Как известно, к эксплуатационной надежности информационной инфраструктуры центров обработки данных предъявляются самые высокие требования. Оптическая подсистема такой проводки не является исключением. Применение претерминированных решений позволяет добиться заметного снижения числа отказов по сравнению с методом сварных соединений.

Параметры структурированной кабельной проводки для центров обработки данных задаются проектом стандарта (DIN) EN 50173-5, процедура принятия которого близка к завершению (по состоянию на лето 2006 г.). Официальный проект этого нормативного документа опубликован Германской комиссией по электротехнике, электронике и информационной технике (Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik, DKE) для широкого обсуждения и доступен для заказа, например, на сайте http://www.beuth.de. Стандарт (DIN) EN 50173, обобщенное название которого в переводе с немецкого звучит как «Универсальные средства связи для информационных технологий», структурирован в виде единой серии норм и содержит следующие документы:

  • "Часть 1. Общие положения";
  • "Часть 2. Офисные здания";
  • "Часть 3. Здания промышленного назначения";
  • "Часть 4. Жилые здания";
  • "Часть 5. Центры обработки данных".

Основной побудительной причиной разработки нормативных документов указанной серии стал огромный успех опубликованного ранее стандарта (DIN) EN 50173-1. Он специфицировал параметры структурированной проводки офисного назначения и очень быстро превратился в основополагающий документ для системных интеграторов, но не учитывал особых требований к информационной кабельной инфраструктуре для промышленных объектов, жилого сектора и центров обработки данных.

Необходимым условием использования частей 2-5 является применение части 1, где специфицируются требования к характеристикам отдельных компонентов тракта передачи (кабелям, разъемным и неразъемным соединителям), а также нормируются классы передачи и кабельные каналы. Соответственно, в частях 2-5 нередко содержатся ссылки на часть 1.

Отдельный раздел посвящен центрам обработки данных. В нем обобщен передовой многолетний опыт построения структурированной проводки при создании крупных вычислительных центров. Указанный документ не является сугубо теоретическим изысканием, поскольку содержит ряд немаловажных практических рекомендаций, представляющих большую ценность для проектировщиков ЦОД, руководителей и обслуживающего персонала.

Рисунок 1. Структурированная кабельная проводка для ЦОД в соответствии со стандартом (DIN) EN 50173-5.

Представленная норма описывает кабельную проводку, структура которой схематически изображена на Рисунке 1. Немалый опыт, накопленный разработчиками стандарта в течение длительного времени и отраженный в документе, обеспечивает определенную нейтральность (в смысле универсальности) кабельной проводки по отношению к устройствам и приложениям.

Пользовательская розетка GA считается важнейшим интерфейсным элементом указанной структуры. Это обусловлено тем, что именно благодаря ей достигается универсальность проводки по отношению к разъемному соединителю трансивера (модуля GBIC) пользовательского устройства (сервера, коммутатора, устройства хранения и т. д.) и поддерживается так называемая нейтральность по отношению к активному оборудованию. Согласно стандарту, розетка GA должна находиться рядом с пользовательским устройством, поэтому при замене устройства в случае применения в нем трансивера с другим типом разъема понадобится лишь новый оконечный шнур небольшой длины, а остальная часть кабельной системы может эксплуатироваться без изменений и в дальнейшем.

Секторный распределитель BV — второй по значению после розетки GA интерфейсный элемент кабельной проводки. Коммутационное поле этого распределителя должно быть построено по схеме кросс-коннекта, что в процессе текущей эксплуатации обеспечивает надежное, хорошо документированное, широко доступное, простое в реализации и, вместе с тем, недорогое управление кабельной системой с помощью коммутационных шнуров.

К сожалению, по причине недостаточного уровня знаний или в результате некорректного сопоставления цен пользователь зачастую принимает решение в пользу так называемого поточечного соединения, когда порты отдельных устройств соединяются друг с другом напрямую с помощью гибких шнуров (перемычек — jumper). Предлагаемая редакция стандарта не допускает такой вариант построения проводки по следующим причинам:

  • соединения пользовательских устройств друг с другом и трассы прокладки отдельных кабелей с трудом поддаются идентификации, в результате ухудшается управляемость всей системы;
  • в подпольных кабельных трассах оказывается слишком большое количество кабелей, из-за чего значительно увеличивается пожароопасность и заметно ухудшается функционирование системы кондиционирования;
  • модернизация и замена пользовательских устройств требуют больших затрат времени и соблюдения немалых предосторожностей во избежание прерывания работы активных каналов вследствие ошибки при подключении соединительных шнуров;
  • выявление неисправностей и замена дефектных кабелей оказываются практически невозможными;
  • кабельные трассы в большинстве случаев не обеспечивают необходимого уровня механической защиты проводов, поэтому велика опасность их физического повреждения при выполнении любых видов работ под фальшполом;
  • ограниченная емкость кабельных трасс под фальшполом неизбежно приводит к их переполнению, что препятствует дальнейшему развитию системы;
  • излишняя продолжительность инсталляции и, как следствие, возрастание стоимости выполнения монтажных работ оказывают к тому же отрицательное воздействие на надежность функционирования и безопасность центра обработки данных.

В общем случае структурированная проводка ЦОД содержит три кабельных подсистемы: доступ в сеть, а также основной и локальные распределительные участки сети. Рано или поздно перед разработчиком встает вопрос об оптимальном выборе типа элементной базы. Наилучшим решением, к тому же соответствующим нормам стандартов, следует признать применение так называемых претерминированных — преимущественно многоволоконных — оптических кабелей. Речь идет об универсальном оптическом кабеле модульной конструкции с малодымной безгалогенной оболочкой, на обоих концах которого в производственных условиях установлены вилки оптических разъемов, для которого выполнены все соответствующие измерения (величины вносимого затухания). В необходимых случаях кабель оснащается дополнительной защитой от грызунов. Находящиеся с двух концов кабеля элементы оптических разъемов, не отличающиеся высокой механической прочностью, снабжаются специальной арматурой в виде шланга для защиты от нагрузок на разрыв и способны выдержать тянущие, изгибающие и крутящие усилия в процессе выполнения инсталляционных работ. При необходимости арматура обеспечивает уровень защиты IP50 (от проникновения пыли), который может быть увеличен вплоть до IP67 (от проникновения влаги), что предохраняет от вредных воздействий окружающей среды.

К сожалению, из-за отсутствия полной технической информации или в результате не вполне корректного сопоставления цен все три подсистемы кабельной проводки ЦОД ошибочно инсталлируют по традиционной схеме с использованием технологии сварки, причем до сих пор подобное случается неоправданно часто. Между тем технология претерминированных заводских изделий дает ряд существенных преимуществ. При корректном и более полном учете затрат выясняется, что претерминированные решения позволяют уменьшить общую стоимость инсталляции, поскольку приобретение компонентов (необходимого запаса волокон распределительного кабеля, односторонних коммутационных шнуров, сплайс-кассет с волоконно-оптическими муфтами, защитной оконечной арматуры и держателей) и прежде всего выполнение работ, отнимающих очень много времени и сил, включая интенсивное применение сварочного оборудования, в сумме оборачиваются расходами, которые оказываются, как правило, гораздо выше, нежели при прокладке претерминированного кабеля. К тому же не придется прибегать к услугам высокооплачиваемых специалистов.

Претерминированная техника за счет простоты обращения с ней и высокой надежности позволяет заметно сократить время выполнения инсталляционных работ. Еще одним немаловажным фактором, влияющим на скорость монтажа, является применение высококачественного линейного кабеля с установленными в заводских условиях разъемами, характеристики которого тщательно проверены и задокументированы. Благодаря этому можно обойтись без измерений в полевых условиях, ограничившись обычной просветкой для того, чтобы убедиться в отсутствии механических повреждений кабеля или случайной ошибки монтажника. Все это не только экономит время, но и снижает стоимость проекта, так как подрядной организации не понадобится привлекать для тестирования высококвалифицированный персонал и оплачивать аренду измерительных приборов.

Поскольку объем монтажных работ в случае использования претерминированных кабелей сокращается, то и посторонние люди будут находиться в помещении ЦОД меньше времени. Тем самым значительно уменьшаются риски преднамеренного или ошибочного несанкционированного вмешательства в функционирование находящегося там активного оборудования. А установка элементов разъемов на линейный кабель в заводских условиях без применения технологии сварки позволяет заметно снизить общее затухание формируемых линий и обеспечить минимально возможные технически значения за счет высокого качества изготовления.

Волоконные световоды в претерминированных кабелях полностью защищены от вредного воздействия окружающей среды, чего нельзя сказать о сварных волокнах, которые находятся в сплайс-кассете в открытом (в большей или меньшей степени) состоянии, а потому подвержены ускоренному старению, ведущему к росту затухания и даже обрыву световодов. В случае сварного сростка не исключена вероятность разрушения спустя некоторое время после его выполнения.

В процессе изготовления претерминированной заводской сборки принимаются специальные конструктивные меры по увеличению стойкости вилки разъема оптического кабеля — с помощью так называемого вводного распределителя — к воздействию усилий на изгиб и излом. Она не только позволяет проще, надежнее и быстрее подключить кабель к коммутационно-распределительному устройству, но и отличается предельной простотой в обслуживании. Такие сервисные работы, как очистка наконечника вилки или даже его дополнительная полировка, для устранения последствий небрежного обращения с разъемом оптического кабеля, выполняются значительно проще по сравнению с обслуживанием отличающихся крайне невысокой механической прочностью односторонних монтажных шнуров в распределительных устройствах в случае применения технологии сварных соединений. Кроме того, при необходимости претерминированная сборка значительно проще, быстрее и с меньшими рисками повреждения переносится в другое место, что открывает пути к ее многократному использованию. Процедура демонтажа претерминированной сборки включает в себя ряд несложных операций: отключение вилки от корпуса коммутационно-распределительного устройства, снятие распределителя и, если нужно, установку защитной оконечной арматуры. Все перечисленные действия способны выполнить сотрудники с минимальным уровнем специальной подготовки, а для работы им не понадобится дорогое технологическое и измерительное оборудование. Возможность многократной прокладки кабеля претерминированой сборки и его последующего использования является очень ценным качеством, поскольку гарантирует высокую степень защиты инвестиций.

Противники методики претерминированных сборок выдвигают два традиционных аргумента против применения данного решения. Первый из них — фиксированная длина кабеля сборки. Ее следует рассчитать заранее, предусмотрев необходимые запасы прежде, чем сделать соответствующий заказ на заводе. При этом существует реальная опасность того, что кабель окажется короче, чем нужно. Кроме того, для размещения запаса длины кабеля придется выделить некоторое место. Однако ответ на оба замечания предельно прост: что слишком коротко, то слишком коротко, т. е. к расчету требуемой длины кабеля следует подходить с максимальной ответственностью, а укладка колец запаса длины линейного кабеля в подавляющем большинстве ЦОД вообще не представляет никаких трудностей.

Если сборка изготовлена из многожильного кабеля с гелиевым заполнением в общей оболочке, то по сравнению с другими разновидностями оптических кабелей она имеет более низкую стоимость погонного метра и меньший размер поперечного сечения. Последнее означает снижение необходимых габаритных размеров кабельного канала и меньшую пожарную нагрузку на здание. В зависимости от количества волокон при их максимальном числе, не превышающем 144, внешний диаметр защитного шланга для прокладки в нем, например, кабеля претерминированной сборки PreCONNECT составляет от 28 до 65 мм (см. Рисунок 2).

Рисунок 2. Претерминированная сборка компании Rosenberger на основе 144-волоконного кабеля модульной конструкции марки OSI PreCONNECT.

Согласно данным одного из производителей, занимающегося поставкой претерминированных сборок на протяжении 15 лет и выполнившего уже несколько тысяч инсталляций в самых разных центрах обработки данных и зданиях офисного типа по всему миру, было отмечено всего лишь несколько случаев, когда шланг защитной арматуры оказался слишком толстым, что не позволило осуществить протяжку магистрального кабеля по трубе или специальному каналу, через отверстие в стене или противопожарной перегородке.

Если в конкретной ситуации какой-либо из отмеченных выше аргументов против применения двусторонней претерминированной сборки действительно имеет силу, вполне возможен вариант с односторонней сборкой. При этом заранее предусматривается, чтобы ее непретерминированный конец имел достаточный запас длины, излишек которого отрезается после выполнения прокладки. После ввода этого конца в коммутационно-разделочное устройство для установки на него вилок разъемных соединителей применяется техника дуговой сварки с односторонними монтажными шнурами. Вне зависимости от того, какой из двух указанных выше технологий — претерминированное решение или сварные соединения — отдается предпочтение при организации линии оптической связи, кабель должен

иметь максимальное число волокон, которое определяется согласно следующим критериям: стоимость, габаритные размеры кабеля и величина пожарной нагрузки. Сразу же отметим, что, исходя из обычного расчета удельной стоимости прокладки, использование нескольких маловолоконных кабелей оказывается менее выгодным, поскольку их суммарная протяженность окажется значительно большей (для клиента это означает также усложнение учета расходования материалов, а для монтажной организации — удлинение сроков инсталляции) и, соответственно, возрастает стоимость кабеля и проводимых работ, в каналах остается слишком мало места, неизбежно повышается пожарная нагрузка.

Вернемся к нормированию структурированной проводки. Универ-сальность кабельной системы (ее нейтральность) по отношению к приложениям и оборудованию определяется не только структурой прокладки и использованием стандартизованных пользовательских интерфейсов. Не менее важное значение имеет тип волокна, применяемого в оптических кабелях. Когда новое оборудование или протокол не могут более функционировать по проложенному ранее оптическому кабелю, последний приходится заменять на всем протяжении инсталлированной трассы.

В части 1 «Общие положения» стандарта EN 50173 явным образом перечислены следующие восемь типов волоконных световодов, допустимых в оптических кабелях:

  • многомодовые кварцевые волокна Категорий OM1, OM2 и OM3;
  • многомодовые кварц-полимерные волокна Категории OH1;
  • многомодовые полимерные волокна Категорий OP1 и OP2;
  • одномодовые кварцевые волокна Категорий OS1 и OS2.

В части 5 стандарта EN 50173 «Центры обработки данных» фактически ограничивается возможность выбора проектировщиком типов многомодовых световодов, по-скольку для применения в ЦОД разрешаются оптические кабели только с кварцевыми волокнами Категорий OM2 и OM3. Причина заключается в том, что при использовании для передачи сигнала световых волн соответствующей длины все другие упомянутые в стандарте многомодовые световоды имеют заметно меньший коэффициент широкополосности (произведение пропускной способности и протяженности трассы), измеряемый в МГц х км и именуемый также шириной полосы пропускания, и повышенное удельное затухание, измеряемое в дБ/км и зависящее от длины кабеля.

При передаче сигналов различных сетевых приложений (протоколов) по оптическим трактам величины затухания и ширины полосы пропускания конкретного тракта ограничивают его максимально пригодную для передачи протяженность. Проблемы учета переходных влияний и выравнивания потенциала, которые, к примеру, чрезвычайно важны при создании информационных трактов на основе кабелей из витых пар, не возникают в случае применения оптической техники. На эти особенности оптической сети стоит обратить внимание в процессе проектирования и инсталляции проводки.

В части 1 «Общие положения» стандарта EN 50173 представлены многочисленные, весьма полезные таблицы, с помощью которых при проектировании оптической сети для каждого приложения (протокола) можно вычислить максимальную длину тракта при использовании различных типов волоконных световодов и предельно допустимое суммарное затухание линии, т. е. затухание во всех кабельных сегментах сети, разъемных соединителях и сварных сростках.

Пропускная способность линии определяется шириной полосы пропускания используемого типа волокна. В то же самое время на затухание линии очень сильное влияние оказывают качество изготовления и чистота оптически активных поверхностей разъемных соединителей, а также соблюдение технологии формирования сварных сростков. При этом чистота и шероховатость, в особенности торца, в процессе сращивания волокон влияют не только на затухание, но и на коэффициент отражения и прямо связанные с ним обратные потери. Последний параметр имеет критически важное значение в тех ситуациях, когда по оптическому кабелю передаются сигналы большой мощности, как это, в частности, имеет место в городских и глобальных сетях.

В процессе инсталляции, последующей многолетней эксплуатации сетевого оборудования и — в особенности — разъемных соединителей следует уделять пристальное внимание содержанию в чистоте и неприкосновенности торцевых поверхностей волоконных световодов всех разъемных соединителей. Для этих целей необходимо использовать предназначенные специализированные очищающие материалы и инструменты, а контроль очистки производить с помощью микроскопа (лучше всего, видео-микроскопа), имеющего по меньшей мере 200-кратное увеличение.

При построении коммутационного поля кабельной системы ЦОД довольно часто возникает вопрос о выборе наиболее подходящего типа разъемного оптического соединителя. Как известно, их существует огромное множество, в том числе и достаточно дорогие, так называемые гибридные соединители, в далеко не полный перечень которых входят, например, SC, ST, LC и др. Описание коммутационного поля технических помещений всех уровней, в том числе главных, секторных и локальных распределителей и внутриофисного подключения локальной сети, представленное в стандарте EN 50173-5, не содержит указаний в отношении конкретного типа разъема, а рекомендует лишь руководствоваться общими требованиями, предъявляемыми к техническим параметрам структурированной кабельной системы, которые приведены в части 1 «Общие положения».

Опыт реализации проектов построения проводки свидетельствует о том, что тип оптического соединителя активного сетевого оборудования часто меняется и далеко не во всех случаях совпадает с типом разъема на коммутационном поле. Исходя из этого факта, не следует повторять типичной ошибки и применять в панелях коммутационного поля ЦОД тот тип оптического соединителя, который в данный момент получил широкое распространение в конструкции трансиверов. Весьма вероятно, что именно этот тип оптического соединителя окажется отвергнут в процессе совершенствования трансиверов под влиянием неослабевающего ценового пресса.

Основными критериями при выборе оптических соединителей коммутационного поля являются, само собой разумеется, низкое вносимое затухание и высокие возвратные потери. Немаловажное значение имеют, кроме того, простота включения и отключения вилок вручную в процессе изменения конфигурации кабельной системы — во время так называемой «перекоммутации». Настоятельно рекомендуется избегать решений, где требуется применение вспомогательных инструментов, как это имеет место в ряде решений собственной разработки некоторых производителей оборудования. Нежелательным является также применение фиксаторов рычажного типа, установленных во многих разъемных соединителях, к примеру в дуплексном варианте разъема LC. При отключении вилки от розетки на фиксатор придется нажимать пальцем, что неудобно при высокой плотности портов, а наличие рычага неизбежно ведет к ее уменьшению, поскольку он занимает место на лицевой панели коммутационного устройства.

Требования по удобству обслуживания удовлетворяют только SC и конструкции на его основе: в этом типе оптического соединителя использован принцип подключения и отключения линейным движением без применения дополнительных фиксирующих компонентов на основе рычажной защелки. Все другие варианты коммутационных систем не позволяют получить сходную плотность портов из-за недостатка места для размещения фиксаторов рычажного типа.

Рисунок 3. Дуплексный оптический соединитель mini-SC (MU) в горизонтальном исполнении соответствует нормам стандарта IEC 61754-6.

В настоящее время при выборе типа разъемного оптического соединителя для построения коммутационного поля кабельной системы ЦОД на первый план все чаще выходит требование достижения предельно высокой плотности портов, т. е. числа оптических розеток на единицу монтажной высоты. При учете всех требований к оптическим соединителям, выполнение которых особенно важно при реализации распределителей, оказывается, что оптимальной конструкцией обладает оптический соединитель MU-Duplex в горизонтальном варианте его исполнения, нормируемом в стандарте IEC 61754-6 (см. Рисунок 3). Этот тип дуплексного соединителя иногда называют mini-SC-Duplex, и он превосходит все другие конструкции по достигаемой плотности портов.

НОРМЫ ПРЕДПИСЫВАЮТ ПРИМЕНЕНИЕ ДУПЛЕКСНЫХ СОЕДИНИТЕЛЕЙ LC-APC

Для построения той части коммутационного поля вводного кросса, которая обслуживает одномодовые оптические кабели, стандарт предписывает применение дуплексных разъемов LC-APC. Многомодовая же часть коммутационного поля должна строиться по крайней мере на базе малогабаритных дуплексных разъемов, нормированных IEC и CENELEC. Что касается интерфейса информационной пользовательской розетки, гарантирующего универсальность по отношению к оборудованию при построении СКС, то опубликованный проект нормативов не конкретизирует тип многомодовых соединителей, единственное требование к ним — включение малогабаритного дуплексного разъема в перечни IEC и CENELEC. На последнем заседании Европейского комитета по электротехническим стандартам (European Committee for Electrotechnical Standardization, CENELEC), отвечающего за выработку стандартов, было все же одобрено предложение рабочей группы по стандартам GAK 715.3.5 немецкой комиссии DKE, согласно которому за основу конструкции пользовательской розетки должен быть взят оптический многомодовый или одномодовый разъем LC в обычном неугловом варианте в симплексном или дуплексном исполнении.

С сожалением можно констатировать, что применение LC не позволяет в полной мере соблюсти требование достижения высокой плотности конструкции информационной розетки. В исходном тексте стандарта говорится, что розетка должна иметь высокую плотность конструкции и располагаться вблизи пользовательского устройства. Достижению максимальной плотности препятствует наличие фиксирующего рычага разъема LC, который отнимает полезную площадь на лицевой панели. И здесь весьма эффективным было бы применение дуплексного горизонтального варианта разъема типа MU.

В тех ситуациях, когда одна информационная розетка призвана обеспечивать соединение трех и более световодов, согласно требованиям стандарта DIN EN 50173-5 необходимо применять разъем типа MTP, который в IEC 61754-7 назван MPO. Этот многоволоконный соединитель позволяет сращивать четыре, восемь и 12 световодов, а некоторые производители даже выпустили в продажу его варианты для соединения 24, 36 и даже 72 волокон. Подобные оптические соединители широко используются во всем мире для построения структурированной кабельной проводки в тех ситуациях, когда требуется обеспечить подключение к информационной инфраструктуре мэйнфреймов, коммутаторов директорского класса и систем хранения.

Если при построении коммутационного поля оптической подсистемы ЦОД необходимо обеспечить достижение высокой плотности портов, то следует обратить особое внимание на выбор 19-дюймового распределительного шкафа или стойки, так как использование значительного числа коммутационных шнуров требует применения системы кабельных организаторов специальной конструкции. Это помогает успешно решить задачу управления большим количеством коммутационных шнуров с соблюдением всех норм, предъявляемых к оптическим кабелям.

Харальд Юнгбек — менеджер по продуктам компании Rosenberger.

© AWi Verlag