сегмента определяется как максимум уровнем кампусной сети.

Рисунок 6. Схема многоуровневой структуризации кабельной системы

КМВ – кросс внешних магистралей

КЗ – кросс зданий

КЭ – кросс этажей

ТП – точки перехода (необязательная)

В основу любой СКС положена древовидная физическая топология, которую называют иерархической звездой. В ее узловых пунктах предполагается размещение пассивного коммутационного оборудования, которое обычно устанавливается в специальных технических помещениях и соединяется друг с другом и с информационными розетками рабочих мест пользователей электрическими и оптическими кабелями. Все кабели, входящие в техническое помещение, заводятся на коммутационное оборудование (кроссовые коммутационные панели, коммутационные шкафы, стойки и т.п.). Здесь осуществляются все необходимые подключения (в том числе к активному коммуникационному оборудованию) на этапе инсталляции СКС и переключения в процессе текущей эксплуатации сети. Это обеспечивает большую гибкость СКС и возможность организовать на указанной технической платформе любую топологию сети, предусматриваемую стандартами сетевых технологий локальных сегментов (шина, кольцо, звезда).

Сетевые технологии (Token Ring, Ethernet, FDDI, ATM), под которые адаптируется СКС, принято называть приложениями СКС. Согласно международному стандарту ISO/IEC 11801 в области СКС, все виды приложений делятся на классы. Для приложений каждого класса определяется соответствующий класс линии связи, который задает определенные электрические характеристики линии, необходимые для нормальной работы приложений соответствующего и более низкого класса (табл. 1).

Таблица 1. Классы приложений по стандарту ISO/IEC 11801

Класс приложений и линий	Максимальная частота сигнала	Приложения
А B C D E F G	до 100 Кгц до 1 МГц 1 до 16 МГц до 100 МГц до 250 МГц до 600 МГц до 1200 МГц	Телефония и низкочастотные данные Приложения со средней скоростью обмена Ethernet, Token Ring Fast Ethernet Передача данных со скоростью 1 Гб/с (Gigabit Ethernet) Кабельное TV (ATM) Видео в реальном масштабе времени (GEthernet, 10Gethernet)

Линии электрической связи СКС должны быть собраны из кабелей и других компонентов, которые обеспечивают качественную передачу сигналов, генерируемых приложениями соответствующего класса. Стандарт ISO/IEC 11801 в дополнение к классам линий специфицирует категории кабелей и разъемов (табл. 2). Категории определяются максимальной частотой сигнала, на которую рассчитаны соответствующие разъемы и кабели. Кабели и разъемы более высоких категорий поддерживают все приложения, которые рассчитаны на работу по кабелям низких категорий.

Таблица 2. Категории кабелей и разъемов

Категория кабеля и разъёма	Максимальная частота сигнала
Категория 3 Категория 4 Категория 5 Категория 5е Категория 6 Категория 7 Категория 8	до 16 МГц до 20 МГц до 100 МГц до 100 МГц до 250 МГц до 600 МГц до 1200 МГц

СКС в целом также присваивается категория, соответствующая категории компонентов, из которых она выполнена. При этом, если СКС собирается из компонентов разных категорий, ей присваивается окончательная категория, которая определяется самой низкой категорией присутствующих компонентов.

На рис. 7 показаны основные подсистемы и ограничения в кабельной подсистеме, предусматриваемые стандартами СКС.

Рисунок 7. Подсистемы СКС и ограничения на длины кабелей

Согласно международному стандарту ISO/IEC 11801 СКС включает в себя три подсистемы:

• подсистема внутренних магистралей состоит из внешних магистральных кабелей между КВМ и КЗ, коммутационного оборудования в КВМ и КЗ, к которому подключаются внешние магистральные кабели, и коммутационных шнуров и перемычек в КВМ. Подсистема внешних магистралей является той основой, которая соединяет в единую сеть связи, отдельно расположенные на одной территории здания (кампус). На практике эта подсистема достаточно часто имеет физическую кольцевую топологию (опорная магистраль на уровне ядра), что дополнительно обеспечивает увеличение надежности за счет наличия резервных кабельных трасс. Из этих же соображений подсистема внешних магистралей иногда реализуется по двойней кольцевой топологии. Если СКС устанавливается только в одном здании, то подсистема внешних магистралей отсутствует. В высотных зданиях к подсистеме внешних магистралей относятся те кабели, которые имеют длину свыше 500 м, хотя фактически не выходят за пределы здания;

• подсистема внутренних магистралей, называемая также вертикальной, содержит проложенные между КЗ и КЭ внутренние магистральные кабели, подключенное к ним коммутационное оборудование в КЗ и КЭ, а также часть коммутационных шнуров и перемычек в КЗ. Кабели рассматриваемой подсистемы фактически связывают между собой отдельные этажи здания и пространственно разнесенные помещения в пределах одного здания. Если СКС обслуживает один этаж, то подсистема внутренних магистралей может отсутствовать;

• горизонтальная подсистема образована горизонтальными кабелями между КЭ и информационными розетками (ИР), самими ИР, а также коммутационным оборудованием в КЭ, к которому подключаются горизонтальные кабели. В состав горизонтальной подсистемы входит также большая часть коммутационных шнуров и перемычек в КЭ. При построении горизонтальной проводки допускается использование одной точки перехода (ТП) на тракт, в которой происходит изменение типа прокладываемого кабеля (например, переход на плоский кабель для прокладки под ковровым покрытием с эквивалентными передаточными характеристиками).

Деление СКС на отдельные подсистемы применяется независимо от ролевого назначения сети, то есть оно будет одинаковым, например, для кабельной системы в офисном здании и в производственном комплексе.

В самом общем случае СКС согласно действующим рекомендациям международных нормативно- технических документов включает в себя следующие компоненты:

• линейно-кабельное оборудование подсистемы внешних магистралей;

• коммутационное оборудование подсистемы внешних магистралей;

• линейно-кабельное оборудование подсистемы внутренних магистралей;

• коммутационное оборудование подсистемы внутренних магистралей;

• линейно-кабельное оборудование горизонтальной подсистемы;

• коммутационное оборудование горизонтальной подсистемы;

• точки перехода;

• информационные розетки.

Использование структурированной кабельной системы, вместо хаотически проложенных кабелей, дает предприятию много преимуществ.

Общая характеристика телекоммуникационных линий связи

Линии связиобеспечивают передачу информационных потоков в форме сигналов на значительное расстояние и в общем случае представляют собой сооружения, включающие среду распространения сигналов и комплекс оборудования, позволяющего использовать ее в режиме разделения.

В качестве физической среды могут использоваться медные провода, оптическое волокно, эфир. В зависимости от среды, в которой передаются сигналы, все существующие типы линий связи принято делить на две группы: проводныеибеспроводные.

К проводным относятся все типы линий, в которых сигналы распространяются вдоль искусственно создаваемой направляющей среды. В простейшем случае это физическая цепь, образуемая парой проводов, по которой передается сигнал в виде электрического тока. Проводные линии, образованные проводами, имеющими изоляционные покрытия и помещенные в специальные защитные оболочки, называются кабельнымилиниямисвязи(КЛС).

По условиям прокладки и эксплуатации различают подземныеиподводныекабели. Они отличаются конструкцией и материалом изолирующих оболочек и защитных покровов. В земле и в воде прокладывают кабели, бронированные стальными лентами или проволокой, которые придают кабелю особую механическую прочность. В городах кабели прокладывают в специально сооружаемую канализацию, состоящую из трубопровода и смотровых колодцев.

Для обеспечения требуемой дальности передачи сигналов, а это могут быть тысячи километров, в кабельных магистралях организуются усилительные пункты, расположенные по трассе через определенные интервалы. Все перечисленное называется линейно-кабельнымисооружениями(ЛКС)и составляет основную часть затрат при организации и эксплуатации кабельных линий связи.

К проводным относятся также линии, использующие в качестве среды распространения диэлектрические материалы, в частности тонкие стеклянные волокна. В оптическом кабеле стекловолокна свободно помещаются внутри полиэтиленовых трубок, скрученных вокруг прочного пластмассового сердечника.

Оптические кабели, как и обычные, имеют защитные полиэтиленовые оболочки и различные внешние покровы. Их можно прокладывать в земле, воде, помещениях. Они нечувствительны к электромагнитным помехам и не нуждаются в металлических экранах. Линии связи, использующие оптические кабели, получили название волоконно-оптическихлинийсвязи (ВОЛС).Существенным достоинством их является отсутствие в конструкции дефицитных материалов: меди, алюминия, свинца и др.

Термин радиолинияраспространяется на все типы линий, в которых сигналы передаются в открытом пространстве без искусственных направляющих сред в виде радиоволн. Ценным качеством радиолиний является возможность их быстрой организации и сравнительно невысокая стоимость. Немаловажным является также факт использования радиолиний для организации мобильной связи (с подвижными объектами: автомобилями, самолетами, поездами, кораблями, космическими летательными аппаратами).

Линии радиосвязи, состоящие из нескольких или многих участков, в пределах которых происходит прием сигнала, его усиление и передача в следующий пункт, называются радиорелейными линиями (РРЛ).Разновидностью РРЛ являютсяспутниковые радиолинии.

Интерфейсы

Сопряжение аппаратуры различных классов между собой, аппаратуры с каналами телекоммуникаций, а также сегментов обеспечивается с помощью интерфейсов. Ниже рассматриваются основные типы физических интерфейсов – неотъемлемых компонентов физической структуры сети.

Физические интерфейсы DTE-DТE и DTE-DCE

Устройства классов DTE и DCE, располагающиеся недалеко друг от друга (15 - 20 м.), соединяются между собой проводниками, которые называются цепями обмена или сигнальными цепями. Спецификации электрических сигналов в цепях обмена являются стандартными интерфейсами, отражающими стандарты физического уровня. К этим стандартам относятся стандарты серии V.xx Международного союза электросвязи (ITU) и стандарты серии RS-xxx американской Ассоциации электронной промышленности (Electronic Industries Association, EIA). Стандарты обоих серий во многом дублируются.

Ниже приводится общая характеристика некоторых наиболее часто используемых физических интерфейсов.

Нуль-модемный интерфейс используется при непосредственной связи двух устройств класса DTE, например, компьютеров, на небольшом расстоянии с использованием интерфейса V.24/RS-232 по схеме нуль-модемного соединения (см. Рисунок 8). В этом случае необходимо применять специальный кабель с перекрестным соединением сигнальных цепей приемника RxD-TxD и передатчика TxD-RxD. В случае соединения с модемом этого не требуется, т.к. сигнальные цепи приемника и передатчика в обычном кабеле согласованы.

Рисунок 8 Нуль-модемное соединение:

TxD – сигналы передатчика данных;

RxD – сигналы приемника данных.

Интерфейс V.24/RS-232 является ни более популярным низкоскоростным интерфейсом. Поддерживает как синхронный, так и асинхронный режимы работы. Является последовательным интерфейсом, обеспечивающим побитовую передачу данных по одной сигнальной линии на расстояние до 15 м со скоростью до 10 Кбит/с. Его популярность определяет тот факт, что он используется в персональном компьютере (поддерживается COM-портом), где он работает в асинхронном режиме и позволяет подключить не только модем, но и многие периферийные устройства (мышь, графопостроитель и т.п.). В интерфейсе реализован биполярный потенциальный линейный код (+V, –V) на линиях между DTE и DCE с довольно высоким уровнем сигнала (12 или 15 В) с целью надежного его распознавания на фоне шума. При асинхронной передаче данных специальные сигналы синхронизации отсутствуют, а синхронизирующая информация содержится непосредственно в самих кодах данных. В случае синхронной передаче устройство DCE передает на DTE сигналы синхронизации, без которых последнее не может правильно интерпретировать потенциальный линейный код.

Интерфейс RS-449 поддерживает более высокую скорость обмена данными и обеспечивает большее расстояние между DTE и DCE (в отдельных модификациях до 100 м). Поддерживает синхронный и асинхронный режимы обмена данными. Для соединения используется 37 – контактный разъем.

Интерфейс V.35 разработан для подключения синхронных модемов и обеспечивает обмен данными между DTE и DCE на скорости до 168 Кбит/с на расстоянии до 15 м.

Интерфейс HSSI (High Speed Serial Interface) обеспечивает подключение к устройствам DCE, работающим на высокоскоростные каналы (45 Мбит/с, 52 Мбит/с). Интерфейс работает в синхронном режиме.