|
В связи с ростом требований, предъявляемых новыми сетевыми приложениями, становится все более актуальным применение оптоволоконных технологий в структурированных кабельных системах. Каковы же преимущества и особенности использования оптических технологий в горизонтальной кабельной подсистеме, а также на рабочих местах пользователей?
Проанализировав изменения сетевых технологий за последние 5 лет, легко заметить, что медные стандарты СКС отставали от гонки "сетевых вооружений". Не успев инсталлировать СКС третьей категории, предприятиям приходилось переходить на пятую, сейчас уже и на шестую, а не за горами использование седьмой категории.
Очевидно, развитие сетевых технологий не остановится на достигнутом: гигабит на рабочее место вскоре станет стандартом де-факто, а впоследствии и де-юре, и для ЛВС (локальных вычислительных сетей) крупного или даже среднего предприятия 10 Гбит/с Etnernet не будет редкостью.
Поэтому очень важно использовать такую кабельную систему, которая позволила бы легко справляться с возрастающими скоростями сетевых приложений на протяжении как минимум 10 лет - именно такой минимальный срок службы СКС определен международными стандартами.
Более того, при изменении стандартов на протоколы ЛВС необходимо избегать повторной прокладки новых кабелей, которая раньше была причиной значительных расходов на эксплуатацию СКС и просто не допустима в будущем.
Только одна среда передачи в СКС удовлетворяет данным требованиям - оптика. Оптические кабели используются в телекоммуникационных сетях уже более 25 лет, в последнее время они также находят широкое применение в кабельном телевидении и ЛВС.
В ЛВС они в основном используются для построения магистральных кабельных каналов между зданиями и в самих зданиях, обеспечивая при этом высокую скорость передачи данных между сегментами этих сетей. Однако развитие современных сетевых технологий актуализирует использование оптоволокна как основной среды для подключения непосредственно пользователей.
Далее будут рассмотрены примеры построения СКС на основе существующих стандартов оптоволоконных решений, а также перспективные технологии.
Оптика "по горизонтали"
Какие преимущества дает использование оптического волокна в горизонтальной системе СКС? К числу основных преимуществ оптики следует отнести наибольшую полосу пропускания из всех возможных сред передачи, включая медные витые и коаксиальные кабели, а также наибольшую дальность передачи данных при наименьших затратах на активное оборудование и эксплуатацию.
Оптоволоконные сегменты могут иметь протяженность до 20 раз большую, нежели медные. Типичное многомодовое оптоволокно, предназначенное для использования в ЛВС, имеет на сегодня полосу пропускания более 500 МГц на один километр длины. Поскольку существующие стандарты СКС определяют протяженность горизонтальной оптической проводки от распределительного пункта этажа до абонентской розетки в 100 м, каждое такое соединение обеспечивает полосу пропускания в несколько ГГц. Последние успехи в технологии производства многомодового оптоволокна позволяют достичь еще больших скоростей передачи.
Итак, оптоволокно имеет характеристики, намного превышающие требования сегодняшних стандартов скорости Ethernet (100 Мбит/с) для подключения рабочих мест, и позволяет легко переходить на новые протоколы передачи данных, такие, как, например, 1 и 10 Gigabit Ethernet или высокоскоростной ATM.
Говоря о возможностях модернизации, следует отметить тот факт, что свойства оптического волокна практически не зависят от скорости передачи данных в сети, поскольку отсутствуют механизмы (например, перекрестные помехи), которые приводят к деградации свойств оптоволокна с увеличением скорости сетевых протоколов. Как только оптическое волокно установлено и его параметры протестированы на соответствие стандартам, кабельный канал может работать на скоростях 1, 10, 100, 500, 1000 Мбит/с или 10 Гбит/с.
Это дает гарантию того, что кабельная инфраструктура, установленная сегодня, сможет обеспечивать работу любых сетевых технологий на протяжении следующих 10-15 лет, и даже более.
Еще одним неоспоримым преимуществом оптоволокна является "иммунитет" к различным электромагнитным помехам и отсутствие собственного радиочастотного излучения, что значительно повышает безопасность таких систем - снимать информацию с оптоволоконных кабелей намного дороже и сложнее, чем с обычной витой пары, и это возможно только при непосредственном "вмешательстве" в СКС.
В оптических системах по сравнению с медными полностью отсутствуют перекрестные и взаимные помехи между кабелями в жгуте, что повышает качество передачи данных и значительно снижает число повторных передач пакетов в сети.
Кроме того, оптические системы не подвержены воздействию грозовых разрядов, не требуют качественного заземления и не проводят электрический ток, что позволяет легко организовывать гальваническую развязку устройств, подключенных, возможно, к различным контурам заземления.
Также следует отметить высокую надежность оптоволоконных систем передачи, ведь практически единственной причиной простоя оптической сети может стать физическое повреждение оптического кабеля.
А так ли дорога оптика?
Зачастую у специалистов бытует мнение, что оптоволоконные решения значительно дороже медных. Попытаемся выяснить, так это или нет, сравнив оптические решения компании 3M Volution с типовой экранированной системой 6-й категории, обладающей наиболее близкими многомодовой оптике характеристиками.
В ориентировочный расчет стоимости типовой горизонтальной подсистемы была включена цена порта 24-портовой коммутационной панели (в расчете на одного абонента), абонентских и коммутационных шнуров, абонентского модуля, а также стоимость горизонтального кабеля за 100 метров.
Этот простой расчет показал, что стоимость оптоволоконного решения всего на 35% больше, чем решения для витой пары 6-й категории, так что слухи об огромной дороговизне оптики несколько преувеличены. Причем стоимость основных оптических компонентов на сегодня сравнима или даже ниже, чем для экранированных систем 6-й категории, но, к сожалению, готовые оптические коммутационные и абонентские шнуры пока что в несколько раз дороже медных аналогов. Однако если по каким-либо причинам протяженность абонентских каналов в горизонтальной подсистеме превышает 100 м, оптике просто нет альтернативы.
Строим оптическую СКС
За последнее десятилетие в специальную терминологию прочно вошло новое определение - "структурированная кабельная система". Такая система подразумевает отказ от различных фирменных кабельных решений, широко распространенных в прошлом, и обеспечивает взаимодействие различных сетевых устройств - коммутаторов, концентраторов и маршрутизаторов независимо от их фирмы-изготовителя.
Североамериканский стандарт TIA/EIA-568-B, который определяет требования к структурированным кабельным системам, находящимся внутри, а также между зданиями и их отдельными элементами, содержит спецификации как на медную, так и на оптоволоконную горизонтальную кабельную систему. Ограничения на максимальную длину оптической горизонтальной системы (100 м) в стандарте TIA/EIA-568-B определяются характеристиками медных линий.
Несколько комитетов, например, TIA/EIA-568-В.З, расширили границы применения для оптической горизонтальной подсистемы, исходя из ее потенциально лучших параметров по сравнению с медными системами.
Данный комитет пытается применить большую дальность работы и полосу пропускания оптических систем для создания более эффективных кабельных систем. В последнее время в СКС все чаще используются такие термины, как "централизованная кабельная система" (centralized cabling), "многопользовательская розетка" (multi-user outlet) и "зоновая кабельная система" (zone cabling).
Какие же понятия стоят за этими терминами и какова их роль при построении высокопроизводительных и экономически эффективных оптических СКС? Рассмотрим каждую из конкретных схем построения оптических СКС с учетом их преимуществ и недостатков.
Независимо от того, используется оптическая или медная СКС, стандарт TIA/EIA-568-B предполагает наличие нескольких телекоммуникационных пунктов, расположенных по всему зданию. Кабельная сеть может быть либо вертикальной с несколькими кроссовыми помещениями, расположенными на каждом этаже, либо горизонтальной с набором телекоммуникационных помещений, расположенных по всей площади предприятия.
Основной топологией кабельной системы при этом является "звезда" с максимальной функциональностью в центре - главном распределительном пункте - MDC (main distribution centre). MDC подключен через оптоволоконную магистраль или к промежуточным распределительным центрам - ЮС (intermediate distribution centres), если магистраль связывает несколько зданий, или к телекоммуникационным пунктам - ТС (telecommunications closets). Типовое расстояние от пользователей до TC составляет 100 м как для медного, так и для оптического кабеля.
Обычно в телекоммуникационных пунктах располагается сетевое оборудование, которое разделяет ЛВС этажа и общую сеть здания. TC также содержат элементы управления и вспомогательные средства СКС - оптические и электрические кроссы, кабельные организаторы и т.д.
Учитывая значительный запас дальности у оптических кабелей (по сравнению с электрическими), для увеличения эффективности и уменьшения стоимости эксплуатации горизонтальная распределительная система может быть перестроена таким образом, что все горизонтальные подсистемы будут объединены и подключены к общему телекоммуникационному пункту. В этом случае к нему через оптоволоконные кабели будут подсоединяться все пользователи.
Поскольку многомодовые оптоволоконные кабельные системы поддерживают дальность передачи данных вплоть до 300 м для любых существующих приложений, можно отказаться от использования отдельных телекоммуникационных пунктов на каждом этаже. При такой структуре кабельной системы значительно упрощается управление ее элементами и уменьшается число возможных точек отказа.
Снижение числа телекоммуникационных пунктов сокращает эксплуатационные расходы и экономит площадь - уменьшается число помещений, в которых необходимо обеспечить гарантированное электропитание, отопление, вентиляцию и кондиционирование.
При этом также значительно облегчается тестирование, обнаружение неисправностей и ведение документации на СКС, становится возможным управление конфигурацией кабельной системы с помощью ПО, а не посредством переключения коммутационных шнуров. Также данная система позволяет легко интегрировать в существующую СКС новую кабельную архитектуру, разработанную для открытых офисов (TIA/EIA TSB 75, ISO/IEC 11801).
Централизованная кабельная система
Объединение горизонтальных кабельных подсистем является только первым этапом - естественное увеличение дальности пользовательских кабельных каналов полностью используется в централизованной кабельной системе.
Основная ее идея состоит в подключении пользователей или отдельных рабочих групп напрямую к центральному сетевому оборудованию, минуя промежуточные этапы обработки. В этом случае на этажах полностью отсутствует активное сетевое оборудование - оно находится в MDC или IDC. Технический бюллетень TIA/EIA TSB 72 рекомендует использовать максимальную длину каналов в 300 м для обеспечения поддержки гигабитных приложений.
При этом все соединения между горизонтальными и междуэтажными кабелями производятся с помощью кроссового оборудования или сплайсов, расположенных в телекоммуникационных пунктах. Для участков с небольшой протяженностью используется прямое подключение рабочих станций к главному распределительному центру (MDC), с этой целью могут прокладываться оптические кабели с небольшим количеством волокон. Для подключения рабочих групп могут использоваться кабели с большим числом волокон - 12 и более.
Централизованная кабельная система обладает теми же преимуществами, что и объединенная горизонтальная подсистема, рассмотренная выше - концентрацией активного сетевого оборудования и более эффективным использованием площади и пространства монтажных шкафов/стоек. При этом изменение конфигурации СКС может также производиться программно.
Расположение всего активного оборудования в единой точке также позволяет снизить эксплуатационные расходы, время поиска неисправностей и риск несанкционированного доступа, что увеличивает безопасность ЛВС в целом.
Зоновая кабельная система
Еще одна очень интересная схема построения оптоволоконной СКС основана на базе сразу двух вышеупомянутых решений - централизованной и объединенной кабельных систем.
Самым эффективным способом доведения оптики до уровня рабочей группы является использование зоновой кабельной системы. В ней применяется недорогое сетевое оборудование с медными интерфейсами для подключения отдельных пользователей, в то же время обеспечивается возможность перехода на более высокоскоростные сетевые технологии.
Как и централизованная кабельная система, зоновая оптическая архитектура предполагает наличие одного главного распределительного центра (MDC). В этом случае используются многоволоконные оптические кабели (обычно с 12-24 волокнами) для подключения к MDC телекоммуникационных пунктов (TC), а к ним опять же по оптическому кабелю подключаются рабочие группы.
На уровне рабочей группы кабель заканчивается многопользовательской телекоммуникационной розеткой - MUTO (multi-user telecommunications outlet), к которой подключается коммутатор/концентратор рабочей группы, оснащенный оптическими магистральными портами и медными пользовательскими (обычно от 6 до 12).
Соединения между коммутатором и пользователями производятся с помощью обычных медных коммутационных шнуров. При этом оставшееся не востребованным оптическое волокно в MUTO позволяет модернизировать кабельную систему в будущем. Темное оптическое волокно является в этом случае простым механизмом подключения новых пользователей к сети или модернизации сети рабочей группы для поддержки высокоскоростных протоколов, таких, как, например, ATM или Gigabit Ethernet.
Указанная схема модернизации осуществляется путем удаления коммутатора рабочей группы и установки оптических кабелей от многопользовательской розетки к рабочим станциям. В этом случае также необходимо заменить сетевое оборудование. В результате зоновая кабельная система превращается в объединенную или централизованную системы, рассмотренные выше.
Данный подход является достаточно гибким и экономически оправданным при внедрении оптоволоконной СКС, есть возможность ее последующей модернизации и доведения оптики до каждого рабочего места.
В настоящее время на рынке присутствует два основных решения для построения зоновых кабельных систем. В первом случае система монтируется над подвесным потолком и содержит оптические и медные кроссы, подключаемые к рабочим станциям и коммутаторам/концентраторам. Во втором случае система заменяет стандартные элементы подвесного потолка и позволяет полностью разместить как активное оборудование, так и пассивные оптические/медные элементы.
Новые стандарты и технологии
За последние годы на рынке появилось несколько технологий и продуктов, позволяющих значительно облегчить и удешевить использование оптоволокна в горизонтальной кабельной системе и подключение его к рабочим местам пользователей.
Среди этих новых решений прежде всего хочется выделить оптические разъемы с малым форм-фактором - SFFC (small-form-factor connectors), плоскостные лазерные диоды с вертикальным резонатором - VCSEL (vertical cavity surface-emitting lasers) и оптические многомодовые волокна нового поколения.
Следует отметить, что недавно утвержденный тип многомодового оптического волокна ОМ-3 обладает полосой пропускания более 2000 МГц/км на длине лазерного излучения 850 нм. Данный тип волокна обеспечивает последовательную передачу потоков данных протокола 10 Gigabit Ethernet на расстояние 300 м. Использование новых типов многомодового оптоволокна и 850-нанометровых VCSEL-лазеров обеспечивает наименьшую стоимость реализации 10 Gigabit Ethernet-решений.
Разработка новых стандартов оптоволоконных разъемов позволила сделать оптоволоконные системы серьезным конкурентом медным решениям. Традиционно оптоволоконные системы требовали в два раза большего числа разъемов и коммутационных шнуров, чем медные - в телекоммуникационных пунктах требовалась гораздо большая площадь для размещения оптического оборудования, как пассивного, так и активного.
Оптические разъемы с малым форм-фактором, представленные недавно целым рядом производителей, обеспечивают в два раза большую плотность портов, чем предыдущие решения, поскольку каждый такой разъем содержит в себе сразу два оптических волокна, а не одно, как ранее.
При этом уменьшаются размеры и оптических пассивных элементов - кроссов и т.д., и активного сетевого оборудования, что позволяет снизить в четыре раза расходы на установку (по сравнению с традиционными оптическими решениями).
Следует отметить, что американские органы стандартизации EIA и TIA в 1998 году приняли решение не регламентировать использование какого-либо определенного типа оптических разъемов с малым форм-фактором, что привело к появлению на рынке сразу шести типов конкурирующих решений в данной области: MT-RJ, LC, VF-45, Opti-Jack, LX.5 и SCDC. Также сегодня есть и новые разработки.
Наиболее популярным миниатюрным разъемом является разъем типа MT-RJ, который имеет один полимерный наконечник с двумя оптическими волокнами внутри. Его конструкция была спроектирована консорциумом компаний во главе с AMP Netconnect на основе разработанного в Японии многоволоконного разъема MT. AMP Netconnect на сегодня представила уже более 30 лицензий на производство данного типа разъема MT-RJ.
Своему успеху разъем MT-RJ во многом обязан внешней конструкции, которая схожа с конструкцией 8-контактного модульного медного разъема RJ-45. За последнее время характеристики разъема MT-RJ заметно улучшились - AMP Netconnect предлагает разъемы MT-RJ с ключами, предотвращающими ошибочное или несанкционированное подключение к кабельной системе. Кроме того, ряд компаний разрабатывает одномодовые варианты разъема MT-RJ.
Достаточно высоким спросом на рынке оптических кабельных решений пользуются разъемы LC компании Avaya. Конструкция этого разъема основана на использовании керамического наконечника с уменьшенным до 1,25 мм диаметром и пластмассового корпуса с внешней защелкой рычажного типа для фиксации в гнезде соединительной розетки.
Разъем выпускается как в симплексном, так и в дуплексном варианте. Основным преимуществом разъема LC являются низкие средние потери и их среднеквадратичное отклонение, которое составляет всего 0,1 дБ. Такое значение обеспечивает стабильную работу кабельной системы в целом. Для установки вилки LC применяются стандартная процедура вклеивания на эпоксидной смо ле и полировки. Сегодня разъемы нашли свое применение у производителей 10 Гбит/с-трансиверов.
Компания Corning Cable Systems производит одновременно как разъемы типа LC, так и MT-RJ. По ее мнению, индустрия СКС сделала свой выбор в пользу разъемов MT-RJ и LC. Недавно компания выпустила первый одномодовый разъем MT-RJ и UniCam-версии разъемов MT-RJ и LC, особенностью которых является малое время монтажа. При этом для установки разъемов типа UniCam нет необходимости использовать эпоксидный клей и полировать наконечники, необходимо только очистить и сколоть волокно, а затем установить его в разъем.
Для использования в горизонтальных кабельных системах существует ряд фирменных решений, среди которых можно отметить, например, систему Volition Network Solutions компании 3M. В ней используются разъемы типа VF-45.
Разъем VF-45 по своим размерам примерно в два раза меньше дуплексного разъема SC и не имеет центрирующего наконечника. Для совмещения оптических волокон в нем используются V-образные канавки, также сам разъем и вилка оснащены защитной шторкой, которая сдвигается в горизонтальном направлении при их совмещении.
Помимо гибридных оптических шнуров, имеющих с одной стороны разъемы VF-45, а с другой -ST, SC или другие, компания ЗМ недавно выпустила вилку VF-45, предназначенную для монтажа в полевых условиях и позволяющую быстро окон-цовывать кабели в точках консолидации. Кроме того, для создания оптических сетей повышенной безопасности компания предлагает шесть разновидностей VF-45 с цветовой кодировкой и защитными ключами.
Хотя разъемы VF-45 изначально разрабатывались для горизонтальных оптоволоконных кабельных систем, их можно использовать и в магистральных сетях. Компания ЗМ также считает одним из своих крупных достижений то, что в настоящее время цена сетевого адаптера, оснащенного разъемом VF-45, не превышает $100.
Еще одним разъемом, предназначенным для реализации кабельных решений типа "оптоволокно к рабочему месту", является соединитель Opti-Jack FJ фирмы Panduit. Он имеет два отдельных керамических наконечника диаметром 2,5 мм, а по форм-фактору соответствует 8-контактному медному разъему RJ-45. Модули Opti-Jack FJ могут использоваться вместе с розетками и коммутационными панелями типа Mini-Corn производства Panduit.
Таким образом, SFFC-компоненты совместно с новыми VCSEL-лазерами (лазеры имеют характеристики, присущие традиционным лазерным источникам, и низкую стоимость, сопоставимую с обычными светодиодами) позволяют предоставить высокоскоростные оптические технологии прямо на рабочее место пользователя.
Волокно — будущее СКС?
Структурированные кабельные системы, которые используют оптоволокно как для магистральных, так и для горизонтальных кабельных каналов, дают потребителям ряд серьезных преимуществ: более гибкая структура, меньшая занимаемая площадь в здании, высокая безопасность и лучшая управляемость.
В то же время низкое значение затухания оптического волокна и "иммунитет" к различным электромагнитным наводкам делает его идеальным решением для сегодняшних и будущих кабельных систем.
Применение оптического волокна на рабочих местах позволит в будущем с минимальными затратами перейти на новые сетевые протоколы, такие как Gigabit и 10 Gigabit Ethernet. Это возможно благодаря ряду последних достижений в области оптоволоконных технологий:
многомодовое оптоволокно с улучшенными оптическими характеристиками и полосой пропускания;
оптические разъемы с малым форм-фактором, которые требуют меньшей площади и меньшего количества затрат при монтаже;
плоскостные лазерные диоды с вертикальным резонатором обеспечивают передачу данных на большое расстояние с низкими затратами.
Широкий набор решений для построения зоновых оптических кабельных систем обеспечивает плавный, экономически оправданный переход с медных на полностью оптические структурированные кабельные системы.
|
