Коммутационное поле физического уровня информационных IP-систем с централизованной структурой
SWITCHING FIELD OF THE PHYSICAL LAYER OF INFORMATION IP SYSTEMS WITH A CENTRALIZED STRUCTURE

Изобретение относится к области электросвязи и может быть использовано при построении физического уровня различных информационных IP-систем с централизованной структурой, в частности, систем IP-видеонаблюдения
Физический уровень современных информационных систем построен по схеме "точка - точка" и представляет собой совокупность отдельных линий, соединяющих терминальное оборудование (телекамеры в случае систем видеонаблюдения) с приемопередатчиками коммутаторов ЛВС, которые выполняют функции активных групповых устройства. На практике используются различные схемы построения этой части информационной системы. Каждая из них содержит стационарную часть (стационарную линию) и элементы для подключения активного сетевого оборудования. При этом коммутационный шнур для подключения терминального устройства к стационарной линии может отсутствовать, а порт коммутационной панели соединяют с коммутатором с помощью коммутационного шнура или его аналога.
Основная масса линий IP-систем с централизованной структурой построена на базе электропроводных кабелей из витых пар и соответствующих коммутационных панелей. Обращение к ним позволяет снизить стоимость готовой системы, а также расширяет ее функциональные возможности за счет обеспечения питания терминального оборудования по технологии РоЕ.
Современные информационные системы отличаются высокой сложностью и требуют для своей реализации больших объемов различного группового оборудования (коммутационные панели, коммутаторы ЛВС, различные организаторы, а также иное активное и пассивное оборудование типа видеорегистратора, вентиляционной полки и т.д.). При построении информационных IP-систем с централизованной структурой отдельные коммутационные панели и активные групповые устройства с целью экономии места и упрощения текущего администрирования устанавливают в различные монтажные конструктивы на соответствующих направляющих со стандартизованными посадочными местами и дополняются вертикальными и горизонтальными организаторами. В подавляющем большинстве случаев функции монтажного конструктива выполняют 19-дюймовые шкафы со стеклянной или металлической дверью передней дверью.
Полная совокупность группового активного и пассивного оборудования информационных IP-систем с централизованной структурой после установки на направляющие образует так называемое коммутационное поле.
В монографии Семенов А.Б., Артюшенко В.М., Аббасова Т.С. Введение в структурированные кабельные системы, М.: Науч. консультант, 2018. - 205 с. описан способ построения коммутационного поля, основанный на его формировании из отдельных функциональных секций. Каждая функциональная секция образована однородным оборудованием 19-дюймового формата, т.е. коммутационными панелями и коммутаторами ЛВС. Их дополняют горизонтальными организаторами, которые предназначены для укладки кабелей коммутационных шнуров и делают более удобным текущее администрирование информационной системы. Горизонтальные организаторы устанавливают по одному на каждую коммутационную панель и/или коммутатор в случае высокой плотности их конструкции (48 портов на 1U монтажной высоты) или по одному организатору на пару панелей/коммутаторов с обычной плотностью конструкции (24 порта на 1U монтажной высоты) под или над ними. В результате после подключения шнура его кабель сразу уходил в организатор без пересечения соседнего ряда розеток.
Для удобства коммутации на монтажные направляющие слева и справа от оборудования 19-дюймового формата устанавливают также вертикальные организаторы, которые предназначены для укладки в них вертикального участка кабеля коммутационных шнуров.
В независимости от конструктивной плотности коммутационных панелей и коммутаторов, например, 24 или 48 портов на 1U монтажной высоты и регулярного характера соединения портов коммутаторов и панелей, что характерно для систем IP-видеонаблюдения со статичной конфигурацией, для коммутации могут быть использованы удобные для текущего администрирования шнуры одинаковой длины.
При соединении двух портов оборудования различных функциональных секций в процессе формирования тракта передачи сигнала кабель шнура после подключения его вилки в розетку и ввода в ближайший к ней горизонтальный организатор поворачивают влево или вправо, доводят до монтажной направляющей, вводят в вертикальный организатор, поворачивают вверх или вниз, проводят через вертикальный организатор до соответствующей коммутационной панели или коммутатора ЛВС следующей функциональной секции, поворачивают в горизонтальный организатор, доводят до нужного порта и поворачивают вверх или вниз для подключения к розетке порта.
Недостатком известного технического решения является необходимость применения коммутационных шнуров большой длины.
Шнуры большой длины ухудшают качество передачи информации из-за увеличения затухания сигнала. Последнее вызвано опережающим ростом электрической длины тракта передачи, так как для изготовления витых пар кабелей шнуров используют гибкие многопроволочные проводники, коэффициент затухания которых минимум на 20% превышает аналогичный параметр у инсталляционного кабеля с жестким однопроволочным проводником. Кроме того, длина шнуров растет пропорционально количеству терминальных приборов (телекамер), которые входят в состав информационной системы, т.е. качество передачи сигнала падает по мере роста масштабов информационной системы.
Еще один недостаток шнуров большой длины - неудобство текущего администрирования физического уровня информационной системы.
В известном техническом решении кабели всех без исключения коммутационных шнуров проходят через вертикальный организатор. Большое количество кабелей коммутационных шнуров требует применения вертикальных организаторов с большим размером направляющих элементов, что вызывает рост габаритов монтажного конструктива.
Указанные недостатки могут быть устранены в случае построения коммутационного поля с использованием бесшнуровых панелей, описанных в монографии Семенов А.Б. Классические структурированные кабельные системы. // М.: Горячая линия - Телеком, 2016. 462 с., раздел 12.5.2. Применение таких панелей позволяет в ряде случаев по крайней мере частично оказаться от коммутационных шнуров. Это достигнуто за счет введения в конструкцию переключателя, который замыкает между собой одноименные контакты двух расположенных друг над другом розеточных гнезд одной панели. Переключатель может иметь ручное управление, для чего предназначен соответствующий движковый переключатель, или срабатывать автоматически в момент подключения вилки к розетке так, как описано в патенте США 8851902. Сокращение количества коммутационных шнуров уменьшает количество кабелей в вертикальных организаторах. Это уменьшает габариты направляющих элементов последних и делает процесс администрирования информационной системы более удобным.
Данный вариант построения коммутационного поля физического уровня информационных IP-систем с централизованной структурой используется в качестве прототипа.
Недостатком известного технического решения является неизбежное снижение качества передачи сигнала. Это происходит по двум причинам.
с
Во-первых, при использовании панелей с переключателями коммутационное поле де-факто построено по схеме кросс-коннекта: порт коммутатора не соединяют непосредственно с портом коммутационной панели, а предварительно отображают отдельным коммутационным или монтажным шнуром на дополнительный ряд розеток панели с переключателями (конкретный вид шнура определяется исполнением кабельной части соединителя дополнительного ряда розеток коммутационной панели). Наличие в тракте передачи сигнала дополнительного соединителя неизбежно ухудшает качество функционирования информационной системы как за счет дополнительного затухания, так и переходной помехи. Принято, что один соединитель в части дополнительной переходной помехи эквивалентен шнуровому кабелю длиной 3 м, а вносимое им затухание согласно стандарту ISO/IEC 11801:2019 является частотнозависимым и составляет  дБ, где α=0,02 или 0,04 дБ для разных категорий разъема, а ƒ задается в МГц.
Во-вторых, с учетом того, что коммутаторы ЛВС имеют порты, розетки которых выведены на лицевую пластину корпуса, шнур отображения переводят на кабельную сторону панели через специально предусмотренные для этого отверстия в монтажной пластине горизонтального организатора, который вводят в состав коммутационного поля как элемент разделения коммутационной панели и коммутатора ЛВС. В результате кабель шнура отображения имеет достаточно большую длину, сопоставимую с кабелем обычного коммутационного шнура, и вносит в тракт передачи дополнительное затухание, что ухудшает качество функционирования информационной системы.
Кроме того, известное техническое решение на основе бесшнуровой панели обладает низкой функциональной гибкостью из-за того, что каждый переключатель может соединять друг с другом только одну пару розеток. Для устранения этого недостатка в составе конструкции коммутационной панели сохраняют розеточные модули, которые удорожают панель и снижают ее надежность.
Технический результат, на достижение которого направлено предполагаемое изобретение, заключается в обеспечении повышения качества передачи сигнала за счет уменьшения общей длины шнуров коммутационного поля и улучшении условий администрирования информационной системы.
Для достижения технического результата коммутационное поле формируют с чередованием коммутационных панелей и коммутаторов ЛВС без формирования выделенных функциональных секций, дополнительно разделяя каждую их пару горизонтальным организатором, а для коммутации отдельных портов всех розеток, за исключением крайних рядов коммутационного поля используют шнуры-перемычки, кабели которых не выводят в вертикальные организаторы. Только крайние по вертикали ряды розеток коммутационного поля соединяют обычными коммутационными шнурами, вертикальный участок кабеля которых проходит через вертикальный организатор.
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг. 1 представлено вид спереди предлагаемого коммутационного поля.
На фиг. 2 представлено в виде сбоку сравнение законченного фрагмента коммутационного поля согласно предлагаемому техническому решению (фиг. 2а) и прототипа с реализацией на панелях с автоматическими выключателями (фиг. 2б) и на панелях с ручными переключателями (фиг. 2в).
Предлагаемое коммутационное поле содержит коммутационные панели 1 и коммутаторы 2 ЛВС. Каждая пара коммутационная панель 1 и коммутатор 2 ЛВС разделена горизонтальным организатором 3 и представляет собой самостоятельную функциональную единицу, совокупность которых образует коммутационное поле.
Основная масса соединяемых портов, за исключением тех из них, которые относятся к крайним по вертикали рядам коммутационной панели 1 и коммутатора 2 ЛВС, непосредственно граничат с одним и тем же горизонтальным организатором 3. Это позволяет при соединении портов коммутационных панелей и коммутаторов ЛВС применять короткие шнуры-перемычки 4, не выводить в вертикальный организатор 6 их кабель и уменьшить его длину. В результате этого уменьшается затухание сигнала и уровень вносимой им переходной помехи, что увеличивает. Обычные коммутационные шнуры применяют только для соединения розеток крайних по вертикали рядов коммутационного поля.
Сокращение длины кабелей коммутационных шнуров предлагаемого технического решения относительно прототипа демонстрирует фиг. 2.
Результирующий выигрыш по качеству функционирования информационной системы с централизованной структурой достигнут уменьшением затухания сигнала за счет меньшей длины кабеля шнура-перемычки 4 и исключения из цепей передачи одного разъемного соединителя. Исключение одного соединителя из тракта передачи сигнала обеспечивает также снижение уровня переходной помехи.
Для облегчения прокладки кабелей коммутационных шнуров 5, которые соединяют порты крайних по вертикали рядов, установлены вертикальные организаторы 6 коммутационных шнуров. Остальные порты коммутационных панелей 1 и down-link-порты коммутаторов 2 ЛВС соединены друг с другом шнурами-перемычками 4. Up-link-порты коммутаторов ЛВС соединены друг с другом и с видеорегистратором шнурами-перемычками.
Помимо достижения основного технического результата, уменьшение длины кабелей коммутационных шнуров делает более удобным текущее администрирование физического уровня информационной системы. Это происходит за счет того, что кабель шнура после его подключения к панели и коммутатору сразу же уходит в организатор, не пересекая соседний ряд розеток. В результате кабель не закрывает индивидуальную маркировку портов, что облегчает текущее администрирование информационной системы.
Исключение из состава оборудования коммутационной панели переключателя в любой форме его исполнения снижает стоимость панели и увеличивает ее эксплуатационную надежность.
Еще одно преимущество предлагаемого технического решения по сравнению с прототипом при реализации его на панелях с ручными переключателями, что в схематической форме показано на фиг. 2в, - увеличение эффективной плотности портов. Под последним понимают количество портов, которое приходится на 1U монтажной высоты сформированного коммутационного поля с учетом всех дополнительных элементов. В структуре фиг. 2а эффективная плотность портов составляет 48 портов /3U=16/1U, тогда как в структуре фиг. 2в этот параметр равен 48 портов /4U=12/1U, т.е. на треть меньше.