Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям
На правах рукописи
Семенов Андрей Борисович
Развитие теории и инженерных приложений построения структурированных кабельных систем
Специальность 05.12.13 - Системы, сети и устройства телекоммуникаций
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание учёной степени доктора технических наук
Москва-2008
Работа выполнена в ЗАО УФирма АйТи. Информационные технологииФ, при кафедре линии связи Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования Московский технический университет связи и информатики (МТУСИ).
Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор Хромой Борис Петрович доктор технических наук Парфенов Юрий Алексеевич доктор технических наук, профессор Боев Михаил Андреевич
Ведущая организация: Всероссийский научно-исследовательский институт кабельной промышленности
Защита состоится л06 ноября 2008 г. в 15 часов на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д219.001.Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования Московский технический университет связи и информатики по адресу: 111024, Москва, ул. Авиамоторная, д. 8а, ауд.
А-4
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.
Автореферат разослан л __________ 2008 г.
Учёный секретарь совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Т.П. Косичкина
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Индустриальное общество во всех своих сферах пронизано телекоммуникациями и информационными технологиями. Различные предприятия и организации очень критичны к уровню сервиса, который оказывается этими техническим средствами, что связано с коллективным характером выполнения работы в профессиональной сфере. Эффективность информационной поддержки деятельности, оказываемая различным телекоммуникационным оборудованием и ИТ-системами, резко возрастает при формировании на предприятии информационно-вычислительной системы (ИВС).
Физический уровень современной ИВС потенциально может быть построен по различным принципам. В большинстве случаев для этого применяются проводные каналы связи, которые в настоящее время на уровне стандарта де-факто реализуются на основе структурированной кабельной системы (СКС). Телекоммуникационные объекты данной разновидности представляют собой сравнительно новое направление техники, идея которого в своей нынешней форме окончательно сформировалась на рубеже 80 - 90-х гг. прошлого века.
На сегодняшний день СКС описана в ряде официальных документов, которые действуют в форме стандартов на международном и региональном уровнях. Они нормируют параметры элементной базы, характеристики одиночных линий и трактов различных видов, собранных из стандартных компонентов, а также общую структуру информационной кабельной проводки как технического объекта.
С необходимой степенью полноты решены вопросы построения архитектурной инфраструктуры, делающих одиночное здание или их комплекс пригодной для установки СКС, определены способы тестирования смонтированных линий и ее администрирования в процессе эксплуатации.
Нормативные документы рекомендуют применять для построения СКС элементную базу по возможности однотипную с сетями связи общего пользования.
Поэтому параметры компонентов и смонтированных из них линий, совокупность которых образует СКС, задаются преимущественно со ссылкой на другие публикации, которые аккумулируют в себе опыт создания линейной части классических сетей местной и междугородной связи. Соответственно, для описания различных процессов формирования и функционирования кабельных линий и трактов СКС может быть успешно использована прекрасно отражающая действительность теория передачи информации со скоростями вплоть до нескольких десятков Гбит/с по трактам, реализованным на основе оптического и, отчасти, симметричного кабеля. Различные аспекты этой теории всесторонне рассмотрены в трудах ряда отечественных (Е.М. Дианов, И.И. Гроднев, Л.М. Андрушко, Н.А. Семенов) и зарубежных (Д. Маркузе, Г.Г. Унгер, А. Снайдер) авторов.
Определенную информацию можно почерпнуть из достаточно многочисленных специализированных публикаций, непосредственно относящихся к теме СКС. Читателю доступны книги иностранных авторов в оригинале и в переводе на русский язык. Монографии отечественных авторов представлены трудами И.Г. Смирнова, Д.Я. Гальперовича и Ю.В. Яшнева, П.А. Самарского, Ю.А. Парфенова с соавторами. Кроме того, к тематике СКС регулярно обращается основные специализированные отечественные периодические издания. Данные публикации носят главным образом рекламный и маркетинговый характер и практически не затрагивают технические, и, тем более, системные вопросы.
Резюмируя изложенное выше, можем выделить следующие основные принципиальные недостатки существующего рассмотрения СКС в известной научной и нормативно-технической литературе.
Во-первых, рассматриваемая в работе разновидность кабельных систем определена в доступных источниках на уровне рамочного стандарта в виде совокупности одиночных линий, реализованных на основе оптических и симметричных кабелей. Конкретизация ее структуры глубже, чем разбиение на отдельные подсистемы, при этом не выполняется.
Во-вторых, согласно стандартам линейная часть системы может быть реализована на симметричном и четырех разновидностях оптического кабеля. Строгое научное исследование, целью которого являлось определение предпочтительных областей использования каждого из таких изделий даже в общем случае без привязки к конкретной подсистеме, ранее не выполнялось. Соответственно, неизвестны количественные критерии выбора одной из разрешенных сред передачи.
В-третьих, эффективно функционирующая СКС не может быть построена без учета того сильного обратного влияния на нее телекоммуникационной сети, основой которой она является. Однако, анализ известных публикаций показывает, что в них каноническому свойству универсальности кабельной системы без какого либо критического осмысления придается чрезмерно большое значение. Столь завышенные ожидания форсированно приводят к тому, что СКС рассматривается в полном отрыве даже от непосредственно взаимодействующего с ней сетевого уровня известной 7-уровневой модели открытых информационных систем.
Результатом стало то, что системность структурированной проводки в известных работах фактически сведена к тому тривиальному положению, что любая полномасштабная СКС формируется как совокупность трех канонических подсистем и в обязательном порядке содержит хотя бы одну горизонтальную линию.
Явный разрыв между уровнем развития теории и потребностями практики приводит к возникновению целого комплекса проблем, имеющих критически важное значение при выполнении проекта основной массы СКС. Методы, принципы, подходы и рекомендации по их преодолению даже в разрозненной форме не рассмотрены в известных литературных источниках. Наиболее серьезный пробел заключается в полном отсутствии единого системного подхода к решению задачи обеспечения высокой эффективности функционирования структурированной проводки. Говоря иными словами, фактически отсутствует полномасштабная теория построения СКС как сложного технического объекта. Наличие такой теории является необходимым условием реализации СКС, оптимальной по своим технико-экономическим параметрам.
В настоящий момент установка СКС выделилась в нашей стране в отдельное направление бизнеса, объем которого оценивается величиной 1,5 - 2 миллиона инсталлируемых портов в год. При таких масштабах разработка научно обоснованных теоретических и практических положений по повышению эффективности функционирования и оптимизации структуры кабельной системы с их привязкой к конкретным объектам определенных классов является чрезвычайно актуальной задачей и может рассматриваться как решение крупной технической проблемы, имеющей, наряду с научной, важное практическое и хозяйственное значение.
Цель работы заключается в создании научно обоснованной теории построения СКС, включающей в себя внутренне единую и логически связанную совокупность теоретических и практических технических принципов, методов, подходов и рекомендаций, применение которых позволяет увеличить эффективность развития и совершенствования архитектуры, а также качества функционирования СКС как составной части и физической основы телекоммуникационных и информационно-вычислительных сетей массового применения.
Методы исследования. В процессе исследований применялся классический прикладной научно-методический аппарат, который используется для анализа симметричных электропроводных и оптических линий. Для обоснования численных значений отдельных коэффициентов и констант были задействованы элементы математической статистики и методы математической обработки результатов эксперимента. Работа с математическими моделями различных объектов осуществлялась с привлечением аппарата математического анализа, уравнений математической физики и теории вероятностей.
Научная новизна.
1. Развита теория и решены ключевые задачи построения СКС на общесистемном уровне, а также ее горизонтальной, обеих магистральных и административной подсистем.
2. На основании предложенной теории разработаны методы расчета основных параметров и оптимизации как отдельных подсистем, так и всей СКС в целом.
Показано доминирующее влияние горизонтальной подсистемы на процессы оптимизации информационной кабельной системы.
3. Сформирован комплекс математических моделей и созданы методы определения предпочтительных областей применения медножильной, многомодовой и одномодовой оптической элементной базы на горизонтальном и магистральных уровнях кабельной системы.
4. Создана теория формирования коммутационного поля в технических помещениях нижнего уровня, а также предложен метод расчета распределения по длинам коммутационных шнуров различного назначения, учитывающий задаваемый производителем шаг длин, схему организации коммутационного поля и количество монтажных конструктивов, что обеспечивает улучшение качественных показателей трактов передачи и увеличивает эффективность администрирования.
5. Теоретически обоснован и подтвержден экспериментом новый отсутствующий в стандартах принцип формирования горизонтального тракта, позволяющий в случае передачи информационных потоков со скоростью вплоть до 1 Гбит/с гарантированно уменьшить вероятность ошибки цифрового сигнала на восемь порядков.
6. Предложен комплекс методов и математических моделей, учитывающих типовые условия реализации СКС и статистику распределения длин линейных кабельных изделий на всех ее уровнях, позволяющий уточнить требования к штатной элементной базе и обосновать целесообразность введения в кабельную систему ряда дополнительных пассивных и активных компонентов, наличие которых расширяет функциональные возможности и увеличивает эффективность функционирования СКС.
7. Создана теория и на ее основании обоснованы принципы расчета параметров многопарных симметричных и оптических кабелей, используемых для построения магистральных подсистем, которые учитывают область применения кабельных изделий, их основное назначение, скорость передачи информации и протяженность формируемой стационарной линии.
8. Разработаны методы расчета расхода и технологических запасов горизонтального кабеля как ключевого компонента кабельной системы, учитывающие наряду со средними длинами, дисперсией, асимметрией и эксцессом отдельных пробросов также конечное значение длины заводской упаковки, общепринятую технологию прокладки и архитектурные особенности типовых современных офисных зданий.
Практическая ценность.
1. Развит комплекс оригинальных правил и приемов, доведенных до уровня конкретных инженерных рекомендаций и обеспечивающих формирование общей структуры кабельной системы, построение линейной части и выбор схемы реализации коммутационного поля отдельных ее подсистем (правило 12/70 при расчете расхода горизонтального кабеля, принцип ограничения диаметра обслуживаемой рабочей области значением 70 м, правило предпочтительности использования многомодовой оптики на магистральных линиях протяженностью до 500 м, нецелесообразность применения резервирования на уровне горизонтальной подсистемы и т.д.), имеющих критически важное значение при разработке проектов СКС.
2. Обоснованы рекомендации по выбору емкости магистральных симметричных кабелей, а также аналогичные рекомендации в отношении емкости и типов волокон многомодовых и одномодовых магистральных оптических кабелей, основанные на использовании в качестве исходных параметров количества обслуживаемых информационных розеток, скорости передачи информации, протяженности организуемого тракта и организационного подчинения линии.
3. На примере решения задачи поддержки функционирования сети кабельного телевидения обоснована необходимость включения в компонентный состав СКС как рыночного продукта различного активного сетевого оборудования.
4. Обоснованы условия, при выполнении которых возможно определение основных количественных характеристик СКС через единственный параметр: число обслуживаемых пользовательских портов.
5. Получены статистические данные по линейным и шнуровым кабельным изделиям, а также коммутационным панелям различных видов, применяемых на уровнях всех трех подсистем, которые имеют самостоятельное практическое значение, так как позволяют не только однозначно формировать теоретические модели типовых СКС различного масштаба, но и вести разработку их проектов с привязкой к конкретным объектам.
6. Выработаны количественные критерии и сформулированы качественные рекомендации по выбору предпочтительного типа элементной базы, используемой для построения всех трех подсистем СКС.
7. Сформулированы четыре инженерных подхода к определению общего объема поставки шнуровых изделий для администрирования кабельной системы в техническом помещении, а в отношении медножильной подсистемы составлены таблицы их распределения по длинам в зависимости от количества обслуживаемых рабочих мест, числа конструктивов и типа построения коммутационного поля.
8. Определены количественные границы увеличения протяженности многомодовых магистральных трактов сверх ограничений стандартов при условии использования высококачественной элементной базы и передовой технологии монтажа и обоснована нецелесообразность превышения предельной длины тракта передачи на уровне горизонтальной подсистемы даже при наличии технической возможности.
9. Конкретизированы типы оборудования, применяемого для формирования отдельных функциональных секций коммутационного поля в технических помещениях различного уровня и обеспечивающие увеличение эффективности администрирования СКС по сравнению с тем уровнем, который определяется стандартами.
Реализация научно-технических результатов работы. Развитая теория и результаты проведенных исследований были использованы в ЗАО УФирма АйТи.
Информационные технологииФ в процессе создания, развития и продвижения первой российской структурированной кабельной системы АйТи-СКС. Во время выполнения этой работы нашли применение рассмотренные в данной диссертации методы, принципы и рекомендации. Использование положений, разработанных в процессе выполнения диссертационной работы, позволило вывести кабельную систему АйТи-СКС в лидеры этого сегмента национального рынка телекоммуникаций и информационных технологий. За период 1996 - 2006 года у различных заказчиков по всей территории Российской Федерации, а также в ряде стран СНГ (Казахстан, Узбекистан, Киргизия и Белоруссия) установлено свыше 1 миллиона портов АйТи-СКС, из которых свыше 100 000 поставлены на гарантию производителя продолжительностью 15 - 20 лет с момента сдачи в эксплуатацию.
Результаты работы использованы в процессе постановки курсов 102, 103, 1и 106 Академии АйТи по подготовке сертифицированных специалистов по АйТиСКС. В период с 1997 по 2006 год на данных курсах прошло обучение 1212 инженеров и подготовлено 432 проектировщика.
Практическое использование результатов диссертационной работы подтверждено соответствующими актами.
Апробация результатов. Основные результаты работы докладывались, обсуждались и были одобрены на конференциях LVI Научной сессии НТОРЭС, посвященной Дню Радио, Москва, 2001; LIX Научной сессии НТОРЭС, посвященной Дню Радио, Москва, 2004; Пятой Всероссийской конференции Современные технологии проектирования, строительства и эксплуатации линейно-кабельных сооружений, Санкт-Петербург, 2006; Шестой Всероссийской конференции Современные технологии проектирования, строительства и эксплуатации линейнокабельных сооружений, Санкт-Петербург, 2007; Московской отраслевой научно-технической конференции УТехнологии информационного обществаФ, Москва 2007; LXII Научной сессии НТОРЭС, посвященной Дню Радио, Москва, 2007, Восьмой Всероссийской научно-практической конференции УИнформационные технологии в производствеУ, Санкт-Петербург, 2007; Седьмой Всероссийской конференции Современные технологии проектирования, строительства и эксплуатации линейно-кабельных сооружений, Санкт-Петербург, 2008.
Публикации. Основное содержание диссертационной работы отражено в монографиях, главах 2 монографий, 14 статьях в ведущих рецензируемых научных журналах, входящих в перечень ВАК, 7 публикациях в сборниках трудов всероссийских научно-технических конференций.
Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 3страницах машинописного текста. Состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы и приложений. Основная часть работы изложена на 276 страницах и включает в себя 73 рисунка и 30 таблиц. Список литературы на 13 страницах состоит из 145 наименований, в том числе 58 авторских. Приложение содержит 53 страницы, в т.ч. материалы, подтверждающие внедрение результатов.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Теория построения структурированных кабельных систем, полностью соответствующая основным положениям действующих стандартов и позволяющая увеличить эффективность их функционирования, а также выполнять их оптимизацию с учетом масштаба проводки, типовых условий области развертывания, скоростей передачи информации и организационного подчинения формируемых стационарных линий.
2. Комплексный подход к выбору типа элементной базы, а также топологической, архитектурной и компонентной оптимизации различных уровней СКС.
3. Совокупность научно-обоснованных принципов, методов и подходов, позволяющих выполнить архитектурную и структурную оптимизацию симметричных и оптических стационарных линий и трактов различной протяженности магистральных подсистем СКС.
4. Теория расчета горизонтального кабеля как ключевого компонента СКС и развитые на ее основе методы определения его расхода и технологических запасов, увеличивающие точность нахождения этих параметров до уровня теоретической статистической погрешности в широком диапазоне вариаций условий монтажа и в 5 - 7 раз снижающие вероятность грубой проектной ошибки.
5. Теория построения коммутационного поля в технических помещениях нижнего уровня, применение которой позволяет не только улучшить качественные показатели функционирования горизонтальных трактов СКС, но и увеличить эффективность администрирования кабельной системы с полным соблюдением действующих редакций стандартов.
6. Результаты теоретических и экспериментальных исследований тех параметров отдельных компонентов, стационарных линий и трактов на горизонтальном и магистральных уровнях кабельных систем различного уровня сложности, которые являются ключевыми с точки зрения обеспечения эффективности функционирования СКС и телекоммуникационной системы в целом, а также их статистической связи с количеством обслуживаемых пользовательских информационных розеток.
7. Развитый в данной работе комплексный научный подход определения компонентного состава кабельной системы и схем внедрения отдельных элементов, а также предпочтительных областей применения стандартных и вновь вводимых элементов.
КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель работы и основные положения, выносимые на защиту, перечислены научная новизна и практическая ценность полученных результатов.
В первой главе выполнена разработка теории определения предпочтительных областей применения оптических и медножильных решений при построении кабельных трактов СКС.
В основу построения классических СКС положено фундаментальное положение о возможности реализации трактов передачи информации с использованием оптических (ОК) и симметричных (СК) кабелей, без указаний по предпочтительным областям их применения Оба варианта реализации дают возможность получения максимальной скорости передачи информации 10 Гбит/с с использованием серийного оборудования. Данная особенность позволяет положить в основу выбора типа среды передачи решение задачи обеспечения определенной дальности и качества передачи информации в сочетании с получением минимальных общих затрат на реализацию решения в формулировке: при скорости передачи 10 Гбит/с найти предельную длину L симметричного тракта, при которой затраты на реализацию линии связи на его основе не превышают затрат на оптическую линию связи.
Для ее решения используется следующая многошаговая схема:
Х проверяется отсутствие физических ограничений на возможность выхода за пределы ограничений стандартов по максимальной длине симметричного тракта;
Х в условиях преобладающего влияния переходной помехи рассчитывается пропускная способность одиночной пары;
Х с учетом эксплуатационного запаса определяется количество пар, необходимых для достижения скорости 10 Гбит/с при определенной величине L;
Х обосновывается возможность отказа от учета влияния тепловых шумов приемника;
Х оцениваются условные затраты на реализацию различных вариантов поРисунок 1. Зависимость затрат на реализацию тракта от его длины и категории применяемой элементной базы строения тракта передачи.
Вводится также ряд предположений, которые учитывают конструктивные особенности элементной базы и позволяют выполнить численные расчеты.
Сама физическая возможность превышения длиной высокоскоростного тракта на основе СК значения в 100 м доказана экспериментально контролем выполнением норм по величине максимального разброса задержек skew в полосе частот до 600 МГц.
В сетевых интерфейсах 10G Base-T используются многоуровневые линейные сигналы PAM-16 и блочное кодирование 64В66В. Это позволяет считать спектральную плотность мощности линейного сигнала равномерной во всем рабочем частотном диапазоне. При таких условиях и характерных для современных передатчиков уровнях выходных сигналов влияние тепловых шумов на пропускную способность тракта длиной вплоть до 150 м оказывается пренебрежимо малым.
Для оценки предельной пропускной способности тракта передачи привлекалась теория Шеннона. Дополнительно учитывалась частотная зависимость отношения сигнала к шуму S/N для трактов, построенных на основе СК.
Шум в симметричных кабельных трактах СКС определяется переходной помехой на ближнем и дальнем концах. Математические модели и расчетные соотношения для величины суммарной защищенности на ближнем и дальнем концах PS-ACR и PS-ELFEXT, включенные в нормативную часть основных стандартов СКС, после определенной доработки достаточны для определения отношения сигнала к шуму на входе приемника при произвольной длине тракта. Это позволяет найти количество N пар, требуемых для передачи 10-гигабитного информационного потока на расстояние L, и определить затраты на различные варианты реализации трактов.
Теоретически и экспериментально показано, что схема построения тракта на основе СК мало влияет на его результирующую пропускную способность.
По результатам анализа установлено, что:
Х при использовании стандартных компонентов категории 5е пропускная способность, требуемая для поддержания функционирования интерфейсов 10G Base-T, обеспечивается только при длине стационарной линии не свыше 25 м, что позволяет обслужить не более 13 % трактов горизонтальной подсистемы. Столь малая величина делает элементную базу категории 5е бесперспективной.
Х передача 10-гигабитного информационного потока по тракту на основе стандартной элементной базы категории 6 возможна только на 55 м. Кроме того, в сетевом интерфейсе требуется обязательное применение схемы аппаратурного подавления переходной помехи на ближнем конце с эффективностью не менее дБ. Параметры стандартной элементной базы категории 7 потенциально позволяют строить линии протяженностью вплоть до 150 м с сохранением принятой в СКС на уровне горизонтальной подсистемы 4-парной схемы организации связи.
При этом эффективность схемы аппаратурного подавления переходной помехи на ближнем конце должна быть не менее 13 дБ, что позволяет достигнуть вероятности ошибки 10-12.
Мерой эффективности применения различных вариантов построения трактов передачи 10-гигабитных сигналов служат графики рис. 1. Из них следует, что при необходимости передачи информационных потоков со скоростями 10 Гбит/с на расстояние свыше 130 - 150 м варианты организации тракта на базе ОК оказываются более предпочтительными. В области построения линий протяженностью не свыше 130 - 150 м применение этой техники является оправданным только в случае выдвижения особых требований по гальванической развязке соединяемых пунктов, защищенности от внешних электромагнитных помех и т.д..
При скоростях передачи вплоть до 10 Гбит/с стандартная элементная база категории 7 обладает чрезмерно большими запасами по ряду ключевых параметров.
Практическое внедрение промежуточной категории 6а дает возможность за счет 30-процентного уменьшения предельной длины тракта при сохранении нормируемой базовыми стандартами СКС максимальной протяженности в 100 м добиться уменьшения общих затрат на создание СКС и получить возможность строить ее горизонтальную подсистему в том числе на неэкранированной элементной базе или экранированной технике категории 6, сертифицированной для работы в частотном диапазоне до 500 - 600 МГц. Кроме того, при этом охраняет привычный пользователям интерфейс, реализованный на основе модульного разъема.
Вторая глава имеет своей целью разработку принципов увеличения эффективности архитектурного построения магистральной части СКС.
ОК подсистемы внутренних магистралей поддерживают подключение коммутаторов рабочей группы к оборудованию в аппаратной. Для этих коммутаторов установлено существование устойчивой связи между количеством up-link-портов и портов для подключения рабочих станций пользователей. Это с учетом 2волоконной схемы организации информационного обмена во всех оптических вариантах оборудования Ethernet позволяет задать удельную емкость данной части подсистемы внутренних магистралей в 0,2 оптических волокна (ОВ) на одно обслуживаемое рабочее место.
Телефонная сеть с вероятностью 98 % строится по централизованной схеме и в 7 % случаев использует 2-парные телефонные аппараты. Это позволяет определить удельную емкость магистральных СК в две пары на рабочее место, что подтверждаются статистикой.
Требуемая емкость ОК подсистемы внешних магистралей определяется с учетом возможности применения технологии параллельной передачи port-trunking.
Показано, что она целесообразна при количестве отдельных субканалов не свыше шести. Такой подход дает емкость ОК в 8 - 16 волокон.
Рисунок 2. Распределение коэффициентов затухания многомодового оптического кабеля внешней прокладки на длине волны 850 нм При длине многомодового тракта в несколько сотен метров и скоростях 1 Гбит/с и выше на его характеристики начинает оказывать значимое влияние недостаточная ширина полосы пропускания. Вызванные этим искажения сигнала удобно интерпретировать как дополнительное затухание. Для его количественной оценки используется дисперсионный штраф rd.
В процессе оценки величины rd линейный сигнал представляется в форме последовательности гауссовых импульсов с тактовой частотой fT, причем быстродействие передатчика обеспечивает нахождение 85 % всей энергии оптического импульса в половине тактового интервала.
С привлечением аппарата преобразования Фурье показано, что величина дисперсионного штрафа по мощности может быть описана кусочно-линейной функrd = 2,24 - 0,6 = fT / f0 f0 - верхняя граничная частота цией вида, где, rd = тракта. При < 0,27. Значение ошибки такой аппроксимапринимается 0,3 < ции в интервале не превышает 0,13 дБ.
Предельно допустимая длина l многомодового тракта должна являться корE = A(l) + rd (l) + rnd нем уравнения бюджета, где: Е - энергетический потенциrnd ал сетевого интерфейса; A(l) - затухание сигнала в тракте длиной l; = 1 дБ - f0 = F /l недисперсионный штраф., где F - коэффициент широкополосности ОК.
Решение уравнения бюджета показывает, что предельные длины трактов могут значимо превышать значения стандартов. Этому способствуют также хорошие запасы по коэффициентам затухания ОК, рис. 2.
Выбор типа волокна младших категорий ОМ1 и ОМ2 в зависимости от скорости передачи и длины тракта выполнялся с привлечением уравнения бюджета в (62,форме -50 )l + r62,5 (l) - r50 (l) = pw , где: - коэффициент затухания на x pw рабочей длине волны; x = 50 или 62,5; - дополнительные (по отношению к 62,5-микронному волокну) потери ввода в волокно 50/125.
Решение данного уравнения имеет вид F - F 50 62, = 62,5 - l = p 2,24 f ( ) + , где. Из него следует, что 0 wT F F 50 62, pw возрастание быстродействия сети (рост fT и уменьшение ) стимулирует увеличение объемов применения многомодовых ОВ с 50-микронной сердцевиной, а кабели с волокном 62,5/125 используются как средство расширения построенных ранее СКС на скоростях передачи не свыше 500 Мбит/с.
В основу определения области применения одномодовой техники положена оценка общих затрат на реализацию линии связи с длиной тракта в качестве аргумента. Установлено, что по мере увеличения скорости передачи величина предельного значения протяженности тракта, при превышении которого целесообразно переходить на одномодовую технику, снижается, но не падает менее нескольких сотен метров.
В практике эксплуатации СКС часто возникает необходимость организации передачи по составным трактам со скоростями до 10 Гбит/с. Предельная длина составного тракта искалась как решение уравнения бюджета, модифицированного для учета наличия соединителей различных видов. Показано, что при погонном затухании кабеля = 3,5 дБ/км на длине волны 850 нм для реализации межэтажных участков СКС при их протяженности не свыше 30 - 40 м могут быть использованы ОК с волокнами категории ОМ2 с величиной F не менее 500 МГц км при лазерном возбуждении. На верхних уровнях сети при этом применяются кабели с волокнами категории не ниже ОМ3.
Рисунок 3. Частотное распределение различных вариантов построения СКС Установлено, что распределение количества n портов СКС подчиняется показательному закону с параметром 1 = 1/137, а 89 % ИР выполняется в 2-портовом варианте. Плотность вероятности реализации проводки по иерархической схеме (x) = 1- e- ( x- x0 ) x = n / nможет быть описана функцией вида, где, а n0 = 150, 2 = 1/250. Этих данных достаточно для оценки вероятности использования в QM = СКС магистральной подсистемы величиной 12,3 %, что хорошо совпадает с практикой (рис. 3).
Подсистема внешних магистралей редко применяется даже в крупных СКС (n > 1000), в которых вероятность ее использования не превышает 50 %, т.е. вероятность создания этого инфраструктурного элемента по всей совокупности СКС равна 2 %. Это позволяет выполнять его индивидуальное проектирование при возникновении такой необходимости.
Распределение длин всех стационарных линий магистральных подсистем подчиняется показательному закону с параметром = 1/550 м. Отсюда объемы применения многомодовой техники по всей совокупности проектов СКС составят DM = 78,6 % при использовании внутренних резервов и 42 % при строгом выполнении формальных ограничений стандартов. После практического внедрения в перспективе на всех уровнях информационной системы оборудования 100G Ethernet с максимальной дальностью передачи в 100 м оценка доли применения ОК с волокном ОМ3 дает 40,5 %.
Рисунок 4. Распределение длин магистральных линий Таким образом, в СКС следует ожидать больших объемов применения многомодовых ОК как в настоящее время, так и в обозримой перспективе.
Экспоненциальный характер зависимости количества линий от их длины (рис. 4) позволяет оценить объемы применения одномодовых линейных кабелей при построении подсистемы внешних магистралей: среднее превышение длины одномодовой линии над одномодовой составляет 5,5 раз, то есть dSM = DM : DS = dSM 0,18. В реальных проектах = 0,26 0,12.
Показано, что областью применения иерархических структур являются системы с количеством ИР свыше 75 - 90. В СКС, обслуживающей N > 175 рабочих мест, работу ЛВС на магистральном уровне поддерживает преимущественно ОК, который обеспечивает гальваническую развязку группового оборудования ЛВС.
Средние длины (l = 45 м) и дисперсии их разброса для обоих типов кабелей подсистемы внутренних магистралей близки друг к другу, а коэффициент вариаций имеет умеренное значение. Отсюда вытекает положение о возможности определение всех значимых параметров СКС на основании только величины N в 85 % всех реализуемых кабельных систем.
Третья глава посвящена разработке принципов и методов увеличения эффективности архитектурного построения и функционирования горизонтальной подсистемы СКС.
На основании статистики проектов реализованных СКС установлено, что длины горизонтальных кабелей имеют близкое к нормальному распределение с небольшой положительной асимметрией и отрицательным эксцессом (значения 0,25 0,36 и -0,6 0,58, соответственно). Показана возможность применения при анализе модели рабочей области в виде прямоугольника и эллипса (в последнем случае при коэффициенте сжатия не менее 0,33). Их корректность доказана совпадением теоретического и экспериментального моментов распределения до четвертого порядка включительно.
Предложен метод улучшения эффективности функционирования симметричных горизонтальных трактов для передачи сигналов приложений класса D. В его основу положено соображение того, что ни одна из известных разновидностей Рисунок 5. Зависимость вероятности ошибки от длины стационарной линии сетевой аппаратуры не требует безусловного построения горизонтального тракта на элементной базе категории 6. В данной ситуации использование компонентов категории 6 позволяет увеличить качество функционирования аппаратуры приложений класса D.
1. Для аналитического описания вероятности битовой ошибки введена модель горизонтального тракта, которая учитывает влияние на нее общей протяженности, длина шнуровых изделий и категории элементной базы.
2. При реализации тракта максимальной протяженности на основе элементной базы категории 5е наибольшее напряжение помехи создает линейный кабель, который должен заменяться на СК категории 6.
В процессе анализа модели установлено следующее.
1. Построение коммутационного поля по схеме interconnect по сравнению со схемой cross-connect снижает вероятность ошибки приема информационного сигнала в три - пять раз.
2. Тракт СКС, который реализован на основе стандартных компонентов категории не ниже 5е и построен с соблюдением правил монтажа производителя СКС, начинает оказывать заметное воздействие на качество функционирования сетевого интерфейса 1G Ethernet при протяженности стационарной линии не менее 80 м.
3. Уменьшение суммарной длины коммутационных и оконечных шнуров даже на десятки дециметров сопровождается хорошо заметным положительным влиянием на качество функционирования линий связи.
4. Эффективность функционирования схемы подавления переходной помехи в сетевых интерфейсах 1000Base-T должна составлять не менее чем 13 дБ во всем рабочем частотном диапазоне интерфейса.
5. В случае использования СК категории 6 для реализации стационарных линий протяженностью свыше 70 м перед производителем кабельной системы открываются перспективы усиления гарантийной поддержки своего продукта до уровня отсутствия ошибки в линейном тракте.
Важным следствием является то, что элементная база категории 5е будет являться основной в процессе реализации проектов построения СКС до того момента, когда на рабочем месте пользователей не начнет применяться техника, требующая информационной скорости передачи 10 Гбит/с.
Экспериментально показано, что современная технология монтажа оказывает сильное влияние на качество функционирования тракта (рис. 5), что должно быть компенсировано соответствующими запасами.
Немаловажное значение имеет то, что применение метода вызывает увеличения затрат на построение горизонтальной части СКС всего на 3,1 %.
Тракты структурированной проводки, реализованные на основе СК, неизбежно содержат различные неоднородности. Основной причиной появления сосредоточенной неоднородности является нарушение фабричной скрутки пар при установке разъема. Кроме того, шнур, который служит нагрузкой для стационарной линии, потенциально имеет заметно большее отличие своего волнового сопротивРисунок 6. Распределение запаса по параметру NEXT для линий класса D ления от номинального. Отраженная волна за счет наличия электромагнитной связи между отдельными элементами кабельного сердечника наводит мешающий сигнал на соседних парах, что не учитывается стандартами.
Численной мерой мешающего воздействия обратного потока во влияющей паре является коэффициент обратного отражения RL. Выдерживание положения стандартов по этому параметру обеспечивается применением высококачественной элементной базы и соблюдением технологии монтажа. На практике выполнение требований нормативных документов относительно RL не вызывает проблем в качественных СКС среднего и высокого ценового класса.
Показано, что в предположении наличия отражения только от разъема дальнего конца напряжение переходной помехи на ближнем конце, обусловленное обратным потоком энергии, достигает своего наибольшего значения при длине стаL0 = 1/ 0,23, где - коэффициент затухания линейного кабеционарной линии ля, т. е. при длинах 9 - 20 м (в зависимости от категории), меняя NEXT на десятые доли децибела. Реальные величины затухания горизонтальных кабелей в случае применения высококачественной элементной базы оказываются меньшими по сравнению с требованиями стандартов. Показано, что достигнутый уровень техники не позволяет добиться значительных запасов по этому параметру.
инейный горизонтальный кабель должен иметь паспортные значения параметров NEXT и FEXT на 1 - 2 дБ лучше тех величин, которые зафиксированы в стандартах, что обеспечивается в качественных СКС (рис. 6). Только в этом случае на ближнем конце тракта гарантируется полное отсутствие значимого влияния на мощность переходной помехи тех сильных отражений, которые создаются розеточными частями разъема дальнего конца.
Особенности технологии монтажа горизонтальной подсистемы приводят к тому, что после завершения выполнения прокладки неизбежно остаются достаточно большие отходы линейного кабеля. Количественной мерой величины отходов является коэффициент запаса. Для его определения введена марковская модель расхода кабеля из упаковки в процессе создания горизонтальной подсистемы со средней длиной проброса l при дисперсии . Условная плотность f (t, x) вероятности остатка кабеля в упаковке ищется как решение уравнения Фоккера - f 2 f f = - l Планка - Колмогорова с граничными условиями t 2 x2 x f ' (t,0) = и f (t, L) = 0 при начальном условии f (0, x) = (x).
Средняя величина остатка кабеля в упаковке определяется как L L L l = { где [1- f (t, x)dx] - x) f (t, x)dx}/[1- f (t, x)dx], - сред (L t=1 t=0 0 нее количество пробросов с одной упаковки длиной L.
Установлено, что величина запаса длины горизонтального кабеля на технологические отходы при наиболее распространенной на практике 305-метровой упаковке может приниматься равной 10 %. Типовые вариации средней длины проброса и ее дисперсии не оказывают на него значимого влияния. Уменьшение этого параметра в 1,5 - 2 раза за счет перехода на упаковки с увеличенной длиной нецелесообразно из-за значительной массы и неудобства работы с кабелем при катушечном способе его поставки.
Горизонтальный кабель СКС является наиболее УресурсоемкойФ составляющей кабельной системы. Для увеличения расчета его расхода предложен метод определения средней длины L проброса, который, сохраняя двухточечную схему оценки, учитывает несимметрию функции плотности длин горизонтальных кабеu (x) лей и основан на специальной процедуре отбора опорных точек, формалиu (x) зованной в виде правила 12/70. Представление в форме ряда ГраммаШарлье позволило установить слабое влияние на получаемые результаты тех вариаций коэффициентов асимметрии и эксцесса, которые наблюдаются в практике построения СКС.
Показано также, что границы интервала [ ; 1- ] распределения длин пробросов горизонтального кабеля целесообразно зафиксировать на основании зна = 5 L чения вероятности %. В этом случае величина определения ошибки не превысит +2,5 %, что позволяет отказаться от отдельного учета неровностей СК при его прокладке.
Применение метода дает среднее по проектам увеличение точности определения длины проброса в 4,8 % и в 30 % случаев позволяет увеличить точность определения средней длины проброса на 8 % и более.
Всю совокупность вариантов построения СКС на общесистемном уровне можно разбить на две большие группы: централизованные решения и иерархические структуры. Стандарты СКС не содержат требований в отношении предельных линейных размеров обслуживаемой области, ограничивая только максимальную длину стационарной линии.
В процессе нахождения предельного диаметра обслуживаемой области была использована эллиптическая модель рабочей области и описание иерархической структуры по схеме Ушесть вокруг одногоФ. Дополнительно предполагалось равномерное распределение ИР по обслуживаемой территории и ориентация трасс прокладки горизонтальных и магистральных кабелей параллельно координатным осям. Процедура определения формализуется в виде задачи линейного программирования. Доказана возможность ее существенного упрощения в рамках введенной модели и получения аналитического решения. Показано, что увеличение диаметра рабочей области, обслуживаемой одной кроссовой этажа (КЭ), свыше 70 - 75 м в общем случае нецелесообразно.
Установлено, что при таких условиях протяженность горизонтального кабеля в СКС не должна превышать примерно 70 м. Отсюда вытекает, что в процессе создания проводки примерно 4/5 всех людских и материальных ресурсов направляется на реализацию горизонтальной подсистемы, которая должна является первостепенным объектом оптимизации.
Четвертая глава посвящена разработке принципов построения административной подсистемы. Актуальность решения данной задачи обусловлена полным отсутствием в известных источниках сведений, относящихся к указанной проблеме.
Из-за необходимости обеспечения нормативного срока службы кабельной системы использование организаторов кабелей коммутационных шнуров в СКС является обязательным, что, однако, снижает плотность портов. Предложено разделять горизонтальным организатором каждую пару панелей высотой 1U. При таком подходе кабель любого шнура никогда не пересекает другую коммутационную панель, что существенно увеличивает эффективность администрирования.
Отсюда приведенная плотность функциональных секций коммутационного поля СКС составляет 48 портов в 4-парном исчислении на 3U высоты.
Каноническим свойством СКС является универсальность ее горизонтальных трактов, то есть кабельная система должна поддерживать функционирование типичных в процессе эксплуатации конфигураций аппаратных средств на рабочих местах пользователей.
Требование инвариантности по отношению к приложениям, использующим ресурсы СКС, очевидно. Это обусловлено тем, что на рабочем месте к портам ИР, подключаются такие разнородные устройства как рабочая станция ЛВС и телефонный аппарат пользователя. Отсюда, необходимым условием обеспечения универсальности кабельных трактов СКС является их полное соответствие действующим редакциям нормативных документов в части длины линейных и шнуровых кабелей, количеству разъемных и неразъемных соединителей, а также характеристик применяемой элементной базы.
На практике достаточно часто возникает задача подключения на рабочем месте дополнительного устройства с высокоскоростным сетевым интерфейсом (сетевой принтер, плоттер, дополнительная рабочая станция и др.). Из-за характерного для СКС высокого уровня загрузки ее ресурсов (0,88 0,12), что влечет за собой отсутствие свободных ИР, эта задача решается с использованием подхода cable sharing и передачи по одному горизонтальному кабелю сигналов телефонных аппаратов двух пользователей с помощью Y-адаптеров. Саму реализацию такого подхода можно обеспечить только в том случае, если розеточные модули находятся рядом друг с другом на рабочих местах пользователей и в техническом помещении КЭ.
Действующие нормативные документы СКС не запрещают подключение горизонтальных кабелей различных розеточных модулей одной ИР к панелям, которые находятся в различных технических помещениях. В случае реализации такого варианта проводки использование избыточности СКС за счет применения подхода cable sharing становится физически невозможным. Устранение этого недостатка достигается соблюдением введенного в работе принципа непрерывности: полная совокупность розеточных модулей, обслуживающих ИР, которые располагаются на площади, относящейся к данному техническому помещению, должна образовывать непрерывное множество и располагаться на коммутационной панели функциональной секции горизонтальной подсистемы также рядом друг с другом по вертикали и горизонтали.
Выполнение принципа непрерывности представляет собой достаточное условие поддержки фундаментального свойства универсальности структурированной кабельной системы на уровне горизонтальной подсистемы.
Панели отдельных функциональных секций должны снабжаться соответствующими идентификаторами, которые из-за малых размеров недостаточно эффективны. Для обеспечения простоты визуальной идентификации отдельных функциональных секций коммутационного поля в процессе эксплуатации СКС предложен принцип конструктивной неоднородности, который позволяет без дополнительных затрат добиться увеличения эффективности администрирования структурированной кабельной системы по сравнению с тем уровнем, который задается профильными стандартами. Суть данного приема состоит в том, что отдельные функциональные секции коммутационного поля реализуются на таких типах оборудования, которые на уровне своего конструктивного исполнения имеют существенные визуальные отличия.
В КЭ при условии ограничения протяженности магистрального кабеля значением 90 м (86 % всех проектов) вводятся четыре типа линейных кабелей, каждому из которых в рамках реализации данного принципа ставится в соответствие своя разновидность коммутационного оборудования.
Резервная магистраль для передачи сигналов ЛВС и горизонтальная подсистема реализуются на одинаковых типах кабелей. На основании этого с целью обеспечения возможности практического применения принципа конструктивной неоднородности в составе элементной базы СКС целесообразно иметь панели моноблочного и наборного типов. При этом наборные панели следует использовать для формирования функциональной секции резервной магистрали ЛВС.
Стандарты СКС предусматривают возможность использования при построении кабельной системы ОК с волокнами четырех различных категорий, три из которых имеют различные диаметры сердцевины. Цветовая кодировка элементов оптических разъемов из-за совпадающего форм-фактора не является полной гарантией от ошибок коммутации. В данной ситуации может помочь большое разнообразие механически несовместимых между собой конструкций оптических разъемов. Обоснованы конкретные предложения в этой области.
Предложены схемы размещения оборудования СКС и ЛВС в монтажном конструктиве, которые обеспечивают удобство и эффективность администрирования кабельной системы в сочетании с рядом других преимуществ. При использовании двух конструктивов (примерно 50 % всех технических помещений) введены две схемы: основная и альтернативная с очень близкими характеристиками.
Фабричные шнуровые изделия имеют длины, представляющие собой ряд дискретных значений. Показано, что задача создания наилучших условий текущей эксплуатации и администрирования коммутационного поля сводится к опреk (x) делению функция плотности вероятности длин шнуров.
На основании анализа типовых схем построения коммутационного поля установлено, что k (x) может быть аппроксимирована кривой Гаусса с ненулевым средним. Величины параметров этого распределения зависят от типа шнуровых изделий, схемы построения коммутационного поля, количества обслуживаемых рабочих мест и числа монтажных конструктивов. Зависимость длин коммутационных шнуров от этих параметров достаточно сложна. Для упрощения практической работы она представляется в виде таблиц. Показано, что в технических помещениях КЭ основным типом шнуровых изделий должны являться шнуры длиной в среднем 1,5 м для подключения линейных портов коммутаторов ЛВС к панелям горизонтальной подсистемы и шнуры длиной 1,0 м для коммутации телефонных аппаратов.
Установлено, что при размещении оборудования в двух монтажных конструктивах на уровне КЭ основная схема превосходит альтернативную по критерию удобства в процессе текущей эксплуатации кабельной системы из-за меньшей средней длины коммутационных шнуров. Аналогичным образом по данному критерию схема cross-connect организации коммутационного поля является более предпочтительной по сравнению со схемой interconnect.
Пятая глава посвящена оценке целесообразности применения резервирования на различных уровнях кабельной системы с целью увеличения эксплуатационной надежности СКС на системном уровне.
Необходимость резервирования определяется классической древовидной топологией СКС, которая предполагает наличие только одного маршрута между любыми двумя точками. Для достижения в такой структуре необходимой эксплуатационной готовности используется ряд мер, в т.ч. резервирование.
Действующие редакции стандартов СКС предусматривают возможность применения резервирования на всех уровнях кабельной системы без ограничений.
Для оценки эффективности применения различных вариантов резервирования предложена модель СКС в традиционном для нашей страны офисном здании коридорной системы, содержащей горизонтальную подсистему и подсистему внутренних магистралей с длиной линейной части L.
Установлено, что при одиночной точечной аварии на трассе прокладки основных горизонтальных кабелей и отсутствия их резервирования без информациN l - x онного сервиса оказывается рабочих мест, где 2l - диаметр обслуживае2 l мой рабочей области, а x - удаление места аварии от КЭ. Кроме того, в этом случае в кроссовой этажа необходимо устанавливать дополнительное комплекты оборудования ЛВС уровня рабочей группы.
Напротив, при выходе из строя магистрального кабеля и отсутствия резервирования на этом уровне без связи с ИВС оказываются все N пользователей, обслуживаемых данной кроссовой этажа.
С привлечением результатов второй главы показано, что основной областью практического использования резервирования являются магистральные подсистемы. Эффективность резервирование в аварийных ситуациях в этой области окаРисунок 7. Распределение общего количества портов СКС по проектам различных масштабов зывается примерно в пять раз выше по сравнению с горизонтальной подсистемой по критерию количества пользователей, теряющих информационную поддержку, и в 1,5 раза выше по критерию затрат, требуемых для реализации.
В шестой главе рассматриваются вопросы приложения развитой теории построения СКС к определению ее компонентного состава. Актуальность выполнения этой работы обусловлена тем, что стандарты СКС практически не конкретизируют конструкцию отдельных компонентов трактов передачи и взаимодействующих с ними элементов информационной инфраструктуры. Одновременно системная оптимизация имеет своим прямым следствием появление заметного обратного влияния на параметры тех компонентов, из которых строятся стационарные линии различного назначения.
СК могут иметь различное волновое сопротивление. Наряду со 100-омными кабелями доступны изделия с волновым сопротивлением 120 и 150 Ом, обладающие заметно меньшим затуханием, но имеющие больший внешний диаметр.
В третьей главе было установлено, что возможности кабельных трактов СКС используются не более чем на две трети. Отсюда следует, что преимущества кабелей с высоким волновым сопротивлением по уменьшенному затуханию в реальных условиях эффективно реализованы быть не могут, а сами кабели не имеют перспектив по массовому использованию.
В силу различных причин основным типом коммутационного оборудования горизонтальной подсистемы являются функционально одинаковые панели с модульными разъемами в моноблочном и наборным вариантах.
С использованием статистики реализованных проектов показано, что преимущество наборной панели по возможности точного согласования ее емкости с количеством обслуживаемых портов проявляется не более чем в четверти СКС, причем в системах небольшого масштаба. Отсюда вытекает целесообразность использования в качестве основной панели моноблочного типа. Включение наборной панели в состав штатного оборудования СКС позволяет реализовать принцип конструктивной неоднородности, введенный в четвертой главе.
Промежуточная муфта используется для соединения двух строительных длин линейных кабелей, а также для организации ответвлений. На основании анализа статистики распределения длин стационарных линий подсистемы внешних магистралей сделан вывод о том, что этот компонент линейного тракта будет применяться в среднем в процессе реализации не более чем в 16 % линий с интенсивностью одна муфта на 3,5 км кабеля внешней прокладки. Отсюда следует, что разработка специальной конструкции муфты для целевого применения в СКС нецелесообразна.
Системы интерактивного управления (СИУ) являются наиболее мощным средством технической поддержки процедур администрирования СКС. Оборудование интерактивного управления включается в состав штатной элементной базы СКС в том случае, если производитель кабельной системы ориентирует ее применение в крупных проектах. В этих условиях наиболее значимым вопросом становится выбор одной из возможных стратегий внедрения. Данная процедура может быть произведена с привлечением статистики построения СКС, которая позволяет оценить ожидаемое количество СИУ, используемых при реализации проектов, а также ожидаемое числе портов, которые потенциально могут быть охвачены действием оборудования данной разновидности.
Показано, что плотность вероятности общего количества инсталлированных портов в зависимости от масштабов проекта описывается гамма-распределением с параметром 2, рис. 7.
На основании анализа возможностей СИУ и типовой плотности коммутационного поля сделан вывод о том, что применение этого оборудования целесообразно в СКС с минимальным объемом 480 портов.
Установлено, что СИУ может применяться в массовом масштабе максимум в 4 % от общего количества реализованных проектов и охватывает своим действием не свыше 17 % инсталлированных портов СКС. Отсюда вытекает, что внедрение СИУ в конкретную кабельную систему целиком и полностью определяется наличием у производителя уже выполненной собственной разработки. При ее отсутствии предпочтительно использовать схему OЕM-продукта.
Для увеличения эффективности администрирования СКС наряду с системами интерактивного управления в состав решения целесообразно внедрять также оборудование активной оптической идентификации и трассировки.
Кабельные тракты СКС удобно использовать для передачи телевизионных сигналов. Технической основой возможности поддержки системы кабельного телевидения с верхней граничной частотой 862 МГц является то, что многие современные кабели и разъемы СКС имеют верхнюю граничную частоту нормировки параметров 1 ГГц и выше.
Анализ различных аспектов внедрения этого вида сервиса осуществлялся с D = 2Ab + , - коэффициент затухания СК; - привлечением уравнение где максимальная дальность передачи, D - допустимый диапазон изменений уровней телевизионного сигнала на выходе абонентских розеток; Ab - затухание сигнала в балуне. Конкретные расчеты проводятся в основном для верхней граничной частоты передаваемого многоканального телевизионного сигнала, на которой тракт передачи имеет наибольшее затухание. Учитывается также необходимость обязательного применения балунов для преобразования сопротивления и согласования СК с несимметричными коаксиальными телевизионными цепями.
Из экспоненциального характера распределения длин стационарных линий горизонтальной подсистемы СКС следует, что без принятия специальных мер передача многопрограммного аналогового телевидения возможна в среднем не более чем по 26,7 % реальных трактов.
Под первой из таких мер понимается выбор частотного плана, что дает уменьшение путем ограничения верхней частоты передаваемого сигнала. При использовании частот только до 450 МГц услугами кабельного телевидения по трактам СКС, может воспользоваться уже 78,5 % пользователей.
Второй путь направлен на увеличение динамического диапазона D и практически реализуется за счет включения в тракт передачи дополнительного широкополосного усилителя на правах адаптера. Этот усилитель должен иметь регулируемый коэффициент усиления и крутизну частотной характеристики глубиной 20 - 25 дБ. При выборе частотного плана с частотой верхнего по спектру телевизионного канала не свыше 600 - 650 МГц все тракты горизонтальной подсистемы СКС могут быть использованы для передачи многоканальных аналоговых телевизионных сигналов. Сам усилитель целесообразно включать в состав штатной элементной базы СКС.
В заключении перечислены основные научные и практические результаты работы.
В приложениях представлены различные вспомогательные материалы расчетного характера, необходимые в процессе анализа отдельных подсистем и частей структурированной кабельной системы, а также документы, подтверждающие внедрение и использование результатов работы.
Основные теоретические результаты работы.
1. Предпочтительной областью использования оптической техники в СКС являются магистральные подсистемы. При этом на данном уровне СКС даже после создания и начала массового использования серийной аппаратуры со скоростью передачи 100 Гбит/с будут продолжать применяться большие объемы многомодовых оптических кабелей на основе волокна с 50-микронной сердцевиной.
2. Горизонтальная подсистема СКС в случае отсутствия специальных требований по гальванической развязке и защите от электромагнитного излучения должна строиться и развиваться на основе симметричных медножильных кабелей и соответствующего им коммутационного оборудования.
3. Основным типом симметричного 4-парного горизонтального кабеля в независимости от его категории должны являться изделия с волновым сопротивлением 100 Ом. 120- и 150-омные симметричные кабели не имеют перспектив при построении кабельных трактов для поддержки функционирования приложений класса Е и выше.
4. Увеличение протяженности кабельных трактов горизонтальной подсистемы свыше 100 м за счет резервов по пропускной способности 4-парных медножильных кабелей и разъемов технически осуществимо даже на основе существующих и, тем более, может быть выполнено с использованием перспективных типов линейных и коммутационных изделий, однако неэффективно при скоростях передачи по меньшей мере вплоть до 10 Гбит/с. В отличие от этого увеличение протяженности магистральных многомодовых оптических трактов сверх пределов, установленных стандартами, возможно технически при использовании серийной элементной базы ведущих производителей и позволяет добиться заметного улучшения эффективности функционирования данного уровня СКС и всего проекта телекоммуникационно-информационной системы в целом.
5. Архитектура структурированной кабельной системы, а также расход компонентов, необходимых для ее практической реализации, последующего развития и совершенствования на уровне горизонтальной подсистемы и подсистемы внутренних магистралей при выполнении последней функций межэтажных соединений, что соответствует 85 % всех проектов, могут быть статистически устойчиво и полно охарактеризованы единственным параметром: количеством обслуживаемых пользовательских портов. В отличие от этого линии подсистемы внутренних магистралей при их протяженности свыше нескольких десятков метров и все линии подсистемы внешних магистралей подлежат обязательному индивидуальному рассмотрению и расчету на всех этапах работ по созданию кабельной системы, начиная с выдачи технических предложений.
6. В процессе построения и развития архитектуры СКС как части телекоммуникационной системы увеличение диаметра рабочей области, обслуживаемой коммутационным оборудованием в техническом помещении нижнего уровня, сверх величины 70 - 75 м в общем случае не эффективно. Указанное значение является той ориентировочной границей, при превышении которой следует переходить на иерархические структуры кабельной системы, включающие в свой состав наряду с горизонтальной также магистральную подсистему.
7. Оптимизация структурированной кабельной системы на системном уровне должна осуществляться преимущественно в области горизонтальной подсистемы, так как на реализацию этой части эффективно функционирующей СКС в типовом проекте расходуется свыше 80 % всех материальных и людских ресурсов.
8. Типовые для проектов построения структурированной кабельной системы вариации исходных данных и параметров не оказывают значимого для практики влияния на сформулированные в работе правила и принципы построения трактов и стационарных линий, а также выбора архитектуры как всей кабельной системы, так и образующих ее отдельных подсистем.
9. Для обеспечения универсальности горизонтальной подсистемы СКС необходимо выполнение требований стандартов по параметрам отдельных компонентов, соблюдению структуры, ограничений по длинам, а также требований производителя по правилам монтажа. Достаточным условием универсальности является соблюдение принципа непрерывности розеточных модулей коммутационных панелей, установленных в технических помещениях нижнего уровня.
10. Внедрение принципа конструктивной неоднородности при формировании коммутационного поля в монтажных конструктивах технического помещения, который является интуитивно понятным проектировщикам, монтажникам и обслуживающему персоналу, обеспечивает увеличение эффективности администрирования реализованной кабельной системы по сравнению с уровнем, задаваемым базовыми стандартами ISO/IEC 14763-1 и TIA/EIA-606-A без нарушения их фундаментальных положений, не требует расширения компонентного состава и выполнения дополнительных разработок.
11. Увеличение эксплуатационной готовности информационно-вычислительной системы за счет резервирования кабельных трактов целесообразно производить в первую очередь на магистральных уровнях СКС. Выполнение данной процедуры в области горизонтальной подсистемы в общем случае ведет к значительному возрастанию затрат на создание как самой кабельной системы, так и нижних уровней локальной сети, однако не увеличивает коэффициент готовности в отношении индивидуального пользователя.
Основные практические результаты работы.
1. Определены основные количественные параметры и характеристики отдельных компонентов и собранных из них линий (в т.ч. средние и максимальные длины горизонтальных и магистральных кабелей, коэффициенты затухания оптических кабелей и т.д.), оказывающие непосредственное влияние на эффективность функционирования трактов СКС, а также позволяющие производить практическое проектирование и инженерный расчет характеристик структурированной кабельной системы.
2. Для всех трех подсистем СКС выработан комплекс идеологически связанных и логически единых принципов, правил и рекомендаций, сформированы таблицы и предложены инженерные формулы, позволяющие на всех этапах создания кабельной системы, в том числе в процессе эскизного, технического и рабочего проектирования определять архитектуру системы в целом и структуру стационарных линий отдельных подсистем, формировать коммутационное поле в конструктивах технических помещений, определять количество отдельных разновидностей шнуровых изделий, а также выполнять инженерный расчет параметров линий и трактов на уровнях горизонтальной и магистральных подсистем, с целью обеспечения их эффективного функционирования.
3. На основании разработанных теоретических положений и выполненных расчетов разработаны требования к параметрам влияния симметричных горизонтальных кабелей, обеспечивающие радикальное решение известной проблемы 15 м.
4. Выработаны предложения по включению в компонентный состав СКС продукта ряда дополнительных элементов, а также представлены правила их использования, наличие которых позволяет увеличить эффективность использования и функционирования структурированной кабельной системы.
5. По результатам статистического анализа, выполненного на основе обработки информации по реализованным кабельным системам и имеющего в большинстве случаев самостоятельное практическое значение, подтверждена корректность созданных моделей отдельных линий и подсистем и возможность их использования в процессе создания, развития и совершенствования архитектуры СКС.
СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ Монографии 1. Семенов А.Б. Волоконная оптика в локальных и корпоративных сетях связи. - М.:
КомпьютерПресс, 1998. - 302 с.
2. Семенов А.Б., Стрижаков С.К., Сунчелей И.Р. Структурированные кабельные системы. 5-е изд., перераб. и доп.Ц М.: ДМК-Пресс, М.: Компания АйТи, 2005. - 640 с.
3. Семенов А.Б. Проектирование и расчет структурированных кабельных систем и их компонентов. - М.: ДМК Пресс; М.: Компания АйТи, 2003. - 416+16 с.
4. Семенов А.Б. Волоконно-оптические подсистемы современных СКС. - Академия АйТи; ДМК-Пресс, 2007. - 632 с.
5. Semenov A.B., Strizhakov S.K., Suncheley I.R. Structured Cable Systems. - Berlin:
Springer-Verlag, 2002. - 607 p.
Главы в монографиях 6. Семенов А.Б. Волоконно-оптическая техника в ЛВС и СКС. В кн. Волоконнооптическая техника: история, достижения, перспективы. Под ред. Дмитриева С.А., Слепова Н.Н. М.: Connect, 2000. - С. 351 - 37. Семенов А.Б. Волоконно-оптическая техника (ВОТ) в ЛВС и СКС. В кн. Волоконнооптическая техника: Современное состояние и перспективы. - 2-е изд., перераб. и доп./ Сб. статей под ред. Дмитриева С.А., Слепова Н.Н. М.: ООО Волоконнооптическая техника, 2005. - С. 509 - 5Статьи 8. Семенов А.Б. Принципы производства оборудования для построения волоконнооптических подсистем СКС // Вестник связи. - 2000. - № 5. - С. 44 - 9. Семенов А.Б. Телекоммуникационные аспекты проектирования СКС // Вестник связи. - 2002. - № 5. - С. 62 - 10. Семенов А.Б. Возможности использования кабельных трактов СКС для передачи телесигналов // Вестник связи. - 2002. - № 10. - С. 118 - 111. Семенов А.Б. Адаптеры корпусного типа для применения в оптической подсистеме СКС // Вестник связи. - 2003. - № 10. - С. 35 - 12. Семенов А.Б. Резервирование в СКС // Вестник связи. - 2004. - № 10. - С. 67 - 13. Семенов А.Б. Эволюция и направления развития систем интерактивного управления СКС // Вестник связи. - 2005. - № 10. - С. 37 - 14. Семенов А.Б. Обязательно ли СКС быть универсальной? // Вестник связи. - 2006. - № 10. - С. 37 - 15. Смирнов И.Г., Семенов А.Б., Кокин А.В. Проблема 15 м // Вестник связи. - 2006. - № 10. - С. 41 - 16. Семенов А.Б. Метод расчета коэффициента технологического запаса длины горизонтального кабеля СКС // Электросвязь. - 2007. - № 6. - с. 34 - 17. Семенов А.Б. Определение величины расхода линейного кабеля для горизонтальной подсистемы СКС // Вестник связи. - 2007. - № 5. - С. 36 - 18. Семенов А.Б. Перспективы применения в СКС горизонтальных кабелей с повышенным волновым сопротивлением // Сети и системы связи. - 21 июня 2007. - № 7 (155). - С. 79 - 19. Семенов А.Б. Администрирование СКС и принцип конструктивной неоднородности // Сети и системы связи. - 11 сентября 2007. - № 9 (157). - С. 78 - 20. Семенов А.Б. Еще раз о системах интерактивного управления // Вестник связи. - 2007. - № 10. - С. 8 - 21. Семенов А.Б. Особенности расчета и нормирования параметров оптических трактов СКС // Сети и системы связи. - 27 марта 2008. - № 4. - С. 66 - Сборники трудов конференций 22. Семенов А.Б. Стратегия и направления развития первой российской структурированной кабельной системы АйТи-СКС // LVI Научная сессия, посвященная Дню Радио.
16 - 17 мая 2001. Труды, часть 1. - С. 44 - 23. Семенов А.Б. Возможности передачи сигналов интерфейсов 10G Ethernet по кабельным трактам на основе витой пары // Труды Российского НТОРЭС им. А.С. Попова.
Научная сессия, посвященная Дню Радио. Выпуск LIX-1, М.: 2004. - С. 163 - 124. Семенов А.Б. Некоторые проблемы внедрения высокоскоростных СКС и пути их решения // В кн.: Современные технологии проектирования, строительства и эксплуатации линейно-кабельных сооружений // Пятая всероссийская конференция / Сборник трудов. - СПб: 2006. - С. 29 - 25. Семенов А.Б. Некоторые принципы повышения эффективности реализации нижнего уровня СКС // В кн.: УСовременные технологии проектирования, строительства и эксплуатации линейно-кабельных сооруженийФ: Шестая всероссийская конференция.
Сборник трудов / СПб: СПбГУТ: 2007. - С. 15 - 26. Семенов А.Б. Выбор опорных точек при использовании статистического метода определения расхода горизонтального кабеля СКС // Труды Российского НТОРЭС им.
А.С. Попова. LXII научная сессия, посвященная Дню Радио, 16 - 17 мая 2007. - М.:
2007. - С. 78 - 27. Семенов А.Б. Промышленные СКС: текущее состояние, тенденции российские и международные стандарты. Решения для индустриальных сетей в составе АйТи-СКС // В кн. 8-я Всероссийская научно-практическая конференция УИнформационные технологии в производствеУ. ЦНИИ РТК: СПб: 11 октября 2007. - С. 21 - 28. Семенов А.Б. Перспективы применения многомодовых оптических кабелей при построении магистральных подсистем современных СКС // В кн.: УСовременные технологии проектирования, строительства и эксплуатации линейно-кабельных сооруженийФ. Сборник докладов конференции. - СПб: - 2008. - С. 15 -
Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям