Единна мрежова инфраструктура за свързана сграда

В продължение на много години различни организации, компании производители и отделни експерти са правили опити да формулират универсално определение за „интелигентна“ сграда. В резултат са се появили множество дефиниции, в които „интелектът“ на сградата се разглежда от кардинално различни гледни точки. Но във всяко от тези определения се посочва, че ключов елемент от такава сграда е съвременната мрежова инфраструктура, осигуряваща свързаност и взаимодействие на различните системи.

Важна тенденция при изграждането на „интелигентна“ сграда е създаването на единна комуникационна инфраструктурa, способна да поддържа функциониране на кабелни и безжични мрежи, както и на различни инженерни системи и приложения. Наличието на такава инфраструктура опростява обмена на информация в системите „човек - човек“, „човек - устройство“ и „устройство - устройство“ както в самата сграда, така и при взаимодействие с външния свят. Тя осигурява функциониране на кабелната локална мрежа, Wi-Fi, мобилната клетъчна връзка вътре в сградата, както и преноса на аудио- и видеоданни, свързване на датчици, работа на системата за управление на самата сграда.

         Фиг. 1 Архитектура на зонова кабелна система

От BAS към BIOT

Обединяването и свързването на датчици и други устройства в рамките на единна инфраструктура, както и организацията на междумашинните комуникации са фундаментални предпоставки за набиращата популярност концепция за Интернет на нещата (IoT). Специално при системите за интелигентни сгради в последно време се говори за Интернет на нещата в сградите - Building Internet of Things (BIoT). Експерти от Memoori определят BIoT като „насложена IP мрежа, осигуряваща свързването на всички системи в сградата, както и мониторинг, анализ и контрол на тези системи без човешка намеса“. Те прогнозират, че в следващите 5 г. традиционните системи за автоматизация на сгради (BAS) ще еволюират в направление BIoT, което ще повиши нивото на „интелект“ на сградите и вследствие – ефективността на нейното използване.

Очевидно е, че когато датчици, електронни компоненти и средства за свързване към мрежата се добавят в различни устройства за отдалечено получаване на данни и управление, общата ефективност на функциониране на сградата се увеличава. Много промишлени и търговски обекти вече използват BIoT в ограничени мащаби, свързвайки към единната мрежа уреди за отопление, вентилация и климатизация (HVAC), осветление и други сградни системи. Но засега в мрежа са обединени едва около 1% от устройствата, монтирани в сградите. За по-пълна реализация на потенциала на BIoT е нужно да се свържат останалите устройства посредством Ethernet, мобилна мрежа, Bluetooth с ниско енергопотребление (Bluetooth LE), ZigBee, Wi-Fi или други протоколи, чийто избор зависи от конкретната задача.

Предимство на единната инфраструктура

С развитието на мрежовите технологии се появяват нови възможности за интеграция на системите за управление на недвижимости, ИТ и инженерно оборудване в единна мрежова инфраструктура, изградена на базата на кабелна система от медни усукани чифтове. Развитието на технологията за пренос на захранване през Ethernet (PoE) например позволява днес да се ползва слаботоковата инсталация за свързване на светодиодни лампи, а технологията HDBase-T открива пътя към преноса през същата мрежа на висококачествено аудио- и видеосъдържание.

Общата инфраструктура е икономически изгодно средство за поддръжка на множество разнообразни приложения. Експлоатацията за такава инфраструктура, в която има различни кабелни и безжични мрежи, всяка от които със самостоятелно управление, е доста неудобна задача. Решавайки всички тези проблеми при преноса на данни и цялостното управление, единната интелигентна магистрала позволява двукратно намаляване на капиталовите разходи, както и многократно намаляване на оперативните.

Съкращаването на броя отделни мрежи повишава и надеждността и времето за безпроблемна работа. Освен това общата инфраструктура е по-гъвкава и адаптируема, затова тя позволява лесна замяна или разширение на свързаните системи в съответствие с потребностите на бизнеса.

Универсална зонова структура

Един от най-перспективните методи за изграждане на единна мрежа предполага организация на универсална зонова структура - Universal Connectivity Grid (UCG). Този подход е базиран на традиционния зонов принцип за формиране на кабелна система и всъщност представлява неговото развитие в други области.

При този подход хоризонталната кабелна система се формира от зони на покритие, а не от крайни точки или конкретни устройства (Фиг.1). Зоновата организация повишава гъвкавостта на инфраструктурата и намалява общата цена на притежание (TCO) по време на жизнения цикъл. Тя позволява на собственика на сградата или на наемателя да използва максимално ефективно помещенията и различните системи, свързвайки лесно нови работни станции и други устройства. Такава архитектура осигурява изграждането на гъвкава и мащабируема инфраструктура, способна да удовлетвори бъдещи нужди.

Универсалната структура UCG развива идеята за зонова архитектура: обектът се разбива по мрежата на обслужвани области за еднакъв размер (клетки). Всяка от тях има точка за консолидация (ТО), която осигурява свързването на обектите към магистралната мрежа в своята област. Независимо от това дали мрежата UCG е положена при строителството на новата сграда или се реализира във вече съществуваща, преместването, добавянето или изменението на свързванията се осъществява просто и разбираемо. Промяна може да се направи без допълнителни материали и разход на средства, а престоят, намаляващ производителността, е минимален.

Точният избор на размера на клетките от мрежата UCG зависи от спецификите на конкретния проект, но в общия случай експерти на CommScope съветват да се следват препоръките на стандартите TR-24704 и TSB-162 при проектиране на кабелна система за свързване на Wi-Fi точки за достъп.

През 2004 г. международните организации ISO и IEC представиха техническия доклад TR-24704, в който подробно се разглеждат въпросите за „универсална кабелна инфраструктура за свързване на безжични точки за достъп“. В този доклад е предложена оптимална схема за разполагане на такива точки. Като модел на мрежата се прилага масив от прилепващи една до друга шестоъгълни клетки. За да се осигури по-голям капацитет, зоната на покритие на всяка клетка е ограничена в радиус от 12 метра (Фиг. 2). TR-24704 препоръчва телекомуникационните розетки да са поставени най-близо до центъра на клетката. Така се постига максимална гъвкавост при монтажа на отделните точки за достъп и се осигурява оптимално покритие.

Фиг. 2. Структура на клетките според препоръките ISO/IEC TR-24704

След появата на документа TR-24704 американската асоциация TIA представи свои препоръки за реализация на кабелна инфраструктура за свързване на безжични точки за достъп. Документът TIA TSB-162 предполага организиране на мрежа от квадратни клетки със страна 18 метра. Този подход съответства на типичното застрояване, той опростява проектиране и инсталацията. Точките за достъп се поставят в съответствие със схемата, показана на фиг. 3; като дължината на пач кабела не трябва да е над 13 м.

Фиг. 3. Структура във вид на мрежа от квадратни клетки, предложена в TIA TSB-162-A

Броят на точките за връзка във всяка клетка ще зависи от поддържаните системи, типове и брой свързвани устройства, особеностите на поставените в помещението мебели, разположението на стени, врати и други фактори. В таблицата са дадени общите препоръки за клетка с размер 18 x 18 м, като планирането на обекта съответства на принципа на отвореното офисно пространство. При клетка с по-малък размер броят на портовете се променя.

Таблица:

Област на приложение	Брой точки за връзка (портове)	Забележка	Брой портове в клетката
Работна станция	По 2 порта за всяко работно място	Предполага се, че в клетка 18,3 на 18,3 метра се разполагат 36 работни станции	72
WiFi	По 2 порта за всяка AP	За всяка клетка да се планират по две AP, за да има резерв при последващо увеличаване на пропусквателната способност	4
Мобилна клетъчна връзка в сградата	По 2 порта за всяка точка за достъп	Един резервен порт е планиран за бъдещи потребности	2
Система за оповестяване	1 до 4 порта за всяка система	Архитектурите на системите са различни. Затова се съгласуват с доставчика.	1 до 4
Нисковолтово осветление с интегриран датчик за присъствие	По 1 порт за всяка лампа и за ключа на стената	Подразбираща се височина на тавана - 2,8 м	40 до 48
Датчици за присъствие	По 1 порт за всеки датчик	За всяко работно място се планира по 1 датчик плюс допълнителни датчици в коридорите и другите общи помещения на разстояния 3 до 4,6 метра един от друг	36 до 48

Препоръчителен брой точки за свързване (портове) за клетки с размери 18 x 18 м на обект, планиран като отворено офисно пространство.

Възможен е вариант, при който универсалната зонова структура UCG ще се използва само за свързване на точки за достъп до безжичната мрежа, а за устройствата от други системи както и преди ще се ползват отделни кабелни връзки „точка до точка“ (Фиг. 4). Този подход обаче не дава пълните предимства на общата мрежова инфраструктура, описани досега.

Фиг. 4. Пример за организация на универсална зонова структура UCG само за точки за достъп до безжичната мрежа, когато за свързване на устройства от други системи, включително работни станции, се ползват отделни кабелни връзки „точка до точка“

Целесъобразно е да се създадат консолидационни точки за свързване на устройства на онези системи, които са поставени над окачения таван. Това могат да са блокове за управление на системите за охлаждане, вентилация и климатизация, средства за контрол на достъпа в помещението, камери за видеонаблюдение, както и нисковолтови светодиодни лампи. При това свързването на PC-ата може да е през традиционното окабеляване за локална мрежа, положение например под повдигнатия под (вж. Фиг. 5).

Фиг. 5. Универсална зонова структура UCG се създава за свързване на устройства от всички системи, прокарани над окачения таван. PC потребителите се свързват към отделна кабелна среда, положена например под повдигнатия под

И накрая кабелна инфраструктура на базата на UCG ще е действително единна, когато през консолидационната точка ще се свързват и устройства, разположени на работните места на потребителите, както е показано на фиг. 6.

Фиг. 6. Единна кабелна инфраструктура на базата на UCG: чрез консолидационни точки се свързват всички устройства (освен противопожарната сигнализация)

За преноса на данни от разнообразни системи и поддръжка на растящите потребности от пропусквателна способност общата инфраструктура трябва да има високопроизводителни канали за връзка. За да бъдат удовлетворени тези заявки и да се осигури възможност за последващо разширение, за свързване на крайните устройства трябва да се ползват хоризонтални кабели Категория 6A. Като магистрален кабел(за свързване на етажните крос конектори към основния) е желателно прилагането на влакнесто-оптични кабели OM4.

Като цяло описаното решение осигурява универсална, добре мащабируема мрежова инфраструктура, опростяваща свързването на нови устройства и повишаване „интелекта“ и ефективността на съвременните сгради. Предложеният подход позволява намаляване на капиталовите разходи, както и на оперативните разходи за обслужване и по-нататъшно развитие.