Целесообразность введения нового подкласса симметричных горизонтальных кабелей

Характерной особенностью современного общества является взрывной рост объёмов применения технических средств вычислительной техники. В наиболее законченной форме процесс всеобщей информатизации наблюдается в профессиональной сфере, и в первую очередь на объектах недвижимости офисного назначения. Без наличия хотя бы минимальной по своим функциональным возможностям информационно-вычислительной системы (ИВС) эффективная деятельность любого предприятия справедливо считается просто невозможной.

Функции пользовательского интерфейса, обеспечивающего доступ к ресурсам ИВС, выполняют такие хорошо известные терминальные устройства, как рабочая станция локальной сети, обычный или IP-телефон, а также другие аналогичные им изделия. Собственно физическое подключение интерфейсного прибора может быть выполнено различными способами. В зависимости от конкретных условий для этого привлекается существующая телефонная сеть или вновь построенная сеть PON, силовая проводка, а также различные разновидности радиодоступа. Тем не менее наибольшее распространение для решения задачи подключения получили специализированные проводные каналы, реализованные на основе ресурсов структурированной кабельной системы (СКС). Это определяется теми хорошо известными преимуществами над возможными альтернативами, которые обеспечивает данный вариант формирования физического уровня информационной системы.

Ещё одним явно выраженным рыночным трендом ИТ-отрасли конца последнего десятилетия нового века стало ускорение проникновения информационных технологий в различные непрофессиональные сферы. В качестве иллюстрации достигнутых успехов в данном сегменте можно сослаться на то, что основная масса домовладений в крупных и средних городах нашей страны подключена к Интернету, а ряд из них обеспечен услугами различных видов широкополосного информационного сервиса. Нельзя сбрасывать со счетов разнообразные системы диспетчеризации и автоматизации, реализуемые как в обычных, так и в «интеллектуальных» жилых зданиях. Они также генерируют значительный объём трафика и нуждаются в многочисленных каналах проводной связи.

УНИВЕРСАЛЬНЫЕ И СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ РЕШЕНИЯ

Полную совокупность решений определённой технической задачи можно разделить на две основные группы. В основе первой лежит принцип универсализма. Вторая группа объединяет в себе специализированные подходы. Выбор одного из возможных вариантов представляет собой во многом результат компромисса. Производству в широком смысле этого термина и снабженческим службам выгодна минимизация номенклатуры выпускаемой и соответственно применяемой продукции. В отличие от этого заказчик предпочитает получить то специализированное решение, которое наилучшим образом отвечает его существующим и перспективным потребностям и даёт в результате определённую экономию затрат, необходимых для реализации и эксплуатации.

Горизонтальный кабель СКС по своей концепции ещё с 80-х годов прошлого столетия представляет собой продукт универсального назначения. Появление специализации применительно к таким изделиям возможно в случае одновременного выполнения двух необходимых условий. Первым из них является наличие новой области применения, объёмы потребления в которой достаточны для удержания на приемлемом уровне издержек серийного производства. Второе условие заключается в том, что изделия нового класса должны быть, безусловно, необходимы для применения с технической или по крайней мере выгодны с экономической точки зрения.

Впервые процесс специализации горизонтальных кабелей в явном виде был выполнен в технической плоскости. Они были разделены на категории. В настоящее время в рамках такого подхода кабели категории 5е задействуются преимущественно при построении офисных СКС, тогда как основной областью применения изделий категории 6а являются центры обработки данных. Там их использование оказывается экономически более выгодным, несмотря на очень высокую стоимость изделий. Выигрыш достигается за счёт существенного упрощения аппаратуры в сочетании с большим увеличением быстродействия канала связи. В результате более дорогая техника позволяет значительно снизить стоимость передачи в пересчёте на один бит информации.

НЕКОТОРЫЕ ХАРАКТЕРНЫЕ ЧЕРТЫ СЕТЕЙ НЕОФИСНОГО ТИПА

Основная задача любой ИВС остаётся неизменной независимо от области применения и заключается в предоставлении её пользователям различных видов информационного сервиса. Это обуславливает то, что подобные системы оказываются очень похожими друг на друга в отношении своих внешних характерных признаков, т.к. реализуются с использованием общих основных принципов, схем и подходов с привлечением хорошо зарекомендовавшей себя единой технологии Ethernet. Соответственно, при построении физического уровня классических офисных систем и объектов иного назначения используется во многом однотипная элементная база.

К исходу первого десятилетия нового века в нашей стране окончательно сформировался рынок сетей неофисного типа, под которыми в дальнейшем понимаются сети, обслуживающие преимущественно жилой сектор. Реализация проектов по их построению для многих компаний превратилась в профильное направление деятельности. Создание кабельной инфраструктуры таких сетей можно смело отнести к низкомаржинальным областям деятельности. В качестве обоснования данного утверждения можно сослаться на массовый характер внедрения Интернета в сочетании с относительной простотой техники и её дружественностью к пользователю в широком смысле этого определения, что немедленно влечёт за собой появление сильной конкуренции. Экономику строительства и эксплуатации неофисных сетей существенно ухудшает сравнительно невысокая абонентская плата, определяемая ограниченными финансовыми возможностями населения. В таких условиях естественным образом возникает очень высокая востребованность различных видов оптимизации создаваемых объектов, и в первую очередь улучшения их ценовых параметров.

Затраты на линию проводной связи, как известно, делятся на капитальные и эксплуатационные. Эксплуатационная составляющая расходов при надлежащем качестве кабельной продукции и соблюдении условий её монтажа, как правило, оказывается минимальной и в большинстве практически важных случаев может рассматриваться как величина постоянная. Оптимизация капитальных затрат сводится к подбору и, при необходимости, разработке такой элементной базы, которая наилучшим образом соответствует области её применения по своим техническим характеристикам в сочетании с минимальной стоимостью. Принимаются во внимание также удобство монтажа, простота создания необходимых складских запасов и другие аналогичные факторы, имеющие важное значение на этапах строительства и запуска сети в коммерческую эксплуатацию.

Структура капитальных затрат, привлекаемых для реализации типовой линии информационной системы при сложившемся на рынке уровне цен, такова, что наибольшую составляющую в ней имеет линейный кабель. Соответственно, именно он выполняет функции первостепенного кандидата на роль объекта ценовой оптимизации. Основной технической предпосылкой выполнения данной процедуры является то, что параметры тракта передачи, обеспечиваемые современными горизонтальными кабелями классических офисных СКС, оказываются несколько избыточными для сетей неофисного типа. Приведём некоторые соображения, иллюстрирующие справедливость данного утверждения:

• минимальная пропускная способность изделий даже категории 5е изначально зафиксирована стандартами на уровне 1 Гбит/с, тогда как подавляющее большинство пользователей, обслуживаемых бытовыми информационными системами, из-за чисто физиологических ограничений человеческого организма не воспринимают информацию, поступающую к ним со скоростями свыше нескольких десятков Мбит/с;
• стандартные кабели офисных СКС реализуются с учётом выполнения норм по суммарной переходной помехе различных видов, которая отсутствует на скорости не свыше 100 Мбит/с из-за особенностей аппаратурной части канала связи;
• в рассматриваемой области применения за исключением отдельных частных случаев крайне слабо востребованы такие широко распространённые в офисных системах технические сервисы, как РоЕ и РоЕ+ (в ближайшей перспективе РоЕ++).

ОСНОВНЫЕ КОНСТРУКТИВНЫЕ ОТЛИЧИЯ

Отмеченная выше избыточность конструкции классического горизонтального кабеля открывает довольно широкие перспективы для её оптимизации по критериям новой области использования кабеля. Данная процедура выполняется в форме согласования его характеристик с теми требованиями, которые выдвигаются фокусной областью применения, и заключается в целенаправленной коррекции некоторых его параметров. При этом не исключён выход за пределы ограничений действующих стандартов в случае возникновения такой необходимости. С целью сокращения затрат на НИОКР, сохранения отлаженного ранее техпроцесса и обеспечения максимальной степени преемственности в качестве основного средства достижения поставленной цели следует рассматривать снижение диаметра проволоки.

Симметричный кабель с малым диаметром проволоки витых пар при прочих равных условиях имеет меньшую площадь поперечного сечения, что немедленно сопровождается как улучшением его массо-габаритных параметров, так и гибкости. Последнее имеет чрезвычайно важное значение из-за того, что прокладка таких изделий очень часто осуществляется в забитых стояках жилых зданий. Одновременно уменьшение материалоёмкости изделия открывает перспективы сокращения его отпускной цены.

Изделия рассматриваемой разновидности обладают также некоторыми потенциальными техническими преимуществами. При сохранении шага скрутки они при прочих равных условиях характеризуются в целом увеличенным значением всех видов внутрикабельного переходного затухания. Качественное объяснение этого эффекта состоит в том, что более плотное прилегание проводов друг к другу сопровождается сокращением площади витка и соответствующим уменьшением его эффективности как генератора внешнего электромагнитного поля. Одновременно из-за обратимого характера данного процесса происходит столь же быстрое увеличение устойчивости к воздействию помехи. Например, в кабелях серии SUPRLAN величина NEXT по указанным выше причинам и с учётом применяемой технологии изготовления превышает норму, зафиксированную в стандарте ISO/IEC 11801, примерно на 4-6 дБ.

На рис. 1 показана расчётная зависимость предельной дальности действия сетевого интерфейса ЮОБаве-Тх от диаметра провода витой пары при различных температурах. Там же для сравнения представлены аналогичные данные для стандартного по ISO/IEC 11801 горизонтального кабеля категории 5е.

Рис. 1. Предельная расчётная дальность (метры) действия сетевого интерфейса 100Base-Tx
в зависимости от диаметра проволоки

ПОЧЕМУ КАБЕЛЬ С ДИАМЕТРОМ ПРОВОЛОКИ 0,48 ММ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЕЕ КАБЕЛЯ КАТЕГОРИИ 5Е

Выигрыш по длине относительно требований стандартов объясняется тем, что проигрыш по повышенному затуханию опережающими темпами компенсируется существенно лучшими характеристиками по межпарным переходным влияниям. Из результатов расчётов вытекает также то, что в случае сохранения привычного для широкого круга специалистов 90-метрового ограничения по предельной протяжённости стационарной линии (permanent link) на скоростях до 100 Мбит/с диаметр медного проводника может быть уменьшен вплоть до значений несколько выше 0,45 мм без ухудшения потребительских свойств изделия. Данная особенность является основой для получения заметного (20% и более, рис. 2) ценового выигрыша.

Рис. 2. Зависимость относительных величин стоимости и массы LAN-кабелей от диаметра проволоки

Отдельно отметим тот факт, что переход на скорости 1 Гбит/с заметно ухудшает допустимую протяжённость стационарной линии. Свою роль тут играет повышенный уровень межкабельной переходной помехи из-за применения в стандартных сетевых интерфейсах 1G Ethernet схемы параллельной передачи. Таким образом, СКС класса D, построенная на кабелях с диаметром проволоки витых пар 0,45-0,48 мм, практически не имеет запасов на ухудшение параметров при длительной эксплуатации.

Кабели рассматриваемой группы предназначены для использования преимущественно в жилом секторе. В данной области из-за массового применения скрытой проводки характерна высокая сложность доступа обслуживающего персонала по крайней мере к части кабельной трассы. В результате естественным образом появляются серьёзные проблемы обеспечения требуемого уровня пожарной безопасности в тех случаях, когда для этого привлекаются групповые методы защиты от воздействия пламени. В силу этого эффективным средством выполнения норм Федерального закона от 22 июля 2008 г. №123-ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности» является обращение в процессе изготовления оболочки данных изделий к малодымным негорючим компаундам вместо традиционного ПВХ.

Техническая возможность и экономическая целесообразность уменьшения диаметра проволоки проводов витой пары до величин меньше 0,5 мм, означают потенциальную опасность возникновения проблемы получения надёжного долговременного контакта в оконцевателе розетки разъёмного соединителя. Прямые указания на эту особенность содержатся в международном стандарте ISO/IEC 11801. В силу этого оператор связи или системный интегратор, которые применяют кабели уменьшенного диаметра в своих проектах, обязаны уделить особое внимание вопросу их взаимодействия с коммутационной техникой. Эта задача может быть решена различными способами. Довольно большой эффект в данной области даёт составление перечня розеточ-ных модулей и коммутационных панелей, рекомендованных для применения.

Юридическая коллизия, вызываемая несоответствием отдельным положениям некоторых нормативных документов общего действия, например, новейшего отечественного стандарта ГОСТ Р 54429-2011, решается выделением рассматриваемых кабельных изделий в отдельный подкласс. Ряд неизбежно возникающих при этом маркетинговых проблем успешно устраняется обращением к соответствующему обозначению. Его функции может успешно выполнять уже устоявшийся, довольно точный и хорошо узнаваемый термин «LAN-кабели».

ВЫВОДЫ

1. Фактическое завершение формирования новой ёмкой области применения, которой стали оконечные участки сети доступа, обслуживающих домовладения жилого сектора, открывает широкие перспективы применения симметричных кабелей с уменьшенным внешним диаметром.

2. Коммерческие перспективы кабелей для данной области применения могут быть значительно улучшены при условии целенаправленной оптимизации их конструкции с выделением в самостоятельный подкласс с присвоением им отдельного обозначения, например LAN-кабели.

3. Магистральным направлением оптимизации конструкции является уменьшение диаметра токо-проводящего медного провода, что имеет своим прямым следствием значимое улучшение массо-габаритных и стоимостных характеристик.

4. Тестирование и нормирование характеристик LAN-кабелей целесообразно проводить в частотном диапазоне до 100 МГц, а имеющиеся значения предельных величин отдельных параметров имеет смысл гармонизировать с требованиями категории 5е стандартов ISO/IEC 11801 и TIA/EIA-568C.

5. С учётом достигнутого на сегодняшний день технического уровня и состояния стандартизации в области активного сетевого оборудования диаметр медной проволоки LAN-кабеля устанавливается на уровне не менее 0,45 мм.