Структурированная кабельная система.

Структурированная кабельная система.

Обеспечение высокой пропускной способности передающего тракта – важнейший вопрос при проектировании и инсталляции технических систем безопасности.

Он особенно актуален, если необходимо решить проблему передачи видеосигнала, потому что системы видеонаблюдения – это высокоинформативные системы, объем передаваемой информации и данных в них значительно выше, чем, например, в охранно-пожарной сигнализации.

Специалисты знают: если передающий тракт не обеспечит необходимой пропускной способности сети, все разговоры о нюансах работы качественной видеоаппаратуры могут превратиться, по сути, в пустой звук.

Всё более часто сталкиваясь с подобной проблемой, заказчики при инсталляции комплексных охранных систем обращаются не просто к поставщикам оборудования, а к организациям, строящим структурированные кабельные системы (СКС) для подключения на их базе систем видеонаблюдения.

Можно привести немало примеров, когда компании, изначально специализирующиеся на создании СКС, успешно входили на рынок технических систем безопасности.

Для этих заметок имеется и еще один весомый повод: не так давно вышел новый международный стандарт на СКС.

Считаю необходимым остановиться подробнее на вопросах построения структурированных кабельных систем для систем безопасности.

Может быть, это положит начало обсуждению технических решений, предлагаемых в данной области.

СКС – слаботочная телекоммуникационная кабельная система, обслуживающая все инженерные системы, расположенные в здании.

СКС должна отвечать следующим необходимым требованиям:

• иметь стандартизованную структуру и топологию;
  использовать только стандартизованные компоненты (кабели, распределительные устройства, разъемы и т. д.)‏;
• обеспечивать стандартизованные электромагнитные параметры (затухание, ширину полосы пропускаемых частот и др.) линий связи, организованных с ее помощью;
• управляться (администрироваться) стандартизованными методами.

Структурированная кабельная система представляет собой иерархическую кабельную систему здания или группы зданий, разделенную на структурные подсистемы.

Структурированная кабельная система состоит из:

— набора кабелей (медных и/или оптических);
— коммутационных панелей;
— соединительных шнуров;
— кабельных разъемов;
— модульных гнезд;
— информационных розеток (ИР)‏;
— вспомогательного оборудования.

Все перечисленные элементы интегрируются в единую систему и эксплуатируются согласно определенным правилам.

Все СКС должны строиться по единым правилам, иметь одинаковые средства коммутации и подключения оборудования, обеспечивать заранее известные параметры среды передачи данных.

В последнее время начала формироваться концепция построения кабельной системы, т. е. устройства, выполненного из компонентов стандартизированного ряда, построенного по модульному принципу, обладающего заранее заданными характеристиками, которые обеспечивают работоспособность аппаратуры, подключенной к СКС.

Удивительно, но эти идеи, давно принятые и реализованные, в частности, в машиностроении (стандартный ряд резьбовых соединений, подшипников и проч.), только теперь начали завоевывать позиции в области телекоммуникаций [2].

История вопроса

Начало 50-х гг. прошлого века – дата рождения первых телефонных сетей.

В 80-е гг. появились первые кабельные решения: IBM связывала свои мэйнфреймы с помощью 93-омного коаксиального кабеля RG-62 по топологии «звезда».

Первые кабельные решения были представлены крупнейшими производителями компьютерного и телефонного оборудования и опирались на закрытые технологии.

Многие разработки преследовали исключительно частные цели и задачи конкретной организации.

Нарождающийся рынок локальных сетей страдал от хронического отсутствия единообразия, что было неизбежно ввиду изменения структуры отрасли.
1987 год – комитет TR41.8 (Ассоциации электронной промышленности) начал разработку стандарта для кабелей, размещаемых внутри зданий.
1989 год – исследовательская организация Underwriters Laboratories совместно с фирмой Anixter разработала новую классификацию кабелей на витых парах.
1991 год – публикация спецификации ANSI/EIA/TIA-568. Разработчики – Ассоциация электронной промышленности (Electronic Industry Association – EIA) и Ассоциация производителей средств связи (Telecommunications Industries Association – TIA).

Справедливости ради надо признать, что довольно долго даже законопослушные западные компании игнорировали рекомендации комитетов по стандартам. Это отчасти и явилось причиной того, что снизилось качество предоставляемых на рынке услуг.

Несоблюдение требований к монтажу и размещению СКС, ее терминированию и тестированию было достаточно частым явлением.

В связи с этим остро встала проблема повышения квалификации сотрудников отрасли. Да и доработка самих стандартов вскоре стала насущной необходимостью. Появились серьезные институты с отличной репутацией: TIA и CBM.

Эти институты развернули активную работу с целью повысить информированность о доминирующих стандартах и предоставить должное обучение тем, кто к этому стремился.
1995 год – принято два основных нормативно-технических документа, описывающих СКС как технический объект. Это американский стандарт TIA/EIA-568-A и международный стандарт ISO/IEC 11801.

Несмотря на то что оба основных документа описывают один и тот же технический объект, они имеют достаточно серьезные концептуальные отличия, рассматривая СКС с разных позиций, и в значительной степени взаимно дополняют друг друга.

Стандарт второго поколения TIA-568-A (Commercial Building Telecommunications Cabling Standard) существенно отличался от предыдущего документа тем, что применение коаксиального кабеля не рекомендовалось для построения вновь создаваемых СКС и одновременно было разрешено использование одномодовых волоконно-оптических кабелей в магистральных подсистемах.

В связи с бурным развитием информационных технологий, необходимостью трансляции всё больших потоков информации в сентябре 2002 г. опубликована вторая редакция стандарта ISO/IEC IS 11801:2002(Е), в котором введены новые параметры и уточнены значения традиционных параметров компонентов и трактов на основе витых пар для обеспечения передачи в горизонтальной подсистеме информационных потоков сетевых интерфейсов Gigabit Ethernet и аналогичных им.

С 2002 г. по настоящее время развитие информационных технологий пошло не по пути резкого увеличения объема транслируемых потоков информации, как это прогнозировалось, а по пути улучшения технологичности самих сетей. В связи с этим в 2008 г. была принята новая редакция стандарта ISO/IEC IS 11801:2008(Е).

Этот стандарт является весьма объемным и серьезным документом, описывающим все особенности построения и проектирования СКС.

К сожалению, в России на сегодняшний день в группе стандартов ГОСТ Р 34 «Информационная технология» отсутствует национальный стандарт СКС. Поэтому российские проектировщики, разработчики, поставщики, инсталляторы, владельцы СКС вынуждены в своей работе исходить из международных стандартов.

Составляющие СКС

Если СКС спроектирована и инсталлирована правильно, она может служить 25 лет и более и таким образом является капитальной системой.

Обслуживается СКС так же, как и любая капитальная система: регулярные осмотры и проверки, называемые тестированием и сертификацией системы на соответствие стандартам определенного класса. Возможны профилактические ремонты этой системы, регламентные работы, переключения и т. д.

Строить и давать гарантии на структурированную кабельную систему имеют право только сертифицированные специалисты.

Для возможности классификации и сертифицирования структурированной кабельной системы необходимо знать, что электромагнитные характеристики СКС определены стандартом ISO/IEC 11801:2008 (Е) для определенных конфигураций: канала и стационарной линии.

Стационарная линия (Permanent Link) – это пассивный участок СКС между двумя непосредственно соединенными между собой точками (интерфейсами) присоединения к ней, по которому может быть передан сигнал. То есть стационарная линия – это стационарный кабель и соединители на его концах (рис. 1).

Стационарная линия предназначена для проверки рабочих характеристик стационарного компонента кабельной проводки.

Понятие Permanent Link введено для того, чтобы определить тестовую конфигурацию, максимально точно характеризующую параметры стационарной части кабельной системы.

Конфигурация Permanent Link требует, чтобы вклады соединительных кабелей, используемых для доступа к тестируемой линии, исключались из результатов измерений.

Поэтому предельные тестовые значения для Permanent Link отличаются от значений для Link на величину, относимую на счет соединительных кабелей тестера согласно априорной оценке. Общая длина линии Permanent Link может достигать 90 м.

В состав стационарной линии не входят шнуры, используемые для подключения передающего и принимающего устройств, равно как и никакие коммутационные шнуры.

Канал (Channel) – это пассивный тракт, способный передавать сигнал из конца в конец, соединяющий два любых активных блока электронной аппаратуры, например, рабочую станцию и коммутатор ЛВС (рис. 2).

Канал (Channel), согласно стандарту ISO/IEC 11801:2008(E), – это тракт взаимодействия между собой активного сетевого оборудования.

Понятие введено с 1999 г.

Канал включает в себя стационарную линию СКС и разнообразные шнуры, используемые для подключения.

Канал как объект измерений – такая модель была введена для достижения лучшей аппроксимации итоговой конфигурации пользовательской системы.

Стандарт описывает два принципиально различных объекта измерений: стационарная линия (Permanent Link) и канал (Channel). В документе приводятся соответствующие нормы для обоих объектов. При наличии специальных требований на этапе приемосдаточных испытаний может быть выполнена выборочная или сплошная проверка параметров канала или стационарной линии.

С моделью канала удобно работать во время текущей эксплуатации СКС при поиске и устранении неисправностей.

Ограничения по производительности для симметричных кабелей жестко задают компоненты, на базе которых создается канал (ISO/IEC 11801:2008(E)). Для максимальных величин – это 90 м одножильного медного кабеля, 10 м разнообразных шнуров и 4 сочленения (1 сочленение – это соединенные вместе вилка и розетка).

Для класса F в действующей версии стандарта допускается только 2 сочленения.

Как известно, активные коммутаторы, видеорегистраторы и другое подобное оборудование предъявляют к каналам передачи информации различные требования по полосе пропускания частот. Поэтому электрические каналы и линии разбиты на шесть классов: A, B, C, D, E, F. Каналы и линии указанных классов обеспечивают гарантированную поддержку соответствующих классов и всех более низких классов.

Компоненты, из которых создается структурированная кабельная система (кабели, коннекторы, вилки, гнезда), также классифицируются в стандарте ISO/IEC 11801:2008(E) по ширине пропускаемых частот, различные требования предъявляются и к качеству монтажа.

Классы приложений

Класс А: линии, специфицированные до 100 кГц для голоса и низкоскоростной передачи данных – передача видеосигнала.
Класс B: линии, специфицированные до 1 МГц для среднескоростной передачи данных – скорость передачи 1 Мбит/с.
Класс С: линии, специфицированные до 16 МГц для высокоскоростной передачи данных – скорость передачи 10 Мбит/с.
Класс D: линии, специфицированные до 100 МГц для сверхскоростной передачи данных – скорость передачи 100 Мбит/с – 1 ГГбит/с.
Класс E: линии, специфицированные до 250 МГц для сверхскоростной передачи данных со скоростью до 1 ГГб/с.
Класс F: линии, специфицированные до 600 МГц для сверхскоростной передачи данных со скоростью 1 ГГб/с – 10 ГГб/с.

То есть если мы выберем высококачественные камеры видеонаблюдения, формирующие кадры с высоким разрешением, а значит, с большим объемом, качественные видеорегистраторы или коммутаторы, транслирующие полученное изображение в режиме живого видео в сеть, что также займет немалый объем трафика, а трансляцию организуем по кабельной системе, заведомо более низкого класса или неправильно спроектированной, то качество изображения будет безвозвратно потеряно, не будет достигнут также и режим живого видео.

Следовательно, вложенные в аппаратуру инвестиции себя не оправдают.

Помимо частотного диапазона стандарт ISO/IEC:2008(E) предъявляет четкие требования к параметрам каналов и стационарных линий как на основе витых пар, так и на основе волоконно-оптических кабелей. Для систем на основе витых пар каналы классов D, E, F должны иметь волновое сопротивление 100 Ом, для классов A, B, C предпочтительным является значение 100 Ом, но допускается и значение 150 Ом. Также стратифицируются такие параметры, как возвратные потери, потери ввода, структурные возвратные потери, защищенность на ближнем конце (NEXT), суммарное переходное затухание на ближнем конце (PSNEXT), переходное затухание на дальнем конце (FEXT) и его суммарное значение (PSFEXT), соотношение затухания и переходного затухания на ближнем конце (ACR), суммарное нормированное на потери ввода переходное затухание на ближнем конце (PSARC), нормированное на потери ввода переходное затухание на дальнем конце тракта (ELFEXT), суммарное нормированное на потери ввода переходное затухание на дальнем конце ввода (PSELFEXT), задержка сигнала (PD) и перекос задержек (DS).

Использование параметров кабельной структуры неизбежно и в процессе инсталляции системы видеонаблюдения. Инсталлятору необходимо рассчитать расположение источника питания и камеры.

Согласно международному стандарту ISO/IEC11801 витая пара категории 5 (класс D) 100 МГц со скоростью передачи данных 1 ГГб/с имеет сопротивление не более 20 Ом на 100 м (реально около 2 Ом на 100 м). На 300 м витой пары падает не более 6 В напряжения. Поэтому источник питания можно подключить на расстоянии около 300 м от камеры.

Для более точных расчетов необходимо тестировать структурированную кабельную систему.

Несколько слов целесообразно сказать о СКС на основе волоконно-оптических кабелей. Основные стандартизованные параметры ВОЛС – числовая апертура (NA), затухание (A), коэффициент широкополосности (K).

В линиях, использующих оптический кабель для высокоскоростной и сверхскоростной передачи данных, не рассматривается в качестве ограничителя ширина полосы.

Числовое значение, указанное в названии класса, определяет минимальную длину канала в метрах, на которой канал этого класса гарантированно поддерживает соответствующее приложение, если канал создан в соответствии с требованиями стандарта:
Класс OF-300: от 300 м.
Класс OF-500 : от 500 м.
Класс OF-2000: от 2 км.
Высший класс OF-2000 обеспечивает работу приложений, в том числе протокола Gigabit Ethernet 1000Base-LX по одномодовому волокну OS1 до 2000 м при IL 4,56 дБ в окне 1310 нм.
Класс OF-500 обеспечивает работу приложения Gigabit Ethernet 1000Base-LX по многомодовому волокну OМ1, OМ2 и OМ3 до 500 м при IL 2,35 дБ в окне 1300 нм.

Увеличение длины канала с 550 до 2000 м в окне 1300 нм обеспечено за счет улучшения профиля преломления.

В стандарте закреплена ширина полосы пропускания (коэффициент широкополостности) при лазерном вводе не мене 2000 МГц х км в окне 850 нм для волокон ОМ3.

Следовательно, выбор передающей аппаратуры, например активных коммутаторов, для передачи видеосигнала необходимо производить либо с учетом имеющейся СКС на объекте, либо с учетом территориальной протяженности объекта и правил проектирования структурированной кабельной системы на ВОЛС.

В заключение необходимо обратить внимание на следующий факт.

Единственная компания, которая проводит исследования рынка СКС по всем странам мира, – независимая консалтинговая компания BSRIA – Building Servies Research & Information Association, находящаяся в Великобритании.

По данным официального отчета BSRIA по рынку медных СКС за 2007 г. в России, СКС Eurolan занимает 3-е место с долей рынка 8,7%, уступая только Typo Electronics (10,8%) и Systimax Solution (16,9 %).

ЛИТЕРАТУРА

Сети и системы связи, № 6, 5 мая 2008, стр. 11. Самарский П. А. Основы структуированных кабельных систем. М.: 2005.