Размещено на http://www.allbest.ru/

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО СВЯЗИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ ИМ. ПРОФ. М.А. БОНЧ-БРУЕВИЧА»

(СПбГУТ)

Факультет _Вечернего и заочного образования______

Кафедра ___Фотоники и линий связи_____________

ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА

разработка структурированной кабельной системы локальной вычислительной сети крупного промышленного предприятия

Санкт-Петербург

2016

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО СВЯЗИ

Федеральное государственное образовательное бюджетное учреждение высшего профессионального образования

«Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича»

Факультет ВиЗо Кафедра_Фотоники и линий связи_______________

Направление (специальность) __11.03.02 Инфокоммуникационные технологии и системы связи

ЗАДАНИЕ

на выполнение выпускной квалификационной работы (ВКР)

1. Студент_ ____ № группы _ОБ-11з__

2. Руководитель_____, ____________

__старший_____________ преподаватель ________________________

3. Квалификация____бакалавр___________________________________

4. Вид работы ___бакалаврская работа____________________________

5. Тема ВКР РАЗРАБОТКА СТРУКТУРИРОВАННОЙ КАБЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ЛОКАЛЬНОЙ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ СЕТИ КРУПНОГО ПРОМЫШЛЕННОГО ПРЕДПРИЯТИЯ

утверждена приказом ректора университета от «_______» № ________

6. Исходные данные (технические требования):_ проектирование СКС ЛВС для предприятия с количеством пользователей равным 1200, максимальная удаленность одной точки от другой 2000 м. Количество многоэтажных зданий - 1, количество малоэтажных зданий - 40. __________________________________________________________________

7. Содержание работы (анализ состояния проблемы, проведение исследований, разработка, расчеты параметров, экономическое обоснование и др.)

Введение

Локальные вычислительные сети

Структурированные кабельные системы

Организация ЛВС предприятия

Заключение

8. Вид отчетных материалов, представляемых в ГЭК (пояснительная записка, перечень графического материала, отчет о НИР, технический проект, образцы и др.):отчет о НИР «Разработка СКС ЛВС крупного промышленного предприятия , презентация: слайд - Выпускная квалификационная работа, слайд 2 - Локальная вычислительная сеть, слайд 3 - Технологии ЛВС, слайд 4 - Скоростные версии Ethernet, слайд 5 - Структура и топология ЛВС, слайд 6 - Используемые технологии и протоколы ЛВС, слайд 7 - Состав оборудования ЛВС, слайд 8 - Структурированная кабельная система, слайд 9 - Структура и топология СКС, слайд 10 - Кроссовые и аппаратные помещения, слайд 11 - Состав телекоммуникационного шкафа, слайд 12 - Трассы и типы кабелей, слайд 13 - Трассы и типы кабелей, слайд 14 - Заключение

9. Консультанты по ВКР с указанием относящихся к ним разделов

Раздел	Консультант	Подпись дата
		Задание выдал	Задание принял
1.
2.
3.
4.

Дата выдачи задания «______» ____________________________20 г.

Дата представления ВКР к защите «______» ________________20 г.

Руководитель ВКР____________________________________________

Студент ________________________________________________



РЕФЕРАТ

РАЗРАБОТКА СТРУКТУРИРОВАННОЙ КАБЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ЛОКАЛЬНОЙ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ СЕТИ КРУПНОГО ПРОМЫШЛЕННОГО ПРЕДПРИЯТИЯ

Объектов исследования являются компоненты структурированной кабельной системы для локальной вычислительной сети предприятий.

Цель работы - разработка проекта структурированных кабельных систем для локальных вычислительных сетей промышленных предприятий.

В процессе работы проводилось ознакомление с современными технологиями ЛВС, протоколами, предлагаемыми на рынке устройствами ЛВС, стандартами на СКС, рынком компонентов СКС.

В результате работы были разработаны проекты СКС для зданий на территории предприятия для ЛВС.

Отчет содержит 76 с., 1 ч., 15 рис., 6 табл., 18 источников, 4 прил.

Ключевые слова: локальная вычислительная сеть, топология ЛВС, коммутатор, структурированная кабельная система, топология СКС, подсистемы СКС, компоненты СКС.

Основные конструктивные и технико-эксплуатационные показатели: производительность, отказоустойчивость, масштабируемость приложений, основанных на СКС.



СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. Локальные вычислительные сети

1.1 Теоретические основы ЛВС

1.2 Методы доступа и протоколы ПД

1.3 Сети с централизованным и комбинированным управлением

1.4 Резервирование серверов и каналов

2 Структурированные кабельные системы

2.1 Основные понятия о СКС

2.2 Топология СКС

2.3 Основные положения по проектированию СКС

2.4 Проектирование аппаратных и кроссовых помещений

2.5 Кабельные трассы

2.6 Телекоммуникационная стадия проектирования СКС

2.7 Монтаж СКС

2.8 Тестирование СКС

2.9 Вывод

3 Организация ЛВС предприятия

3.1 Структурная схема и состав ЛВС предприятия

3.2 Определение необходимой пропускной способности каналов

3.3 Выбор компонентов ЛВС

3.4 Аппаратные и кроссовые помещения

3.5 Кабели и трассы МПТ и МПЗ

3.6 Кабели и трассы горизонтальной подсистемы

3.7 Коммутационные шнуры и шнуры оборудования

3.8 Рабочее место пользователя

3.9 Монтаж, тестирование и администрирование СКС

3.10 Вывод

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Приложение 1. Внешние виды коммутаторов и SFP, SFP+ и QSFP модулей.

Приложение 2. Классы каналов по стандарту ISO/EIC 11801.

Приложение 3. Компоненты горизонтальной подсистемы и схема расположения горизонтальных трасс на этаже административного здания.

Приложение 4. Пример результата тестирования кабеля горизонтальной подсистемы.



ВВЕДЕНИЕ

В современном мире трудно переоценить значение систем связи для общества. Бурное их развитие и повсеместное использование преобразили нашу жизнь, ускорили развитие всех сфер жизнедеятельности человека. Не остаются в стороне и производственные организации. В таких условиях любому предприятию необходимо использовать последние разработки в технике связи.

Автоматизация управления производственным предприятием, электронный документооборот, корпоративная почта и другие электронные сервисы обязательно требуют применения современных технологий передачи данных. От этого напрямую зависит конкурентоспособность предприятия.

На крупных предприятиях с большим количеством сотрудников используется большое количество ПК и периферийных устройств. Организация централизованной ЛВС, содержание штата обслуживающих ее сотрудников окупается теми преимуществами, которые дает ЛВС предприятию.

Современные ЛВС представляют собой сложный комплекс кабельных систем, аппаратных и программных средств, обеспечивающих эффективное взаимодействие сетевых устройств. Совместное использование файловых систем, печатных устройств, программных средств позволяет значительно сократить затраты. Наличие квалифицированного персонала в области связи позволяет избежать возникновения простоев сети.

На все территории предприятия работают коллективы людей, от слаженной работы которых зависит результат работы всего предприятия. Отказ сети, это невозможность выполнения задач сотрудниками служб завода. Это влечет за собой остановку бизнес процессов, протекающих на предприятии, что в свою очередь может привести к срыву сроков выполнения заказов и потере прибыли.

В ЛВС промышленных предприятий используются программы автоматизированного управления производством. Такие программы позволяют не только координировать работу сотрудников и упрощать некоторые из рутинных операций. Они служат источником данных для проведения анализа работы всего предприятия в целом, каждого отдела и индивидуально каждого сотрудника. На основе этих данных руководством предприятия могут быть сделаны выводы о положительных и отрицательных тенденциях на производстве. Это так же может предупредить нежелательные явления, скорректировать работу всего предприятия.

На данный момент все больше предприятий имеют свои собственные веб-страницы, на которых потенциальные сотрудники, клиенты могут ознакомиться с деятельностью предприятия. Эти ресурсы отражают имидж предприятия. Неработоспособность такого ресурса вызовет негативные последствия для предприятия, нанесет урон его имиджу, что может повлечь за собой и экономические потери.

Локальные вычислительные сети основывается на структурированной кабельной системе. Такие сети представляют собой одну из капитальных инженерных систем зданий. СКС являясь универсальной системой позволяет реализовывать любые сервисы, которые требуют передачи данных. Это и видеонаблюдение, и телефония, и охранные системы.

В свою очередь самой требовательной к ресурсам структурированной кабельной системы остается вычислительная сеть. Большие скорости передачи данных требуют строгого соответствия кабельных систем высоким требованиям стандартов. С каждым годом скорости передачи данный возрастают, и кабельные системы должны обеспечивать не только нынешние потребности локальных вычислительных сетей, но и на 10-15 лет вперед. Такое обстоятельство требует глубокого понимания будущего развития инфокоммуникаций и компьютерных технологий в целом.

Большое значение теперь имеет квалификация сотрудников, осуществляющих проектирование и монтаж кабельных систем, поэтому подготовка и обучение персонала имеет важное значение для грамотной реализации кабельных систем здания.

Учитывая все эти особенности, проектирование и реализация производительной, надежной и отказоустойчивой структурированной кабельной системы локальной вычислительной сети представляется сложной и интересной инженерной задачей.



1. Локальные вычислительные сети

1.1 Теоретические основы ЛВС

Основным назначением компьютерных сетей является совместное использование файлов, программных и технических средств какого-либо узла сети, другими, а также обмен электронной почтой. В последнее время все чаще используется технология VoIP, в скором времени VoIP будет основным видом ведения телефонных разговоров. Подробнее об использовании различных приложениях в ЛВС в [10].

Для обеспечения возможности ПК работать в сети существуют специальные аппаратные и программные средства. Так же необходимо решить проблемы, возникающие при объединении трех и более компьютеров. Остановимся подробнее на этих задачах.

При объединении большого числа компьютеров в сеть появляется необходимость определять множество функциональных частей, таких как:

· сетевые интерфейсы;

· топология сети;

· сетевые службы и сервисы;

· сетевые операционные системы;

· физические характеристики каналов передачи данных;

· кодирование;

· коммутацию;

· маршрутизацию.

В ходе развития ЛВС в 70-х, 80-х годов прошлого века были разработаны стандарты, определяющие эти характеристики. В 1984 году ISO (International Organization for Standardization) и ITU (International Telecommunications Union) совместно разработали и выпустили модель OSI (Open System Interconnection). Позже, в 1995 г., модель OSI была пересмотрена. В ней операции необходимые для передачи данных по сети и корректной их обработки на ПК распределены на 7 функциональных уровней: физический, канальный, сетевой, транспортный, сеансовый, представления данных и уровень приложений. Каждый из них решает свою определенную задачу при передаче данных. Подробнее описание каждого уровня и его функций можно найти в [6; 10].

Взаимодействие между сетевыми приложениями происходит через все уровни модели OSI, данные верхних уровней последовательно инкапсулируются в нижележащие уровни при передаче. При прохождении пользовательские данные снабжаются необходимой информацией для согласованной работы уровней на разных устройствах и помещаются в заголовки и иногда трейлеры. Принимающее устройство последовательно разбирает информацию в заголовках и передает информацию вверх по уровням модели OSI.

Описаны стандартные процедуры перехода данных между уровнями на одном и том же устройстве - службы. А так же перенос данных с одного уровня передающего устройства на тот же уровень принимающего устройства - протоколы. Оба эти понятия можно объединить под одним: интерфейс - формально определенная логическая и/или физическая граница между взаимодействующими независимыми объектами. Интерфейс задает параметры, процедуры и характеристики взаимодействия объектов. [6, стр. 40]. Подробнее эта тема рассмотрена в [10].

1.2 Методы доступа и протоколы ПД

В этой работе необходимо рассмотреть только нижние 3 уровня модели ISO/OSI, так как именно на них работают сетевые устройства, протоколы и службы, которые будут рассматриваться далее.

Модель OSI определяет, во-первых, уровни взаимодействия систем в сетях с коммутацией пакетов, во-вторых, стандартные названия уровней, в-третьих, функции, которые должен выполнять каждый уровень. Модель OSI не содержит описаний реализаций конкретного набора протоколов. [6, стр. 110]. Лидером в описании конкретных реализаций наборов протоколов и технологий для локальных вычислительных сетей является американская организация IEEE, а именно ее комитет 802, занимающийся стандартизацией локальных и городских вычислительных сетей.

Основываясь на рисунке 1, можно четко разграничить протоколы и службы, реализованные комитетом IEEE 802, по уровням модели ISO/OSI.

Общие вопросы организации компьютерных сетей решает группа стандартов 802.1 - стандарты межсетевого взаимодействия. Одним из наиболее значительных является стандарт 802.1D, описывающий работу прозрачного моста, лежащего в основе современных коммутаторов. Стандарт IEEE 802.1Q описывает технологию виртуальных локальных сетей (VLAN), значительно упрощающей масштабируемость и управление ЛВС. Стандарт IEEE 802.1P - определяет типы сервисов (QoS), основываясь на которых определяется приоритет при передаче данных того или иного типа. Эта группа наиболее активно сейчас выпускает стандарты, и многие выпустила на настоящий момент. Полный перечень стандартов доступен на интернет-ресурсе [14].

Рисунок 1 - Соответствие принятых стандартов уровням модели OSI

На данный момент группа IEEE 802.2, работающая над протоколами канального уровня подуровня LLC (Logical Link Control) уже неактивна. Стандарты, выпущенные этой группой, считаются действующими, но не обновляемыми. Описываются несколько типов услуг, предоставляемых подуровнем LLC канального уровня. Существуют 3 варианта реализации LLC: LLC1 - передача данных с минимальными задержками, без установления соединений и подтверждения доставки; LLC2 - передача данных с установлением логического соединения; LLC3 - передача данных с подтверждением доставки. Несмотря на то, что эти услуги подуровня LLС могли бы использовать различными технологиями на стыке канального MAC подуровня и физического уровня, традиционно сложилось так, что каждая такая технология использовала свой вариант реализации LLC. [6].

На стыке канального MAC (Media Access Control) и физического уровня существуют несколько стандартов IEEE 802.3, IEEE 802.4, IEEE 802.5. От них зависят такие характеристики, как кол-во абонентов, скорость передачи данных, максимальная протяженность сети и её стоимость. Приведенные выше характеристики зависят от выбранных топологии сети (шина, кольцо, звезда, дерево, полносвязная топология и т.д. подробнее в [6]), линейного кода (Манчестер 2, 4B/5B и многие другие [6]), метода доступа к сети (маркерный, CSMA/CD [6]) и среды передачи данных (коаксиальный кабель, витая пара, оптическое волокно).

В наши дни используется только группа стандартов IEEE 802.3 - Ethernet. А точнее многочисленные ее модификации, которые соответствуют современным требованиям к ЛВС. Подробнее со всеми существующими и разрабатываемыми стандартами можно ознакомиться на официальном сайте группы IEEE 802.3.

Стандарт IEEE 802.3 рассмотрим на примере технологии Ethernet. Стоит уточнить, что первоначально была разработана технология Ethernet, а только потом был принят стандарт. Первым стандартом Ethernet был 10BASE-5, который определял метод доступа к сети CSMA/CD к разделяемой среде на основе коаксиального кабеля. Используемая топология - шина, скорость передачи - 10 Мбит/с, число возможных пользователей сети - 1024. Подробнее об аппаратуре и принципах работы в [5]. Как уже говорилось, технология претерпела многие изменения с 1985 года, в котором была реализована и стандартизирована. Сеть Ethernet стала коммутируемой, вместо использования разделяемого канала, коаксиальный кабель уже не используется, по эксплуатационным соображениям его заменили оптоволоконные кабели и кабели типа «витая пара». Сеть поддерживает различные физические топологии - звезда, кольцо, древовидную топологию. Однако логически сеть Ethernet всегда представлена звездой или деревом. Существенно повышены скорости передачи: в основном используются - 100 Мбит/с и 1 Гбит/с для подключения пользователей, и от 10Гбит/с до 100 Гбит/с для подключения магистрального сетевого оборудования - коммутаторов и серверов. Более подробное описание современной аппаратуры в [6].

Стандарты IEEE 802.4 и 802.5 на данный момент не используются, однако принципы, на которых они основаны следует знать. Общим для этих стандартов является метод доступа к сети - маркерный. Общими достоинствами этих сетей являются гарантированное время доступа, отсутствие конфликтов при передаче, устойчивость к высоким нагрузкам на сеть. Общими недостатками этих сетей являются низкая скорость передачи данных, малое количество абонентов в сегменте и сложность аппаратуры сетевых интерфейсов и сетевых устройств, что в итоге значительно повышало стоимость сети.

Примером стандарта IEEE 802.4 является сеть ARCnet - первая сеть с маркерным доступом, в ней маркер передается по шине, и при достижении самого младшего абонента сети возвращается первому. Сети Token ring и FDDI соответствуют стандарту IEEE 802.5, в которых маркер передается от абонента к абоненту, которые физически объединены в кольцо.

Следует отметить, что национальные американские стандарты группы IEEE 802 стали международными. Соответствуют им международные стандарты: ISO/IEC 15802-2, ISO/IEC 10038, ISO/IEC 8802-2, ISO/IEC 8802-3, ISO/IEC 8802-4, ISO/IEC 8802-5.

1.3 Сети с централизованным и комбинированным управлением

кабельный система структурированный канал

По характеру использования ресурсов разделяют сети одноранговые, с централизованным управлением и комбинированным управлением. Для понимания отличий необходимо дать описание «клиент - серверной» реализации использования программных и аппаратных ресурсов, хорошо рассмотрен данный вопрос в [6]. Там описано, что функция печати не принадлежит приложениям, из которых нужно вывести на печать какой-либо документ ил изображение. Вместо этого эта функция реализована в качестве клиента, который обращается к серверу печати, откуда и идет обращение к самому устройству. Пара клиент-сервер образует сетевую службу. Клиент и сервер могут быть расположены как на одном устройстве, так и на разных.

Одноранговые сети имеют в своем составе однотипные компьютеры, каждый из которых может быть клиентом и сервером одновременно. Каждый из них может подключиться к каждому и использовать его ресурсы. К недостаткам такой сети можно отнести: необходимость авторизации на многих компьютерах (что не удобно для конечного пользователя); резервирование данных каждого компьютера в отдельности; падение производительности при доступе к разделенному ресурсу на вычислительной машине, где он расположен и небольшое количество пользователей в сети.

В сетях с централизованным управлением выделяется один или несколько, более мощных и отказоустойчивых компьютеров. На этих устройствах централизованно расположены серверы сетевых служб, к которым обращаются клиентские модули сетевых служб компьютеров, которые так и называются - клиентские ПК. Следует отметить, что принято более мощные вычислительные устройства называть серверами, а компьютеры пользователей их сетевых служб - клиентами. В такой сети отказ вычислительной машины, на которой расположены серверы сетевых служб приведет к неработоспособности всей сети. Выйти из строя может как само устройство, так и каналы связи с ним. Эта проблема решается путем резервирования, как серверов, так и каналов связи с ними.

1.4 Резервирование серверов и каналов

Резервирование серверов может быть выполнено в нескольких вариантах:

- использование двух физических серверов: один - рабочий, второй -резервный (на него с некоторой периодичностью копируются данные рабочего сервера);

- использование двух физических серверов в режиме распределенной нагрузки: каждый сервер находится в рабочем состоянии и обслуживает клиентов, в случае выхода одного, вся нагрузка ложиться на второй сервер (с некоторой периодичностью серверы обмениваются данными для синхронизации баз данных);

- использование виртуализации на кластере серверов: используются несколько серверов, но они воспринимаются как одно устройство, выход из строя одного их них, не вызовет отказа сети.

Для резервирования каналов производителями сетевого оборудования и группой IEEE 802.1 было продумано множество способов. Например, стандарт IEEE 802.1d, в котором описан алгоритм Spanning tree Protocol (STP) для резервирования каналов связи между сетевыми устройствами, подробнее в [6, стр. 378]. А также стандарты IEEE 802.1ad и IEEE 802.1aq, описывающие алгоритм Link Aggregation Group (LAG), подробнее в [6, стр. 459]. Популярна так же технология MС-LAG (Multi-chassis LAG от компании Cisco systems), подробнее на интернет-ресурсе [18].

Существует еще комбинированный способ управления сеть, который представляет собой гибрид одноранговой сети и сети с централизованным управлением. На данный момент в основном и используется такой способ организации сети.

Таким образом, для построения высокопроизводительной и отказоустойчивой локальной вычислительной сети реализованы множество различных протоколов, служб и технологий. Каждая из которых имеет свои преимущества и недостатки. Применение той или иной технологии зависит от конкретных условий реализации, экономических соображений и других факторов.



2. Структурированные кабельные системы

2.1 Основные понятия о СКС

Кабельная система - устройство, выполненное из компонентов стандартизованного ряда, построенное по модульному принципу, обладающее заранее заданными характеристиками, которые достаточны для обеспечения работоспособности телефонов, компьютеров и другой электронной аппаратуры, присоединенной к этой кабельной системе.

Не все инженерные системы можно включить в единую кабельную систему здания по причинам:

· разобщенность разработчиков специальной аппаратуры (телефонной, компьютерной, противопожарной, охранной и т. п.);

· «межведомственные барьеры» между различными подразделениями одного и того же предприятия;

· специфические требования некоторых систем (например, требования секретности).

СКС принадлежит не какому-либо типу инженерных систем, она принадлежит зданию, позволят соединять блоки практически любых электронных систем и являет собой основу всей телекоммуникационной инфраструктуры.

Инженерные системы - это комплекс элементов, с помощью которых в зданиях (сооружениях) поддерживаются параметры среды, необходимые для жизнедеятельности человека или нормальной работы технологического оборудования (температура, влажность, скорость движения и чистота воздуха), удовлетворяются потребности в ресурсах в нужных количествах и необходимых параметров (горячая, холодная вода, приточный воздух), отводятся отходы жизнедеятельности или побочные продукты производства (сточные воды, отработанные газы, загрязненный воздух) и осуществляется автоматический (или полуавтоматический) дистанционный контроль над работой всех систем и технологическими процессами[15].

СКС является капитальной системой здания, так же как и системы водоснабжения и канализации, отопления и вентиляции, электроснабжения. Таким образом, должна быть продумана в момент проектирования самого здания и функционировать в течение всего срока эксплуатации здания, примерно 15 - 20 лет.

В уже существующих зданиях может не существовать необходимых помещений, кабельных трасс. В таком случае требуется приспособление здания к необходимой кабельной системе.

СКС является одной из составляющих так называемого «интеллектуального здания», в котором управление инженерными системами производится Автоматизированной Системой Управления Зданием (АСУЗ).

Существует множество производителей кабельных систем, которые по своему подходят к реализации компонентов СКС. Что приводит к своим особенностям монтажа и проектирования кабельных систем у разных производителей.

СКС, являясь товаром, должна обладать сертификатом, который сообщит о качестве, происхождении и соответствующих гарантиях на продукт. Существуют два вида сертификатов: государственный и сертификат фирмы. Но на сегодняшний день государственная сертификация не осуществляется, и сертификат выпускает фирма поставщик. В нем могут быть наложены ограничения на типы кабелей, соединительного оборудования, квалификацию персонала и т.д.

Структурированной кабельной системой (СКС) является кабельная система, имеющая следующие четыре четких признака:

* стандартизированные структуру и топологию;

* стандартизованные компоненты (кабели, разъемы, коммутационные устройства, коммутационные шнуры);

* стандартизованные электромагнитные характеристики линий и каналов связи, которые могут быть созданы с помощью СКС (затухание, полоса пропускаемых частот, задержка сигналов и ряд других);

* стандартизованные методы управления (администрирования) кабельной системой [7, стр. 20].

Кабельная система, в которой отсутствует хотя бы один из признаков, будет называться исключительной кабельной системой.

Существует так же понятие централизованной кабельной системы, отличительной чертой которой, является осуществление коммутации в одном единственном помещении. Такая система позволит избежать затрат на содержание большого количества помещений, системы их охранной и пожарной сигнализации, освещения, кондиционирования и т.д. Однако, данная кабельная система является менее гибкой, могут возникнуть сложности при переконфигурировании инженерных систем. Примером такой системы могут быть сети PON.

Реализация всех вышеуказанных принципов для СКС дает существенные выгоды в реализации инженерных систем здания. Примерами таких преимуществ могут быть:

· универсальность - возможность использовать кабельную систему для нужд различных служб, в виду того, что к кабельной системе можно будет подключать различное оборудование, в том числе: телефоны, оборудование ЛВС, охранную и пожарную сигнализации, видеонаблюдение;

· гибкость - это свойство подразумевает под собой возможность без значительных затрат изменить организационную структуры предприятия, местонахождение пользователей или сменить оборудование, подключенное с СКС;

· простота эксплуатации - в виду объединения нескольких инженерных систем, отпадает необходимость в содержании большого числа специалистов для каждой из них; так же в виду того, что при проектировании учитываются все возможные потребности пользователей и служб, отпадает необходимость в прокладке дополнительных кабелей, монтаже дополнительного активного или пассивного оборудования;

· Экономическая эффективность - затраты на строительство и эксплуатацию СКС будут значительно ниже, чем на строительство кабельных систем и переделку здания под отдельные инженерные системы.

По стандарту ISO 11801 структурированная кабельная система должна иметь топологию в виде иерархической звезды, что обеспечит гибкость и масштабируемость такой сети. Так же стандартом предусмотрена возможность организации централизованной топологии, однако, указывается, что в таком случае ограничиваются возможности по переконфигурированию сети.

В стандарте описаны несколько кабельных подсистем: магистральная подсистема территории, магистральная подсистема здания, горизонтальная подсистема. В узлах иерархической звезды расположены распределительные устройства: территории, здания, этажа и точка консолидации. На рабочем месте пользователя устанавливаются информационные розетки, к которым подключается активное оборудование конечного пользователя [7].

Определены функциональные элементы: кабели; распределительные устройства, информационные разъемы и точки консолидации. Все компоненты, используемые в СКС, являются комбинацией этих элементов. По стандарту используются только симметричные и оптические кабели, подключение других видов кабелей возможно только через специальные «балуны» [7], которые являются внешними по отношению к СКС устройствами и не должны использоваться между ее компонентами.

На основе стандарта ISO 11801 в 2008 году был выпущен ГОСТ Р 53246 - 2008 [1], который определяет правила проектирования СКС. В нем описаны те же самые подсистемы и компоненты, только с другими названиями. Так в ГОСТе Магистральная кабельная подсистема территории названа - магистральной кабельной подсистемой первого уровня. А магистральная подсистема здания - магистральной кабельной подсистемой второго уровня. Описаны телекоммуникационные пространства и помещения, такие как кроссовые и аппаратные. Кроссовыми называются помещения, где находится только пассивное оборудование СКС, в аппаратной же могут находиться коммутаторы, серверы и прочее оборудование, требующее повышенных показателей помещения по кондиционированию, пожаробезопасности и другим системам. Далее рассмотрим подробнее.

ГОСТ Р 53245 [2] определяет методы испытания симметричных и волоконно-оптических кабелей, характеристики и их предельные значения для соответствия линий каналам определенных классов.

2.2 Топология СКС

Структурированная кабельная система имеет иерархическую структуру в виде ветвящегося дерева, в узлах которого находятся распределительные устройства территории, здания и этажа (далее будем называть: РУТ, РУЗ, РУЭ). Сама кабельная подсистема имеет несколько уровней: магистральная подсистема территории (далее МПТ), магистральная подсистема здания (далее МПЗ) и горизонтальная кабельная подсистема (далее ГП). МПТ соединяет несколько близкорасположенных зданий или, если одно здание имеет большие размеры и большое количество пользователей, несколько РУЗ, расположенных в этом здании.

В состав МПТ входят: кабели между РУТ и РУЗ; кабельные компоненты внутри вводных устройств в здание; кроссовое оборудование, на которое приходят кабели между РУТ и РУЗ; коммутационные шнуры и перемычки РУТ. В состав РУЗ входят: кабели между РУЗ и РУЭ; кроссовое оборудование, на которое приходят кабели между РУЗ и РУЭ; шнуры и перемычки в РУЗ. В состав горизонтальной кабельной подсистемы входят: горизонтальные кабели между РУЭ и абонентской розеткой (далее АР); коммутационные шнуры и перемычки в РУЭ; кроссовое оборудование в РУЭ; точки консолидации и АР.

В ходе построения реальных СКС рекомендуется располагать распределительное устройство здания и распределительное устройство этажа, на котором расположено РУЗ, в одном помещении. В том случае, если площадь этажа превышает 1000 м2 следует расположить несколько РУЭ на одном этаже. Несколько РУЭ может потребоваться и в том случае, если этаж имеет большую протяженность, и длина кабелей горизонтальной подсистемы будет превышать 90 м.

В качестве примеров можно привести варианты, когда на небольшой территории могут быть расположены несколько небольших зданий. В таком случае можно расположить в одном из зданий РУЗ и РУЭ, а остальные здания «снабдить» РУЭ, от близлежащего РУЗ. Другим крайним случаем может быть одно здание, в котором имеется большое количество этажей и подъездов. В таком случае одно здание может быть оборудовано несколькими РУЗ. Так же рекомендуется для повышения отказоустойчивости СКС прокладывать кабели между близлежащими РУЗ и РУЭ.

Таким образом от классической модели иерархической звезды существуют и даже рекомендуются некоторые дополнительные кабельные линии и объединения распределительных устройств разных уровней в одном.

2.3 Основные положения по проектированию СКС

В виду того, что в нашей стране отсутствуют нормативно-техническая база, по которой может быть полностью выполнен проект СКС существует необходимость использовать в этих целях нормы и правила смежных областей. Для определения плотности рабочих мест в помещении используют соответствующие положения Строительных и Санитарных норм и правил. Некоторые решения по прокладке кабеля применяются нормы и правила, используемые для организации кабельной инфраструктуры электропитания, пожарной и охранной сигнализаций. Защитное заземление в аппаратных и кроссовых должно быть выполнено в соответствии с Правилами Устройства Электроустановок (ПУЭ). Правила прокладки кабелей внешних магистралей и ввода их в здание регламентируются отраслевыми стандартами Федерального агентства связи.

Проектирование СКС делится на две стадии: архитектурную и телекоммуникационную. Архитектурная стадия проводится до постройки нового или реконструкции старого здания. Основными задачами при архитектурной стадии проектирования являются:

· описание общей топологии структурированной кабельной системы;

· создание необходимых условий внутри здания для прокладки необходимо количества кабелей, построение кроссовых и аппаратных помещений.

Таким образом на архитектурной стадии проектирования принимается решение о составе СКС. Отсюда уже планируются помещения аппаратных и кроссовых комнат, вертикальные стояки, горизонтальные кабельные трассы, вводы в здание кабелей внешних магистралей и т.д.

Исходными данными для этой стадии проектирования будут служить:

· форма, этажность зданий, их архитектурные особенности, прилегающая территория;

· нормы и правила по построению кроссовых и аппаратных помещений;

· нормативная документация по проектированию СКС;

· требования заказчика.

Телекоммуникационная фаза проектирования начинается после окончания строительно-монтажных работ внутри здания. На этой фазе конкретизируется оборудование, необходимо для организации СКС, продумывается его размещение в кроссовых и аппаратных помещениях и вид рабочего места пользователя.

Исходными данными для телекоммуникационной стадии проектирования служат:

· результаты архитектурной стадии проектирования;

· стандарты СКС;

· требования заказчика по отказоустойчивости, пропускной способности и составу рабочих мест.

В результате проектирования СКС должна обеспечивать возможность использования приложений, которые будут разрабатываться в будущем. Сам проект должен быть максимально экономичным, как в области материалов, так и в отношении трудовых ресурсов. Немаловажным факторов является удобство ее эксплуатации, а именно добавление, перемещение удаление ее компонентов (в общем случае удобство масштабирования).

При соблюдении стандартов параметры проложенных медных и оптических линий всегда будут соответствовать указанным классам приложений. Что позволяет избежать дополнительных расчетов характеристик кабельных линий. В проекте СКС рассчитываются следующие параметры: параметры технических помещений, объемы кабельных трасс, количество компонентов кабельной системы, количество дополнительных материалов для построения СКС. [10]

При составлении проекта СКС формируется несколько комплектов документов по которым реализуется конечный продукт, необходимый заказчику. Комплекты документов и их обозначения соответствуют ГОСТу 34201-89[135] и ЕСКД. Первоначально заказчиком выпускается техническое задание на проектирование - ТЗ. После чего реализуется технический проект - ТП, в котором прорабатывается и обосновываются решения по СКС в целом и ее отдельным частям. После проработки ТП составляется комплект рабочей документации, которой будут руководствоваться монтажники на объекте. В нем должны содержаться точные указания для монтажа и прокладки кабелей, кабельных каналов и пассивного оборудования. Подробнее о составе комплектов документов в [10].



2.4 Проектирование аппаратных и кроссовых помещений

Аппаратная это помещение, в котором расположено оборудование, которое обеспечивает работу всей локальной вычислительной сети. В ней расположены серверы, коммутаторы ядра сети, сходятся кабели внешних и внутренних магистралей. Нередко их совмещают с кроссовыми помещениями территории, здания и этажа, на котором они расположены. В виду такой концентрации важных для работы сети компонентов предъявляются особы требования к таким помещениям.

Аппаратная проектируется на архитектурной стадии. Для этого, изначально необходимо понять, какое количество пользователей она будет обслуживать. От этого зависит количество шкафов и оборудования, а соответственно и площадь. В офисных зданиях руководствуются тем, что 0,7% общей площади здания отводятся для аппаратной, но не менее 14 м2. Для зданий с меньше плотностью пользователей, имеются следующие рекомендации: для кол-ва рабочих мест менее 100 - площадь аппаратной должна составлять не менее 14 м2, при кол-ве раб. мест от 100 до 400 - не менее 37 м2, при кол-ве раб. мест 400-800 - 74 м2, более 800 - 111 м2. Высота аппаратной должна быть не менее 2,6 м.

Для уменьшения длин кабелей кабелей, рекомендуется располагать аппаратную в центре обслуживаемой ею территории. Для выбора местоположения аппаратной в конкретном здании необходимо руководствоваться следующими рекомендациями:

· аппаратная совмещена с КЗ;

· для обеспечения безопасности располагать ее лучше вблизи постов охраны;

· отдельное помещения без окон, не примыкающее к внешним стенам здания;

· рекомендуется располагать аппаратную на первом этаже для облегчения ввода в нее кабелей внешних магистралей;

· при расположении аппаратной в подвале необходимо оборудовать ее дополнительной гидрозащитой;

· рекомендуется выбрать помещение, которое в случае необходимости возможно будет расширить;

· не располагать аппаратные близко к источникам сильного э/м излучения и вибрации;

· рекомендуется размещать аппаратные ближе к грузовым лифтам (если таковые имеются), так как будет удобнее транспортировать тяжелое оборудования (например - ИБП);

· через аппаратную не проходят трубопроводы других инженерных систем;

· в соответствии с нормами пожарной безопасности нельзя располагать аппаратные вблизи складов пожароопасных и агрессивных химических материалов;

· не допускается размещать над аппаратными туалеты, душевые, столовые;

· не располагать аппаратные вблизи с помещениями где организовано производство, требующее большое количество воды.

К аппаратной предъявляются особые требования к окружающей среде внутри помещения. В основном это требуется для поддержания условий для долгосрочной и бесперебойной работы активного оборудования, обеспечения отведения тепла от него, соблюдения норм пожарной безопасности и удобства эксплуатации. Перечислим требуемые параметры в таблице 1.



Таблица 2.4.1. Требования к условиям окружающей среды в аппаратной

Параметр	Требования стандартов	Пояснения
Температура воздуха	Т =18 - 20 оС макс. скорость изменения Т - 3 оС в час.	При измерении на высоте 1,5 м от уровня пола.
Влажность воздуха	От 30 до 55 % макс. скорость изменения влажности - 6 % в час.	При измерении на высоте 1,5 м от уровня пола. Недопустима конденсация влаги.
Освещенность	Не менее 500 лк.	Измерения на высоте Мин. высота светильников - 2,6 м от уровня пола. Выключатель рядом с входной дверь на высоте 1,5 м от уровня пола.
Уровень вибрации	При частотах 5-22 Гц амплитуда не превышает 0,12 мм; При частотах 22-500 Гц макс. ускорение не более 2,5 м/с2.
Напряженность электрического поля	Не выше 3 В/м.	Во всем спектре частот.
Содержание в воздухе загрязняющих веществ	Хлор, промиле	0,01	Указаны предельно допустимые значения содержания загрязняющих веществ в воздухе в соответствии с СН 512-78.
	Сероводород, промиле	0,05
	Окись азота, промиле	0,1
	Двуокись серы, промиле	0,3
	Углеводороды, г/м3Чсутки	10-6
Запыленность воздуха	Не более 0,75 мг/м3	В соответствии с СН 512-78. Система очистки должна фильтровать не менее 95% частиц размером свыше 5 мкм.
Отводимая тепловая мощность	Не менее 2,5 кВт	Отводимая тепловая мощность от оборудования в шкафах.

Система электропитания в аппаратной должна обеспечивать максимально возможную бесперебойность работы сетевого оборудования, для чего используются источники бесперебойного питания, подключенные к двум независимым СГРЩ. Обеспечение электропитания аппаратной объемная тема, рассмотренная в [10].

Для обеспечения удобной прокладки кабелей рекомендовано использование фальшпола, под которым удобно прокладывать кабели различных подсистем СКС. Пол, стены и дверь в аппаратной должны быть выполнены из негорючих материалов, а само помещение должно быть оборудовано следующими системами:

· охранная сигнализация;

· пожарная сигнализация;

· пожаротушения;

· кондиционирования и освещения;

· аварийного освещения;

· защитного и телекоммуникационного заземления;

· телефонные аппараты.

Подробнее о составе аппаратной в [10].

Монтаж телекоммуникационного и серверного оборудования возможно, как напрямую к стенам здания, так и в 19” шкафах. Для обеспечения удобства эксплуатации необходимо предусмотреть расстояние от стен до передней и задней двери не менее 914 мм, а от боковых стенок шкафа до ближайших стенок 762 мм. Несколько шкафов в помещении могут быть объединены, без промежутка между боковыми стенками шкафов. Оборудование должно быть расположено горизонтально к полу. Шкафы должны быть заземлены согласно стандарту ANSI/NECA/BICSI 568-2001.

Распределительные устройства разных уровней размещают в кроссовых помещениях. Распределительные устройства территории, здания и этажа соответственно имеют кроссовые помещения - кроссовая внешних магистралей (КВМ), кроссовая здания (КЗ) и кроссовая этажа (КЭ). На практике КВМ, КЗ и КЭ почти всегда совмещают с аппаратными. Поэтому отдельно рассматривать КВМ и КЗ не предполагается. Рассмотрим требования к кроссовому помещению на примере КЭ.

В КЭ вводятся кабели магистральной подсистемы здания и кабели горизонтальной подсистемы. Выход их строя оборудования, расположенного в кроссовой, влечет за собой отказ в обслуживании до 200 пользователей. Поэтому к ней предъявляются такие же строгие требования, как и к аппаратным, однако имеются некоторые различия. Размеры кроссовой зависит от обслуживаемой ею площади помещений. В ГОСТе приведены значения: до 500 м2 рабочей площади требуют кроссовой с размерами 3,0 м Ч 2,2 м; до 700 м2 рабочей площади требуют кроссовой с размерами 3,0 м Ч 2,8 м; до 1000 м2 рабочей площади требуют кроссовой с размерами 3,0 м Ч 3,4 м. Большая площадь требует установки еще одной кроссовой на этаже, что соответствует стандартам. Высота помещения должна быть не менее 2,5 м.

При выборе местоположения кроссовых можно руководствоваться более мягкими требованиями:

· КЭ рекомендуется располагать на каждом этаже, однако не запрещается располагать одну КЭ на два этажа. В таком случае оговаривается, что лучшее ее расположить на нижнем этаже, так как это облегчит прокладку горизонтальных кабелей.

· КЭ необходимо располагать максимально близко к вертикальным стоякам;

· помещение кроссовой не должно быть проходным, иметь окон и использовать только для размещения в нем оборудования СКС;

· располагать КЭ следует вдали от источников сильного э/м излучения и источников вибрации;

· КЭ рекомендуется располагать как можно ближе к геометрическому центру здания для минимизации длины кабелей.

При выполнении нескольких КЭ на один этаж рекомендуется подключать их к КЗ по разным трассам. Однако в большинстве случае это затруднительно, поэтому разрешает подключать КЭ к КЗ транзитом через другие КЭ.

Конкретные требования по освещенности и напряженности электрических полей соответствуют данным приведенным для аппаратных. Уровень вибрации необходимо выбирать требуемый для используемого в кроссовой оборудованию. Требования к температуре и влажности в кроссовых зависят от того, используется ли активное оборудование в кроссовой или нет. Так, в случае, когда в помещении имеется активное оборудование, температура должны быть в пределах 18-24 оС, а влажность в пределах от 30 до 55 %. Пределы скорости изменения температуры и влажности соответствуют требуемым для аппаратных. В случае использования в кроссовой только пассивного коммутационного оборудования предъявляются более низкие требования. Температура должна быть в пределах от 10 до 35 оС, влажность не выше 85%.

В кроссовых обязательно наличие пожарной и охранной сигнализации, вентиляции и освещения, защитного заземления. Так же любую кроссовую можно дополнить системами, приведенными для аппаратных. Электропитание организуется таким же способом, как и для аппаратных помещений. [10]

Размещать кросс- и патч-панели разрешается на стене технического помещения или в 19” конструктиве. 19” шкафы и стойки являются наиболее компактным и безопасным при эксплуатации решением. 19” шкафы и стойки являются наиболее компактным и безопасным при эксплуатации решением. Размещая оборудование на стенах обеспечивается максимальная плотность портов, более низкая стоимость СКС, простота масштабирования СКС. 19” шкафы и стойки являются наиболее компактным и безопасным при эксплуатации решением. Размещая оборудование на стенах обеспечивается максимальная плотность портов, более низкая стоимость СКС, простота масштабирования СКС. Размещать пассивное оборудование на стене рекомендуется только в случае небольшого количества пользователей СКС, не более 24. В случае размещения пассивного оборудования на стене, активное оборудование размещается на специальных столах, полках и кронштейнах.

Таким образом, мы имеем возможность для гибкого построения аппаратных и кроссовых помещений в зависимости от того или иного количества пользователей, параметров зданий, экономических возможностей и других условий проектирования. [10]

2.5 Кабельные трассы

При проектировании СКС для прокладки кабелей организуются специальные пространства, в которых и будут размещены кабели. Для разных видов кабельных подсистем имеются свои особенности в связи с различными требованиями к ним. На всей протяженности кабелей необходимо защитить от механических повреждений.

Для укладки кабелей МПТ используются телефонные канализации с трубами из асбоцемента, бетона или пластика диаметром не менее 100 мм. На каждый 40-100 м устанавливаются смотровые люки, в которых расположены консоли для укладки кабелей, соединительных муфт. Не исключается прокладка кабелей прямо в грунт на глубину от 0,4 до 1,5 м. Еще одним способом прокладки кабелей является по воздушным опорам или по технологическим эстакадам, если речь идет о промышленных предприятиях. [10]

Для прокладки горизонтальных кабелей МПЗ используются трассы горизонтальной кабельной подсистемы, которые будут описаны ниже. Особенностью трасс этой подсистемы является необходимость проходить межэтажные перекрытия. Для этой цели используются специальные слоты, выполненные в виде прямоугольного отверстия в перекрытии с бордюрами. В них уже укладываются кабели, закрепленные хомутами. В случае использования слотов необходимо закрывать их крышкой из негорючего материала. Еще для прокладки вертикальных стояков используются огнестойкие рукава и трубы. При их использовании необходимо позаботиться о соответствующем диаметре труб или рукавов, причем с большим запасом на будущее расширение кабельных систем. Все металлические конструкции должны заземлены. [10]

Для прокладки кабелей горизонтальной подсистемы используются пространства под полом, потолком и в специально установленных декоративных коробах. Для прокладки кабелей под полом используют специальные конструкции, такие как: подпольные каналы, ячеистые полы, фальшполы, закладные трубы. Такое решение позволяет надежно защитить кабели от механически повреждения, влияния э/м наводок. Однако является самым дорогостоящим в реализации. [10] Для прокладки кабелей в подпотолочных пространствах используются перфорированные или сплошные лотки, кабельные траверсы и желоба. Крепиться эти конструкции могут к стенам или капитальному потолку при помощи кронштейнов, скоб. Крепежные элементы должны располагать на расстоянии не менее 1,5 м. Для установки конструкций стандарты требуют 300 мм свободного пространства под потолком. [10]. Настенные кабельные короба в основном используются для прокладки кабелей до рабочего места. Существуют два варианта реализации кабельных коробов: накладной и утопленный в стену.

Таким образом для прокладки кабелей различных подсистем существует множество вариантов реализации, выбор зависит от конкретных условий проектирования.

2.6 Телекоммуникационная стадия проектирования СКС

На телекоммуникационной стадии проектируется собственно состав самой СКС. Необходимое количество кабелей внешних магистралей, кабелей внутренних магистралей и горизонтальных кабелей. В соответствующих международных стандартах и ГОСТах приводятся формулы для расчета количества кабелей в зависимости от численности пользователей сети и удаленности рабочих мест от распределительного устройства. Численность пользователей может быть рассчитана в зависимости от площади помещений, для которых проектируется кабельная система. Так же определяется необходимый состав телекоммуникационного оборудования в аппаратных и кроссовых, тип коммутационных панелей и количество портов пассивного и активного оборудования. Определяется состав абонентских розеток на рабочем месте. Исходя из данных приведенных в СНиП 2.09.04-87 рабочее место занимает 4 м2, исходя из международного стандарта площадь составляет 10 м2. Согласно стандарту каждое рабочее место должно быть снабжено одним оптоволоконным кабелем и одним кабелем типа витая пара категории 5е. Или двумя кабелями категории 5е. Так же на этой стадии проектирования определяются коммутации внутри распределительных устройств, тип шнуров и их количество. Определяется активное сетевое оборудование, схемы коммутации и в общем сетевая топология ЛВС.

На телекоммуникационной стадии проектируется резерв кабелей. Он обеспечивается двумя путями, прокладкой дополнительных кабелей по одной трассе или прокладка кабелей по разнесенным в пространстве трассам.

2.7 Монтаж СКС

Качество современных СКС сильно зависит от качества проведения монтажных работ. Нередко фирмы производители СКС накладывают ограничения на квалификацию монтажников СКС, проводят курсы по обучению.

Монтажники кабельных систем делятся на бригады. Каждая бригада должна иметь в составе бригадира, обученного соответствующим образом, комплект технологического оборудования, комплект рабочей документации. Каждая бригада перед началом работ должна пройти инструктаж по технике безопасности.

Монтаж СКС разделяется на несколько последовательных этапов, таких как монтаж кабельных каналов, изготовление проходных отверстий, прокладка кабелей и т.д. Подробнее в [10].

Входной контроль осуществляется при получении кабельной продукции. Обычно для этого не используются специальное средства, он производится визуально. Наличие каких каких-либо заметных дефектов компонентов СКС может послужить причиной их отбраковки. Попытки восстановить изоляцию кабеля и особенно его проводников не допускается. Симметричные кабели могут быть проверены на отсутствие обрывов, и на соответствие требованиям стандартов по нормируемым параметрам. Волоконно-оптические кабели в простейшем случае должны быть проверены на облом кабеля «лазерной указкой», для уточнения подробностей пользуются оптическими тестерами или рефлектометром. [10]