Решения для промышленных объектов

ПЕРЕДАЧА ВИДЕОСИГНАЛА ПО СТРУКТУРИРОВАННОЙ КАБЕЛЬНОЙ СИСТЕМЕ

Г. Бабаевский

Мир и безопасность 6, 2009

В последнее время в периодических изданиях по системам безопасности большое внимание уделяется описанию видеокамер, видеорегистраторов, их интеллектуальным функциям, затрагиваются вопросы построения комплексных систем охранного видеонаблюдения. В этой связи упоминается и о влиянии передающего тракта на снижение качества видеосигнала. Однако глубоко и всесторонне эта проблема практически не обсуждается, несмотря на то, что если передаюший тракт не обеспечит необходимой пропускной способности сети, все разговоры о нюансах работы качественной видеоаппаратуры окажутся пустыми.

Для видеосигнала этот вопрос особенно актуален, так как видеосигнал занимает больший объем сети, по сравнению с телефонным сигналом или сигналом от охранно-пожарных систем. Исходя из этого, и в связи с выходом нового международного стандарта, целесообразно остановиться подробнее на вопросах построения структурированных кабельных систем для систем безопасности. Может быть это положит начало дискуссии в этой области.

Структурированная кабельная система (СКС) — это слаботочная телекоммуникационная кабельная система, обслуживающая все инженерные системы предприятия, расположенные в его зданиях и на его территории, которая:

• имеет стандартизированную структуру и топологию;
• использует только стандартизированные компоненты (кабели, распределительные устройства, разъемы и т.д.);
• обеспечивает стандартизированные электромагнитные параметры линий связи, организованные с ее помощью (затухание, ширину полосы пропускаемых частот и др.);
• управляется (администрируется) стандартизированными методами.

СКС представляет собой иерархическую кабельную систему здания или группы зданий, разделенную на структурные подсистемы и состоит из:

• набора кабелей (медных и/или оптических);
• коммутационных панелей;
• соединительных шнуров;
• кабельных разъемов;
• модульных гнезд;
• информационных розеток (ИР);
• вспомогательного оборудования.

Все выше перечисленные элементы интегрируются в единую систему и эксплуатируются согласно определенным правилам.

Важным является то, что все СКС должны выполняться по единым правилам, иметь одинаковые средства коммутации и подключения оборудования, а также обеспечить заранее известные параметры среды передачи данных. В последнее время начала формироваться концепция кабельной системы, т.е. устройства, выполненного из компонентов стандартизированного ряда, построенного по модульному принципу и обладающего заранее заданными характеристиками. Эти характеристики должны обеспечивать работоспособность аппаратуры, подключенной к СКС. Удивительно, но эти идеи, давно принятые и реализованные в других отраслях, например, в машиностроении (стандартный ряд резьбовых соединений, подшипников и пр.), только теперь начали завоевывать позиции в области телекоммуникаций (П.А. Самарский. Основы структурированных кабельных систем. М. — ДМК-АйТи, 2005 г.).

История вопроса

Начало 50-х гг. прошлого века — дата рождения первых телефонных сетей. В 80-е гг. первые кабельные решения появились на рынке: IBM связывала свои мэйнфреймы с помощью 93-омного коаксиального кабеля RG-62 по топологии «звезда». Первые кабельные решения были представлены крупнейшими производителями компьютерного и телефонного оборудования и опирались на закрытые технологии. Вначале большинство «столпов» изо всех сил старались увековечить свои собственные методологии, многие из которых преследовали только частные цели и задачи конкретной организации. Нарождающийся рынок локальных сетей страдал от хронического отсутствия единообразия, что было неизбежно ввиду изменения структуры отрасли.

Приведем три факта из истории стандартизации кабельных сетей:

• 1987г.—комитет TR 41.8 (Ассоциации электронной промышленности) начал разработку стандарта для кабелей, размещаемых внутри зданий;
• 1989 г. — исследовательская организация Underwriters Laboratories совместно с фирмой Anixter разработала новую классификацию кабелей на витых парах;
• 1991 г.— опубликована спецификация ANSI/EIA/TIA-568 разработанная Ассоциацией электронной промышленности (Electronic Industry Association — EIA) и Ассоциацией производителей средств связи (Telecommunications Industries Association — TIA).

Однако часто рекомендации комитетов по стандартам игнорировались, понимались искаженно, а нередко их просто пропускали мимо ушей. Все вышеперечисленные негативные для отрасли факторы привели к тому, что сбои и некачественные услуги превратились из исключения в правило. Основными причинами сбоев являлась: неаккуратная работа, несоблюдение требований к монтажу, к размещению, к терминированию, к тестированию кабельной системы.

Конечные же пользователи хотели за свои деньги получить обещанную гарантированную производительность. Поэтому назрела необходимость повышения квалификации сотрудников отрасли, стала неизбежной и доработка самих стандартов. Появились серьезные институты с отличной репутацией: ПАиСВМ.

В 1995 г. было принято два основных нормативно-технических документа, описывающих СКС как технический объект:

• американский стандарт TIA/EIA-568-A;
• международный стандарт ISO/ЕС 11801.

Несмотря на то, что оба этих документа касаются одного и того же предмета стандартизации, они имеют достаточно серьезные концептуальные отличия, рассматривая СКС с разных позиций, и в значительной степени, взаимно дополняя друг друга.

Стандарт же второго поколения TIA-568-A (Commercial Building Telecommunications Cabling Standard) существенно отличался от предыдущего тем, что для построения вновь создаваемых СКС не рекомендовалось применение коаксиального кабеля. Одновременно было разрешено использовать в магистральных подсистемах одномодовые волоконно-оптические кабели.

В связи с бурным развитием информационных технологий, стало необходимо транслировать все большие потоки информации. В сентябре 2002 г. была опубликована вторая редакция стандарта ISO/IEC IS 11801:2002 (Е). В ней введены новые параметры и уточнены значения традиционных параметров компонентов и трактов на основе витых пар.

С 2002 г. по настоящее время развитие информационных технологий пошло не по пути резкого увеличения объема транслируемых потоков информации (как это прогнозировалось ранее), а по пути улучшения технологичности этих сетей. В связи с этим, принята в 2008 г. новая редакция стандарта ISO/IEC IS 11801:2008 (Е). Этот стандарт является весьма объемным и серьезным документом, описывающим все особенности построения и проектирования СКС.

К сожалению, в России сегодня в группе стандартов ГОСТ Р 34 «Информационная технология» отсутствует национальный стандарт на СКС. Что же делать российскому проектировщику, разработчику, поставщику, инсталлятору, владельцу СКС? Ответ прост — опираться на международные стандарты.

Классификация СКС: конфигурации и классы приложений

Вернемся к конкретным особенностям понятия структурированной кабельной системы. Эта система, если она спроектирована и инсталлирована правильно, может служить 25 лет и более. Таким образом, она является капитальной системой. Обслуживается она также, как и любая капитальная система: регулярные осмотры и проверки, называемые тестированием и сертификацией системы на соответствие определенного класса описанных стандартов. Возможны профилактические ремонты этой системы, регламентные работы, переключения и т. д. Строить и давать гарантии на структурированную кабельную систему имеют право только сертифицированные специалисты.

Для возможности классификации и сертифицирования структурированной кабельной системы необходимо знать, что электромагнитные характеристики СКС определены стандартом ISO/IEC 11801:2008 (Е) для определенных конфигураций: канала и стационарной линии.

Стационарная линия (Permanent Link) — это пассивный участок СКС между двумя непосредственно соединенными между собой точками (интерфейсами) присоединения к ней, по которому может быть передан сигнал. То есть, стационарная линия — это стационарный кабель и соединители на его концах (Рис. 1). Понятие Permanent Link введено для того, чтобы определить тестовую конфигурацию, максимально точно характеризующую параметры стационарной части кабельной системы.

СЛ – стационарная линия; РУТ – распределительный узел территории; РУЗ – распределительный узел здания; РУЭ – распределительный узел на этаже; ТК – точка консолидации; ИР – информационная розетка

Рисунок 1 – Структура стационарной линии

Конфигурация Permanent Link требует, чтобы вклады соединительных кабелей, используемых для доступа к тестируемой линии, исключались из результатов измерений. Поэтому предельные тестовые значения для Permanent Link отличаются от значений для Link на величину, относимую на счет соединительных кабелей тестера согласно априорной оценке. Общая длина линии Permanent Link может достигать 90 м.

В состав Permanent Link не входят шнуры, используемые для подключения передающего и принимающего устройств, а также никакие коммутационные шнуры.

Канал (Channel) — это пассивный тракт, способный передавать сигнал из конца в конец, и соединяющий два любых активных блока электронной аппаратуры, например, рабочую станцию и коммутатор ЛВС (Рис. 2).

Соч – сочленение. Остальные обозначения см. на рис. 1

Рисунок 2 – Структура канала

В соответствии со стандартом ISO/IEC 11801:2008(E) Channel -это тракт взаимодействия между собой активного сетевого оборудования. Понятие введено с 1999 г. и включает в себя стационарную линию СКС и разнообразные шнуры, используемые для подключения. В документе приводятся соответствующие нормы для обоих объектов — Channel и Permanent Link. При наличии специальных требований на этапе приемо-сдаточных испытаний может быть выполнена выборочная или сплошная проверка параметров канала или стационарной линии. Кроме того, с моделью Channel удобно работать во время текущей эксплуатации СКС при поиске и устранении неисправностей.

Ограничения по производительности для симметричных кабелей жестко задают компоненты, на базе которых создается Канал (ISO/ IEC 11801:2008(Е)). Это максимум 90 метров одножильного медного кабеля, 10 метров разнообразных шнуров и 4-х сочленений (1 сочленение — это соединенные вместе вилка и розетка). Для класса F (в действующей версии стандарта) допускается только 2 сочленения.

Как известно, активные коммутаторы, видеорегистраторы и другое подобное оборудование предъявляет к каналам передачи информации различные требования по полосе пропускания частот. Поэтому, электрические каналы и линии разбиты на шесть классов: А, В, С, D, Е, F (Табл. 1). Каналы и линии указанных классов обеспечивают гарантированную поддержку данного класса и более низких классов. Компоненты, из которых создается структурированная кабельная система (кабели, коннекторы, вилки, гнезда), классифицируются в стандарте ISO/IEC 11801:2008(Е) также по ширине пропускаемых частот, различные требования предъявляются и к качеству их монтажа.

Таблица 1

Классы приложений

Класс А
Линии, специфицированные до 100 кГц для голоса и низкоскоростной передачи данных

Класс В
Линии, специфицированные до 1 МГц для среднескоростной передачи данных

Класс С
Линии, специфицированные до 16 МГц для высокоскоростной передачи данных

Класс D
Линии, специфицированные до 100 МГц для сверхскоростной передачи данных

Класс Е
Линии, специфицированные до 250 МГц для сверхскоростной передачи данных до 1ГГ6

Класс F
Линии, специфицированные до 600 МГц для сверхскоростной передачи данных до 1 ГГб

Таким образом, если мы выберем высококачественные камеры видеонаблюдения, формирующие кадры с высоким разрешением (а значит, с большим объемом трафика), качественные видеорегистраторы или коммутаторы, транслирующие полученное изображение в режиме живого видения в сеть (что также займет немалый объем трафика), а трансляцию организуем по кабельной системе заведомо более низкого класса или неправильно спроектированной, то качество изображения будет безвозвратно потеряно, не будет достигнут также и режим «живого видения». Следовательно, вложенные в аппаратуру инвестиции себя совершенно не оправдают.

Помимо требований к частотному диапазону, стандарт ISO/ IEC:2008(E) предъявляет четкие требования к параметрам каналов и стационарных линий как на основе витых пар, так и на основе волоконно-оптических кабелей. Для систем на основе витых пар каналы классов D, Е, F должны иметь волновое сопротивление 100 Ом, для классов А, В, С предпочтительным является значение 100 Ом, но допускается и значение 150 Ом.

Также стандартизированы такие параметры, как возвратные потери, потери ввода, структурные возвратные потери, защищенность на ближнем конце (NEXT), суммарное переходное затухание на ближнем конце (PSNEXT), переходное затухание на дальнем конце (FEXT) и его суммарное значение (PSFEXT), задержка сигнала (РО) и др.

Использовать параметры кабельной структуры бывает необходимо и в процессе инсталляции системы видеонаблюдения. Например, для подачи напряжения питания по сети для камеры Mobotix применяется сетевой источник питания на 30 В, питание подается по 7-ой и 8-ой жилам витой пары. Камера Mobotix потребляет ток 100 мА при напряжении питания 24 В (Рис. 3).

Рисунок 2 – Подключение камеры с IP-выходом

Инсталлятору необходимо рассчитать расположение источника питания и камеры. Согласно международному стандарту ISO/ IEC11801 витая пара категории 5 (класс D) (100 МГц со скоростью передачи данных 1ГГб/с) имеет сопротивление не более 20 Ом на 100 м (реально около 2 Ом на 100 м). Значит на 300 м витой пары падает не более 6 В напряжения. Поэтому источник питания можно подключить на расстоянии около 300 м от камеры. Для более точных расчетов структурированную кабельную систему необходимо тестировать.

СКС на основе ВОЛС

Несколько слов целесообразно сказать о СКС на основе волоконно-оптических кабелей.

Основные стандартизированные параметры ВОЛС — числовая апертура (NA), затухание (А), коэффициент широкополосности (К).

В линиях, использующих оптический кабель для высокоскоростной и сверхскоростной передачи данных, ширина полосы пропускания не рассматривается в качестве ограничителя. Числовое значение, указанное в названии класса, определяет минимальную длину канала в метрах, на которой канал этого класса гарантированно поддерживает соответствующее приложение (если канал создан в соответствии с требованиями стандарта):

• класс OF-300 —от 300 м;
• класс OF-500 —от 500 м;
• класс OF-2000 — от 2 км.

Высший класс OF-2000 обеспечивает работу приложений, в том числе протокола Gigabit Ethernet 1000 Base-LX по одномодовому волокну OS1 до 2000 метров при IL = 4,56 дБ в окне 1310 нм.

Класс OF-500 обеспечивает работу приложения Gigabit Ethernet 1000 Base-LX по многомодовому волокну ОМ1, ОМ2 и ОМЗ до 500 метров при IL = 2,35 дБ окне 1300 нм (IL-вносимые потери).

Увеличение длины канала с 550 до 2000 метров в окне 1300 нм обеспечено за счет улучшения профиля преломления.

В стандарте закреплена ширина полосы пропускания (коэффициент широкополостности) при лазерном вводе — не менее 2000 МГц на км в окне 850 нм для волокон ОМЗ. Следовательно, выбор передающей аппаратуры, например, активных коммутаторов, для передачи видеосигнала необходимо производить либо с учетом имеющейся СКС на объекте, либо с учетом территориальной протяженности объекта и правил проектирования структурированной кабельной системы на ВОЛС

В заключение необходимо обратить внимание на следующий факт. Единственная компания, которая проводит исследования рынка СКС по всем странам мира — независимая консалтинговая компания BSRIA (Building Servies Research & Information Association), расположенная в Великобритании. По данным официального отчета BSRIA по рынку медных СКС за 2007 г. в России, СКС Eurolan занимает 3-е место с долей рынка 8,7%, уступая только Typo Electronics (10,8%) и Systimax Solution (16,9 %).

Об авторе: Г. П. Бабаевский, директор по развитию ООО «Линдекс технолоджис»