Волоконно-оптическая магистраль для многокорпусных сетей KNX

Когда требуется оптоволокно для зданий KNX

Многокорпусные кампусы — отели с отдельными гостевыми крыльями и хозяйственными корпусами, университетские комплексы с учебными зданиями на расстоянии 150–400 метров друг от друга, промышленные зоны с производственными и административными зданиями — в каждом практическом сценарии превышают ограничение длины канала Cat6A в 100 метров. Волоконно-оптический кабель не имеет ограничений по расстоянию в пределах кампуса и является правильным решением с самого начала.

Помимо расстояния, электрическая изоляция является критически важной причиной для выбора оптоволокна между зданиями. Разные здания в кампусе имеют отдельные источники электропитания и заземлители. Разность потенциалов земли между зданиями — которая может составлять несколько вольт в нормальных условиях и десятки вольт при неисправности — появляется на любом медном проводнике, соединяющем их. Медный Ethernet-кабель между зданиями без специального выравнивания потенциалов между системами заземления подвергает сетевое оборудование на обоих концах этой разности потенциалов, вызывая повреждение данных, выход оборудования из строя и, в крайних случаях, риск поражения электрическим током для людей, касающихся сетевого оборудования при неисправности.

Волоконно-оптический кабель является диэлектриком — он не проводит электрический ток. Он полностью невосприимчив к разности потенциалов земли и обеспечивает встроенную гальваническую развязку между зданиями. Это делает оптоволокно стандартным выбором для всех межкорпусных сетевых соединений, независимо от расстояния.

Типы оптоволокна для кампусных сетей KNX

Для установок KNX на территории кампуса актуальны три типа волокна, различающихся диаметром сердцевины, пропускной способностью и достижимым расстоянием при 10 Гбит/с.

Для большинства сетей KNX в отелях и университетских кампусах, где здания обычно находятся на расстоянии от 50 до 200 метров, многомодовое волокно OM4 является экономически эффективным выбором. Трансиверы OM4 SFP+ (10GBase-SR) значительно дешевле одномодовых трансиверов OS2 (10GBase-LR), а стоимость кабеля OM4 и оконечного оборудования ниже. Если любое межзданийное соединение превышает 400 метров, или кампус пересекает дорогу или находится на отдельной площадке, обязательным является одномодовое волокно OS2.

Размещение KNX IP-маршрутизатора в каждом здании

Правильная архитектура для многозданийного кампуса KNX предусматривает установку одного KNX IP-маршрутизатора (или KNX IP-интерфейса, в зависимости от объема телеграмм) в каждом здании. Каждое здание имеет собственную шину KNX TP (витая пара), обслуживающую все устройства внутри этого здания. KNX IP-маршрутизатор в каждом здании подключается к локальному коммутатору здания через стандартный патч-корд Cat6A, а коммутаторы зданий подключаются к магистральному коммутатору кампуса через волоконные линии OM4.

Модули SFP+, используемые в коммутаторах зданий и центральном коммутаторе, должны соответствовать типу волокна. Для OM4: используйте модули 10GBase-SR SFP+ (например, Cisco SFP-10G-SR, Ubiquiti UF-MM-10G). Для OS2: используйте модули 10GBase-LR SFP+ (Cisco SFP-10G-LR). Никогда не смешивайте трансиверы OM3 на волокне OM4 — параметры производительности различаются, и тесты канала могут не пройти, даже если канал кажется активным.

Типы наружных оптоволоконных кабелей и монтаж

Межздачные наружные оптоволоконные кабели должны быть рассчитаны на наружную эксплуатацию: устойчивость к УФ-излучению, защита от влаги, механическая защита от грызунов и физических повреждений при земляных работах. Две категории покрывают большинство кампусных KNX-установок.

Наружная канализация или труба обязательна для всех межздачных трасс. Прямая прокладка в грунт без канализации допустима только для кабелей с броней, рассчитанных на прямую прокладку, и даже в этом случае не рекомендуется — будущие земляные работы повредят незащищенные кабели. Используйте пучки микроканалов HDPE для многотрассовой кампусной инфраструктуры, где в будущем могут потребоваться дополнительные волоконные пути. Протягивайте волокно за кевларовые силовые элементы — никогда за внешнюю оболочку или отдельные волоконные трубки — и никогда не превышайте номинальное усилие натяжения.

Оконцовка — сварка и предварительно оконцованные кассеты

Оптоволоконные кабельные трассы оконцовываются на каждом конце одним из двух методов: полевая оконцовка сваркой с предварительно изготовленными пигтейлами или предварительно оконцованные MPO-кассеты, установленные в волоконном корпусе. Каждый метод имеет свои области применения.

Полевая сварка волокна включает скалывание торца волокна до плоской перпендикулярной поверхности, выравнивание его с предварительно оконцованным концом пигтейла в сварочном аппарате и сплавление двух концов электрической дугой. При правильном выполнении затухание сварного соединения составляет менее 0,1 дБ на соединение — ниже, чем у любого разъемного интерфейса. Сварка подходит для длинных кабельных трасс, где точка сварки находится в фиксированном месте ввода в здание (телекоммуникационное помещение, оптический распределительный шкаф). Соединение защищается термоусадочной гильзой и размещается в сплайс-кассете внутри оптического бокса.

Предварительно оконцованные MPO-кассеты (Panduit FiberRunner, CommScope SYSTIMAX) монтируются быстрее и обеспечивают более стабильное качество — не требуется сварочный аппарат, и каждый разъем проверен на заводе. Для KNX-телекоммуникационных помещений, где время критично и длина трассы известна на этапе проектирования, предварительно оконцованные кассеты являются предпочтительным подходом. Каждый MPO-ствол несет 12 или 24 волокна в одной протяжке, а кассета преобразует их в LC-дуплексные порты для подключения к SFP+ трансиверам.

Оптическая патч-панель в корпусах KNX-щитов

Where the KNX building switch and IP router are housed in a standard electrical panel enclosure (common in residential and light commercial buildings), a DIN-rail fibre enclosure provides termination for the building's incoming fibre link. Manufacturers including Metz Connect, Telegärtner, and R&M produce DIN-rail fibre enclosures mounting on 35 mm DIN rail, housing 6 or 12 LC duplex adapters with integral splice tray or cassette bay.

The incoming outdoor fibre enters the panel through a conduit connector with IP protection — the transition from outdoor to indoor environment must be weather-sealed at the panel entry. The fibre cable's strength members are clamped at the cable entry point so that tension on the outdoor cable is not transmitted to the fibre terminations inside the enclosure.

Минимальный радиус изгиба для OM4 составляет 40 мм при нагрузке (во время монтажа с натяжением) и 30 мм для длительного хранения. Избыток волокна внутри бокса должен храниться петлями радиусом не менее 60 мм в отсеке для хранения волокна. Не допускайте перегибов волокна ниже минимального радиуса — в отличие от Cat6A, повреждение волокна от перегиба необратимо, и ухудшенное затухание может не вызвать немедленного отказа линии, но снизит запас мощности до нуля, делая линию ненадежной при экстремальных температурах.

Тестирование — OLTS и OTDR по IEC 14763-3

Тестирование волокна для установленных кабельных систем проводится по IEC 14763-3 (тестирование оптических кабельных систем). Требуются два типа тестов: измерение общих вносимых потерь с помощью оптического тестера потерь (OLTS) и рефлектограмма OTDR для определения местоположения событий.

Тестируйте оба направления для каждой линии (от конца A до конца B и от конца B до конца A) — разъемы и сварки имеют немного разные потери в каждом направлении из-за геометрии волокна в месте соединения. Записывайте худший результат для каждой линии как приёмочное значение. Должны соблюдаться пределы постоянной линии класса B1 по IEC 14763-3. Сохраняйте все протоколы испытаний в папке документации здания вместе с протоколами испытаний канала Cat6A.

Маршрутизация многоадресной рассылки KNXnet/IP между зданиями

IP-маршрутизаторы KNX в каждом здании обмениваются данными, отправляя телеграммы маршрутизации KNXnet/IP в виде IP-многоадресной рассылки на групповой адрес 224.0.23.12 через порт UDP 3671. Для работы через магистральную оптоволоконную сеть кампуса основной коммутатор должен правильно обрабатывать пересылку многоадресных пакетов между зданиями.

Самый простой подход для большинства установок KNX в кампусе — разместить все здания в одной VLAN KNX (VLAN 10) как единый домен уровня 2. В этой конфигурации IGMP snooping на основном коммутаторе определяет, какие порты коммутаторов зданий имеют IP-маршрутизаторы KNX (члены многоадресной группы), и пересылает многоадресный трафик KNXnet/IP только на эти порты. Запросчик IGMP на основном коммутаторе периодически отправляет запросы членства; IP-маршрутизаторы KNX отвечают отчетами о присоединении IGMP для поддержания членства в группе. Протокол маршрутизации не требуется — все здания находятся в одном широковещательном домене.

Для более крупных кампусов, где каждое здание имеет свою собственную IP-подсеть (разные VLAN для каждого здания), многоадресная рассылка KNXnet/IP должна маршрутизироваться между VLAN на уровне 3. Протокол независимой многоадресной рассылки — разреженный режим (PIM-SM), настроенный на основном коммутаторе (который должен быть коммутатором уровня 3 с возможностью многоадресной маршрутизации), пересылает группу KNXnet/IP 224.0.23.12 между VLAN. Для этой многоадресной группы должна быть назначена точка рандеву (RP). В большинстве сценариев кампуса KNX эта сложность не нужна — одна VLAN KNX, охватывающая все здания через оптоволоконную магистраль, значительно упрощает ввод в эксплуатацию.