Происхождение СКС и развитие стандартов

Идея создания структурированной кабельной системы как основы слаботочной кабельной разводки здания была высказана специалистами фирмы AT&T (ныне Lucent Technologies) в 1983 году. Первая достаточно удачная попытка создания универсальной кабельной системы для построения офисных информационных систем была предпринята корпора­цией IBM. В 80-е годы специалистами этой компании на основе 2-парного экранированно­го симметричного кабеля с волновым сопротивлением 150 Ом была разработана система IBM, предназначенная для обеспечения функционирования сетей Token Ring, серверов AS/400, терминалов 3270 и других аналогичных устройств. Функциональные возможно­сти системы были существенно расширены введением в ее состав компонентов, обеспечи­вающих передачу телефонных сигналов. Спецификация кабельной части системы IBM включала в себя 9 различных «типов» кабеля. Интересно, что сама IBM никогда не производила компоненты своей кабельной системы, этим по фирменным спецификаци­ям IBM занимаются другие компании. Из девяти возможных вариантов кабелей наиболь­шую популярность получили типы 1 и 6. Они до сих пор продолжают применяться в сетях Token Ring, хотя последние несколько лет IBM рекомендует использовать для этого кабе­ли категории 3, 4 или 5 с 8-контактными модульными разъемами. Поддержка функцио­нирования устройств с коаксиальным и твинаксиальным интерфейсами обеспечивалась включением в состав системы развитой номенклатуры балунов.

В силу ряда причин, основными из которых являются высокая цена, низкая техноло­гичность монтажа, ориентированность в основном на продукты IBM и трудности интегри­рования в современные сетевые структуры эта кабельная система не получила широкого распространения.

В конце 80-х годов разработчиками технологий передачи данных по локальным сетям прикладывались большие усилия по повышению скоростей обмена, надежности, сниже­нию стоимости оборудования и расходов на его эксплуатацию. Кабели на основе витых пар ввиду их технологичности при производстве и монтаже были хорошим средством для ре­ализации каналов связи локальных сетей. Однако отсутствие стандартов на этот техничес­кий продукт тормозило разработку перспективных сетевых технологий, использующих симметричные кабели как среду передачи информации.

В 1985 году Ассоциация электронной промышленности США (Electronic Industries Asso­ciation - EIA) приступила к созданию стандарта для телекоммуникационных кабельных систем зданий. Подготовку нормативной документации выполняло несколько рабочих групп:

TR-41.8.1 - рабочая группа по кабельным системам офисных и промышленных зданий;

TR-41.8.2 - рабочая группа по кабельным системам жилых зданий и зданий офисного типа с низким коэффициентом использования полезной площади;

TR-41.8.3 - рабочая группа по кабельным каналам для телекоммуникационных ка­белей;

TR-41.8.4 - рабочая группа по магистральным кабельным системам жилых зданий и зданий офисного тина с низким коэффициентом использования полезной площади;

TR-41.8.5 - рабочая группа по формализации терминов и определений;

TR-41.7.2 - рабочая группа по заземлению и строительным решениям;

TR-41.7.3 - рабочая группа по электромагнитной совместимости.

В 1988 году к работе по стандартизации подключилась Ассоциация телекоммуникаци­онной промышленности США (Telecommunications Industry Association - TIA). В октябре 1990 года был одобрен первый подготовленный этими организациями совместный норма­тивный документ - TIA/EIA-569 «Стандарт коммерческих зданий на кабельные пути те­лекоммуникационных кабелей», подготовленный рабочей группой TR-41.8.3. Необхо­димость его принятия была обусловлена осознанием факта о невозможности построения высокоэффективной кабельной системы без предъявления комплекса специальных требо­ваний к архитектуре здания, в котором она должна быть установлена.

В 1989 году известная американская исследовательская организация Underwriters Labo­ratories (UL) совместно с фирмой Anixter разработали новую классификацию кабелей на витых парах. В ее основу было положено понятие «уровень». Толкование уровней пред­ставлено в таблице 1.5.

Таблица 1.5 - Классификация витых пар по уровням

Тип кабеля	Максимальная частота сигнала	Типовые приложения
Уровень 1	Нет требований	Цепи питания и низкоскоростной обмен данными
Уровень 2	До 1 МГц	Голосовые каналы связи и системы безопасности
Уровень 3	До 16 МГц	Локальные сети Token Ring и Ethernet 10Base-T
Уровень 4	До 20 МГц	Локальные сети Token Ring и Ethernet 10Base-T
Уровень 5	До 100 МГц	Локальные сети со скоростью передачи данных до 100 Мбит/с

 

Результатом деятельности рабочей группы TR-41.8.1 стал стандарт телекоммуни­кационных кабельных систем коммерческих зданий TIA/EIA-568, который был одобрен в июле 1991 года. Этот документ определял структуру кабельной системы и требованияк характеристикам кабелей и разъемов, применяемых для ее построения. Для построения системы допускалось использование кабелей из неэкранированных витых пар с волновым сопротивлением 100 Ом и экранированных витых пар с сопротивлением 150 Ом, а также 50-омных коаксиальных кабелей и многомодовых волоконно-оптических кабелей.

В ноябре 1991 года рабочая группа TR-41.8.1 выпустила дополнительные специфика­ции на симметричные электрические кабели из неэкранированных витых пар - техничес­кий бюллетень TIA/EIA TSB-36. В этом документе впервые вводилось понятие кате­горий кабелей из неэкранированных битых пар, которые были определены практически в полном соответствии с уровнями по классификации UL и Anixter. Фактичес­ки произошла только смена термина, и классификация по уровням перестала применять­ся. Первые два уровня витых пар для низкоскоростных приложений в бюллетене TSB-36 не специфицированы.

В другом дополнении к стандарту TIA/EIA-568 - техническом бюллетене TIA/EIA TSB-40 - были описаны дополнительные спецификации на разъемы для кабелей из неэкранированных витых пар. Они также подразделялись на категории 3,4 и 5. Бюллетень предписывал использовать разъемы категорией не ниже категории кабелей, на которые они устанавливались.

В октябре 1995 года увидела свет вторая редакция стандарта TIA/EIA-568 - Т1А/Е1А-568-А, - которая включала в себя и уточняла все основные положения технических специ­фикаций бюллетеней TSB-36 и TSB-40. Наиболее существенное отличие от предшеству­ющего документа состояло в том, что применение коаксиального кабеля не рекомендовалось для построения вновь создаваемых СКС и одновременно было разрешено использование одномодовых волоконно-оптических кабелей в магистральных подсистемах.

В январе 1993 года был одобрен еще один важный нормативный документ, подготов­ленный рабочей группой TR-41.8.3, - TIA/EIA-606 «Стандарт на администрирование те­лекоммуникационной инфраструктуры коммерческих зданий». Стандарт определя­ет правила ведения документации по СКС на этапе эксплуатации - маркировка, ведение записей, правила оформления схем, отчеты и т.д. Документ рекомендовал ведение доку­ментации в электронном виде.

Еще один смежный стандарт - TIA/EIA-607 - принимается в августе 1994 года. Он включает в себя требования к различным устройствам заземления, применяемым в зда­нии. Традиционно основным назначением системы заземления было обеспечение безопас­ности эксплуатации электроустановок, то есть защита человека от поражения электричес­ким током. Стандарт TIA/EIA-607 определяет дополнительные требования к организации систем заземления, выполнение которых является необходимым условием обеспечения эффективной и надежной передачи электрических сигналов по СКС. Документы TIA/ EIA-568-A, TIA/EIA-569, TIA/EIA-606 и TIA/EIA-607 являются национальным стан­дартами США.

Быстрое совершенствование средств волоконно-оптической техники, снижение ее сто­имости и массовое внедрение в состав кабельной проводки зданий офисного типа позво­лили применять при построении СКС структуры с так называемым централизованным администрированием. Переход к этому принципу дозволяет существенно упростить про­цесс администрирования СКС. Возможные варианты и правила их построения описаны в техническом бюллетене TSB-72, изданном в октябре 1995 года.

В августе 1996 года появляется технический бюллетень TSB-75, который существенно расширил возможности проектировщиков и служб эксплуатации кабельной системы так называемых открытых офисов.

В сентябре 1998 года был принят технический бюллетень TSB-95, в котором содержа­лась информация о дополнительных контролируемых параметрах канала категории 5. Со­ответствие этих параметров норме является необходимым условием обеспечения нормальной работы приложения Gigabit Ethernet.

В мае 1999 года подкомитет по стандартизации TR.42.2 утвердил стандарт TIA/EIA-570-А, нормирующий оптические разъемы, используемые в абонентских розетках. Соглас­но этому нормативному документу в новых СКС на рабочих местах наряду с разъемами типа SC допускалась установка малогабаритных разъемов нового поколения.

К 2000 году подкомитет TR-42 ассоциации TIA опубликовал ряд приложений к стандарту TIA/EIA-568-A, которые, вероятнее всего, без каких-либо существенных изменений войдут в новую редакцию американского стандарта (рабочее название TIA/EIA-568-B), так, в частности, дополнение 1 задает количественные ограничения на параметры delay и skew. В дополнении 5 определены характеристики улучшенной категории 5е, которые превосходят нормы упомянутого выше технического бюллетеня TSB-95.

Параллельно с TIA/EIA работу над стандартизацией СКС вели Международная орга­низация по стандартизации (ISO) и Международная электротехническая комиссия (IEC). В 1995 году они выпустили совместный документ- стандарт ISO/IEC 11801 «Информа­ционные технологии. Универсальная кабельная система для зданий и территории Заказ­чика». Его содержание имеет непринципиальные отличия от стандарта TIA/EIA-568-A, связанные в основном со структурой документа, с различной терминологией и с глубиной проработки некоторых положений. Дополнительно отметим, что стандарт ISO/IEC 11801 допускает применение витых пар с волновым сопротивлением в 120 Ом и многомодовых оптических кабелей с волокнами 50/125, популярных в некоторых европейских странах. Европейская организация по стандартизации CENELEC подготовила свой стандарт EN 50173, окончательная редакция которого увидела свет в августе 1995 года. Его англо­язычная версия в содержательной своей части практически является копией-международного стандарта ISO/IEC 11801.

Стандарты ISO/IEC и CENELEC постоянно развиваются и дополняются. Так, этими организациями в январе и феврале 1999 года были приняты документы, аналогичные упо­мянутому выше бюллетеню TSB-95 TIA/EIA.

В 1999 году принимается стандарт ISO/IEC 14763-1, являющийся аналогом аме­риканского стандарта TIA/EIA-606 и определяющий правила администрирования ка­бельной системы.

В начале 2000 года увидела свет дополненная редакция стандарта ISO/IEC 11801, в которой введен ряд новых параметров и уточнены значения традиционных параметров отдельных компонентов и трактов на основе витых пар.

Все три стандарта достаточно близки друг к другу и подробно нормируют основной комплекс вопросов, связанных с построением СКС (табл. 2). Определенные отличия непринципиального характера имеются как в перечне допустимой для построения СКС элементной базе и предельно допустимых параметрах отдельных компонен­тов, так и в терминологии и глубине освещения некоторых вопросов. На практике имен­но из-за последнего обстоятельства в различных ситуациях приходится пользоваться как международным стандартом ISO/IEC 11801, так и американским стандартом TIA/EIA-568-А, а также дополняющими его техническими бюллетенями TSB. Тем не менее, мож­но констатировать, что за прошедшие десять лет удалось в значительной степени пре­одолеть имеющиеся первоначальные различия: известные на середину 2000 года версии основных нормативно-технических документов СКС отличаются друг от друга значи­тельно меньше. Общая структура СКС показана на рис. 1.8.

 

Рис. 1.8 - Структурная схема СКС EN - Europe Norm

Кроме международных стандартов в ряде ев­ропейских стран действуют свои национальные нормативные документы, учитывающие требова­ния местной промышленности, исторические традиции, законодательные акты смежных областей и другие особенности. Ссылки на такие до­кументы могут встречаться в сопроводительной технической документации в случае поступле­ния оборудования СКС в рамках реализации комплексных проектов. Так, в своей практической деятельности авторам данной монографии приходилось достаточно часто сталкиваться со ссылками на нормы DIN/VDE, так как кабельная система ICCS достаточно активно и в течение длительного времени - вплоть до продажи в нача­ле 2000 года этого направления бизнеса амери­канской фирме Corning - продвигалась на рос­сийском рынке немецким концерном Siemens.

Таблица 1.6 - Основные отличия между стандартами
Стандарт	ISO/IEC 11801	EN 50173	Т1А/Е1А-568-А
Поддерживаемый кабель	UTP,FTP, STP	UTP, FTP, STP	UTP,STP
Кабель с Z,= 1200м	Допускается	Допускается	Не допускается
Диаметр проводника, мм	0,40-0,65	0,40-0,6	0,511-0,643
Число пар в горизонтальном кобеле	2 или 4	2 или 4
Категория компонентов	3, 4, 5, 6	З, 5	3, 4, 5
Затухание кабелей для шнуров	Больше на 50%	Больше на 50%	Больше на 20%
Оптоволокно 62,5/125	Основное	Основное	Основное
Оптоволокно 50/125	Альтернативное	Альтернативное	Не допускается
Экранированное гнездо	Допускается	Допускается	Не допускается
Категории кабелей рабочего места	5+3	5+5	5+3

 

Витая пара.

Витая пара - это кабель на медной основе, объединяющий в оболочке одну или более пар проводников. Каждая пара представляет собой два перевитых вокруг друг друга изолированных медных провода. Соответствия характеристик кабелей определенному классу или категории определяют общепризнанные стандарты (ISO 11801 и TIA-568). Сами характеристики напрямую зависят от структуры кабеля и применяемых в нем материалов.
Несколько витых пар часто помещают в одну защитную оболочку. Их количество в таком кабеле может быть разным. Завивка проводов позволяет избавиться от электрических помех, наводимых соседними парами и другими источниками, например двигателями, реле и трансформаторами.

Существует два типа тонкого кабеля: неэкранированная (unshielded) витая пара (UTP) и экранированная (shielded) витая пара (STP).

1.9 - Кабели на основе неэкранированной витой пары
Медный неэкранированный кабель UTP в зависимости от электрических и механических характеристик разделяется на 5 категорий (Category 1 - Category 6).
Кабели категории 1

Применяются там, где требования к скорости передачи минимальны. Обычно это кабель для цифровой и аналоговой передачи голоса и низкоскоростной передачи данных. Это традиционный телефонный кабель, по которому можно передавать только речь, но не данные. Большинство телефонных кабелей, произведенных до 1983 года, относится к категории 1. Эта категория не подходит для передачи данных.
Кабели категории 2
Кабель, способный передавать данные со спектром до 1 МГц. Кабели категории 2 были впервые применены фирмой IBM для построения собственной кабельной системы.
Кабели категории 3
Кабель, способный передавать данные с частотой в диапазоне до 16 МГц. Кабель категории 3 были разработаны в 1991 году, когда был разработан Стандарт телекоммуникационных кабельных систем для коммерческих зданий (ЕIA-568), на основе которого затем был создан действующий сейчас стандарт ЕIA-568А.
Кабель категории 3 предназначен как для передачи данных, так и для передачи голоса. Сейчас они составляют основу многих кабельных систем зданий, в которых они используются для передачи и данных, и голоса.
Кабели категории 4

Кабель, способный передавать данные с частотой до 20 МГц. Кабели категории 4 - это улучшенный вариант кабеля категории 3. Кабели категории 4 обеспечивают повышенную помехоустойчивость и низкие потери сигнала, они хорошо подходят для применения в системах с большими расстояниями (до 135 м). Но на практике используются редко.
Кабели категории 5
Кабели категории 5 поддерживают высокоскоростные протоколы. Поэтому их характеристики определяются в диапазоне до 100 МГц.
Практически все высокоскоростные стандарты ориентируются на использование именно этой категории витой пары. Кабель категории 5 пришел на замену кабелю категории 3, и на нынешний момент времени все новые кабельные системы крупных зданий строятся на этом типе кабеля (иногда в успешном сочетании с волоконно-оптическим).
Наиболее важные электромагнитные характеристики кабеля категории 5 имеют следующие значения:
полное волновое сопротивление в диапазоне частот до 100 МГц равно 100 Ом (стандарт ISO 11801 допускает также кабель с волновым сопротивлением 120 Ом);
величина перекрестных наводок NEXT в зависимости от частоты сигнала должна принимать значения не менее 74 дБ на частоте 150 кГц и не менее 32 дБ на частоте 100 МГц;
затухание имеет предельные значения от 0,8 дБ (на частоте 64 кГц) до 22 дБ (на частоте 100 МГц);
активное сопротивление не должно превышать 9,4 Ом на 100 м;
емкость кабеля не должна превышать 5,6 нф на 100 м.

Кабели категории 6

Применяется в сетях Fast Ethernet и Gigabit Ethernet, состоит из 4 пар проводников и способен передавать данные на скорости до 1000 Мбит/с и до 10 гигабит на расстояние до 50 м. Полоса частот 250 МГц. Добавлен в стандарт в июне 2002 года.

Все кабели UTP независимо от их категории выпускаются в 4-парном исполнении. Каждая из четырех пар кабеля имеет определенный цвет и шаг скрутки. Обычно две пары предназначены для передачи данных, а две - для передачи голоса.
Соединители (connectors).
Для подключения витой пары к компьютеру используются телефонные коннекторы RJ-45. На первый взгляд, они похожи на RJ-11, но в действительности между ними есть существенные отличия.
Во-первых, вилка RJ-45 чуть больше по размерам и не подходит для гнезда RJ- 11. Во- вторых, коннектор RJ-45 имеет восемь контактов, а RJ-11 - только четыре.

1 – контакт 8 шт.

2 – фиксатор разъема

3 – фиксатор провода

Рис. 1.10 - RJ-45
Расплетенные и расположенные в соответствии с выбранным способом, провода кабеля вставляются во вставку до упора, лишнее обрезается, затем вставка вместе с кабелем вставляется в вилку. Вилка обжимается. При данном способе монтажа длина расплетения получается минимальной, монтаж проще и быстрее, чем при использовании обычной вилки без вставки. Но такая вилка несколько дороже чем обычная.
Для вилки RJ-45 также существует специальный защитный колпачок. Он используется для защиты кабеля от возможного деформации в месте крепления вилки RJ-45. Выпускается различных цветов, что удобно для маркировки кабеля и бывает как разборного, так и неразборного типа. Колпачок неразборного типа необходимо надевать на кабель до установки вилки. Разборный колпачок состоит из двух половинок с замком и его можно установить после монтажа вилки на кабель.
Кабели на основе экранированной витой пары
Кабель экранированной витой пары STP имеет медную оплетку, которая обеспечивает большую защиту, чем неэкранированная витая пара. Кроме того, пары проводов STP обмотаны фольгой. В результате экранированная витая пара обладает прекрасной изоляцией, защищающей передаваемые данные от внешних помех. Все это означает, что STP, по сравнению с UTP, меньше подвержена воздействию электрических помех и может передавать сигналы с более высокой скоростью и на большие расстояния.
Помимо того, что экранированная витая пара STP хорошо защищает передаваемые сигналы от внешних помех, она излучает меньше электромагнитных колебаний вовне, что защищает, в свою очередь, пользователей сетей от вредного для здоровья излучения. Наличие заземляемого экрана удорожает кабель и усложняет его прокладку, так как требует выполнения качественного заземления.
Экранированный кабель применяется только для передачи данных, а голос по нему не передают.
Основным стандартом, определяющим параметры экранированной витой пары, является фирменный стандарт IBM.
В этом стандарте кабели делятся не на категории, как в предыдущем случае, а на типы: Type 1, Type 2,..., Type 9.
Основным типом экранированного кабеля является кабель Type 1 стандарта IBM. Он состоит из 2-х пар скрученных проводов, экранированных проводящей оплеткой, которая заземляется.
Электрические параметры кабеля Type 1 примерно соответствуют параметрам кабеля UTP категории 5. Однако волновое сопротивление кабеля Type 1 равно 150 Ом. (UTP категории 5 имеет волновое сопротивление 100 Ом). Поэтому простое «улучшение» кабельной проводки сети путем замены неэкранированной пары UTP на STP Type 1 невозможно. Тут необходимо еще учитывать и последующую замену оборудования, которое работает с этими кабелями (поскольку теперь нужно оборудование с большим входным сопротивлением).
Сегодня кабель STP Type 1 включен в стандарты EIA/TIA-568A, ISO 11801 и EN50173, то есть приобрел международный статус.
Экранированные витые пары используются также в кабеле IBM Type 2, который представляет кабель Type 1 с добавленными 2 парами неэкранированного провода для передачи голоса.
Для присоединения экранированных кабелей к оборудованию используются разъемы конструкции IBM. Не все типы кабелей стандарта IBM относятся к экранированным кабелям - некоторые определяют характеристики неэкранированного телефонного кабеля (Type 3) и оптоволоконного кабеля (Type 5).
Итак, экранированная витая пара отличается от неэкранированной в основном только высоким уровнем защиты от помех и электрических шумов, а, следовательно, обеспечивает более надежную передачу сигналов в линии.