Rambler's Top100
Статьи ИКС № 03-04 2017
Андрей СЕМЕНОВ  25 апреля 2017

Симметричные кабели для построения сетей доступа

Ради минимизации расходов на создание сетей доступа операторы связи отказываются от оптики в пользу симметричных кабельных решений. 

Андрей СЕМЕНОВ, директор по развитию, СУПР

Если строительство магистральных линий связи на сегодня в основном завершено, то создание той части сетей доступа, которая предоставляет услуги широкому кругу частных пользователей, находится в самом разгаре. Физический уровень этих сетей реализуется на основе кабельных трактов или средств радиосвязи. Бес­про­водный доступ достигает необходимого уровня эффективности только в отдельных случаях, поэтому мы исключим его из рассмотрения.

Для исполнения «кабельного варианта» может привлекаться оптическое, медножильное и комбинированное (гибридное) решение, причем два последних заметно более популярны, чем чисто оптический подход. Бла­го­склонность операторов связи к электропроводным решениям имеет объективную основу: как показывает анализ трафика на абонентском участке сетей доступа, высокая пропускная способность оптического кабеля в большинстве случаев оказывается невостребованной. Сред­не­ста­тистический «белковый» пользователь не в состоянии воспринимать всю ту информацию, которая поступает к нему со скоростью свыше 50 Мбит/с – и тем более он не в состоянии наполнить обратный канал столь же скоростным потоком. Де-факто это означает, что основным типом аппаратуры, обслуживающей «последний метр последней мили», становится 100 Мбит/с FastEthernet.

Физический уровень и сети доступа, и СКС строится на однотипной элементной базе. Однако, в отличие от СКС, в современных реалиях заказчик (пользователь интернета) не оплачивает строительство соединительной линии до провайдера. Пос­лед­ний же компенсирует свои расходы из абонентской платы, т.е. стоимость элементной базы для него критична. С учетом этого и из соображений минимизации CAPEX и OPEX основным типом аппаратуры на современных сетях доступа становится 100 BASE-TX, известный также как IEEE 802.3u, а сама кабельная линия строится на симметричном LAN-кабеле.

Еще одно преимущество отказа от оптической технологии – это возможность существенно уменьшить большие формальные инвестиции в проект и снизить требования к уровню оснащенности и культуры персонала. Последние обстоятельства бывают особенно важны для региональных компаний.

Структура и требования симметричной линии

Основные особенности электропроводной симметричной линии сети доступа определяются условиями, которые задаются областью их инсталляции. С системной точки зрения они состоят в следующем:

  • применяется активное сетевое оборудование, работающее по двухпарной схеме и создающее за счет этого заметно меньшие (примерно на 3 дБ) переходные помехи;
  • возможны полный отказ от схемы кросс-коннекта построения коммутационного поля, установка точки консолидации в линейной части и переход на схему прямого подключения, что заметно улучшает отношение сигнал/шум на входе приемника;
  • практически не востребованы коммутационные шнуры максимальной длины, а шнуры меньшей длины снижают общее затухание в тракте передачи сигнала;
  • нет необходимости в дистанционном питании маломощных оконечных абонентских устройств.

Достигаемый за счет этого выигрыш в помехозащищенности может быть использован как для улучшения качества функционирования линии, так и для наращивания ее протяженности сверх нормативных 100 м, характерных для кабельных трактов СКС.

Одновременно на сетях доступа заметно увеличивается средняя протяженность тракта: так, по данным Ростовского филиала ПАО «Ростелеком» до 20% абонентов подключаются к интернету по трактам протяженностью более 100 м. Причина в том, что из-за отсутствия в типовых жилых зданиях выделенных технических помещений приходится отказываться от характерной для офисов многоуровневой структуры в пользу централизованной архитектуры.

В Российской Федерации действуют два стандарта, ГОСТ Р 53538-2009 и ГОСТ Р 54429-2011, нормирующих характеристики кабелей с медными жилами для цифровой передачи, которые могут применяться на сетях доступа. Основное отличие между ними в том, что в первом случае характеристики задаются в частотном диапазоне до 2 МГц на длине в 1 км, а во втором – в диапазоне 1–100 МГц и выше, на длине в 100 м.

Поскольку в первом случае не обеспечивается достаточная ширина полосы пропускания, в дальнейшем мы ограничимся изделиями, выполненными по ГОСТ Р 54429-2011 (они называются LAN-кабелями). В этом нормативном документе в явном виде указано, что LAN-кабели сетей доступа могут иметь несколько худшие передаточные параметры, что, однако, не сказывается на технико-экономической эффективности создаваемых линий. Фактически это означает, что стандарт допускает отход от канонического для СКС принципа универсальности и переход на специализированные изделия. Эта особенность открывает перспективы модернизации конструкции симметричных кабелей из витых пар, и главной целью их оптимизации становится снижение капитальной части финансовой нагрузки на оператора связи.

Мы рассмотрим направления реализации такого подхода, доведенные до уровня практического внедрения.

Малопарные горизонтальные кабели

Ограничение на скорость передачи до 100 Мбит/с позволяет применять в качестве активного сетевого оборудования устройства с интерфейсами 100 BASE-TX, работающие по двухпарной схеме. Двухпарные кабели, запрещенные для установки в СКС, допускаются на сетях доступа. Отпускная цена такого кабеля ниже, чем у стандартного четырехпарного, из-за меньшей материалоемкости.

Производство LAN-кабелей отличается высокой степенью автоматизации, поэтому заводская цена этих изделий определяется преимущественно стоимостью сырья. Существенные колебания мировых цен на медь и нефть в последние годы не позволяют провести точные расчеты, но если допустить, что медь и пластик вносят равный вклад в стоимость четырехпарного изделия, то переход на двухпарный вариант, по оценкам, дает выигрыш в стоимости в значимые 25%.

Дополнительное преимущество двухпарных кабелей – большая гибкость и меньшее поперечное сечение. Это особенно важно для фокусной области их применения, учитывая недостаточные размеры стояков современных жилых зданий и их захламленность не только другими кабелями, но и просто строительным мусором.

Для производства двухпарные LAN-кабели выгодны тем, что в их случае заметно проще выполнить нормы по параметру структурных обратных потерь SRL, за счет чего можно формировать кабельный сердечник из проводов одинакового диаметра.

Среди основных недостатков малопарных LAN-кабелей следует отдельно упомянуть невозможность гигабитных скоростей передачи и сложность их массового применения для создания сетей управления инженерными системами здания (вентиляция, водоснабжение, контроль доступа и т.д.), роль которых в последнее время быстро повышается и к обслуживанию которых вполне может подключиться оператор связи.

Кабели с биметаллическими проводами

При работе сетевых интерфейсов 100 BASE-TX на частотах в десятки мегагерц заметно проявляется поверхностный эффект: вытеснение тока на поверхность провода. В этой ситуации можно применять двухслойные провода, в центральной части которых чистая электротехническая медь заменяется более дешевым металлом. В качестве заменителей могут использоваться: менее качественная медь с увеличенным удельным сопротивлением (изделия ССС), алюминий (изделия ССА), сталь (изделия ССS).

Наибольшее распространение получила так называемая омедненка – провод с центральной алюминиевой частью и медной оболочкой. Его сильные стороны – снижение не только стоимости (алюминий в разы дешевле меди), но и массы. Выигрыш по погонной массе достигается из-за меньшего удельного веса алюминия.

К сожалению, кабели с подобной структурой витых пар не позволяют получить высокую дальность связи: она, как правило, не превышает 70 м. Это заметно меньше, чем у обычного LAN-кабеля, который при скорости 100 Мбит/с устойчиво работает на длинах по меньшей мере 120 м. Свою роль здесь играет особенность интерфейсов 100 BASE-TX, которые передают информацию в базовой полосе. Шенноновская пропускная способность витой пары в графической форме пропорциональна площади треугольника abc на рисунке. Для «омедненки» она пропорциональна площади треугольника abd, которая меньше из-за повышенного коэффициента  затухания на нижних частотах. Недостаток пропускной способности компенсируется уменьшением затухания за счет ограничения длины.

Результаты расчетов и экспериментов свидетельствуют о том, что кабели с биметаллическими провод­никами на скорости не свыше 100 Мбит/с удовлетворительно функционируют при протяженности тракта не свыше 70 м. Чтобы повысить это значение, в начале 2016 г. стали применять биметаллические кабели с увеличенной толщиной медного слоя (дальность действия до 90 м), а также изделия класса ССС.

Кабели с уменьшенным диаметром жил

ГОСТ Р 54429-2011 не запрещает использовать при построении сетей доступа LAN-кабели с диаметром медных жил витых пар меньше 0,5 мм. Расчеты, подтвержденные экспериментами, показывают, что дальность связи до 120 м вполне обеспечивается изделиями с диаметром 0,44–0,46 мм при условии, что для их изготовления применяется качественная электротехническая медь и изоляция с малыми диэлектрическими потерями.

Проблема дистанционного питания не возникает в первую очередь из-за того, что этот сервис не пользуется особой популярностью при построении сетей доступа. Если такая необходимость появляется, следует помнить о том, что оборудование РоЕ (потребляемая мощность оконечного устройства не свыше 13 Вт) изначально рассчитывалось на кабели СКС категории 3 с диаметром жилы 0,4 мм.

Для удобства применения поставщики и производители обычно выделяют кабели этой разновидности в отдельную группу с собственной хорошо узнаваемой торговой маркой.

Кабели с увеличенной дальностью действия

Задача создания абонентских линий сетей доступа протяженностью свыше 100 м решается двумя способами. Один из них – применение репитеров (о котором пойдет речь ниже), другой – внедрение кабелей с большей дальностью действия, которые отличаются от обычных увеличенным диаметром жил витых пар. В качестве прототипа таких изделий обычно используются так называемые РоЕ-кабели категории 5е, которые были созданы для управляемых телекамер систем дистанционного наблюдения.

Относительно небольшой шаг скрутки изделий категории 5е дополнительно снижает коэффициент затухания. В сочетании с ограниченной (100 Мбит/с) скоростью передачи и упрощенной структурой линии это позволяет добиться дальности действия заметно больше 200 м (в известных автору случаях – до 270 м).

Применение репитеров

Возможность применения репитеров Ethernet обусловлена специализированным характером абонентских линий сетей доступа. Репитер восстанавливает форму и амплитуду сигнала, поступающего на его вход. Проведенные эксперименты показывают, что, несмотря на отсутствие полной регенерации, такие устройства позволяют по меньшей мере утроить протяженность линии без ухудшения качества ее функционирования.

Репитер – малопотребляющее устройство, поэтому он может питаться от источника РоЕ по свободным парам (четырехпарный линейный кабель) или в режиме «поверх данных» (двухпарное линейное изделие) от местного и удаленного источника. Сильной стороной этой техники является то, что она при необходимости работает в режиме «на транзит», обеспечивая работоспособность РоЕ-совместимого устройства на другом конце линии.

Проблема полевого тестирования

Из-за рабочих частот полосы 1–100 МГц симметричные тракты на основе LAN-кабелей в любом их исполнении нельзя тестировать традиционным связным измерительным оборудованием. Разработка же специализированных кабельных сканеров проблематична, поскольку потенциальный рынок сбыта таких приборов довольно мал.

Выходом в данной ситуации может стать использование стандартных кабельных сканеров СКС с дополнительным подтверждением конечного результата на соответствие нормам даже в случае индикации FAIL. При таком подходе потребуются дополнительно решить ряд задач, в числе которых:

 

  • разработка новых и адаптация существующих методик к новой области с их утверждением на уровне стандарта предприятия;
  • отнесение нестандартных для СКС видов линий к одной из разрешенных конфигураций (например, прямое подключение измеряется по модели тракта);
  • дополнительное обучение персонала правилам тестирования и интерпретации полученных результатов.

 

Подведем итоги

Симметричные горизонтальные кабели имеют в ближайшем будущем хорошие перспективы для построения абонентских линий сетей доступа. Кабели, оптимизированные для решения этой задачи, целесообразно выделить в самостоятельный подкласс.

Сильные стороны ряда симметричных изделий могут быть реализованы только в случае высокой профессиональной квалификации проектировщиков, инсталляторов и обслуживающего персонала.

Функциональные возможности симметричных линий сетей доступа можно заметно расширить за счет предложения комплексного решения из линейных кабелей и активного сетевого оборудования.

Для тестирования их качества можно пользоваться существующими сканерами СКС при условии соответствующего выбора моделей измерения и интерпретации результатов инструментального контроля.  

Поделиться:
Заметили неточность или опечатку в тексте? Выделите её мышкой и нажмите: Ctrl + Enter. Спасибо!