9 схема какого кабеля приведено на рисунке

9 схема какого кабеля приведено на рисунке

Схема со­став­ле­на из пря­мых от­рез­ков про­во­да, со­про­тив­ле­ние метра ко­то­ро­го равно 7 Ом (см. рис.). От­ре­зок про­во­да AB дви­жет­ся вдоль схемы из край­не­го ниж­не­го по­ло­же­ния со ско­ро­стью v = 1 м/с, по­сто­ян­но за­мы­кая ее. Какое мак­си­маль­ное и ми­ни­маль­ное зна­че­ния будет при­ни­мать со­про­тив­ле­ние между точ­ка­ми C и D? Най­ди­те за­ви­си­мость со­про­тив­ле­ния между точ­ка­ми C и D от вре­ме­ни, по­строй­те гра­фик. На ри­сун­ке по­ка­за­на мас­штаб­ная сетка с шагом 0,5 м. Кон­так­ты в ме­стах ка­са­ния про­во­дов иде­аль­ные.

Удоб­нее всего вы­брать на­ча­ла ко­ор­ди­нат для опре­де­ле­ния ко­ор­ди­на­ты от­рез­ка AB по­се­ре­ди­не схемы (см. рис. по­ло­же­ние y = 0). Далее, по­нят­но, что схема сим­мет­рич­на от­но­си­тель­но по­ло­же­ния y = 0, а со­про­тив­ле­ния между точ­ка­ми C и D будет рав­ным при сме­ще­нии от­рез­ка AB на одно зна­че­ние y в по­ло­жи­тель­ную и от­ри­ца­тель­ную об­ласть от вы­бран­но­го на­ча­ла ко­ор­ди­нат. Таким об­ра­зом, до­ста­точ­но рас­смот­реть лишь два слу­чая: при y

Для вто­ро­го слу­чая со­про­тив­ле­ние при­мет вид

что пред­став­ля­ет из себя па­ра­бо­лу. По усло­вию от­ре­зок дви­жет­ся со ско­ро­стью 1 м/с, а стар­ту­ет он из ни­же­не­го по­ло­же­ния y = −2, тогда со вре­ме­нем его по­ло­же­ние ме­ня­ет­ся так y = −2 + t. За­ви­си­мость со­про­тив­ле­ния между точ­ка­ми C и D от вре­ме­ни будет вы­гля­деть так (гра­фик за­ви­си­мо­сти см рис.)

Особенности разработки и производства кабелей для стандарта SpaceWire

SpaceWire – телекоммуникационная сеть, основанная на части стандарта соединения IEEE 1355. Её использование изначально началось в проектах Европейского космического агентства ESA, и на данный момент она используется в международных космических агентствах NASA, JAXA, которыми она совместно координируется. Некоторые проекты NASA, использующие её, включают: Космический телескоп имени Джеймса Вебба, Burst Alert Telescope для Swift, Лунный орбитальный зонд, Космический аппарат для наблюдения и зондирования лунных кратеров и прочие [1].

По сути, это сетевая технология передачи данных для космических аппаратов, совмещающая в себе простоту и низкую цену реализации наравне с высокой производительностью и гибкостью архитектуры. Она использовалась в более 30 миссиях и является доминирующей для бортовых систем малых космических аппаратов, посадочных модулей и т.п. Длительное время основной технологией, применяемой в космическом и авиационном оборудовании, была коммуникационная шина MIL-STD 1553. Однако в условиях растущих требований MIL-STD 1553 уже не справляется с поставленными задачами, поскольку его средняя скорость передачи данных в 1 Мбит/с и шинная топология накладывают серьёзные ограничения. Поэтому для передачи данных в бортовых сетях сейчас переходят на стандарт SpaceWire, а ввиду необходимости в малых спутниках, посадочных модулях и т.п. резко возросли возможности его использования [2].

На физическом уровне в SpaceWire используется низковольтная дифференциальная передача сигналов (LVDS) вместо устаревшей PECL, предусмотренной стандартом IEEE 1355 DS-DE. В SpaceWire также используются 9-штырьковые разъёмы типа Micro-D, применяемые в космической отрасли.

В сети SpaceWire узлы соединяются при помощи недорогих последовательных соединений типа точка-точка, обладающих малыми задержками и работающих в дуплексном режиме, и коммутационными роутерами, осуществляющими маршрутизацию способом коммутации каналов. SpaceWire охватывает два (физический и канальный) из семи уровней сетевой модели OSI для коммуникаций. SpaceWire использует асинхронное соединение и обладает пропускной способностью на уровне от 2 Мбит/с до 400 Мбит/с. Также SpaceWire обладает очень низким уровнем ошибок, определением состояния системы, а также относительно простой цифровой электроникой [1].

Разработка технологии SpaceWire базировалась на трёх стандартах: IEEE 1355–1995, TIA/EIA–644 и IEEE Standard 1596.3–1996. Стандарт IEEE 1355–1995 предназначался для построения высокопроизводительных масштабируемых модульных параллельных вычислительных систем. Другие два слагаемых SpaceWire – стандарты TIA/EIA–644 и IEEE 1596.3–1996 – описывают метод передачи данных дифференциальными сигналами с малым напряжением LVDS (Low Voltage Differential Signalling).

Драйвер LVDS (Рис. 1) формирует ток, который проходит по физической линии связи (кабель, проводники на плате) и через резистор 100 Ом на принимающей стороне.

LVDS интерфейс обладает рядом важных достоинств. Дифференциальные сигналы малочувствительны к внешним помехам (если наводка и возникает, то практически одинаковая в обоих проводах дифференциальной пары, и на входе приёмника это составляющая взаимно вычитается). В свою очередь, уровень электромагнитных помех, излучаемых LVDS системами, также низок, поскольку равные по величине и противоположные по знаку токи в близко расположенных проводниках создают взаимно компенсирующие электромагнитные поля. [6]

Рис. 1. LVDS -метод передачи сигналов

Нормативно физический и канальный уровень технологии SpaceWire описываются стандартом ECSS-E-ST-50-12C Rev.1 [3], обновленным в 2019 году, а требования к конструкции и эксплуатационным характеристикам применяемых кабелей описаны в стандартах ESCC No. 3902/003 [4] и ESCC No. 3902/004 [5] – оба 2014 года.

Постановка задачи и конечный результат

Данная работа предусматривала замещение применяемых отечественными предприятиями импортных кабелей для SpaceWire, по которым были разработаны стандарты [4] и [5].

В общем виде ставилась задача по разработке высокочастотного симметричного кабеля парной скрутки с индивидуальным и общим экранами, удовлетворяющего требованиям бортовой сети Spacewire (достаточно жёстким с точки зрения симметрии, согласования и ослабления передаваемого сигнала) и способного функционировать в условиях открытого космоса и бортов летательных аппаратов.

В результате были разработаны кабели со встроенными распределёнными и параллельными информационно-вычислительными и управляющими комплексами, работающие в реальном времени с использованием технологии SpaceWire, с унифицированным исполнением по стойкости к внешним воздействующим факторам 6У ГОСТ РВ 20.39.414.1.

Кабели обеспечивают передачу цифровых и аналоговых сигналов с частотой до 600 МГц (1000 МГц) и скоростью от 2 до 400 Мбит/с при рабочем переменном напряжении до 200 В (350 В постоянного тока). Конструкция и основные параметры кабелей приведены на Рис. 2, 3 и в таблице.

Рис. 2. Конструкция кабелей марок СК-КФФ 4×2×0,38, СК-КФФ 4×2×0,48

Рис. 3. Конструкция кабеля марки СК-КФ 4×2×0,40

Таблица — Основные параметры разработанных кабелей для стандарта SpaceWire

№ п/п и поз.	Конструктивный элемент и параметр	Размер, материалы и значения параметров кабеля
		СК-КФФ 4×2×0,38 (исполнение 1)	СК-КФФ 4×2×0,48 (исполнение 2)	СК-КФ 4×2×0,40 (исполнение 3)
1	Токопроводящая жила, наружный диаметр, мм, не более	Посеребрённый медный сплав
		0,38 (7×0,126)	0,48 (7×0,160)	0,40 (19×0,08)
2	Изоляция	Пористый ПФА или ФЭП физического вспенивания
3	Заполняющие кордели	ПТФЭ
4	Экран пары	Посеребрённые медные или алюмомедные круглые или плоские проволоки, плотностью не менее 90%		Посеребрённые алюмомедные круглые или плоские проволоки, плотностью не менее 90% или ламинированная алюминиевая фольга
5	Оболочка пар	Фторэтиленпропилен		Отсутствует
6	Обмотка сердечника	ПТФЭ
7	Общий экран	Посеребрённые медные или алюмомедные круглые или плоские проволоки, плотностью не менее 90%		Посеребрённые алюмомедные круглые или плоские проволоки, плотностью не менее 90%
8	Оболочка	ФЭП
9	Наружный диаметр кабеля, мм, не более	7,0	8,75	6,5
10	Масса кабеля, г/м, не более	80	115	55
11	Температурный диапазон стационарной эксплуатации, °С	минус 198–200		минус 120–110
12	Волновое сопротивление в полосе частот 1–600 МГц, Ом	100±6
13	Коэффициент затухания при 20 °С, дБ/м на частоте 1000 МГц, не более	1,5
14	Разность времён задержки сигнала, нс/м, не более: – между жилами в паре; – между двумя любыми парами	0,10 0,15
15	Джиттер сигнала при скорости передачи 400 Мбит/с, нс, не более	0,10
16	Затухание экранирования в диапазоне частот 30–1000 МГц, дБ, не менее	40
17	Сопротивление связи в диапазоне 0,3–30 МГц, мОм/м, не более	100
18	Стойкость к газовыделению в вакууме (при вакуумно-тепловом воздействии): – потеря массы неметаллических материалов кабеля,%, не более; – содержание летучих конденсирующих веществ в неметаллических материалах кабеля, не более	1 0,1

Примечание:
ПФА – сополимер тетрафторэтилена с перфторалкилвиниловый эфир,
ФЭП – фторэтиленпропилен,
ПТФЭ – политетрафторэтилен

Принципиально конструкция кабеля исполнения 3, которая негласно имела определение «облегчённой» ввиду требования по наименьшей из установленных массе кабеля – 55 г/м (или по возможности – 42 г/м, как у прототипа), отличается от двух других отсутствием оболочек поверх индивидуальных экранов пар. Это обусловлено тем, что по новой схеме монтажа, описанной в [3], и общий, и индивидуальный экраны кабеля соединяются между собой в общей точке – корпус-«земля» соединителя. Устаревшая схема подключения, не рекомендуемая для применения в новых проектах, предполагала раздельное попарное подключение экранов кабелей с разных концов кабельной сборки [11, 12].

Критичные функциональные параметры кабелей

Стандарт ECSS-E-50-12A регламентирует скорости передачи по каналу SpaceWire от 2 до 400 Мбит/с на расстояния до 10 м, но практические исследования показали, что дальность передачи также можно увеличить на десятки метров с пропорциональным уменьшением скорости передачи: 200 Мбит/с – на 20 м, 100 Мбит/с – на 30 м и т.д. И наоборот, при длине линий связи в пределах 1÷2 м (короткий кабель, плата) можно достигнуть 600÷700 Мбит/с. Для передачи на максимальных скоростях на такие расстояния стандарт задаёт ряд требований к параметрам кабеля.

Фазовое рассогласование распространения сигналов (разница в приходе фронтов сигналов, skew) между проводами симметричной пары не должно превышать 0,1 нс/м, а между разными витыми парами – не более 0,15 нс/м. Практика подтверждает, что ухудшение этих показателей приводит к снижению скорости устойчивой передачи данных по каналу SpaceWire [6].

Для обеспечения согласованности и минимизации потерь на отражение между линией связи и приёмником сигнала среднее значение волнового сопротивления (импеданса) кабеля в частотном диапазоне до 600 МГц должно иметь весьма узкие допуска, а именно оставаться в пределах (100±6) Ом, что примерно в 2,5 раза жёстче, чем для стандартных кабелей СКС. Данная норма также справедлива и при оценке импеданса по длине кабеля импульсным методом с помощью временного рефлектометра.

Важным критерием оценки качества цифрового сигнала, передаваемого с определённой скоростью (числом последовательных битов в единицу времени) на определённое расстояние является характеристика, называемая джиттер (от англ. jitter – дрожание). Смысл джиттера иллюстрирован на Рис. 4 так называемой глазковой диаграммой – наложением последовательности импульсов, проходящих через канал связи и получающих искажение исходных фронтов за счёт распределённых параметров кабеля (R , L , C).

В абсолютном измерении джиттер представляет собой полный временной сдвиг относительно временных границ импульса. В относительном исчислении джиттер определяется формулой [7]:

(1)

где
t_ui – длительность единичного интервала (одного бита в начале линии);
t_tcs — полный временной сдвиг относительно временных границ импульса.

Иными словами, джиттер – кратковременное отклонение фазы значимых составляющих цифрового сигнала от идеального положения во времени (Рис. 5).

Рис. 4. Общий вид «глазковой» диаграммы

Рис. 5. Графическое пояснение «джиттера»

При передаче данных в виде цифрового сигнала от источника до приёмника джиттер возникает в результате ряда причин (Рис. 6), которые зависят от передатчика (источника), линии передачи (кабельной линии) и приёмника. В рамках данной статьи наибольший интерес представляют причины возникновения джиттера, относящиеся к кабельной линии: тепловой шум, вносимые потери, обратные потери, влияние соседних линий (или перекрёстные помехи внутри кабеля (Xtalk)), а также рассогласование импеданса (волнового сопротивления) в линии.

Рис. 6. Составляющие джиттера

Самым простым методом оценки джиттера является построение «глазковых» диаграмм, которые создаются путём наложения перепадов друг на друга. Глазковая диаграмма представляет собой суперпозицию трёх битов, когда накладываются всевозможные логические состояния (000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111). Любые искажения сигнала, собранные в понятие джиттер (дрожание), будут приводить к «закрытию глазка» [8].

Требование к джиттеру в данном случае совпадает с требованием по разнице во времени задержки сигнала между двумя жилами в паре – не более 0,1 нс с тем отличием, что джиттер показывает стабильность максимальной разницы задержек в течение определённого времени (числа измерений) на всей длине кабельной линии.

Конструктивно-технологическая реализация требований

Проволока для токопроводящих жил

Одна из первичных задач по выполнению требований заключалась в обеспечении уникальных для отечественной кабельной промышленности физико-механических характеристик многопроволочных токопроводящих жил разрабатываемых кабелей, а именно:

• относительное удлинение (Δl) и прочность (σ) при разрыве отдельных проволок жилы – не менее 6% и 330 Н/мм 2 соответственно;
• удельное объёмное электрическое сопротивление материала проволок (r) – не более 0,020 мкОм×м (ввиду требования к электрическому сопротивлению постоянному току жил).

Данные параметры определены требованиями стандарта к токопроводящим жилам. Для достижения данных требований была выбрана наиболее распространённая в технологии изготовления бортовых проводов и кабелей бронзовая проволока марки БрХЦрК, которая в исходном состоянии имеет: Δl – ≈(2÷5)%, σ – ≈600 Н/мм 2 , r – ≈0,018 мкОм×м.

С целью получения на БрХЦрК требуемых значений параметров Δl и σ было использовано оборудование, новое с точки зрения применяемой в отечественной практике технологии очистки и отжига проволоки, а именно линия плазменного отжига проволоки (рис. 7).

Рис. 7 Линия плазменного отжига проволоки

Данная линия предназначена для термической обработки различных тонких проволок диаметром от 0,06 до 0,50 мм из меди или медных сплавов с покрытием (серебром, золотом или никелем; за исключением цинка и олова из-за низкой температуры их плавления) или без покрытия. Основным преимуществом данной технологии является возможность отжига проволоки из медных сплавов с параметрами, не достижимыми традиционными способами.

Линия состоит из установки плазменного отжига проволоки, отдающего и приёмного устройств. В плазменном модуле установки отжига проволока подвергается нагреву и отжигу за счет плазменной обработки, а затем охлаждается в среде нейтрального газа (азота). Обработка плазмой приводит к трём эффектам: нагреву материала, очистке материала (удаление оксидной плёнки, удаление смазки) и полировке поверхности (при небольших шероховатостях).

Плазменная обработка не повреждает поверхности материала, при условии, что на материал не воздействует повышенная и неоправданно мощная плазма. Производственная скорость плазменного процесса зависит прежде всего от заданных целевых свойств проволоки, массы пропускаемого через систему материала и конструкции машины. Во время процесса входная мощность установки отжига (плазмы) и температура (интенсивность) плазменной обработки выбираются автоматически, подстраиваясь пропорционально изменению линейной скорости линии во время её разгона и остановки, не вызывая при этом деградации физико-механических свойств обрабатываемого материала, обеспечивая в то же время поддержание их равномерности по длине проволоки.

Остатки загрязняющих веществ, эмульсии, смазки и слои окислов разрушаются в плазменной камере или испаряются при высокой температуре. Зольные остатки скапливаются на дне камеры или в вакуумных фильтрах. Осадки на поверхности, смазки, удаляемые с поверхности при обработке плазмой, и летучие компоненты остаточных веществ, испаряющиеся в процессинговый газ (азот), отсасываются из плазменной камеры вакуумной системой и выбрасываются через выпускную трубу.

Скрутка жилы

Для скрутки токопроводящих жил была использована линия сигарного типа, предназначенная в основном для скрутки проволок из меди и медных сплавов с покрытием или без него.

Особенность и преимущество линии скрутки сигарного типа заключаются в том, что при скрутке на данных машинах скручиваемые проволоки не получают закрутки, в результате чего скручиваемые элементы на всем протяжении скручиваемой длины формируют сердечник, в котором отсутствуют избыточные (или остаточные) механические напряжения. Это обеспечивается тем, что катушки с проволокой, располагаемые в «люльках», которые подвешены в теле «сигары», сохраняют своё пространственное положение, также не придавая сходящим с них проволокам крутящих усилий. Такая скрутка особенно важна при изготовлении токопроводящих жил из проволок, сплавов с малым значением относительного удлинения.

В противоположность обычной (например, двойной) и так называемой «дикой» (одновременная закрутка всех проволок в пучок) скрутке, жила, сформированная повивами на сигарной машине, не приобретает упругости, приводящей к перекручиваю или наоборот ослаблению контактов между проволоками при дальнейших операциях. Кроме того, не происходит миграции проволок из повива в повив по длине жилы, в результате чего не возникает дополнительных потерь полезного сигнала в кабеле.

В итоге при правильной скрутке в готовом кабеле сохраняется равномерность электромагнитного поля, положительно сказывающаяся на частотных параметрах передачи кабеля, таких как волновое сопротивление и коэффициент затухания.

Изоляция токопроводящих жил

Следующей задачей, вытекающей из требований стандарта, являлась разработка высокотемпературной, то есть обеспечивающей функционирование кабеля в диапазоне высоких температур, например до 200 °С, облегчённой высокостабильной изоляции токопроводящих жил.

Для наложения изоляции использовалась экструзионная линия (Рис. 8), способная перерабатывать фторополимеры.

Рис. 8. Экструзионная линия физического вспенивания и ошлангования фторопластом

Линия позволяет накладывать сплошную изоляция и оболочку толщиной от 0,1 мм и диаметром до 8 мм, а также высокотемпературную пористую изоляцию токопроводящих жил. Образование пористой изоляции производится путём впрыска инертного газа в расплав гранулированного полимера с введёнными в гранулы порообразующими добавками. Порообразующие центры при контакте с газом образуют замкнутые равномерно распределённые в толще изоляции микропоры.

Благодаря вспениванию достигается снижение потерь в диэлектрике на высоких частотах (следовательно, и снижение электрической ёмкости и затухания сигнала в рабочих парах), уменьшение массогабаритных параметров кабеля, равномерность частотных характеристик электрических параметров передачи, влагостойкость, сохранение свойств при хранении и надёжность эксплуатации.

Принципиальная схема экструзии с физическим вспениванием материала показана на Рис. 9.

Рис. 9. Принципиальная схема экструзии с физическим вспениванием материала

При изготовлении кабелей для стандарта SpaceWire поверх вспененного слоя накладывается сплошной слой толщиной несколько десятков микрон из фторполимера той же основы, что у вспениваемого материала и с близким с ним по значению показателем текучести расплава. Данный слой придаёт изоляции дополнительную твёрдость, стабильность её диаметру по длине, защиту от влаги, а также соответствующие электрические параметры и возможность окрашивания изоляции в нужный цвет. На Рис. 10 показан поперечный срез изоляции кабеля СК-КФФ 4×2×0,38 диаметром 0,92 мм и степенью вспенивания изоляции 30%.

Рис. 10. Срез изоляции кабеля СК-КФФ 4×2×0,38

В качестве материала, обладающего всеми необходимыми для кабелей СК-КФФ и СК-КФ свойствами, был выбран вспенивающийся фторопластовый компаунд, причём в двух базовых вариантах – на основе сополимера ПФА и ФЭП.

ПФА обладает очень широким диапазоном рабочих температур (от –200 до +260 °С) наряду с исключительными высокочастотными диэлектрическими показателями (диэлектрическая проницаемость e и тангенс угла диэлектрических потерь tgd), сопоставимыми со значениями у ПТФЭ, а также меньшей, чем у ПТФЭ, хладотекучестью, что имеет значение при постоянной механической нагрузке на кабель при его длительной эксплуатации в кабельных жгутах.

В свете рассматриваемых требований по совокупности характеристик ФЭП практически ничем не уступает ПФА за исключением несколько более высокого значения tg d. Тем не менее рассчитанная конструкция кабелей позволила применить и этот материал, поскольку значение коэффициента затухания не вышло за установленный предел. Но при этом ФЭП – материал, имеющий в несколько раз более высокую радиационную стойкость, прежде всего по таким критериям как электрическое сопротивление и относительное удлинение изоляции жил кабеля, которое, впрочем, не является критичным параметрам для рассматриваемых слаботочных кабелей передачи данных.

Заполняющие кордели

Для выполнения требований по электрическим параметрам, а также максимальной симметрии и устойчивости рабочих пар к внешним механическим воздействиям было необходимо уплотнить пространство вокруг скрученных пар заполняющими элементами. Они должны состоять из высокотемпературного материала, обладающего электрическими свойствами, близкими к свойствам изоляции токопроводящих жил. При этом также должно было выполняться требование по минимальной потере массы и выделению летучих конденсирующих веществ при вакуумно-тепловом воздействии.

В качестве материала была выбрана лента из ПТФЭ пониженной плотности 0,7–0,9 г/см 3 . Чтобы обеспечить возможность укладки такой ленты в пространство между изолированными жилами пары, была применена её закрутка в спираль на линии двойной скрутки, с предварительным пропусканием через формующий калибр, внутренний диаметр которого на 15–20% меньше диаметра изолированных жил.

Скрутка элементов конструкции

Операции скрутки элементов конструкции – проволок токопроводящих жил, изолированных жил в пары и рабочих пар в сердечник кабеля – осуществлялись в противоположных друг относительно друга направлениях с тем, чтобы избежать избыточных напряжений в элементах готового кабеля. Скрутка рабочих пар изолированных токопроводящих жил совместно с заполняющими корделями производилась на специализированной линии звёздно-четвёрочной скрутки с откруткой скручиваемых элементов.

Скрутка сердечника, состоящего из четырёх экранированных пар и центрального корделя, производилась также на специализированной линии скрутки с откруткой, позволяющей избежать перекручивания самих пар и токопроводящих жил в парах.

Экраны пар и общий экран

Индивидуальным экраном каждой пары является оплётка проволоками или обмотка металлической лентой, обеспечивающие в совокупности с общим экраном эффективность экранирования.

В качестве основного решения для индивидуального экрана каждой из четырёх пар исполнения кабелей 1 и 2 была выбрана оплётка посеребрёнными медными или алюмомедными круглыми или плоскими проволоками. Установленная масса кабеля «облегчённого» исполнения 3 обусловила особое исполнение экранов пар, сочетающее пониженную удельную массу с достаточной экранирующей способностью. Поэтому основным вариантом стала оплётка посеребрёнными алюмомедными круглыми или плоскими проволоками.

Вместе с тем температурный диапазон эксплуатации кабеля исполнения 3 позволил использовать в качестве индивидуального экрана пар ламинированную алюминиевую фольгу, наложенную спирально с перекрытием кромок слоем алюминия наружу для обеспечения непрерывного контакта с общим оплёточным экраном.

Оболочки экранированных пар и оболочка кабеля

В качестве оболочки экранированных пар кабелей исполнения 1 и 2, а также общей оболочки кабелей всех исполнений был применён отечественный ФЭП марки 4МБ.

Наложение оболочки пар и общей оболочки осуществляется на той же специализированной линии, на которой производится изолирование токопроводящих жил. При этом маркировка данных элементов выполняется с помощью специального струйного принтера, работающего на краске, предназначенной для нанесения на поверхность фторопластового элемента, предварительно разогретую до температуры 300 °С блоком плазменной обработки поверхности.

Кабель исполнения 3 оболочек пар не имеет, поскольку, как было отмечено ранее, необходимо обеспечить электрический контакт между индивидуальными и общим экранами по всей длине кабеля.

Кабель облегчённой конструкции

Разработанный кабель марки СК-КФ 4×2×0,40является самым малогабаритным и лёгким кабелем парной скрутки для технологии SpaceWire. Этот кабель превзошёл зарубежный аналог по основным эксплуатационным параметрам:

• вес 1 метра – 40,7 г (у аналога – 42 г);
• наружный диаметр – 5,7 мм (у аналога – 6,5 мм);
• коэффициент затухания на 600/1000 МГц – 0,85/1,11 дБ/м (у аналога – 1,4 дБ/м на 1 ГГц).

Что же позволило изготовить такой компактный и легкий кабель ? Прежде всего, это применение в качестве индивидуального экрана пар ламинированной алюминиевой фольги, которая в сравнении с оплеткой из посеребрённых алюмомедных проволок позволяет снизить массу кабеля более, чем на 10 г/м, а наружный диаметр кабеля – на 0,5 мм. Это в итоге приводит к уменьшению общей массогабаритной характеристики более, чем на 12%.

Измерительная аппаратура и оценка критических параметров передачи

К критически важным параметрам для любых кабелей связи, в том числе и кабелей SpaceWire, относятся коэффициент затухания, волновое сопротивление, разность времён задержки сигнала между парами кабеля. Исходя из высоких требований к качеству сигнала в сети SpaceWire, к перечисленным параметрам добавляются ещё два: разность времён задержки сигнала между жилами кабеля и джиттер.

В качестве оборудования для измерения электрических параметров кабелей как радиочастотных, так и симметричных в частотной области, наилучшим образом подходят векторные анализаторы цепей, а также системы, построенные на их основе [9]. Векторный анализатор цепей (VNA) – прибор, измеряющий параметры отражения и передачи (S-параметры) активных и пассивных устройств и элементов электрических цепей в частотной области.

Измерения в частотной области

Подход к измерениям симметричных кабелей связи с помощью VNA основывается на преобразовании сигнала с коаксиального выхода (50 Ом) на симметричный (100 Ом) с помощью симметрирующих трансформаторов (baluns). Таким образом, с помощью оснастки, включающей в себя симметрирующие трансформаторы, осуществляется подключение симметричных кабелей к VNA.

Для измерения коэффициента затухания, волнового сопротивления кабеля, а также разности времён задержки сигнала между рабочими парами в кабеле в частотном диапазоне использовалась измерительная система компании AESA Contraillod Gmbh., построенная на базе VNA и используемая для измерения параметров стандартных кабелей СКС до частот 1200 МГц. Результаты измерений кабеля марки СК-КФ 4×2×0,40 показаны на Рис. 11, 12, 13.

Рис. 11. Частотная зависимость волнового сопротивления кабеля марки СК-КФ 4×2×0,40

Рис. 12. Частотная зависимость коэффициента затухания кабеля марки СК-КФ 4×2×0,40

Рис. 13. Частотная зависимость разности времён задержки сигнала между парами кабеля марки СК-КФ 4×2×0,40

Измерения во временной области

Для оценки симметричности передаваемого дифференциального сигнала во временной области был приобретён цифровой стробоскопический осциллограф DCA-X с опцией TDR (time domain reflectometry)/TDT (time domain transmission) фирмы KeySight, а также специальное коммутационное устройство (Рис. 14), обеспечивающее соединение осциллографа с каждой из восьми жил кабеля. Данный прибор позволяет измерять электрические параметры как во временной, так и в частотной областях.

Рис. 14. Измерение кабеля СК-КФ 4×2×0,40 на цифровом осциллографе

Разность времён задержки сигнала между жилами кабеля представляет собой разницу по времени между фронтами синфазного сигнала проходящего по каждой жиле и отражённого от конца кабеля.

Суть метода измерения этого параметра – сигнал (вида «перепад») подают на каждую из токопроводящих жил кабеля. Временная разность между перепадами отражённого от конца кабеля обратного сигнала будет являться разностью времён задержки сигнала между жилами. Результаты измерений для кабеля СК-КФ 4×2×0,40 приведены на Рис. 15. Применяемое оборудование и программное обеспечение позволяют наглядно наблюдать формы волн синфазных сигналов сразу нескольких жил (до 16) и измерять разность времён задержки сигнала между двумя любыми токопроводящими жилами.

Рис. 15. Разность времен задержки сигнала между жилами в паре кабеля марки СК-КФ 4×2×0,40 во временной области

Метод TDR также применим для оценки волнового сопротивления по (времени) длине кабеля (во временной области). Однако в настоящее время этот метод имеет некоторые ограничения, которые касаются измерения волнового сопротивления протяжённых устройств, к которым и относятся кабели. Данные ограничения связаны со следующими эффектами.

1. Переотражения – неизбежный эффект при TDR-измерениях. Часть волны, отражённая от неоднородности, сталкивается с предыдущей неоднородностью и переотражается. Таким образом возникают множественные переотражения. На данный момент, приборы оснащены опцией peeling (алгоритм учёта переотражений), позволяющей частично снять этот эффект. Однако peeling имеет недостаток: не учитывает вносимые потери, а при больших вносимых потерях точность расчётов уменьшается. Самая точная неоднородность – первая.
2. Маскинг. При существенной неоднородности обнаруживается снижение точности измерения за счёт того, что амплитуда падающей волны напряжения, приходящей на следующую неоднородность, меньше первоначальной. Следовательно, величина отклика снижается. На сегодняшний день алгоритм компенсации не реализован.

Результаты измерения волнового сопротивления во временной области приведены на Рис. 16. На характеристике можно наблюдать легкую тенденцию к росту, которая и объясняется описанными эффектами. Чем больше длина кабеля, тем они ярче выражены, так как величина вносимых потерь, количество неоднородностей и вероятность попадания на существенные неоднородности с увеличением длины возрастают. Тем не менее, оценка стабильности импеданса по длине представляется возможной.

Рис. 16. Волновое сопротивление рабочей пары кабеля СК-КФ 4×2×0,40 во временной области

Стоит упомянуть, что рефлектометрия – прямой метод, позволяющий оценивать профиль импеданса устройств. Существуют также и другие методы, например математическое преобразование частотной характеристики импеданса во временную с помощью обратного быстрого преобразования Фурье (ОБПФ).

Результаты измерения джиттера приведены на Рис. 17. Методика измерения джиттера в кабеле включает в себя следующие шаги:

• измерение S-параметров кабеля в требуемом диапазоне частот;
• моделирование входного цифрового сигнала (до 400 Мбит/с);
• формирование выходного сигнала. Наложение измеренных S − параметров кабеля (шаг 1) на входной сигнал с помощью математического моделирования (имитация прохождения заданного цифрового сигнала через кабель с измеренными S − параметрами);
• получение глазковой диаграммы, формируемой смоделированным выходным сигналом (шаг 3);
• измерение величины джиттера.

Рис. 17. Джиттер кабеля СК-КФ 4×2×0,40, построенный методом глазковой диаграммы

Заключение

Разумеется, охватить в одной статье то немалое количество нюансов, сложностей и технологических решений, которые возникли по ходу данной работы, невозможно. Поэтому в статье представлены основные моменты, связанные с этой интереснейшей темой.

Перспектива применения кабелей для технологии SpaceWire не ограничивается космической техникой, но так же получает всё большее распространение на наземных объектах. Кроме того, «космические» технологии дали толчок для разработки модификации разработанных кабелей для структурированных кабельных сетей (СКС). Разрабатываемая в настоящее время серия кабелей обеспечивает экранирование рабочих пар свыше 100 дБ, а сам кабель соответствует нормам кабеля для СКС по ГОСТ Р 54429–2011 с диапазоном нормируемых параметров до 1000 МГц.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Википедия. SpaceWire. — URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/SpaceWire.
2. Шейнин Ю.Е., Оленев В.Л., Лавровская И.Я., Дымов Д.В., Кочура С.Г. Разработка, анализ и проектирование транспортного протокола СТП-ИСС для бортовых космических сетей SpaceWire // Исследования наукограда. – 2016. – № 1–2 (15–16). – С. 21–30.
3. ECSS-E-ST-50-12C Rev.1. «Space engineering. », май 2019
4. ESCC Detail Specification No. 3902/003. «CABLE, “SPACEWIRE”, ROUND, QUAD USING SYMMETRIC CABLES, FLEXIBLE, -200 TO +180°C», 2014
5. ESCC Detail Specification No. 3902/004. «CABLE, LOW MASS, “SPACEWIRE”, ROUND, QUAD USING SYMMETRIC CABLES, FLEXIBLE, -100 TO +150°C», 2014
6. Шейнин Ю., Солохина Т., Петричкович Я. Технология SpaceWire для параллельных систем и бортовых распределительных комплексов // ЭЛЕКТРОНИКА: Наука, Технология, Бизнес. – 2006. – № 5. – С. 64–75.
7. Кузнецов Р.Г. Кабели для современных сетей промышленной автоматизации // Автоматизация в промышленности. – 2005. – № 8. – С. 19–24.
8. Джонсон, Говард В., Грэхем, Мартин. Высокоскоростная передача цифровых данных: высший курс черной магии. Пер. с англ. – М.: ООО И.Д. «Вильямс», 2016. – 1024 с.
9. Хренков Н.Н., Лобанов А.В. Радиочастотные кабели. Глава 6.4. – М.: Де’Либри, 2019. – 244 с.
10. Дансмор Джоэль П. Настольная книга инженера. Измерения параметров СВЧ – устройств с использованием передовых методик векторного анализа цепей. – М.: Техносфера, 2018. – 736 с.

Статья опубликована в журнале «Кабели и провода» № 2 (338) за 2021 год

© 1997–2023 ООО НПП «Спецкабель»

Кабель силовой гибкий КГ: описание

Кабель силовой гибкий КГ предназначен для присоединения передвижных механизмов к электрическим сетям на номинальное напряжение 660 В частоты до 400 Гц или постоянное номинальное напряжение 1000 В. Рекомендуется для использования на открытом воздухе, в сухих и влажных производственных помещениях.

Купить кабель силовой гибкий КГ вы можете обратившись в ООО «Элекон» по телефону (495) 514-22-22.
Мы осуществляем продажу и доставку кабеля, провода и электрики в Подольске, Москве и по России.
Вы получаете гарантию энерго- и электробезопасности при использовании нашей продукции.

Вам известна установленная мощность потребления (либо ток)

Кабель силовой гибкий КГ в нашем каталоге: 5 из 70 позиций
Наименование
Арт.: КГ-0,66-30350+10,0-Нн
Бренд: NoName
Ожидается поступление
Цена со скидкой:
1 517 730 ₽ /км
Арт.: КГ-0,66-40500-Нн
Бренд: NoName
Ожидается поступление
Цена со скидкой:
2 490 880 ₽ /км
Арт.: КГ-0,66-50160-Нн
Бренд: NoName
Ожидается поступление
Цена со скидкой:
1 047 220 ₽ /км
Арт.: КГ-0,66-50250-Нн
Бренд: NoName
Ожидается поступление
Цена со скидкой:
1 637 890 ₽ /км
Арт.: КГ-0,66-50700-Нн
Бренд: NoName
Ожидается поступление
Цена со скидкой:
4 320 390 ₽ /км

Выпускается по ТУ16.К73.05-93. По основным параметрам соответствует ГОСТ 24334-80. Код ОКП 354441. Подлежит обязательной сертификации в системе Госстандарта России.

Описание и конструкция кабеля КГ

КГ — кабель силовой гибкий с медными токопроводящими жилами с изоляцией и оболочкой из резины без защитных покровов (брони). Расшифровка обозначения:

«К» — кабель;
«Г» — гибкий.

Наиболее распространены кабели КГ в обычном исполнении с одной, двумя или тремя основными жилами и тремя основными жилами и жилой заземления (так называемые «три с плюсом»). К обозначению кабеля КГ в тропическом исполнении через дефис добавляют букву «Т» (пример: КГ-Т), кабеля в холодостойком исполнении – через дефис буквы «ХЛ» (пример: КГ-ХЛ). В обозначение кабелей с нулевой жилой добавляется буква « н » (пример: КГн ), кабелей с одной или двумя вспомогательными жилами (без жил заземления и нулевой) добавляется буква «в» (пример: КГв ). Пример обозначения: КГн — ХЛ 2х25+ 1х16 — кабель КГ с нулевой жилой в исполнении «ХЛ» с двумя основными жилами сечением 25 мм 2 . Поскольку кабели КГ предназначены для интенсивной эксплуатации в широком диапазоне температур, в ТУ устанавливаются требования по конструкционным, электрическим и механическим параметрам как для новых кабелей, так и предельные нормы для кабелей в процессе эксплуатации. Кабели КГ могут иметь от одной до пяти жил сечением от 0,75 мм 2 до 120 мм 2 . Диапазон сечений основных жил в зависимости от общего числа жил показан в таблице.

Число жил			Номинальное сечение,мм 2
Основных	Нулевых или заземления	Вспомогательных
1	—	—	2,5-120
2 и 3	—	—	0,75 – 120
2 и 3	1	—
2 и 3	—	—	2,5 – 70
2 и 3	—	2	2,5 – 70
4	—	—	1,0 — 95
5	—	—	1,0 – 25

Сечения нулевых жил, жил заземления и вспомогательных в зависимости от сечения основных жил до 50 мм 2 приведены ниже. По требованию потребителя допускаются другие сечения жилы заземления.

Основные жилы	0,75	1,0	1,5	2,5	4	6	10	16	25	35	50
Нулевая жила	0,75	1,0	1,5	2,5	2,5	4	6	10	16	16	25
Жила заземления	0,75	1,0	1,0	1,5	2,5	4	6	6	10	10	16
Вспомогательная жила	—	—	1,5	1,5	2,5	4	6	6	10	10	10

Токопроводящие жилы должны быть скручены из отдельных медных проволок (для кабелей в тропическом исполнении из луженых) с диаметром единичной проволоки не более указанного в таблице.

Номинальное сечение жилы	0,75	1,0	1,5	2,5	4	6	10	16	25	35	50
Максимальный диаметр отдельной проволоки	0,21	0,21	0,26	0,26	0,31	0,31	0,41	0,41	0,416	0,41	0,41

Резиновая изоляция должна отделяться от жилы без залипания, для чего между жилой и изоляцией может быть проложена синтетическая пленка. Номинальные и минимальные значения радиальной толщины изоляции для кабелей сечением до 50 мм 2 приведены в таблице.

Номинальное сечение,мм 2	Номинальная толщина изоляции, мм	Минимальная толщина изоляции, мм
0,75 – 1,5	0,8	0,62
2,5	0,9	0,71
4 и 6	1,0	0,8
10 и 16	1,2	0,98
25 и 35	1,4	1,16
50	1,6	1,34

Изолированные жилы должны иметь отличительную расцветку (предпочтительная приведена в таблице), при этом изоляция нулевых жил должна быть голубого цвета, а изоляция жил заземления должна быть желто-зеленой (допускается обозначение цифрой «0»). Расцветка должна быть непрерывной по длине, допускается окраска в виде продольной полосы шириной не менее 2 мм.

Число жил	Предпочтительная схема расцветки изоляции жил
	С жилой заземления	С нулевой жилой и без жилы заземления и нулевой жилы
3	Желто-зеленый, голубой, коричневый	Голубой, черный, коричневый
4	Желто-зеленый, голубой, черный коричневый	Голубой, черный, коричневый, черный или коричневый
5	Желто-зеленый, голубой, черный коричневый, черный или коричневый	Голубой, черный, коричневый, черный или коричневый, черный или коричневый

Изолированные жилы должны быть скручены, причем допускается скрутка с попеременным изменением направления для кабелей с сечением основных жил 10 – 95 мм 2 . Допускается производить скрутку жил с междужильным заполнением в виде жгутов из резины или синтетических нитей. Оболочка должна быть наложена таким образом, чтобы она легко отделялась от изоляции жил. Для этого между изоляцией жил и оболочкой может быть проложена синтетическая пленка. Цвет оболочки – преимущественно черный. В одножильных кабелях допускается замена изоляции и оболочки изоляционно-защитной оболочкой, наложенной в один слой с толщиной не менее, чем удвоенная толщина изоляции. Номинальные и минимальные значения толщины оболочки наиболее распространенных сечений кабелей до 50 мм 2 приведены в таблице.

Сечение кабеля, мм 2	Номинальная толщина оболочки, мм	Минимальная толщина оболочки, мм
1х10	1,8	1,43
1х16	1,9	1,52
1х25	2,0	1,6
1х35	2,2	1,77
2х1,5	1,5	1,18
2х2,5	1,7	1,35
2х4	1,8	1,43
3х1,5	1,6	1,26
3х2,5	1,8	1,43
3х4	1,9	1,52
3х1,5+1х1,5 (4×1,5)	1,7	1,35
3х2,5+1х1,5	1,9	1,52
3х4+1х2,5	2,0	1,6
3х6+1х4	2,1	1,69
3х10+1х6	3,3	2,71
3х16+1х6	3,5	2,88
3х25+1х10	3,8	3,13
3х35+1х10	4,4	3,64
3х50+1х16	4,8	3,98

Разность между максимальным и минимальным значениями наружного диаметра кабеля, измеренного в одном сечении (овальность) не должна превышать 15% наружного диаметра.

Условия монтажа и эксплуатации кабеля КГ

Кабель в обычном исполнении предназначен для эксплуатации при температуре окружающей среды от минус 40°С до плюс 50°С, в тропическом исполнении – от минус 10°С до плюс 55°С, в холодостойком исполнении – от минус 60°С до плюс 50°С. Может быть проложен без предварительного подогрева при температуре не ниже минус 40°С. Радиус изгиба при прокладке и эксплуатации должен быть не менее 8 наружных диаметров кабеля, растягивающие усилия не должны быть более 2 кгс на 1 мм 2 суммарного сечения по меди всех жил. Срок службы – 4 года с момента изготовления кабеля.

Технические характеристики кабеля КГ

Электрическое сопротивление медных токопроводящих жил на постоянном токе для кабелей с сечением до 50 мм 2 при поставке с предприятия-изготовителя должно быть не более указанного в таблице.

Номинальное сечение жилы	0,75	1,0	1,5	2,5	4	6	10	16	25	35	50
Сопротивление жилы, Ом/км	26,0	19,5	13,3	7,98	4,95	3,3	1,91	1,21	0,78	0,554	0,386

В процессе хранения и эксплуатации электрическое сопротивление токопроводящих жил кабеля КГ не должно увеличиваться более, чем на 10% от указанного в таблице. Электрическое сопротивление изоляции кабелей при поставке с предприятия-изготовителя, пересчитанное на 1 км длины при температуре 20°С должно составлять не менее 50 МОм, а в течение всего срока хранения и эксплуатации не снижаться менее 1 МОм. Готовые кабели должны выдерживать испытания переменным напряжением 2,5 кВ частотой 50 Гц в течение 5 мин. Кабели должны выдерживать многократные перегибы (при сечении основных жил до 4 мм 2 – не менее 30000 перегибов, при сечении 6-16 мм 2 – не менее 9000, при сечении 25-50 мм 2 – не менее 6000).

Требования к упаковке кабеля КГ

Кабели могут поставляться на барабанах или в бухтах. Диаметр шейки барабана или внутренний диаметр бухты должен быть не меньше, чем 12 наружных диаметров кабеля. Стандартные длины кабеля должны составлять не менее 150 м для сечений до 35 мм 2 включительно и не менее 125 м для сечений от 50 мм 2 и выше. В одной поставочной партии допускается определенный процент (не более 20) кабелей длиной не менее 20 м. Допускается намотка на барабан не более 5-ти отрезков кабеля. Длины кабеля при поставке в бухтах согласовываются между изготовителем и потребителем.

Требования к маркировке кабеля КГ

Кабели должны иметь маркировку в виде надписи, нанесенной на поверхность оболочки или в виде ленты под оболочкой кабеля по всей длине или в виде отличительной нити. Надпись, выполненная на поверхности оболочки или ленты должна содержать товарный знак или наименование предприятия-изготовителя и год изготовления кабеля. Кабели в холодостойком исполнении должны дополнительно маркироваться буквами «ХЛ». Маркировка в виде надписи может быть выполнена рельефно или печатным способом. Расстояние между надписями не должно превышать 550 мм на оболочке и 275 мм на ленте. На щеке барабана или ярлыке, прикрепленном к бухте или барабану, должны быть указаны:

— товарный знак или наименование завода-изготовителя; — условное обозначение кабеля (полное с указанием числа жил и сечения);
— длина каждого отрезка кабеля в метрах;
— масса брутто в килограммах (определяемая ориентировочно по расчету, исходя из фактической длины и расчетной массы);
— дата изготовления (год, месяц);
— номер барабана или бухты. На ярлыке должен быть проставлен штамп технического контроля и знак соответствия сертификации.

Требования к условиям хранения кабеля КГ

Кабели могут храниться на упаковочной таре и в бухтах на открытых площадках и в помещениях в любых температурных условиях, которые оговорены в области применения, в пределах срока службы.

Массогабаритные параметры кабеля КГ

Ориентировочные наружные размеры и массы отдельных кабелей сечением до 50 мм 2 для целей упаковки и транспортировки приведены в таблице. Приведенные значения могут отличаться для кабелей различных партий и производителей на 10% в меньшую или большую сторону.

Сечение кабеля	Значение наружного размера для целей упаковки и транспортировки, мм	Значение массы для целей упаковки и транспортировки, кг/км
1х10	11,1	230
1х16	12,4	310
1х25	14,6	450
1х35	16,4	590
2х1,5	9,4	130
2х2,5	11,2	190
2х4	13,5	280
3х1,5	10,1	160
3х2,5	12,0	230
3х4	14,5	350
3х1,5+1х1,5 (4×1,5)	11,1	200
3х2,5+1х1,5	13,2	280
3х4+1х2,5	15,5	400
3х6+1х4	18,0	560
3х10+1х6	23,4	950
3х16+1х6	27,6	1300
3х25+1х10	33,1	1950
3х35+1х10	36,5	2400
3х50+1х16	42,4	3400

Токи нагрузки кабеля КГ

Максимально допустимые токи нагрузки при температуре окружающей среды 25°С для кабелей сечением до 50 мм 2 указаны в таблице.

Номинальное сечение,мм 2	Допустимый ток нагрузки, А
	С одной основной жилой	С двумя основными жилами	С тремя основными жилами
0,75	—	24	22
1,0	—	28	24
1,5	—	35	31
2,5	59	47	42
4	89	60	55
6	115	75	69
10	144	97	88
16	189	128	116
25	240	162	150
35	298	200	180
50	362	245	226

Доступные методы контроля качества кабеля КГ

Приведены методы контроля, которые, не являясь строго соответствующими ТУ, позволяют сделать предварительные выводы о качестве кабеля, если измеренные значения существенно отличаются от регламентированных. Окончательное заключение о соответствии кабеля ТУ может быть сделано только после проведения испытаний кабеля в специализированной лаборатории по строгим методикам и в объемах, указанных в технических условиях. Визуальный осмотр
Могут быть проверены: число и расцветка жил, целостность изоляции и оболочки и возможность их разделения без повреждений. Измерение конструкционных размеров
Могут быть проверены с помощью подходящих измерительных инструментов: толщина изоляции и оболочки, диаметр проволок в жиле d _пр. Расчет сечения жилы по формуле 0,785 d _пр 2 N (где N – число проволок в жиле) не является строгим методом контроля сечения жил, т.к. подтверждением соответствия сечения является электрическое сопротивление, однако существенное отклонение рассчитанного сечения от номинального (более, чем на 15%) может служить основанием для сомнений в качестве. Измерение электрического сопротивления токопроводящих жил
Может быть проведено на готовом кабеле омметром с подходящим пределом измерения (для кабелей с небольшим сечением при нормальной длине в бухте или на барабане может составлять несколько Ом) и пересчитано на длину 1км. Если кабель имеет скрученные жилы, полученные значения следует уменьшать в 1,02 раза. Особое внимание следует уделять хорошему контакту с измерительными проводами.

Основные сведения о СКС

В основу любой полномасштабной структурированной кабельной системы положена древовидная топология, которую иногда называют также структурой иерархической звезды. Функции узлов структуры выполняет коммутационное оборудование различного вида, которое может иметь две основные разновидности: индивидуальные информационные розетки, которые эксплуатируются пользователями кабельной системы, и панели различных видов, которые образуют групповое коммутационное поле и с которыми работает обслуживающий персонал. Коммутационное оборудование соединяется между собой электрическими и волоконно-оптическими кабелями различных видов.

Все кабели, входящие в технические помещения, обязательно заводятся на упо-мянутые выше коммутационные панели, на которых с помощью шнуров? осуществляются все подключения и переключения в процессе текущей эксплуатации кабельной системы. Стандарты позволяют также организацию резервных трактов передачи сигналов. Все это в сочетании с использованной древовидной топологией в части, касающейся СКС, обеспечивает гибкость и надежность СКС, а также возможность легкой переконфигурации и адаптируемости кабельной системы под конкретное приложение.

Рис. 1.1. Подсистемы СКС.

1 Существует также ограниченная номенклатура так называемых бесшнуровых панелей и панелей с переключателями, не получивших широкого распространения.

1.1.2. Технические помещения.

Технические помещения необходимы для построения СКС и информационной сис-темы в целом. В общем случае они делятся на аппаратные и кроссовые.

Аппаратной в дальнейшем называется техническое помещение, в котором наряду с групповым коммутационным оборудованием СКС располагается сетевое оборудование коллективного пользования масштаба предприятия (УАТС, серверы, коммутаторы). Аппаратные оборудуются фальшполами, системами пожаротушения, кондиционирования и контроля доступа. Уровень устанавливаемых в аппаратной различных устройств и систем инженерного обеспечения должен соответствовать уровню монтируемого в ней компьютерного и телекоммуникационного оборудования.

Кроссовая представляет собой помещение, в котором размещается коммутационное оборудование СКС, сетевое и другое вспомогательное оборудование, обслуживающее чаще всего ограниченную группу пользователей. При этом уровень оснащения кроссовой оборудованием инженерного обеспечения ее функционирования в целом является более низким по сравнению с аппаратными

Аппаратная может быть совмещена с кроссовой здания (КЗ). В этом случае его сетевое оборудование может подключаться непосредственно к коммутационному оборудованию СКС. Если аппаратная расположена отдельно, то ее сетевое оборудование подключается к локально расположенному коммутационному оборудованию или к обычным информационным розеткам, аналогичным розеткам рабочих мест. В кроссовую внешних магистралей (КВМ) сходятся кабели внешней магистрали, подключающие к ней отдельные КЗ. В КЗ заводятся внутренние магистральные кабели, подключающие к ним кроссовые этажей (КЭ). К КЭ, в свою очередь, горизонтальными кабелями подключены розеточные модули информационных розеток рабочих мест. В качестве дополнительных связей, увеличивающих гибкость и живучесть системы, допускается прокладка внешних магистральных кабелей между КЗ и внутренних магистральных кабелей между КЭ.

Во всей СКС может быть только одна КВМ, а в каждом здании может присутствовать не более одной КЗ. Допускается объединение КВМ с КЗ, если они расположены в одном здании. Аналогично, КЗ может быть совмещена с КЭ, если они расположены на одном этаже. Если плотность рабочих мест на этаже или его части мала, то их в качестве исключения допускается подключение к КЭ горизонтальных кабелей смежных этажей. Пример структуры СКС с привязкой к зданиям приведен на рис. 1.2.

Рис. 1.2. Пример структуры СКС с привязкой к заданиям.

1.1.3 Подсистемы СКС

В самом общем случае СКС согласно международному стандарту ISO/IEC 11801 включает в себя три подсистемы:

• Подсистема внешних магистралей состоит из внешних магистральных кабелей между КВМ и КЗ, коммутационного оборудования в КВМ и КЗ, к которому подключаются внешние магистральные кабели, и коммутационных шнуров и/или перемычек в КВМ. Подсистема внешних магистралей является той основой, которая связывает в единую сеть связи отдельно расположенные на одной территории здания (campus). На практике эта подсистема достаточно часто имеет физическую кольцевую топологию, что дополнительно обеспечивает увеличение надежности за счет наличия резервных кабельных трасс. Из этих же соображений подсистема внешних магистралей иногда реализуется по двойной кольцевой топологии. Если СКС устанавливается автономно только в одном здании, то подсистема внешних магистралей отсутствует. В зданиях с большими размерами к подсистеме внешних магистралей относятся те кабели, которые имеют длину свыше 500 м, хотя фактически не выходят за пределы здания.
• Подсистема внутренних магистралей называемая в некоторых СКС вертикальной или вторичной подсистемой, содержит проложенные между КЗ и КЭ внутренние магистральные кабели, подключенное к ним коммутационное оборудование в КЗ и КЭ, а также часть коммутационных шнуров и/или перемычек в КЗ. Кабели рассматриваемой подсистемы фактически связывают между собой отдельные этажи здания и/или пространственно разнесенные помещения в пределах одного здания. Если СКС обслуживает один этаж, то подсистема внутренних магистралей может отсутствовать.
• Горизонтальная подсистема образована горизонтальными кабелями между КЭ и розеточными модулями информационных розеток рабочих мест, самими информационными розетками, а также коммутационным оборудованием в КЭ, к которому подключаются горизонтальные кабели. В состав горизонтальной подсистемы входит также большая часть коммутационных шнуров и/или перемычек в КЭ. При построении горизонтальной проводки допускается использование одной точки перехода на тракт, в которой происходит изменение типа прокладываемого кабеля (например, переход на плоский кабель для прокладки под ковровым покрытием с эквивалентными передаточными характеристиками).

Рассматриваемое здесь деление СКС на отдельные подсистемы применяется независимо от вида или формы реализации сети, то есть оно принципиально будет одинаковым, например, для кабельной системы, установленной в офисном здании или в производственном комплексе.
В самом общем случае СКС согласно действующим редакциям международных нормативно-технических документов включает в себя следующие восемь компонентов:

• линейно-кабельное оборудование подсистемы внешних магистралей;
• коммутационное оборудование подсистемы внешних магистралей;
• линейно-кабельное оборудование подсистемы внутренних магистралей;
• коммутационное оборудование подсистемы внутренних магистралей;
• линейно-кабельное оборудование горизонтальной подсистемы;
• коммутационное оборудование горизонтальной подсистемы;
• точки перехода;
• информационные розетки.

В подавляющем большинстве случаев подключение к СКС сетевого оборудования и коммутация отдельных портов кабельной системы производится с помощью шнуровых изделий самых разнообразных видов. Применение различных переключателей для решения задач коммутации несмотря на их очевидные технические и эксплуатационные преимущества не получило широкого распространения из-за существенно меньших функциональных возможностей. В некоторых ситуациях, обусловленных, главным образом, конструктивными особенностями портов активных сетевых приборов кроме шнура может понадобиться адаптер, обеспечивающий согласование сигнальных и механических параметров оптических или электрических интерфейсов (разъемов) СКС и сетевого оборудования.

Подсистема рабочего места обеспечивает подключение сетевого оборудования на рабочих местах. Применяемое для ее реализации оборудование целиком и полностью зависит от конкретного приложения. Она не является частью СКС и выходит за рамки действия стандартов ISO/IEC 11801 и ТIА/ЕIА-568-А, хотя эти нормативные документы накладывают на ее параметры и характеристики определенные ограничения, более подробно обсуждаемые ниже.

1.1.4. Принципы администрирования СКС

Принципы администрирования или управления СКС целиком и полностью определяются ее структурой. Различают одноточечное и многоточечное администрирование. Под многоточечным администрированием понимают управление СКС, которая построена по классической архитектуре иерархической звезды, то есть включает в себя магистральную подсистему хотя бы одного уровня. Основным признаком этого варианта является необходимость выполнения переключения минимум двух шнуров (или элементов, их заменяющих) в общем случае изменения конфигурации. Использование данного принципа гарантирует наибольшую гибкость управления и более широкие возможность адаптации СКС для поддержки новых приложений.

Архитектура одноточечного администрирования применяется в тех ситуациях, когда требуется максимально упростить управление кабельной системой. Ее основным признаком является прямое соединение всех информационных розеток рабочих мест с коммутационным оборудованием в единственном техническом помещении. Принципиально подобная архитектура может использоваться только для СКС, установленных в одном здании и не имеющих магистральной подсистемы. Из изложенного ясно, что структуры рассматриваемой разновидности характерны в первую очередь для СКС с небольшим количеством портов.

1.1.5. Кабели СКС

Одним из эффективных способов повышения технико-экономической эффективности кабельных систем офисных зданий является минимизация типов кабелей, применяе-мых для их построения. В СКС согласно международному стандарту ISO/IEC 11801 допускается использование только:

• симметричных электрических кабелей на основе витой пары с волновым со-противлением 100, 120 и 150 Ом в экранированном и неэкранированном ис-полнении;
• одномодовых и многомодовых оптических кабелей

Электрические кабели из витых пар используются, в первую очередь, для создания горизонтальной проводки. По ним передаются как телефонные сигналы и низко-скоростная дискретная информация, так и данные высокоскоростных приложений. Применение оптических решений в горизонтальной подсистеме в настоящее время встречается достаточно редко, хотя их доля растет очень быстрыми темпами (решения в рамках концепции fibre to the desk). В подсистеме внутренних магистралей электрические и оптические кабели применяются одинаково часто, причем электрические кабели предназначены для передачи главным образом телефонных сигналов и данных с тактовыми частотами до 1 МГц, тогда как оптические кабели обеспечивают передачу цифровой информации высокоскоростных приложений. На внешних магистралях оптические кабели играют доминирующую роль.

Для перехода с электрического кабеля на оптический в процессе передачи данных со скоростью 10 Мбит/с и выше в технических помещениях устанавливается соответствующее сетевое оборудование (преобразователи среды или трансиверы). Данные устройства обычно обслуживают групповое устройство (обычный или коммутирую-щий концентратор системы передачи данных, выносной модуль АТС, контроллер инженерной системы здания и т.д.). Прямое использование волоконно-оптического кабеля для передачи телефонных сигналов и низкоскоростных данных на современ-ном этапе развития техники является экономически нецелесообразным и применяется крайне редко в тех ситуациях, когда другие решения невозможны или же выдвигаются особые требования в отношении защиты информации от несанкционированного доступа. Поэтому для улучшения технико-экономической эффективности сети в целом обычно процесс преобразования низкоскоростного электрического сигнала в оптический совмещается с мультиплексированием.

Для построения горизонтальной подсистемы стандартами допускается примене-ние экранированного и неэкранированного кабелей. Экранированный симметричный кабель потенциально обладает лучшими электрическими, а в некоторых случаях и прочностными характеристиками по сравнению с неэкранированным. Однако, кабельные тракты на его основе являются очень критичными к качеству выполнения монтажа и заземления, а сами кабели имеют заметно большую стоимость и обладают заметно худшими массогабаритными показателями.

Стандарты разрешают строить СКС на электрических кабелях из витых пар с волновым сопротивлением 100, 120 и 150 Ом. При этом две последние разновидности кабелей часто обладают заметно лучшими характеристиками. Однако, в силу целого ряда причин технического и экономического плана они не получили сколько-нибудь широкого распространения в нашей стране

Многомодовые волоконно-оптические кабели используются, в основном, в качестве основы подсистемы внутренних магистралей. Одномодовые волоконно-оптические кабели рекомендуется применять только для построения длинных внешних магистралей.

1.2. Понятия классов и категорий и их связь с длинами кабельных трасс

1.2.1. Классы приложений, категорий кабелей и разъемов СКС

Действующая редакция стандарта ISO/IEC 11801 подразделяет все виды приложений, которые могут обмениваться данными по витым парам, на 4 класса — A, B, C и D, (Табл.1.1). Класс A считается низшим классом, а класс D высшим. Для приложений каждого класса определяется соответствующий класс линии связи, который задает предельные электрические характеристики линии, необходимые для нормальной работы приложений соответствующего и более низкого класса. К приложениям опти-ческого класса относятся те из них, которые используют в качестве среды передачи сигнала оптический кабель. Для таких приложений на момент принятия стандарта ширина полосы пропускания не является ограничивающим фактором.

Таблица 1.1. Подсистемы СКС

Класс линии и приложения	Определение
A	Телефонные каналы и низкочастотный обмен данными. максимальная частота сигнала — 200кГц
B	Приложения со средней скоростью обмена. Максимальная частота сигнала — 1 МГц
С	Приложения с высокой скоростью обмена. Максимальная частота сигнала — 16 МГц
D	Приложения с очень высокой скоростью обмена. Максимальная частота — 200 МГц
Оптический	Приложения, использующиеся в качестве среды передачи сигнала оптический кабель. Частоты 10 МГц и выше

Таблица 1.2. Соответствие категорий кабелей и соединителей классов приложений

TIA/EIA-568-A	ISO/IES 11801		EN 50173	ISO/IEC 11801
Кабели и соединения	Приложения
—	—		—	А
—	—		—	В
Категория 3	Категория 3		Категория 3	С
Категория 4	Категория 4		—	—
Категория 5	Категория 5		Категория 5	D
—	Категория 6		—	E
—	Категория 7		—	F
—	Категория 8		—	G

Стандарт ISO/IEC 11801 в дополнение к кабелям специфицирует по категориям также разъемы. Категории определяются максимальной частотой сигнала, на кото-рую рассчитаны соответствующие разъемы и кабели, (Табл. 1.3). Кабели и разъемы более высоких категорий поддерживают все приложения, которые рассчитаны на работу по кабелям более низких категорий.

В сентябре 1997 года IEC начала работу по стандартизации двух новых классов приложений E и F, а также компонентов СКС для категорий 6 и 7. Параллельно про-изводилась работа над так называемой улучшенной категорией 5 (категорией 5+ или категорией 5е) с верхней граничной частотой нормировки параметров в 100 МГц. Последняя фактически фиксирует достигнутый на конец 90-х годов уровень техники и одновременно нормирует ряд параметров, соблюдение которых обеспечивает воз-можность работы перспективного сверхвысокоскоростного приложения Gigabit Ethernet.

Приложения класса Е и компоненты СКС категории 6 имеют нормируемые харак-теристики до частоты 250 МГц. Выбор именно такого частотного диапазона гаранти-руемых параметров была обусловлена требованием обеспечения потенциальной возможности поддержки функционирования двухпарных вариантов интерфейсов Gigabit Ethernet. Класс F и компоненты категории 7 рассчитываются на частоты до 600 МГц. Выбор последнего значения не в последнюю очередь обусловлен широким распространением аппаратуры АТМ со скоростью передачи 622 Мбит/с, а также не-обходимостью поддержки передачи сигналов многоканального аналогового телеви-дения с верхней граничной частотой 550 МГц.

Для построения трактов категории 6 используются кабели всех типов (экраниро-ванные и неэкранированные). В качестве соединителя применяется, в основном, мо-дульный разъем. Линии категории 7 при современном состоянии уровня техники могут быть реализованы только на кабеле с экранированными парами. Окончатель-ное решение о выборе типа разъема трактов категории 7 комитетами по стандартиза-ции по состоянию на середину 2001 года не принято

Стандарт ISO/IEC 11801 в дополнение к кабелям специфицирует по категориям также разъемы. Категории определяются максимальной частотой сигнала, на кото-рую рассчитаны соответствующие разъемы и кабели, (Табл. 1.3). Кабели и разъемы более высоких категорий поддерживают все приложения, которые рассчитаны на работу по кабелям более низких категорий.

Таблица 1.3 Категории кабелей и разъёмов.

Категория кабеля и разъёма	Максимальная частота сигнала		Типовые приложения
Категория 3	До 16 МГц		Локальные сети Token Ring и Ethernet 10Base-T, телефонные каналы и другие низкочастотные приложения
Категория 4	До 20 МГц		Локальные сети Token Ring и Ethernet 10Base-T
Категория 5	До 100 МГц		Локальные сети со скоростью передачи данных до 100 Мбит/с
Категория 5e	До 100 МГц		Локальные сети со скоростью передачи данных до 1000 Мбит/с
Категория 6	До 250 МГц		Локальные сети со скоростью передачи данных до 1000 Мбит/с
Категория 7	До 600 МГц		Локальные сети со скоростью передачи данных до 1000 Мбит/с, сигналы кабельного телевидения
Категория 8	До 1200 МГц		Локальные сети со скоростью передачи данных до 1000 Мбит/с, сигналы кабельного телевидения

Линии электрической связи СКС должны быть собраны из кабелей и других ком-понентов с характеристиками не хуже той категории, на которую они рассчитаны. Данное правило имеет также и обратное действие в отношении до категории 5е включительно: тракт (channel) передачи информации СКС, собранный из компонен-тов определенной категории, поддерживает работу всех приложений своего и более низкого классов.

Стандарты ISO/IEC 11801 в редакции 2000 года и TIA/EIA 568-A определяют, что линии связи СКС будут соответствовать требованиям определенной ими катего-рии при соблюдении следующих трех условий?:

• технические характеристики всех кабелей, разъемов и соединительных шну-ров этой линии соответствуют требованиям этой категории или превышают их;
• линия связи спроектирована с учетом требований стандартов (то есть соблю-дены ограничения на длины кабелей, количество точек коммутации и т.д.);
• монтаж выполнен в полном соответствии с требованиями перечисленных выше стандартов.

В 2000 — 2001 годах органы по стандартизации приступили к рассмотрению во-проса о нормировании градаций пропускной способности оптических трактов. Пред-полагается ввести для многомодовых оптических трактов три оптических класса OF-300, OF-500 и OF-2000. При этом цифры в обозначениях класса соответствуют мак-симальной гарантированной длине его канала. Для построения таких линий должны использоваться волокна категорий ОМ1, ОМ2 и ОМ3 с различным коэффициентом широкополосности и, возможно, различным уровнем гарантированного погонного затухания. Для одномодовых волокон пока предусматривается только одна категория OS1. Некоторые европейские компании (Ackermann, Brand-Rex), не дожидаясь ут-верждения нормативных документов, уже выпускают продукцию в соответствии с предполагаемым делением.

1 Достигнутый на сегодняшний день уровень техники позволяет распространить данное правило также на категорию

1.2.2. Ограничения на длины кабелей и шнуров СКС

Стандарты ISO/IEC 11801 в редакции 2000 года и TIA/EIA 568-A устанавливают ограничения на максимальные длины кабелей и соединительных шнуров горизонтальной и магистральных подсистем. Длины кабелей указаны на Рис 1.2 и приведены в Табл. 1.4. Дополнительно еще раз подчеркнем, что максимальные длины электрических кабельных линий из витых пар для передачи сигнала указанного класса приведены для случая построения этих линий из симметричного кабеля и других компонентов с категорией не ниже указанной.

Таблица 1.4. Максимальные длины кабельных трактов в зависимости от типа кабеля и класса приложения

Класс приложений	А	B	C	D	Оптики
Среда передачи сигнала
Симметричный кабель категории 3	2 км	200м	100м*
Симметричный кабель категории 4	3 км	260м	150м
Симметричный кабель категории 5	3 км	260м	160м	100
Симметричный кабель150 Ом	3 км	400м	250м	150
Многомодовый оптический кабель	—	—	—	—	2 км
Одномодовый оптический кабель	—	—	—	—	3 км**

* Под длиной 100 м понимается суммарная длина горизонтального кабеля (до 90 м) и шнуров всех разновидностей.
** 3 км — ограничение, формально наложенное стандартом. Не является физическим ограничением для одномодовых волоконных световодов.

Рис. 1.3 Максимальные расстояния в кабельной системе по ISO/IES 11801:

A+B+E ≤ 9м — суммарная длина всех шнуров и перемычек горизонтальной подсистемы
A+E ≤ 10 м
C и D ≤ 20 м — длина коммутационных шнуров (перемычек) в КЗ и КВМ
F и G ≤ 30 м — длина оконечных шнуров в КЗ и КВМ

Примечания:
1. Все указанные длины — физические длины
2. Длины 10 м (A+B+E) и 30 м (F и G) являются рекомендуемыми.

Наибольшая длина кабеля горизонтальной подсистемы установлена равной 90 м. Стандартизация именно этого значения произведена исходя из возможностей витой пары как направляющей системы электромагнитных колебаний передавать сигналы наиболее массовых (на момент принятия стандартов) высокоскоростных приложений типа Fast Ethernet. Учитывались достигнутый технический уровень элементной базы и применяемые схемотехнические решения приемопередатчиков современного сетевого оборудования. Не последнюю роль при выборе именно этого значения максимальной длины играли архитектурные особенности типовых офисных зданий.

В случае реализации горизонтальной проводки на волоконно-оптическом кабеле длина кабельного тракта ограничена величиной 90 м. В этом случае основным соображением были не энергетические характеристики оптоэлектронной элементной ба-зы современных волоконно-оптических приемопередатчиков, а то, что она гарантированно позволяет выполнить ограничения протокольного характера сетей Fast Ethernet по максимальному диаметру коллизионного домена.

Основным назначением подсистемы внутренних магистралей является объединение в единое целое технических помещений в пределах одного здания. Исходя из этого, максимальная длина кабеля такой магистрали устанавливается стандартами равной 500 м по международному стандарту ISO/IEC 11801:2000 и 300 м по американскому стандарту TIA/EIA-568-B.1. Очень часто на практике кабели это подсисте-мы соединяют технические помещения, которые расположены на разных этажах здания. На основании этого из-за ориентации кабеля ее называют вертикальной.

И, наконец, подсистема внешних магистралей, которая объединяет отдельные здания, согласно стандарту ISO/IEC 1801 может включать в себя кабели максимальной длиной 1,5 км. Дополнительно оговаривается, что максимальная длина магистральных кабелей между кроссовой этажа и кроссовой внешних магистралей не может превышать 2000 м (500 м кабеля внешней и 1500 м кабеля внешней магистрали) при условии применения коммутационных и оконечных шнуров стандартной длины. В случае использования одномодового кабеля указанное значение может быть увеличено до 3000 м при длине кабеля внешней магистрали 2500 м. Американский стандарт TIA/EIA-568-B.1 устанавливает длины многомодового и одномодового кабелей подсистемы внешних магистралей в 1700 и 2700 м, соответственно. Таким образом, общая длина магистральных трактов в независимости от стандарта составляет 2 и 3 км для многомодового и одномодового кабелей.

При необходимости обеспечения связи на большие расстояния стандартами пред-полагается, что для передачи информации будут использоваться линии и каналы связи общего пользования различных телекоммуникационных операторов.

Длины коммутационных и оконечных шнуров в определенной степени зависят от выбранной схемы подключения сетевого оборудования, типа среды передачи сигнала и подсистемы СКС, к которой относится данный конкретный шнур или их совокуп-ность. Согласно стандарту ISO/IEC 11801 в редакции 2000 года максимальная суммарная длина кабелей шнуров, применяемых при организации трактов горизонтальной подсистемы, составляет:

• 9 м в случае схемы коммутационного подключения для электрического кабе-ля;
• 10 м в случае схемы коммутационного соединения для электрического кабе-ля;
• 10 м при любой схеме подключения в волоконно-оптическом варианте.

Максимальная длина коммутационного шнура, используемого в кроссовых магистральных подсистем (КЗ и КВМ), согласно стандарту ISO/IEC 11801 составляет 20 м. Длина оконечных шнуров, предназначенных для подключения сетевого оборудо-вания в этих технических помещениях, не должна превышать 30 м. При этом в магистральных подсистемах тип кабеля как среды передачи не влияет на величину максимальной длины шнуров, то есть она является одинаковой как для электрического, так и для волоконно-оптического кабеля.

1.3. Дополнительные варианты топологического построения СКС

Ниже рассматриваются дополнительные возможности построения горизонтальной подсистемы и подсистемы внутренних магистралей, часть из которых не вошла в действующие основные стандарты по СКС. По состоянию на середину 2001 года они нормируются только техническими бюллетенями TIA/EIA и содержатся в проектах международного стандарта ISO/IEC 11801. По мнению большинства специалистов по СКС, приводимые далее положения без каких-либо принципиальных изменений будут введены в новые редакции стандартов. Наличие этих вариантов существенно увеличивает свободу выбора проектировщика и позволяет значительно увеличить технико-экономическую эффективность кабельной системы в ряде часто встречающихся на практике случаев.

1.3.1. Варианты построения горизонтальной подсистемы СКС

Горизонтальная подсистема СКС, при реализации которой кабели из витых пар, может быть построена по четырем различным вариантам, которые в схематическом виде изображены на Рис.1.4. На практике наиболее часто применяется первая из них, которая образована непрерывным кабелем максимальной длиной 90 м, соединяющим розеточный модуль информационной розетки ИР и коммутационную панель в кроссовой этажа КЭ. Во втором варианте тракт передачи образуется последовательным соединением кабелей двух различных типов, но с эквивалентными передаточными характеристиками?. Эти кабели соединяются между собой в так называемой точке перехода ТП. Согласно международному стандарту ISO/IEC 11801 здесь возможны две комбинации типов таких кабелей: многопарный + четырехпарный и круглый + плоский с одинаковым количеством пар (на практике это четыре пары). Американский стандарт TIA/EIA-568-A трактует точку перехода более узко: в ТП согласно этому нормативно-техническому документу происходит соединение плоского кабеля с круглым.

Рис. 1.4. Варианты организации горизонтальной подсистемы.

Точка перехода реализуется на обычном коммутационном оборудовании, которое отличается от коммутационного оборудования технических помещений только видом конструктивного исполнения. Однако это оборудование запрещается использовать для выполнения операций администрирования кабельной системы и для подключения активных сетевых устройств любого назначения. В соответствии с этим в точке перехода никогда не должны применяться коммутационные и оконечные шнуры. Из определения точки перехода и требований к ней немедленно следует правило о том, что количество пар входящих и исходящих кабелей должно совпадать или отличаться не более чем на одну.

Последние два варианта построения горизонтальной подсистемы СКС ориентированы, в первую очередь, на применение в так называемых открытых офисах. Под этим объектом понимаются рабочие помещения большой площади, которые не имеют некапитальных стен вообще или разделены на отдельные секции специализированной мебелью или легко демонтируемыми перегородками. Общим отличительным признаком таких офисов являются частые перемещения сотрудников и изменения составов рабочих групп, а также наличие явно выраженной зонной группировки отдельных рабочих мест. В открытых офисах могут применяться многопользовательские телекоммуникационные розетки MUTOA (Multi-User Telecommunication Outlet Assembly) и консолидационные точки CP (consolidation point). Оба варианта были впервые нормированы техническим бюллетенем TSB-75, позднее решение на основе MUTOA в несколько иной форме с изменениями непринципиального характера было включено в новую редакцию американского стандарта TIA/EIA-568-B.1. Применение указанных объектов позволяет адаптировать рассмотренные выше решения на случай открытого офиса (см. табл. 1.5).

Таблица 1.5. Аналогии между различными вариантами организации горизонтальной подсистемы

Тип офиса

Прямое соединение

Многопользовательское соединение

Обычный офис

Обычный проброс

точка перехода

Открытый офис

Многопользовательская розетка

Консолидационная точка

Под многопользовательской розеткой MUTOA понимается розетка, которая обслуживает нескольких пользователей. В соответствии с этим максимальное количество розеточных модулей в розетке MUTOA может достигать 12. Такой элемент выделяется большинством производителей в конструктивно отдельный вид оборудо-вания, которое устанавливается на колоннах и стенах здания, под фальшполом, в напольных коробках и достаточно редко — в пространстве между капитальным и подвесным потолками. Максимальная длина W оконечного шнура, соединяющего розетку MUTOA с сетевым оборудованием на рабочем месте, согласно TIA/EIA-568-B.1, пункт 6.4.1.4 зависит от диаметра проводника и конструктивного исполнения кабеля и вычисляется следующим образом:

W = (102 — H)/(1 + D) м (1.1)
где H — длина горизонтального кабеля.

Коэффициент D учитывает повышенное затухание сигнала в кабеле соединительного шнура с гибкими многопроволочными проводниками, а его значения приведены в табл. 1.6. График зависимости длины коммутационного шнура от длины горизонтального кабеля приведен на рис 1.5.

Таблица 1.5. Аналогии между различными вариантами организации горизонтальной подсистемы

Тип проводника

Коэффициент D

Максимальная длина, м

Оконечный шнур

Оконечный шнур+шнуры в техническом помещении

24 AWG

0.2

22

27

26 AWG

0.5

17

21

Таким образом, суммарная длина оконечного и коммутационного шнуров с диаметром проводников 24 AWG в открытом офисе может достигать 27 м против 9 — 10 м в случае обычного офиса, что сопровождается заметным увеличением гибкости кабельной системы. При этом за счет соответствующей корректировки длины горизонтального кабеля в сторону уменьшения максимальное суммарное затухание тракта передачи сигнала в обоих случаях оказывается одинаковым, что гарантирует сохранение заданных качественных показателей передаваемой информации.

Консолидационная точка CP в открытом офисе является прямым аналогом точки перехода традиционной топологии. От нее к отдельным розеткам рабочего места протягиваются короткие отрезки горизонтального кабеля, которые являются продолжением основного кабеля сегмента. Решения на основе СР рекомендуется применять в тех случаях, когда перемещения сотрудников возможны, но не столь часты по сравнению с розетками MUTOA.

Аналогично традиционной кабельной проводке в любой горизонтальной линии открытого офиса запрещается использование более одной точки перехода в виде розеток MUTOA и CP, а в консолидационной точке не допускается подключение активного оборудования и выполнения операций администрирования.

При использовании консолидационной точки стандарт TIA/EIA-568-B.1, пункт 6.4.2 не рекомендует располагать оборудование этих объектов ближе 15 м от информационной розетки. Это мотивируется достаточно эффективным подавлением на таких длинах перекрестных помех и обратных отражений, возникающих за счет резонансных явлений (так называемая Short-link problem — проблема коротких линий).

Рис. 1.5. Зависимость максимальной длины оконечного шнура от длины горизонтального кабеля для многопользовательской розетки MUTOA.

1 Наиболее критичным в этом случае является требование обязательного совпадения номинальных волновых сопротивлений.

1.3.2. Топология с централизованным администрированием

Системы с централизованным администрированием были впервые определены в техническом бюллетене TSB-72 [14] и относятся к случаю построения проводки внутри одного здания полностью на оптическом кабеле. В период 2000 — 2001 года главные идеи и положения этого бюллетеня были введены в международный стандарт ISO/IEC TR 14763-2 и американский стандарт TIA/EIA-568-B.1. Принцип построения централизованной оптической архитектуры состоит в предоставлении проектировщику СКС возможности отказа от жесткого деления кабельной проводки на горизонтальную подсистему и подсистему внутренних магистралей с их объединением в единое целое. Это позволяет выполнить на нижнем уровне кабельной системы переход от двухуровневой звездообразной топологии к более простой одноуровневой с максимальной длиной постоянной линии в 300 м.

Применение принципа централизованного администрирования дает возможность:

• значительно увеличить управляемость ЛВС за счет появления возможности формирования любых наперед заданных рабочих групп на физическом уров-не без использования виртуальных соединений;
• сосредоточить все активное оборудование в одном месте, что имеет своим следствием увеличение защищенности от несанкционированного доступа к конфиденциальной информации, уменьшение потребности в высокоскорост-ных каналах и упрощение процедур проведения эксплуатационных измере-ний;
• значительно сократить или даже полностью (в некоторых случаях) отказаться от выделенных помещений для кроссовых этажей.

Актуальность практического использования централизованного администрирования резко возросла в связи с массовым внедрением в широкую инженерную практику волоконно-оптической техники передачи сигналов, которая не накладывает на длины высокоскоростных каналов физического 90-метрового ограничения витой пары.

В соответствии с современным видением принципов построения кабельная проводка в случае применения централизованной оптической архитектуры может быть построена с использованием одного межсоединения и без него. Вариант с промежуточным соединением позволяет сохранить прежнюю телекоммуникационную инфра-структуру здания, так как кроссовое оборудование для его реализации размещается в помещениях, зарезервированных первоначальным проектом под кроссовые этажей. Этот вариант возможен в двух разновидностях. Первую из них можно назвать схемой ответвления. Согласно этой схеме до помещений кроссовых доводится магистральный кабель, дальнейшая проводка выполняется абонентским кабелем, который соединяется с магистральным неразъемным соединителем.

Вторая разновидность получила в название пассивной коммутационной панели. В соответствии с данной схемой предусматривается процесс коммутации с использованием обычного коммутационного шнура. Максимальное расстояние от информационной розетки до кроссовой этажа в рассматриваемом варианте составляет 90 м. Это позволяет сохранить преемственность с TIA/EIA-568-A в отношении горизонтальной проводки и обеспечивается легкость возврата к стандартной двухуровневой топологии. Максимальная длина канала с межсоединением выбрана равной 300 м из соображений получения на кабеле с волокном типа 62,5/125 пропускной способности канала связи 1 Гбит/с, то есть поддержки наиболее скоростных по состоянию на середину 2001 года приложений типа Gigabit Ethernet, АТМ и Fibre Channel. По аналогии со структурами на электрическом кабеле, в которых применяются точки перехода различного вида, какое-либо активное оборудование в месте размещения кросса не устанавливается.

Рис. 1.6. Построение системы с централизованным администрированием:

а) с одним межсоединением
б) без межсоединений

Упомянутое выше в разделе 1.2.2 ограничение протокольного характера сетей Fast Ethernet разработчиками идеи централизованного администрирования считается малосущественным, вероятно, из-за сравнительно малой распространенности волоконно-оптической аппаратуры стандарта 100Base-FX, работающей в режиме разделения полосы пропускания.

При построении СКС без промежуточных соединений длина любого канала опять же из соображений обеспечения преемственности ограничена значением 90 м. Это ощутимо сужает возможности организации системы с централизованным администрированием в ряде офисных зданий, однако в пределе позволяет обойтись вообще без выделенных кроссовых этажей. Если же они предусматриваются проектом, то говорят о проходной схеме и в кроссовых рекомендуется выделять места для хранения свернутого в бухты запаса кабелей и установки коммутационного оборудования.