От комбинированных кабелей – к функционально законченным решениям

Сама идея конструкции комбинированного кабеля не нова, но ее актуальность существенно возросла за последние 5–10 лет. Катализатором стала растущая популярность построения информационных структур на основе технологии PoLAN и реализованных на классических принципах распределенных систем с централизованной топологией.

Комбинированный кабель на уровне исходной задумки представляет собой специализированный компонент, с помощью которого можно создавать линии увеличенной протяженности для подключения различных терминальных устройств информационно-телекоммуникационных систем. По мере того, как в составе ИТС становится все больше систем с централизованной архитектурой, такие линии требуются все чаще.

Потребность в линиях большой протяженности подтверждается нормами стандартов. Для подсистемы внешних магистралей предельная протяженность, согласно ISO/IEC 11801-1:2017 и ANSI/TIA/EIA-568C, составляет 2000   и 3000 м соответственно (в последнем случае – при применении одномодовой техники).

Подобные линии часто встречаются в крупных проектах. При этом распределение длин подсистемы внешних магистралей хорошо описывается экспоненциальным законом со средним около 550 м, а расчетная вероятность того, что длина внешней магистрали превысит 1 км, составляет существенные 16,2%. При увеличении протяженности магистрали до 2 км эта вероятность уменьшается почти на порядок до 2,6%, но все равно при построении ИТС ее игнорировать нельзя.

В дальнейших рассуждениях будем исходить из того, что в рассматриваемой области применения распределение длин тех вновь вводимых систем, для которых требуется дистанционное питание терминальной техники, близко к распределению длин классических магистральных линий. Ранее было показано*, что при однопарной структуре цепей дистанционного питания применение в конструкции комбинированного кабеля медной жилы максимального калибра 12 AWG не позволяет сформировать участки длиной более 800 м. Поскольку спецификации IEEE, относящиеся к РоЕ, ограничивают шлейфовое сопротивление величиной 25 Ом, увеличение дальности связи до 2–3 км на основе существующей техники невозможно и требует решений, изначально ориентированных на передачу сигналов и напряжения дистанционного питания на терминальное устройство, удаленное от коммутатора уровня рабочей группы на несколько сот метров и более.

Поставленная задача решается как совершенствованием классической техники, так и ее целенаправленной адаптацией к специфическим условиям области применения. При этом придание продукту новых свойств является обязательным. Достижение необходимого технического результата подразумевает выполнение НИОКР, причем и на компонентном уровне, и на системном.

Компонентные разработки в отрасли не редкость. Например, помимо упомянутых комбинированных кабелей до внедрения в широкую инженерную практику были доведены вилки полевого оконцевания, весьма востребованные при подключении к ИТС различных терминальных устройств цифрового потолка, и так называемые тонкие коммутационные шнуры, которые дают ощутимый эффект при большом количестве обслуживаемых портов в одном шкафу.

Системное направление повышения потребительской привлекательности СКС также не исключает разработок компонентного уровня, но основные усовершенствования достигаются в случае создания полноценного функционально законченного продукта. Получаемый результат может быть дополнительно усилен обоснованным отказом от соблюдения части базовых ограничений классических СКС.

Под функционально законченным продуктом применительно к СКС понимается решение, обладающее хотя бы одной из следующих характеристик:

Кабельные линии связи ИТС увеличенной протяженности могут быть построены с использованием репитеров, т.е. активного оборудования. Их применение в явном виде не предусматривается стандартами СКС, в идеологию которых на уровне горизонтальной подсистемы заложена нейтральность по отношению к скорости и форматам передаваемого сигнала. Указанное ограничение носит юридический характер и не принципиально с технической точки зрения. При необходимости его легко снимает системный интегратор, который при выполнении проекта задействует для построения длинных линий продукцию разных производителей.

Подобный подход вполне может реализовать и производитель СКС. Для этого он вводит в состав серийно выпускаемого продукта источник питания и репитер и увеличивает их потребительскую ценность формированием решения на основе изначально согласованных друг с другом и, возможно, дополнительно модернизированных компонентов.

Применение репитера не нарушает каких-либо норм стандартов СКС, поскольку постулат о нейтральности аппаратурных приложений относится исключительно к горизонтальной подсистеме и для того, чтобы его не нарушать, достаточно вывести линию увеличенной протяженности на основе репитера из ее состава. 

Создавая такой специализированный продукт, компания – производитель СКС максимально адаптирует репитер к применению в линиях увеличенной протяженности, реализуемых на основе комбинированного кабеля, а также предусматривает возможность бесшовного возврата к типовой по стандартам СКС кабельной системе простым исключением соответствующих компонентов из проекта. Кроме того, она обеспечивает продукту полноценную компонентную и системную гарантийную поддержку, которая при необходимости модифицируется с учетом области применения.

Включение источника и репитера в штатную элементную базу специализированного продукта, организационно вводимого в состав «большой» СКС, облегчается тем, что применение активного сетевого оборудования данной разновидности уже допускается стандартами. Речь идет о преобразователях среды в составе неоднородного тракта, одним из функциональных блоков которого как раз и является репитер.

РоЕ-репитер, предназначенный для работы совместно с комбинированным кабелем, строго говоря, функционирует как полноценное устройство только в цепях передачи информационного сигнала. Постоянное напряжение на его выходе уже не соответствует стандартам РоЕ из-за уменьшенной максимальной мощности. Но, поскольку мощность терминальной техники в большинстве случаев заметно, зачастую в несколько раз, меньше 13 Вт, это некритично.

Продукт на основе комбинированного кабеля и стандартного репитера PoE мало интересен с точки зрения массового применения. Дело в том, что предельная дальность связи, организуемой с помощью таких репитеров, недостаточно велика. Протяженность линии определяется по формуле: 

 

где n – количество репитеров в тракте, а LAWG – длина тракта при использовании в составе комбинированного кабеля медных жил дистанционного питания определенного калибра (при AWG = 24 она считается равной 50 м и увеличивается до 800 м при AWG = 12). Для сегодняшних проектов этого явно мало.

Однако от РоЕ-репитеров массового применения можно отказаться в пользу специализированной конструкции, которая взаимодействует с модернизированным же источником. Доработки сводятся к коррекции схемных решений источника и приемника. У приемника минимально допустимая величина входного напряжения уменьшается по сравнению с требованиями спецификаций IEEE. У источника, наоборот, допустимое шлейфовое сопротивление цепей дистанционного питания увеличивается.

В рамках такой стратегии минимальное напряжение на входе репитера по аналогии с техникой Passive PoE устанавливается равным 12 В. Тогда максимальная дальность связи при сохранении прочих параметров неизменными будет определяться по формуле:

 

т.е. расчетное значение этого параметра возрастет примерно в четыре раза и для случая n = 1, AWG = 12 и двухпарной структуры цепей питания превысит 4 км, что перекрывает потребности практики с вероятностью 99,9%. Использование такого подхода возможно благодаря высокому КПД импульсных источников питания, которые применяются в составе репитера PoE.

Электрический линейный интерфейс репитера реализуется на практике по-разному. Так, компания Commscope в своей технике подключает отдельные провода через зажимы. Компания Reichle & De-Massari сохранила привычный для потребителей интерфейс на основе гнезда модульного разъема с подключением обычным коммутационным шнуром. Розетка разъема, правда, ориентирована исключительно на передачу тока дистанционного питания и не может быть использована, например, для передачи телефонных сигналов.

Производители СКС продвигают РоЕ-репитеры в составе функционально законченных продуктов для конкретных областей применения. Выбор именно этого пути обусловлен тем, что современные информационные кабельные системы задействуются в разных областях и решают разные задачи. В результате нельзя предложить ИТ-отрасли единое универсальное решение, которое полностью перекрывает потребности, возникающие в реальных проектах.

Функционально законченные продукты в составе СКС рассматриваются как средство повышения ее общей технико-экономической эффективности. Вследствие широкой популярности СКС и разнообразия решаемых задач они применяются в отрасли достаточно давно. Такой подход выгоден и с маркетинговой точки зрения: торговая марка эффективно выделяет конкретный продукт на фоне функционально аналогичных, а при удачном выборе наименования дополнительно указывает на его назначение.

В рамках продуктового подхода собственные торговые марки присваиваются и волоконно-оптической, и витопарной технике, и наборам различных вспомогательных компонентов, ориентированным на решение той или иной популярной в практике построения и эксплуатации СКС задачи или их группы. Применительно к цепям передачи сигналов нередко применяется вертикальное деление на основе обеспечиваемой пропускной способности. Объединение отдельных продуктов по функциональному назначению позволяет ввести удобное для проектировщиков горизонтальное деление.

Продуктовый подход к построению СКС также дает возможность ввести в систему компоненты, непосредственно не участвующие в передаче сигнала от разъема до разъема активного сетевого оборудования.

По мере развития техники СКС в отдельные продукты выделялись:

Сами продукты могут образовать в составе СКС того или иного производителя достаточно сложную структуру. В качестве примера в таблице представлена упрощенная структура продуктов с собственными торговыми марками СКС типа Systimax 2.0 американской компании Commscope.

 

***

Технико-экономическая привлекательность СКС может быть повышена включением в ее состав функционально законченных продуктов, предназначенных для решения популярных нишевых задач определенного класса. Один из таких продуктов строится вокруг комбинированного кабеля.

Введение в состав специализированного продукта источника и репитера РоЕ целесообразно при длине тракта более 200 м, а при длине более 800 м становится обязательным.

Конструкцию источника и репитера PoE, входящих в состав функционально законченного продукта наряду с комбинированными кабелями СКС, необходимо доработать с учетом фокусной области применения.

Конструктивные доработки сводятся к увеличению максимально допустимого шлейфового сопротивления цепей передачи дистанционного питания, а также к некоторым опциональным изменениям: 

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