Срок службы кабельной системы и совокупная стоимость владения

При определении категории или класса кабельной системы, которая составит основу сетевой инфраструктуры, следует принимать во внимание несколько факторов, перечисленных далее, причем это справедливо как для медных, так и для волоконно-оптических систем. Следует учитывать следующие факторы:

• Ожидаемый срок службы кабельной системы
• Типы приложений, которые будут использовать кабельную систему в качестве среды передачи в течение всего срока эксплуатации
• Интервал времени, в течение которого разработчики стандартов, приложений и производители активного оборудования будут поддерживать кабельную систему
• Стоимость активного оборудования
• Продолжительность гарантии и покрываемые ею компоненты системы
• Соотношение цены системы и передаточных характеристик
• Время, за которое пользователь может приступить к эксплуатации системы

Как стандарты влияют на сети

Стандарт IEEE 802.3an на 10-гигабитные приложения уже готов на 95%, поэтому ожидается, что в ближайшие несколько лет требования к кабельным системам резко возрастут. Затраты на кабельную систему обычно составляют 5-7% от суммарного бюджета на сетевую инфраструктуру. В случаях, когда кабельная система должна быть основана на специфической продукции (промышленные компоненты, замкнутые трассы и оболочки, не поддерживающие горение), стоимость может несколько возрасти. Однако полагаться на стоимость как на исключительный фактор выбора не очень разумно. Кабельные системы, как медные, так и волоконно-оптические, рассчитаны на эксплуатацию в течение как минимум 10 лет, они способны поддерживать не одно, а два-три поколения активного оборудования. Поэтому всегда следует принимать во внимание совокупную стоимость владения системой.

Кабельные стандарты регулярно обновляются и пересматриваются. Например, стандарты ANSI/TIA/EIA (теперь TIA) проходят полный пересмотр каждые 5 лет. В конце пятилетнего периода они могут быть либо подтверждены, либо аннулированы, либо обновлены. Стандарты ISO/IEC написаны в расчете на срок действия 10 лет. Стандарты и требования к приложениям IEEE создаются, пересматриваются или дополняются с учетом современных возможностей производителей, потребностей приложений и технологического вклада различных компаний, включая производителей кабеля, участвующих в разработке стандарта.

В некоторых случаях требования к характеристикам сети изменяются быстрее, чем предполагалось, и тогда фактический срок эксплуатации кабельной системы может уменьшиться. Хороший исторический пример – судьба категории 4. Кабель категории 4 имел очень короткий срок службы, поскольку радикально выросли требования к производительности сети, а еще потому, что появился кабель категории 5, обладающий большей производительностью, а затем и кабель категории 5е. В расчете на скорое появление приложений 10GBASE-T был разработан кабель категории 6 с дополнительным запасом по характеристикам, известный как кабель дополненной категории 6 (Augmented Category 6 – категория 6A). И теперь вопрос ставится следующим образом: систему какой категории следует установить для того, чтобы максимизировать отдачу от сделанных инвестиций?

Изготовители активного оборудования проектируют свою продукцию на основе трех факторов: возможностей базовой инфраструктуры, промышленных стандартов и доли рынка соответствующей инфраструктуры. Технология должна быть технически реализуемой, иметь рыночную привлекательность и предоставлять уникальный набор функций, сосуществуя при этом с другими существующими технологиями. Сейчас совершенно невозможно продать какое-либо активное оборудование, если оно автоматически требует замены кабельной системы.

По оценке основных производителей микросхем разработка каждого поколения микросхем стоит разработчику приблизительно миллион долларов и занимает около 18 месяцев, начиная от разработки концепции и заканчивая выходом готовой продукции на рынок. Зная эту статистику, большинство производителей оборудования предпочитает не удаляться от требований стандартов. Когда стандарты перестают поддерживать определенные типы кабельных систем, производители активного оборудования, как показывает история, следуют этому примеру. Существует сложная взаимосвязь между технологическими инновациями и характеристиками действующих систем. При работе технической группы по разработке 10GBASE-T рассматривались все категории, включая 5е, 6 и категорию 7/класс F. Специалисты анализировали, какая кабельная система сможет поддерживать нужные приложения и какова текущая доля рынка, занимаемая каждой категорией. Хотя категория 5е на сегодня имеет бoльшую долю рынка, тем не менее, она не способна поддерживать скорости 10 Гбит/с на расстояниях, превышающих 15 или 20 метров. Поскольку компании-инсталляторы должны устанавливать кабель на значительно бoльших расстояниях, категория 5е никак не может быть использована для наших целей, поэтому она более не обсуждалась. Для реализации 10-гигабитных приложений остались только действующая категория 6 (с поддержкой расстояния до 55 метров), дополненная категория 6 и категория 7/класс F (обе с поддержкой расстояния до 100 метров).

Важно отметить, что стандарт на центры обработки данных (TIA 942 Data Center) требует, чтобы все горизонтальные сегменты были способны обеспечивать все бoльшую пропускную способность без необходимости их перепрокладки. Это требование предотвращает чрезмерные затраты и снижает риск простоя связанных систем. Предполагается, что центры данных будут рассчитаны на эксплуатацию на протяжении порядка 20 лет, а активные компоненты 10GBASE-T будут добавлены в течение ближайших 2-5 лет.

Выбор кабельной системы должен производиться с учетом как стоимости самой кабельной системы, так и других факторов, вносящих вклад в суммарные затраты на протяжении всего ее срока эксплуатации. Как уже говорилось, кабельная инфраструктура должна служить 10 лет и за это время обеспечить среду передачи двум-трем поколениям активного оборудования и приложений. Очень значимым фактором в расчете являются трудозатраты – они могут варьироваться в зависимости от географического положения, поэтому мы будем использовать среднестатистические значения.

В приведенном далее анализе сравниваются совокупная стоимость владения кабельной системой, насчитывающей 24 канала – начиная с категории 5е до категории 7/класса F. Во всех случаях использован кабель пленумного типа. Стоимость установки системы включает в себя затраты на компоненты, на монтажные работы и тестирование установленных сегментов.

Срок службы системы оценивается исходя из текущих разработок стандартов и ожидаемого этапа пересмотра стандарта. Также учитывается способность каждой категории поддерживать будущие приложения, которые пока еще только разрабатываются. Например, обычные системы категории 6 будут иметь меньший срок службы, чем дополненные системы категории 6 (6А), способные поддерживать приложения 10GBASE-T на расстоянии до 100 метров. Системы категории 7/класса F характеризуются самым большим сроком службы и, как ожидается, будут поддерживать приложения, даже превышающие 10GBASE-T – например, 40 Гбит/сек. Стоимость совокупного владения для систем категории 7/класса F вдобавок не отражает способность TERA обеспечивать среду передачи нескольким 1- или 2-парным приложениям под оболочкой одного и того же 4-парного кабеля, а ведь это сделало бы системы TERA еще более привлекательными.

Предыдущая таблица показывает, что из-за уменьшенной продолжительности службы категории 5е затраты в расчете на один год (суммарная стоимость инсталляции, деленная на количество лет эксплуатации) больше, чем у дополненной категории 6. Ожидается, что новое медное активное оборудование 10GBASE-T появится в течение двух ближайших лет, и тогда для поддержки приложений 10GBASE-T понадобится модернизация кабельной системы от категории 5е до, по крайней мере, дополненной категории 6. В следующие 5-7 лет, скорее всего, системы категории 5е будут "сданы в архив" и останутся только в виде старого приложения к стандартам. Производители активного оборудования больше не будут принимать такие системы во внимание, и судьба их будет такой же, как у категорий 3, 4 и 5.

Если кабельная система категории 5е была установлена до одобрения дополнительных параметров, необходимых для поддержки приложений Gigabit Ethernet, то кабельную систему придется перетестировать на соответствие более поздним стандартам. Если учесть дополнительные трудовые затраты, связанные с повторным тестированием действующей кабельной системы категории 5е, то суммарные ежегодные затраты возрастут. В следующей таблице рассчитаны дополнительные затраты на систему 5е по сравнению с более высокопроизводительными системами.

Из приведенной выше таблицы ясно, что со временем кабельная система 5е будет обходиться все дороже. В расчете предусматривалось нормальное количество рабочих часов; и не учитывались никакие сверхурочные работы или другие дополнительные расходы, возможные в том случае, если работы производились по ночам, в выходные дни т.д.

Важно отметить, что категория 5е не принималась в расчет при разработке стандарта IEEE 802.3an 10GBASE-T, который будет опубликован в середине 2006 года. Чтобы произвести модернизацию для поддержки будущих приложений 10GBASE-T (которые появятся в течение ближайших 10 лет), потребуются дополнительные трудовые затраты и по монтажу дополненной кабельной системы категории 6, и по удалению устаревшей кабельной системы категории 5е, поскольку этого требуют приложимые нормативы и инструкции во многих странах. В модели UTP категории 6 тоже добавляются дополнительные трудовые затраты на тестирование и верификацию поддержки 10GBASE-T для каналов длиной до 55 м (так намечено в готовящихся текстах стандарта IEEE 802.3 an и в соответствующих стандартах TIA и ISO/IEC). В соответствии с недавними исследованиями, проведенными стандартизационными комитетами, только ограничение расстояния в 55 м способно уменьшить внешние перекрестные наводки (Alien Crosstalk). В расчет снова не принимались дополнительные затраты на работу в сверхурочные часы, а также работы по приведению в порядок маркировки и системы администрирования, если в старой системе за этим не следили. Не учитывалась и стоимость замены трасс или установки новых лотков, хотя это может потребоваться, поскольку новые системы используют кабели большего диаметра.

*Примечание: Ежегодные затраты владельца системы прекращаются после того, как устаревший кабель будет демонтирован. Эти затраты отсутствуют в учете расходов на установку 10G-совместимой системы. Расчеты коэффициента окупаемости инвестиций КОИ и совокупной стоимости владения ССВ для новой системы 10G начинаются с момента ее инсталляции. Затраты на кабель UTP категории 6/класса Е рассчитаны исходя из замены в среднем одного канала из четырех из-за превышения предельного расстояния в 55 м, указанного в стандартах. В расчетах не учитываются возможные ослабления требований по расстоянию 55 м.

Стоимость простоя

Если рассмотреть потери при простое системы на время тестирования и замены каналов, не соответствующих требованиям 10G, то становится очевидным продолжающийся рост общих затрат собственника систем категорий 5е и 6. Поскольку тестирование – это фактическое вмешательством в работу системы (ведь для проверки требуется отключать устройство на другом конце), то при каждом тестировании и проведении мер по модернизации в системе обязательно возникает простой.

Затраты на почасовую оплату труда сотрудников нужно оценивать по средневзвешенным национальным значениям заработной платы (в данном документе применяются оценки статистического бюро США: US Bureau of Labor Statistics для расчета непроизводственных расходов). Например, средняя годовая зарплата в стране составляет 33 252.09 долларов. Добавим непроизводственные расходы (налоги, офисное пространство и т.п., приблизительно 40%), получим 46 562.66 долларов. Почасовая оплата составит 22.39 долларов в расчете на одного работника, что покрывает в том числе и расходы на работников, которые в определенные периоды вынуждены простаивать. Если каждый из 24 работников был вынужден простаивать в течение одного часа (время на остановку обычной работы, на отслеживание сегмента кабеля, на тестирование, перезапуск системы и возвращение в нормальный режим работы и т.д.), то дополнительные затраты по простою для каждой 24-портовой системы будут рассчитаны следующим образом:

24 работника · 22.39 доллара в час = 537.36 долларов.

Кроме того, каждый работник приносит компании доход своей деятельностью. Для нашего случая был рассчитан средний доход на одного работника за час (RH). Используя цифры, опубликованные в списке журнала Fortune 1000, мы получили общий доход и разделили его на количество служащих и отработанные ими часы (2080 часов в год).

Общий доход компании / общее количество служащих / количество рабочих часов в год = RH.

По данным списка Fortune 1000 средний доход составляет 132.40 долларов на одного работника в час или 3 177.60 долларов для 24 служащих. Время простоя рассчитывается на одного пользователя на один кабель. Соединения центра данных (например, с серверами) дадут гораздо большее время простоя при замене сегментов сети. В приведенной далее таблице указаны затраты по причине простоя (по зарплате простаивающим работникам и недополученной прибыли) в расчете на одного работника, как для систем категории 5е, так и для систем категории 6). Для категории 5е прибавляется два часа простоя на каждый канал, поскольку один час нужен для удаления старого кабеля и еще один для прокладки нового. В системе категории 6 время простоя составит один час для тестирования каждого канала плюс простой одного из каждых четырех пользователей в течение 2 часов для замены кабельных каналов длиной свыше 55 м, как не соответствующих новым требованиям по производительности.

Любая экономия при расчете затрат на простой (например, выполнение работ после окончания обычных рабочих часов) компенсируется более высокой оплатой труда по сверхурочным ставкам. При тестировании учтен также дополнительный расход времени на отслеживание кабельных сегментов. Если же еще учесть, что среднестатистическая сеть имеет 1000 каналов, то приведенные цифры очень и очень умеренная оценка.

Далее приведено представление данных таблицы в виде гистограммы.

Новые требования по монтажу систем 10G

Коэффициенты использования неэкранированных систем 10G сильно отличаются от коэффициентов в других системах. Из-за влияния внешних перекрестных наводок Alien Crosstalk коэффициент использования в 40%может оказаться максимумом, на который только способна система, и могут потребоваться дополнительные меры, описанные в бюллетене TSB-155. Стандарт ISO 568-B.2-10 обращается к дополненным системам категории 6 и позволяет использовать кабели диаметром до 8.4 мм (0.330 дюйма). В приведенные ранее расчеты не включены затраты на замену кабельных трасс на более емкие и другие работы, которые могут при этом потребоваться. Следует помнить о том, что кабели категорий 6 и выше имеют больший диаметр, это может привести к изменению коэффициента использования полезного сечения кабельного лотка. Экранированные системы позволят вам поддерживать коэффициент использования около 60%, при том, что диаметр кабеля будет несколько меньше, чем в дополненной категории 6, за счет того, что экранирование устраняют один из самых существенных источников беспокойства в системе 10G – перекрестные помехи ANEXT (Alien Near-End Crosstalk).

Медный или волоконно-оптический кабель до рабочего места

Идея о прокладке оптики до рабочего места (FTTD) обсуждается уже давно. Раньше сторонники FTTD аргументировали свою позицию тем, что с системами UTP существуют проблемы, связанные с ограничением расстояния. Существуют волоконно-оптические приложения 10GBASE-X, поэтому все заказчики, которым требуется ширина полосы 10G, уже могут воспользоваться оптическим вариантом исполнения системы. При сравнении медного и волоконно-оптического кабеля до рабочего места в расчет необходимо включить не только стоимость собственно кабельной системы, но и суммарные затраты на сет, включая активное оборудование.

Предполагается, что стоимость волоконно-оптических компонентов для 10G будет приблизительно в 10 раз выше цены компонентов для систем 1G. Для медных компонентов 10G стоимость будет лишь в 3 раза больше, чем для 1G, то есть примерно втрое дешевле, чем оптический порт 10G. Сегодня все персональные компьютеры продаются с медными сетевыми интерфейсами 10/100/1000 Мбит/с. Если использовать оптику до рабочего места, все эти вложения пропадут, поскольку придется приобретать оптические сетевые карты для персональных компьютеров, а это вызовет еще большие затраты, поскольку здесь тоже присутствует ощутимая разница в стоимости. Кроме того, все медные микросхемы 10GBASE-T имеют встроенное автосогласование от 10Мбит/с и до 10Гбит/с, что означает, что одна микросхема пригодна для организации всех сетевых соединений в любых сочетаниях. Гораздо дешевле наладить массовое производство одной микросхемы, чем выпускать несколько вариантов, поэтому как только начнется массовый выпуск микросхем 10GBASE-T, они появятся и в сетевых картах серверов, и в портах коммутаторов, и т.д.

Передача электропитания по оптическому волокну нереально физически. В медной же среде уже сегодня есть несколько приложений, использующих передачу питания по Ethernet (PoE) на базе стандарта IEEE 802.af. Системы, поддерживающие приложения 10GBASE-T, полностью совместимы с функцией передачи питания от коммутатора. Невозможность подавать питание по оптическому волокну в некоторых сетях может стать решающим фактором, ограничивающим применение оптических систем.

Волоконные стандарты и требования к длине кабеля вовсе не неизменны, как некоторые думают. Если посмотреть на приведенную ниже таблицу, указывающую типы волокон и обеспечиваемое ими расстояние передачи, от 100BASE-X до 10GBASE-X, будет легко заметить, что в некоторых оптических сетях, использующих оптические компоненты в 62.5 мкм для приложений 10G, потребуется проводить замены и/или исправления, аналогичные тем, что мы описывали для медных систем.

Заключение

Каждому, кто несет ответственность за построение правильной кабельной инфраструктуры и планирует занимать одни и те же помещения на протяжении по крайней мере 5 лет, данная статья дает основания выбрать кабельную систему дополненной категории 6 (6А, Augmented Category 6) или выше, как самую экономичную, обеспечивающую наибольший возврат сделанных вложений. Во внимание следует принимать не только первоначальные затраты, но и совокупную стоимость владения как гарантию от чрезмерных расходов в будущем. При принятии решения необходимо учитывать полный срок службы системы и общие тенденции в телекоммуникационной промышленности. Следует помнить, что на кабельную систему обычно приходится лишь 5-7% суммарных вложений в сеть. При этом предполагается, что она переживет несколько поколений активных сетевых компонентов. По сути, кабельная система – потенциально самый трудный для замены компонент сети. Большинство других сетевых компонентов менее критичны с точки зрения возможных дополнительных затрат. Установка кабельной системы с укороченным сроком жизни может повлечь в будущем гораздо большие затраты, чем предполагалось, и ее придется заменять с такими расходами, что установка более производительной системы обошлась бы дешевле.