Rambler's Top100
Статьи ИКС № 05-06 2017
Андрей СЕМЕНОВ  14 июня 2017

Как построить СКС для точек радиодоступа 2,5 и 5 Гбит/с

При подключении точек высокоскоростного беспроводного доступа можно использовать традиционные компоненты кабельной проводки категорий 5е и 6 и обойтись без дорогостоящей техники категории 6а.

Андрей СЕМЕНОВ, директор по развитию, СУПР

Первоначально основными потребителями ресурсов СКС являлись рабочие станции ЛВС и телефонные аппараты учрежденческих сетей. Именно в качестве физической части офисной информационной системы СКС были стандартизированы на региональном, макрегиональном (Европа и Северная Америка) и международном уровнях. При этом на уровне горизонтальной подсистемы кабельная проводка была универсальна. Компромисс между приемлемой дальностью передачи, экономическими параметрами решения в целом и техническими возможностями кабельной техники ограничил предельную протяженность тракта передачи 100 м. Поддержка функционирования иной техники при наличии соответствующих резервов пропускной способности осуществлялась с помощью разнообразных конверторов, которые делились на пассивные (адаптеры, балуны) и активные (преобразователи среды), а также могли выполняться как встроенные, навесные, внешние устройства и т.д.

В дальнейшем перечень приложений, использующих возможности ЛВС для передачи сигналов от одного электронного устройства к другому, был расширен путем перевода интерфейсов на единую IP-платформу. Благодаря применению активных адаптеров ресурсы кабельных трактов СКС стало возможным задействовать напрямую. С целью улучшения характеристик формируемого тракта в целом их начали встраивать в само устройство, превращая таким образом в его интерфейс. По сравнению с внешними адаптерами, даже выполненными в шнуровой форме, такое решение обладает заметно большей потребительской ценностью.

В тренде – отход от канонов

Изменение структуры потребителей ресурсов кабельной проводки потребовало отказаться от ряда канонов СКС, сформировавшихся еще в конце 80-х гг. прошлого века и в 1991 г. зафиксированных на нормативном уровне американским стандартом TIA/EIA-568. Одно из таких незыблемых положений – 100-метровый предел протяженности тракта. Долгое время при разработке новых разновидностей элементной базы, рассчитанных на поддержку новых приложений, эта цифра переносилась из одного нормативного документа в другой без изменения. При этом скорость передачи в приложениях каждого следующего поколения повышалась в 10 раз. Такой подход позволял, несмотря на увеличивающуюся скорость передачи и вызванную этим более высокую стоимость оборудования и информационной проводки, добиваться заметной технико-экономической эффективности. Численной мерой последней можно считать стоимость передачи одного бита информации на один метр.

Четверть века, прошедшая с вступления в силу первого стандарта СКС (1991 г.), – огромный срок для быстро развивающихся информационных технологий и телекоммуникаций. За это время решения, разработанные с прицелом на офисное применение, были распространены на иные области (промышленное производство, лечебные учреждения и т.д.). Возможности аппаратуры передачи приблизились к технологическому пределу элементной базы и схемных решений, и это ощутимо усложнило 10-кратное наращивание скорости передачи при внедрении техники следующих поколений.

Поэтому оказалось целесообразным отказаться от обоих канонических положений – как от безусловной поддержки 100-метрового гарантированного предела дальности связи по кабельным трактам из витых пар, так и от 10-кратного наращивания скорости передачи.

Предельная протяженность тракта в одних случаях стала увеличиваться, в других – уменьшаться. Примером увеличения протяженности тракта может служить так на­зываемый длинный Ethernet, который востребован в системах видеонаблюдения. Наиболее известный пример уменьшения длины – передача 10-гигабитных информационных потоков по кабельным трактам категории 6.

Обычно разработчики обращаются только к одному из «антиканонических» подходов. Применять их одновременно стало выгодно только в начале второго десятилетия текущего века. Результат работ в этом направлении – недавно стандартизированная 40-гигабитная техника «медножильного» Ethernet для ЦОДов.

Далее сосредоточим свое внимание на проводных линиях, предназначенных для подключения к информационной системе предприятия перспективных точек радиодоступа, рассчитанных на скорость 2,5 и 5 Гбит/с (IEEE 802.3bz).

Для того чтобы обеспечить хорошие экономические показатели решения в целом, в стандарте IEEE 802.3bz предусмотрены промежуточные значения скоростей сигнала в линии, равные 2,5 и 5 Гбит/с. Спецификации нового оборудования были окончательно приняты осенью 2016 г.

Особенностью документа является наличие в нем требований к физическому уровню формируемой системы, которые позволяют уже сегодня приступить к проектированию СКС для подключения точек высокоскоростного беспроводного доступа. Благодаря этим требованиям становится возможным:

  • не слишком усложнять дорогостоящую ВЧ-элект­ро­нику беспроводных интерфейсов;
  • обеспечить минимум 2,5-кратное увеличение пропускной способности канала связи;
  • подключать точки радиодоступа к информационной системе предприятия по кабельным трактам, собранным на элементной базе категории 5е и 6.

При создании схемных решений сетевых интерфейсов широко использовались наработки в области 10-гигабитного Ethernet, накопленные с начала его массового применения.

Особенности топологии нового вида проводки

Системы беспроводной радиосвязи Wi-Fi используют схему разделяемого доступа отдельных терминальных устройств к моноканалу связи. Если в области, которая обслуживается такой точкой доступа, находится большое количество активных интерфейсов, то эффективная пропускная способность канала связи снижается. Бороться с этим нежелательным явлением можно повышением темпа передачи.

Одна из целей создателей стандарта IEEE 802.3bz заключалась в обеспечении возможности использовать для построения кабельных трактов известную и хорошо отработанную в серийном производстве неэкранированную технику категорий 5е и 6. Это значительно улучшает экономические показатели решения благодаря тому, что исчезает необходимость в полномасштабном применении дорогостоящей техники категории 6а, характеристики которой явно избыточны. Такая возможность обусловлена следующими особенностями развертывания точек Wi-Fi.

Точки беспроводного доступа в подавляющем большинстве случаев располагаются внутри области, обслуживаемой техническим помещением нижнего уровня информационной системы. Помимо отсутствия спусков к пользовательским розеткам это означает некоторое уменьшение максимальной протяженности соединительных линий по сравнению с типовыми вариантами обычных горизонтальных подсистем. Здесь важно, что в правильно спроектированной офисной СКС длина стационарной линии горизонтальной части проводки превышает 70 м не более чем в 5% случаев.

Точки беспроводного доступа располагаются под потолком обслуживаемой области. Это позволяет отказаться от обычной схемы подключения терминального устройства через розетку и шнур в пользу прямого оконцевания, что положительно сказывается на условиях функционирования приемника.

Выигрыш по отношению сигнала к шуму

Подключение точек высокоскоростного беспроводного доступа подразумевает, как правило, переделку уже существующей кабельной сети, созданной на основе элементной базы категорий 5е и 6, и это заставляет искать пути увеличения защищенности сигнала от помехи. Для достижения этой цели можно прибегнуть к нескольким несложным, но эффективным приемам:

1. Заменить розеточные части разъемов и коммутационных шнуров на изделия категории 6а (т.е. увеличить переходное затухание PSNEXT).

2. Отказаться от применения схемы кросс-коннекта в технических помещениях по крайней мере в той части коммутационного поля, которая обслуживает точки радиодоступа (уменьшить затухание IL).

3. Уменьшить длину шнуров (уменьшить затухание).

4. Отказаться от жгутования неэкранированных коммутационных шнуров и регулярной укладки линейных кабелей (увеличить межкабельное переходное затухание).

5. Вывести горизонтальные кабели точек радиодоступа на отдельную панель (подавить интерференцию).

Необходимо отметить, что частичное задействование достаточно дорогостоящей техники категории 6а, упомянутое в п. 1, окажет на стоимость проекта минимальное влияние. Дело в том, что основная доля затрат на создание кабельной системы в части элементной базы и инсталляционных работ приходится на горизонтальный кабель.

Определенные резервы пропускной способности заложены также в самой элементной базе, в первую очередь категории 5е, при условии использования продукции ведущих мировых производителей. Опыт показывает, что типовая величина выигрыша (margin) по сравнению с требованиями кабельных стандартов составляет 5–8 дБ. О наличии резервов свидетельствует также возможность достижения характеристик категории 6 при применении двухконнекторной модели построения тракта.

Упрощение структуры тракта в сочетании с уменьшением протяженности инсталляционного и шнурового кабелей позволяет добиться таких параметров формируемого тракта передачи, которые обеспечивают нормальное функционирование активного сетевого оборудования.

Целесообразность отказа от 100-метровых трактов

Заданные качественные показатели канала связи, как известно, обеспечиваются при наличии определенной полосы пропускания тракта и заданного отношения сигнала к шуму.

Для симметричных трактов эти две характеристики тесно связаны друг с другом. Ширина полосы пропускания симметричного тракта определяется путем решения уравнения IL(f) = PSNext(f) (см. рисунок). С учетом известных зависимостей входящих в уравнение параметров для ее увеличения возможны следующие пути:

  • сокращение протяженности линии (уменьшение IL);
  • обработка сигнала в шумоподавителе перед подачей на решающее устройство (увеличение PSNEXT);
  • применение экранированной техники (увеличение PSNEXT);
  • обращение к более качественной (в широком смысле) элементной базе (в первую очередь увеличение PSNEXT, а также некоторое снижение затухания).

Как следует из рисунка, заданное значение ширины полосы (fb, пунктирные линии) может быть достигнуто как уменьшением затухания, так и увеличением переходного затухания. Требуемая величина отношения сигнала к шуму обеспечивается выполнением перечисленных выше мероприятий.

Так, переход на более качественную элементную базу смещает кривую переходного затухания вверх, а уменьшение длины тракта приводит к повороту кривой затухания по часовой стрелке (т.е. к уменьшению ее наклона к оси абсцисс). Результатом всегда становится смещение точки пересечения графиков IL и PSNEXT вправо, т.е. расширение полосы. Считается, что ширина полосы пропускания всех разновидностей элементной базы достаточна для обеспечения нормальной работы сетевого интерфейса. Исключение составляет техника категории 5е при работе на скорости 5 Гбит/c. Здесь требуются предварительные дополнительные расчеты или измерения.

В случае применения неэкранированной техники рекомендуется также провести предварительные испытания для проверки уровня межкабельной переходной помехи, для чего существует соответствующая измерительная техника. Ожидаемые результаты тестирования представлены в таблице.

Уменьшение рекомендуемой протяженности тракта находится в русле наблюдаемой в настоящее время тенденции отказываться в ряде случаев от обеспечения полной универсальности информационной проводки. Она заменяется специализированными кабельными линиями, рассчитанными на поддержку одной разновидности активного сетевого оборудования или их ограниченной группы. Впервые этот подход был массово применен в оптической технике параллельной передачи для ЦОДов, в случае оборудования стандарта IEEE 802.3bz он распространяется на офис.

* * *

Информационная проводка для обеспечения функционирования точек высокоскоростного радиодоступа перспективного стандарта IEEE 802.3bz не требует разработки новой элементной базы или использования дорогостоящей техники категории 6а и при надлежащем проектировании кабельных трактов может быть реализована на традиционных компонентах категорий 5е и 6.

Риски нарушения норм в части качественных показателей тракта передачи существенно снижаются несложными проектными приемами и соблюдением достаточно мягких ограничений в ходе эксплуатации.

Внедрение 2,5- и 5-гигабитных точек радиодоступа является хорошим стимулом для более широкого применения вилок полевого оконцевания и построения кабельных трактов в соответствии с концепцией Direct Connection.  

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