Рост экономии при использовании экранированных систем и скрытые затраты в неэкранированных кабельных системах категории 6A

В то время как неэкранированные медные кабельные системы (UTP) уже давно де-факто стали нормой на одних рынках, экранированные и полностью экранированные решения превалировали на других, хотя и в меньших масштабах. С увеличением ширины полосы до 10 Гбит/с гарантированная стандартом суммарная длина канала в инсталляциях обычной категории 6 уменьшилась. Попутно увеличился внешний диаметр кабеля, предназначенного для систем дополненной категории 6 (6А) UTP. Если правильно учитывать все расходы на монтаж системы, то в расчетах должны отображаться данные не только по кабелю и компонентам, но и по трассам и пространствам, которые распределяют кабель по объекту.

Несколько слов о стандартах

Перекрестные помехи (внешние перекрестные наводки) при передаче 10 Гбит/с оказываются серьезным источником беспокойства. Если зачистить часть оболочки на кабеле витая пара, нетрудно заметить, что каждая пара имеет свой шаг скрутки. Этим уменьшаются наводки с одной пары на другую под одной и той же оболочкой. Но если рядом проходят несколько кабелей, то пары одинакового цвета (например, сине/белые) имеют в них одинаковый шаг повива. На высоких частотах между такими парами будут сильны внешние перекрестные наводки. Это явление не удается точно смоделировать, поэтому его нельзя и нейтрализовать с помощью специальной обработки сигналов активным оборудованием, и поэтому уменьшить его можно только за счет изменения конструкции кабеля и методов монтажа.

Кабель, по которому будут реализовываться приложения 10 Гбит/с, для обычной категории 6 ограничен длиной в 55 метров (при этом должны соблюдаться правила монтажа, позволяющие уменьшить перекрестные наводки). Для дополненной категории 6 (неэкранированной UTP или экранированной F/UTP), а также для категории 7/класса F (кабеля с индивидуальным экранированием пар – S/FTP) длина канала составляет полные 100 метров. Кабели дополненной категории 6 (UTP) имеют внешний диаметр 9.0 мм, и это сильно отличается от 6.35 мм, характерных для кабеля обычной категории 6. Между этими двумя типами кабеля располагаются системы категории 7/класса F и экранированные системы F/UTP дополненной категории 6, для которых характерен внешний диаметр кабеля в 8.38 мм и 6.73 мм соответственно. Хотя такая разница в диаметрах и не выглядит очень существенной, она сказывается в больших системах при расчете емкости трасс и пространств.

Чтобы гарантировать передачу 10 Гбит/с в системах обычной категории 6 на расстояниях до 55 м и уменьшить внешние перекрестные наводки, можно применять разные методы – они описаны в бюллетене TIA TSB-155. К ним относятся: переход на экранированные патч-шнуры, отсутствие увязки кабелей в пучки на первых 15-ти и последних 15-ти метрах кабельного канала, пространственное разделение портов, используемых для 10 Гбит/с (например, 10 Гбит/с разрешается передавать только по нечетным портам, в то время как четные задействованы для менее скоростных приложений) и другие методы. При этом для достижения таких же характеристик передачи, как у систем с более высокой производительностью, вам потребуются дополнительные трудовые и материальные затраты. Там, где уже существуют каналы обычной категории 6, любой канал, превышающий длину 55 м и на котором не удается свести к минимуму внешние перекрестные наводки, придется заменить, а это повлечет за собой увеличение совокупной стоимости владения системой.

В обоих стандартах – и TIA, и ISO – методы уменьшения внешних перекрестных наводок одни и те же, и требуют они увеличения одной и той же статьи затрат: на рабочую силу. Во многих случаях оба стандарта потребуют замены разъемов, патч-панелей и кроссов на другие, увеличивая как трудовые затраты, так и расходы на компоненты. Важно отметить, что в дополненной категории 6А используются кабели большего диаметра, что увеличивает расстояние между парами в соседствующих кабелях – это должно уменьшить внешние перекрестные помехи. Экранированные (F/UTP) и полностью экранированные (S/FTP) системы предотвращают внешние перекрестные наводки за счет экрана (экранов). Несмотря на то, что для категории 7/класса F характерны более высокие рабочие характеристики и более низкая совокупная стоимость владения системой, и несмотря на то, что не нужны затраты на уменьшение перекрестных наводок и что обеспечивается более длительный срок службы благодаря поддержке приложений, превышающих 10 Гбит/с, тем не менее, некоторые компании либо предпочитают сохранять у себя же существующие системы обычной категории 6, либо традиционно отдают предпочтение только неэкранированным системам. Чтобы эффективно оценить различные системы, необходимо рассчитать совокупную стоимость владения этими системами и определить не только дополнительные трудовые затраты, но и стоимость подготовки трасс и пространств для них. В наших расчетах мы сравниваем системы UTP, F/UTP и S/UTP.

Коэффициент заполнения трасс

Коэффициент заполнения характеризует количество кабелей, которые можно разместить в трассе или пространстве. При монтаже необходимо обеспечивать работоспособность противопожарных средств, препятствующих распространению дыма и газов по зданию (их размещают в трассах), а также поддерживать в трассах во всей системе значения коэффициентов заполнения, требуемые стандартами, чтобы уменьшить влияние внешних перекрестных наводок. Для кабелей большого диаметра, таких как UTP дополненной категории 6, допустимое количество кабелей для трасс во мн1огих случаях уменьшается, и в результате придется ставить лотки и трассы большего размера. В некоторых регионах, где по закону вся кабельная система должна проходить в замкнутой трассе, в результате могут сильно возрасти затраты на исходный монтаж и будущую модификацию системы. Для участков в стенах офиса, где должны быть предусмотрены трассы, для новых систем категории 6A UTP понадобятся лотки с большей площадью поперечного сечения.

Торговые размеры замкнутых трасс (кондуитов) и площади их поперечного сечения приведены в таблице далее.

Размер кондуита принято указывать как торговый размер (калибр), а конкретные измерения приводить в дюймах или миллиметрах. Площадь поперечного сечения – это внутренняя площадь, которая может быть занята кабелем. Рекомендуется, чтобы при начальном заполнении трассы не превышался коэффициент в 40%, это позволяет оставить место для новых сегментов, которые потребуется проложить в будущем. Формула для вычисления коэффициента заполнения выглядит следующим образом:

Площадь поперечного сечения кабеля = ?·(O/2)2, где ? = 3.14, а O = внешний диаметр кабеля

Площадь внутреннего поперечного сечения кондуита = ?·(O/2)2, где O = внутренний диаметр кондуита

Следует принять во внимание также изгибы кондуита, которые напрямую влияют на его емкость. Для каждого изгиба следует использовать 15%-ый коэффициент снижения номинальных параметров, чтобы гарантировать, что максимальное допустимое усилие натяжения кабеля не будет превышено. В результате участок кондуита с 40%-ым заполнением и тремя изгибами будет ограничен следующей расчетной емкостью:

100% - 15% - 15% - 15% = 55%;
40%-ое заполнение х 55%-ая емкость = 22% (допустимый коэффициент заполнения)

Если использовать для этого примера кондуит с торговым размером 3/4 (метрическое обозначение 21), то в него можно поместить 2 кабеля UTP категории 6 со средним диаметром 6.35 мм. Кабель UTP дополненной категории 6А с диаметром 9.0 мм в такой кондуит можно поместить только один.

В среднем участок кондуита длиной 15 м (калибр 3/4, EMT) обойдется в 903.63 доллара (включая трудовые затраты, стоимость сверления, выполнения трех изгибов, с учетом национальной ставки заработной платы в 33.86 доллара в час). Расчет цены базируется на методике Craftsman National Estimator. Чтобы поместить в трассу два кабеля UTP дополненной категории 6А (кабели большего диаметра), потребуется увеличить размер кондуита до 25 мм. Стоимость работы и материалов в этом случае составит 1163.62 доллара за те же 15 м трассы. Увеличение трудовых затрат и размера кондуита не потребуется, если кабель экранированный – кабель F/UTP дополненной категории 6. В приведенные цифры не включены затраты на сам кабель и компоненты, расценки касаются только самого кондуита. Другими словами, для каждого рабочего места для установки в трассе кабеля UTP категории 6А – то есть кабеля увеличенного диаметра – необходимы дополнительные затраты в 259.99 доллара. Средняя сеть содержит 1000 кабельных сегментов, и тогда итоговая стоимость работ увеличится на 259 990.00 долларов. И опять же: все это рассчитано без затрат на сам кабель и компоненты.

В приведенную далее таблицу включены затраты на кабель и коммутационные компоненты для тех же сегментов длиной 15 м (2 кабеля на каждое рабочее место при средней стоимости кабеля Plenum по розничным ценам). В таблице показана экономия в сети из 1000 сегментов, с двумя кабелями на каждое рабочее место. В стоимость каждого канала включена стоимость порта на патч-панели, розетки на рабочем месте, трудовые затраты на монтаж/концевую заделку и 3-метровый патч-шнур на каждом конце.

Очевидно, что трассы и пространства становятся значительным фактором в совокупной стоимости инфраструктуры. Экранированные кабели категории 6A F/UTP дают по проекту экономию в 169 010.00 долларов в сравнении с неэкранированными кабелями. (Примечание: кабель Plenum может и не потребоваться, если кабели проложены в замкнутой трассе, в кондуите. Необходимо проверить требования местных нормативов на этот счет. Хотя общая сумма может измениться из-за стоимости кабеля не класса Plenum, изменение коснется всех каналов, но не трасс.) Очевидно также, что категория 7/класс F приблизительно равноценна категории 6А в том, что относится к трассам. Но при этом системы категории 7/класса F обеспечивают поддержку более высокоскоростным приложениям, превышающим 10 Гбит/с.

На участках, где кондуит не используется, а трасса представляет собой кабельный лоток, лестничный лоток и/или дискретные средства поддержки (кольца, крючки, хомуты), в суммарных затратах на установку системы необходимо учесть такое же увеличение сечения трассы. Рекомендуется, чтобы кабельный лоток имел коэффициент заполнения 50%, а подбор лестничного лотка основывался на диаметре кабеля и его весе в соответствии с техническими условиями, которые указывает изготовитель. То же относится и к дискретным средствам поддержки. Кроме трасс и пространств, в системе может потребоваться увеличить и емкость существующих органайзеров и средств управления кабелем в стойках и шкафах.

Другое преимущество таких систем категории 7/класса F как TERA® от Siemon – возможность поддержки нескольких приложений в одном и том же канале, то есть совместное использование кабеля разными приложениями. Два канала TERA могут поддержать 4-парное высокоскоростное приложение и любую комбинацию из 1 и 2-парных приложений из приведенного далее списка. Совместное использование кабеля разными приложениями облегчается за счет использования 1 и 2-парных патч-шнуров (это не следует путать с разделением пар с кабельной стороны системы, например, разводкой их на разные гнезда, что запрещается стандартами на структурированные кабельные системы). Совместное использование кабеля оптимизирует использование трасс, поскольку несколько приложений работает по одному и тому же 4-парному кабелю, вместо того, чтобы для каждого приложения прокладывать отдельный 4-парный кабель.

Несколько слов о заземлении

Хотя экономия затрат по экранированным или полностью экранированным системам может оказаться очень значительной, тем не менее, перспектива установки системы, которая требует дополнительного заземления, может вызвать озабоченность на рынке, где уже давно ведущие позиции занимает неэкранированный кабель, заземления не требующий. Во времена старых кабельных систем IBM Type-1 многие системы были не заземлены вовсе, заземлены неправильно или заземлены на разные точки в пределах одной и той же сети. Сегодня многие проблемы с заземлением уже решены. Новейшие коннекторы с разными типами экранирования позволяют автоматически заделать экран кабеля в процессе монтажа – для этого не требуются никакие дополнительные этапы, это не вызывает сложностей. Затем разъемы защелкиваются в патч-панели, где обеспечивается соединение с заземлителем в виде контактной полосы.

Рисунок 1: Заземление за счет контактной полосы

На задней стороне патч-панели имеется контактная полоса, которая ведет к шине телекоммуникационного заземления TGB, которая уже должна быть установлена в системе к моменту монтажа кабельной сети.

Большая часть новейшей электроники требует наличия и заземления корпуса, и электрического защитного заземления. Ступенчатые лотки, другие типы лотков и другие элементы также требуют заземления либо на телекоммуникационную, либо на защитную систему заземления.

Сегодня существуют стандарты (например, ANSI-J-STD-607) по заземлению, а новейшие способы заделки компонентов позволяют свести заземляющие контакты от нескольких розеток в одну точку и существенно уменьшить стоимость и сложность заземления кабельных систем.

Экранированные системы разных типов – не такая уж экзотика, как многие думают. Если вы посмотрите на свое активное электронное оборудование, то увидите, что все его порты экранированные. Экран на каждом порту коммутатора, маршрутизатора или на сетевой карте установлен потому, что производители активного оборудования уже давно знают, что заземление уменьшает проблемы с шумами. Опасения прошлых лет давно пора отбросить.

Выводы

Независимо от того, какие у вас расценки на труд и какие стандарты действуют в вашей стране, экранированные и полностью экранированные системы могут сберечь значительные средства, увеличивая при этом ширину полосы и скорость приложений. В любой системе расходы на сам кабель – лишь малая толика в общей стоимости системы. Возросшие расходы на трассы и пространства наряду с учетом затрат на существующие системы обычной категории 6 могут свести на нет любую экономию, полученную на кабельных компонентах. Дополнительные расходы на трассы и пространства могут сделать неэкранированную систему дополненной категории 6А даже более дорогой, чем экранированные системы F/UTP 6А. Экранированные системы категории 6А получат преимущество главным образом за счет меньшего диаметра кабеля.

Заземление и выравнивание потенциалов – задача несложная, если все делается правильно. Она представляет собой лишь дополнительное соединение с системой заземления, которая уже должна существовать в здании. Выбор вашей кабельной системы будет, конечно, зависеть от ваших предпочтений, но следует иметь в виду, что настоящая цель любого пользователя – иметь систему, которая в зависимости от потребностей вашей сети будет работать 10-20 лет. При каждой модернизации или переделке системы совокупная стоимость владения возрастает, и происходит это в немалой степени за счет расходов на рабочую силу.

Семейство медных кабельных систем 10G ip от компании Siemon, состоящее из решений 10G 6A UTP и F/UTP, а также системы S/FTP TERA категории 7/класса F, представляет собой полную линейку решений от точки к точке, способных поддерживать передачу 10 Гбит/с. Все семейство систем Siemon 10G ip соответствует или превышает все требования ожидаемых стандартов 10GBASE-T, включая внешние перекрестные наводки. Полное описание всех систем можно найти в электронном каталоге www.siemon.com/e-catalog.