Предпосылки возникновения структурированных кабельных систем.
Слаботочная кабельная система является основой информационной инфраструктуры любой организационной единицы и предназначена для организации (автоматизации) рабочих мест ее сотрудников. Типичными примерами таких организационных единиц являются бизнес-центры, административные корпуса и административно-бытовые комплексы, финансовые учреждения, министерства и другие органы государственного управления различных уровней, здания конструкторских бюро, учебные центры, небольшие офисы и т.д.
Сейчас на основе слаботочных кабельных систем работают локальные вычислительные сети (ЛВС), учрежденческие и офисные АТС, селекторная связь, Интернет, охранно-пожарные сигнализации и системы контроля и управления доступом, кабельное телевидение и радиофикация, громкоговорящая связь (пейджинг), видеонаблюдение, системы управления периметром и другие телекоммуникационные приложения.
А начиналось все это в середине 80-х годов, когда компьютерная техника, а вместе с ней и техника локальных вычислительных сетей начала быстрыми темпами внедряться во все сферы деятельности предприятий и организаций. Это резко увеличило объем информации, передаваемой внутри здания или комплекса зданий, компактно расположенных на одной территории, без выхода в сети связи общего пользования. Кабельные системы первого поколения для решения задач информационной поддержки создавались разработчиками средств вычислительной техники и активного сетевого оборудования (IBM, DEC, Xerox и др.). В процессе проведения конструкторских работ отвечающие за это направление специалисты компьютерных компаний решали достаточно узкий круг задач обеспечения поддержки функционирования конкретной и ограниченной номенклатуры активного сетевого оборудования одного производителя.
Естественно, что при таком подходе не уделялось должного внимания ни обеспечению открытости архитектуры создаваемого продукта, ни его универсальности. Как следствие, кабельная проводка получалась узкоспециализированной, со своими, присущими только ей, функциональными характеристиками, топологией и физическими интерфейсами и, за счет небольшого объема производства, достаточно дорогой, а смена технологии практически со стопроцентной вероятностью приводила к необходимости смены кабельной системы.
Процесс перехода на новую кабельную проводку всегда является достаточно болезненным для офиса и сопровождается весьма существенными финансовыми и временными затратами, что останавливает информационную поддержку трудовой деятельности сотрудников, то есть фактически дезорганизовывает работу всей организации или некоторых ее структурных подразделений на продолжительный период. Даже если не происходит изменения технологии (например, при переходе на технику следующего поколения того же самого производителя), то службы эксплуатации также сталкиваются с серьезными трудностями в случае появления новых рабочих мест, так как это требует прокладки новых сегментов кабельной системы.
Опыт эксплуатации кабельных систем офисных зданий показывает, что удаление ненужных кабелей из кабельных каналов всех типов является крайне нежелательной операцией, т.к. высока вероятность повреждения действующих линий связи. На основании этого в процессе перехода на другой тип кабельной проводки новые кабели прокладываются прямо поверх существующих. Это приводит к быстрому исчерпыванию резервов кабельных трасс по их емкости, из-за чего организация новых линий проводной связи становится невозможной.
Несовместимость компонентов от разных производителей, жесткая привязка к одному производителю оборудования, поддержка только одного приложения, нерентабельность и фактическая невозможность перманентной замены/наращивания кабельной проводки при модернизации информационной инфраструктуры, привели к постепенному отказу от применения специфических кабельных систем. В конце 80-х годов сложилась концепция структурированной кабельной системы (СКС), которая не зависит от выбора оборудования и поддерживает абсолютное большинство существующих и перспективных приложений.
2.2. Историческая справка о происхождении СКС и развитии стандартов.
Первая достаточно удачная попытка создания универсальной кабельной системы для построения офисных информационных систем была предпринята корпорацией IBM. В 80-е годы специалистами этой компании была разработана кабельная система IBM, предназначенная для обеспечения функционирования сетей Token Ring, серверов AS/400, терминалов и других аналогичных устройств. Функциональные возможности системы были существенно расширены введением в ее состав компонентов, обеспечивающих передачу телефонных сигналов. Спецификация кабельной части системы IBM включала в себя 9 различных "типов" кабеля (табл. 1).
Тип кабеля Конструкция
Тип 1 2 экранированные витые пары из монолитных проводников (22 AWG, 150 Ом) в общем внешнем экране
Тип 2 2 экранированные витые пары из монолитных проводников (22 AWG, 150 Ом) в общем внешнем экране
Тип 3 4 неэкранированные (22 или 24 AWG, до 1 МГц) витые пары из монолитных проводников
Тип 4 Не специфицирован
Тип 5 Два многомодовых оптических волокна
Тип 6 Коммутационный кабель. 2 экранированные витые пары из многожильных проводников (26 AWG) в общем внешнем экране
Тип 7 Не специфицирован
Тип 8 Плоский кабель для прокладки под ковровыми покрытиями.2 не перевитые экранированные пары из монолитных проводников(26 AWG)
Тип 9 2 пары из монолитных проводников (26 AWG)
Таблица 1. Типы кабелей по спецификации IBM
Интересно, что сама IBM никогда не производила компоненты своей кабельной системы, этим по фирменным спецификациям IBM занимаются другие компании. Из девяти возможных вариантов кабелей наибольшую популярность получили типы 1 и 6. Они до сих пор продолжают применяться в сетях Token Ring, хотя последние несколько лет IBM рекомендует использовать для этого кабели категории 3, 4 или 5 с восьмиконтактными модульными разъемами.
В силу ряда причин, основными из которых являются высокая цена, низкая технологичность монтажа, ориентированность в основном на продукты IBM и трудности интегрирования в современные сетевые структуры (из-за нестандартного волнового сопротивления проводников), эта кабельная система не получила широкого распространения.
В конце 80-х годов разработчиками технологий передачи данных по локальным сетям прикладывались большие усилия по повышению скоростей обмена, надежности, снижению стоимости оборудования и расходов на его эксплуатацию. Кабели на основе витых пар ввиду их технологичности при производстве и монтаже были хорошим средством для реализации каналов связи локальных сетей. Однако отсутствие стандартов на этот технический продукт тормозило разработку перспективных сетевых технологий, использующих симметричные кабели как среду передачи информации.
В 1985 году Ассоциация электронной промышленности США (Electronic Industries Association — EIA) приступила к созданию стандарта для телекоммуникационных кабельных систем зданий. Подготовку нормативной документации выполняло несколько рабочих групп:
* TR-41.8.1 — рабочая группа по кабельным системам офисных и промышленных зданий;
* TR-41.8.2 — рабочая группа по кабельным системам жилых зданий и зданий офисного типа с низким коэффициентом использования полезной площади;
* TR-41.8.3 — рабочая группа по кабельным каналам для телекоммуникационных кабелей;
* TR-41.8.4 — рабочая группа по магистральным кабельным системам жилых зданий и зданий офисного типа с низким коэффициентом использования полезной площади;
* TR-41.8.5 — рабочая группа по формализации терминов и определений;
* TR-41.7.2 — рабочая группа по заземлению и строительным связкам;
* TR-41.7.3 — рабочая группа по электромагнитной совместимости.
В 1988 году к работе по стандартизации подключилась Ассоциация телекоммуникационной промышленности США (Telecommunications Industry Association — TIA). В октябре 1990 года был одобрен первый документ — TIA/EIA-569 "Стандарт для коммерческих зданий на кабельные пути телекоммуникационных кабелей", подготовленный рабочей группой TR-41.8.3. Необходимость его принятия была обусловлена осознанием факта невозможности построения высокоэффективной кабельной системы без предъявления комплекса специальных требований к архитектуре здания, в котором она должна быть установлена.
В 1989 году известная американская исследовательская организация Underwriters Laboratories (UL) совместно с фирмой Anixter разработали новую классификацию кабелей на витых парах. В ее основу было положено понятие "уровень". Толкование уровней дано в таблице 2.
Тип кабеля Максимальная частота сигнала Типовые приложения
Уровень 1 Нет требований Цепи питания и низкоскоростной обмен данными
Уровень 2 До 1 МГц Голосовые каналы связи и системы безопасности
Уровень 3 16 МГц Локальные сети Token Ring и Ethernet lOBase-T
Уровень 4 До 20 МГц Локальные сети Token Ring и Ethernet lOBase-T
Уровень 5 До 100 МГц Локальные сети со скоростью передачи данных до 100 Мбит/с
Таблица 2. Классификация витых пар по уровням
Результатом деятельности рабочей группы TR-41.8.1 стал "Стандарт телекоммуникационных кабельных систем коммерческих зданий" TIA/EIA-568, который был одобрен в июле 1991 года. Этот документ определял структуру кабельной системы и требования к характеристикам кабелей и разъемов, применяемых для ее построения, ограничивал длины кабельных сегментов подсистем. Для построения системы допускалось использование кабелей из неэкранированных витых пар с волновым сопротивлением 100 Ом и экранированных витых пар с сопротивлением 150 Ом, а также 50-омных коаксиальных кабелей и многомодовых волоконно-оптических кабелей. Документ не сертифицировал волоконно-оптический разъем.
В ноябре 1991 года рабочая группа TR-41.8.1 выпустила дополнительные спецификации на симметричные электрические кабели из неэкранированных витых пар — технический бюллетень TIA/EIA TSB-36. В этом документе впервые вводилось понятие категорий кабелей из неэкранированных витых пар, которые определились практически в полном соответствии с уровнями по классификации UL и Anixter. Фактически произошла только смена термина, и классификация по уровням перестала применяться. Первые два уровня витых пар для низкоскоростных приложений в бюллетене TSB-36 не специфицированы.
В другом дополнении к стандарту TIA/EIA-568 — техническом бюллетене TIA/EIA TSB-40 были определены дополнительные спецификации на разъемы для кабелей из неэкранированных витых пар. Они также подразделялись на категории 3, 4 и 5. Бюллетень предписывал использовать разъемы категорией не ниже категории кабелей, на которые они устанавливались. Для соединителей Категории 5 определены значения затухания в диапазоне частот до 100 МГц. В TSB-40 также включены рекомендации по монтажу неэкранированной проводки, а именно, длина развивки пар и удаления внешней оболочки при оконцовке кабеля, максимальное усилие растяжения кабеля, минимальный радиус изгиба кабеля и т.п. Во вторую редакцию TSB 40, опубликованную как TSB 40-A в январе 1994 года, вошли требования к конструкции и характеристикам коммутационных и кроссовых шнуров.
В январе 1993 года был одобрен еще один важный нормативный документ, подготовленный рабочей группой TR-41.8.3, — TIA/EIA-606 "Стандарт на администрирование телекоммуникационной инфраструктуры коммерческих зданий". Стандарт определяет правила ведения документации по СКС на этапе эксплуатации — маркировку, ведение записей, правила оформления схем, отчеты и так далее. Документ рекомендовал ведение документации в электронном виде.
Еще один смежный стандарт — TIA/EIA-607 — принимается в августе 1994 года. Он включает в себя требования к различным устройствам заземления, применяемым в здании. Традиционно основным назначением системы заземления было обеспечение безопасности эксплуатации электроустановок, то есть защита человека от поражения электрическим током. Стандарт TIA/EIA-607 определяет дополнительные требования к организации систем заземления, выполнение которых является необходимым условием обеспечения эффективной и надежной передачи электрических сигналов по СКС. Документы TIA/EIA-568-A, TIA/EIA-569, TIA/EIA-606 и TIA/EIA-607 являются национальными стандартами США.
В октябре 1995 года вышла в свет вторая редакция стандарта TIA/EIA-568 — TIA/EIA-568-A, которая включала в себя и уточняла все основные положения технических спецификаций бюллетеней TSB-36 и TSB-40. В этом нормативном документе специфицированы минимальные требования к функциональным параметрам электрических и волоконно-оптических кабелей и соединителей СКС. Наиболее существенные отличия от предшествующего документа заключались в том, что применение коаксиального кабеля не рекомендовалось для построения вновь создаваемых СКС и одновременно было разрешено использование одномодовых волоконно-оптических кабелей в магистральных подсистемах. Стандартом определена конфигурация Channel (Канал) как кабельное соединение разъема сетевого адаптера пользователя и соответствующего разъема активного сетевого оборудования в телекоммуникационном помещении. TIA/EIA-568-A был первым стандартом, в котором специфицированы электрические параметры отдельных элементов, а не только системы в целом, а также отмечен тот факт, что соответствие стандарту параметров отдельных компонентов не гарантирует надежной работы системы.
Непосредственно после ратификации стандарта TIA/EIA-568-A в 1995 году был опубликован технический бюллетень TSB 67, предназначенный для определения передаточных характеристик неэкранированных кабельных систем и методики их тестирования в полевых условиях. Бюллетень содержит раздельные спецификации для конфигурации Channel (Канал) и Basic Link (Базовая Линия). К характеристикам Базовой Линии предъявлены более жесткие требования, так как в этом случае не учитывается влияние абонентского и аппаратного шнуров. Для повышения точности измерений параметров Канала и Базовой Линии и обеспечения повторяемости результатов, в TSB 67 были определены требования к техническим характеристикам полевых тестеров, использующихся для сертификации.
Быстрое совершенствование средств волоконно-оптической техники, снижение ее стоимости и массовое внедрение в состав кабельной проводки зданий офисного типа позволили применять при построении СКС структуры с так называемым централизованным администрированием. Переход к этому принципу позволяет существенно упростить процесс администрирования СКС. Возможные варианты и правила их построения описаны в техническом бюллетене TSB-72, который был издан в октябре 1995 года.
В августе 1996 года появляется технический бюллетень TSB-75, который существенно расширил возможности проектировщиков и служб эксплуатации кабельной системы так называемых открытых офисов.
В сентябре 1997 года IEC начала работу по стандартизации двух новых классов приложений E и F, а также компонентов СКС для категорий 6 и 7.
Параллельно производится работа над так называемой улучшенной категорией 5 (категорией 5+ или категорией 5е) с верхней граничной частотой нормировки параметров в 100 МГц
В сентябре 1998 года был принят технический документ TSB-95, в котором содержалась информация о дополнительных контролируемых параметрах канала категории 5. Соответствие этих параметров норме является необходимым условием обеспечения нормальной работы приложения Gigabit Ethernet.
В мае 1999 года подкомитет по стандартизации TR.42.2 утвердил стандарт TIA/EIA-570-A, нормирующий оптические разъемы, используемые в абонентских розетках. Согласно этому нормативному документу в новых СКС на рабочих местах наряду с разъемами типа SC допускалась установка малогабаритных разъемов нового поколения.
К 2000 году подкомитет TR-42 ассоциации TIA опубликовал ряд приложений к стандарту TIA/EIA-568-A, которые, вероятнее всего, без каких-либо существенных изменений войдут в новую редакцию американского стандарта (рабочее название TIA/EIA-568-B), так, в частности, дополнение 1 задает количественные ограничения на параметры delay и skew. В дополнении 5 определены характеристики улучшенной категории 5е, которые превосходят нормы упомянутого выше технического бюллетеня TSB-95.
Параллельно с TIA/EIA работу над стандартизацией СКС вели Международная организация по стандартизации (ISO) и Международная электротехническая комиссия (IEC). В 1995 году они выпустили совместный документ — стандарт ISO/IEC 11801 "Информационные технологии. Универсальная кабельная система для зданий и территории Заказчика". Этот документ используют национальные комитеты по стандартизации для разработки собственных стандартов. Его содержание имеет непринципиальные отличия от стандарта TIA/EIA-568-A, связанные в основном со структурой документа, с различной терминологией и с глубиной проработки некоторых положений, в частности, введено определение — Link (Линия). В состав Линии входят те же элементы, что и в Channel (Канал), за исключением шнуров для подключения активного оборудования. Дополнительно отметим, что стандарт ISO/IEC 11801 допускает применение витых пар с волновым сопротивлением в 120 Ом и многомодовых оптических кабелей с волокнами 50/125, популярных в некоторых европейских странах. Европейская организация по стандартизации CENELEC подготовила свой стандарт EN50173 (EN — Europa Norm), окончательная редакция которого увидела свет в августе 1995 года. Его англоязычная версия в содержательной своей части является практически копией международного стандарта ISO/IEC 11801.
Стандарты ISO/IEC и CENELEC постоянно развиваются и дополняются. Так, этими организациями в январе и феврале 1999 года были приняты документы, аналогичные упомянутому выше бюллетеню TSB-95 TIA/EIA.
В 1999 году принимается стандарт ISO/IEC 14763-1, являющийся аналогом американского стандарта TIA/EIA-606 и определяющий правила администрирования кабельной системы.
В начале 2000 года увидела свет дополненная редакция стандарта ISO/IEC 11801, в которой введен ряд новых параметров и уточнены значения традиционных параметров отдельных компонентов и трактов на основе витых пар.
Все три стандарта достаточно близки друг к другу и подробно нормируют основной комплекс вопросов, связанных с построением СКС. Определенные отличия непринципиального характера имеются как в перечне допустимой для построения СКС элементной базы (табл. 3) и предельно допустимых параметрах отдельных компонентов, так и в терминологии и глубине освещения некоторых вопросов.
Стандарт ISO/IEC 11801 EN50173 TIA/EIA-568-A
Поддерживаемый кабель UTP, FTP,STP UTP, FTP,STP UTP,STP
Кабель с ZB= 120 Ом Допускается Допускается Не допускается
Диаметр проводника, мм 0,40-0,65 0,40-0,6 0,511-0,643
Число пар в горизонтальном кабеле 2 или 4 2 или 4 4
Категория компонентов 3,4 и 5 3 и 5 3,4 и 5
Затухание кабелей для шнуров Больше на 50 % Больше на 50 % Больше на 20 %
Оптоволокно 62,5/125 Основное Основное Основное
Оптоволокно 50/125 Альтернативное Альтернативное Не допускается
Экранированное гнездо Допускается Допускается Не допускается
Категории кабелей рабочего места 5+3 5+5 5+3
Таблица 3. Основные отличия между стандартами
На практике именно из-за последнего обстоятельства в различных ситуациях приходится пользоваться как международным стандартом ISO/IEC 11801, так и американским стандартом TIA/EIA-568-A, а также дополняющими его техническими бюллетенями TSB. Тем не менее, можно констатировать, что за прошедшие 10 лет удалось в значительной степени преодолеть имеющиеся первоначальные различия: известные на середину 2000 года версии основных нормативно-технических документов СКС отличаются друг от друга значительно меньше.
Кроме международных стандартов в ряде европейских стран действуют свои нормативные документы, учитывающие требования местной промышленности, исторические традиции, законодательные акты смежных областей и другие особенности. Сразу же отметим, что эти национальные нормы не имеют принципиальных расхождений с международными, европейскими и американскими стандартами. Эти документы отличаются главным образом используемой терминологией и глубиной проработки отдельных положений.
К сожалению, по состоянию на середину 2000 года в России только разворачивалась работа по созданию национального стандарта по телекоммуникационным кабельным системам, который можно рассматривать как аналог соответствующих зарубежных. Поэтому инсталлируемые на территории России СКС базируются на международных стандартах и национальных стандартах США. Отечественными нормативными документами, дополнительно используемые инсталляторами, являются Правила устройства электроустановок (ПУЭ), а также некоторые ГОСТы по правилам выполнения проектных работ, оформления проектной документации и тестированию кабельных изделий.
