Inteligentní dům 04: Chytrý dům s drátovou sítí

12.10.3

Inteligentní dům 04: Chytrý dům s drátovou sítí

Ing. Bohumír Číhal

Klíčem tohoto řešení je strukturovaná kabeláž – rozvody videosignálu, audio signálu, telefonů, počítačová síť, WiFi, stínění, přepěťová ochrana, napojení na satelit a internet, zálohování. Inteligentní bydlení lze při tomto řešení realizovat v několika etapách. V prvním kroku je nejdůležitější realizace vhodné infrastruktury – kabeláže. Vše ostatní (centrální systém, ovládací a regulační prvky, kamery, multimédia...) se dá realizovat později v průběhu užívání domu nebo bytu podle potřeb a možností (též finančních).

 NahoruInfrastruktura

Strukturovaná kabeláž představuje univerzální kabelážní rozvod v rámci budovy, který umožňuje přenos digitálních a analogových signálů bez nutnosti další instalace speciálních kabelových rozvodů. Umožňuje uživateli kdykoliv se rozhodnout, jaká technologie bude použita v konkrétní datové zásuvce (počítač, telefon, IP kamera) a jednoduchým přepojením v datovém rozvaděči změnit směřování konkrétní technologie do daného místa.

Historie strukturované kabeláže

Do 80. let 20. století byly data a aplikace uloženy centrálně na hostitelském počítači a jednotlivé terminály s nimi i tímto způsobem pracovaly. V roce 1981, kdy společnost IBM uvedla na trh své první PC, nastartoval opačný trend v terminálových sítích, jehož důsledkem byla decentralizace a došlo k masivnímu rozvoji této technologie. Pracovní stanice obsahovala lokální paměť s vlastními výstupy pro připojení na periférie a byla schopna fungovat autonomně.

Byla třeba vyřešit komplikovanou správa jednotlivých stanic, instalaci aplikací na jednotlivé stanice a vzájemnou komunikaci jednotlivých uživatelů. Postupně vznikala řada různých řešení pro sdílení souborů, software, databází a nákladných periferií. Řešení od různých výrobců mělo za následek nekompatibilitu síťového hardware.

Na začátku 90. let vyzvala americká státní instituce ANSI (American National Standards Institute) k podání návrhu jednotného standardu pro kabelážní systémy. Vítězné řešení vzešlo od americké společnosti AT&T (American Telephone and Telegraph). Strukturovaná kabeláž, jak byl tento systém nazván, vznikla na základě telefonních rozvodů v administrativních budovách. Došlo k vytvoření první normy pro strukturovanou kabeláž ANSI/TIA/EIA 568 (1991) a byly definovány základní přenosové požadavky.

V roce 1995 byla vydána první evropská norma pro strukturovanou kabeláž s označením EN 50173, od které je odvozená norma ČSN EN 50173 pro Českou republiku.

 NahoruPravidla pro strukturovanou kabeláž

Pravidla pro návrh a instalaci strukturované kabeláže jsou od počátku normalizovány různými standardizačními organizacemi. Tyto normy stanovují postup správné instalace, její rozšiřování a případné změny. Samotné normy vytvářejí a schvalují komise pro dané oblasti složené z výrobců, univerzit, konzultantů a států.

V Evropské unii jsou normy ISO (The International Organization of Standardization) přebírány organizací Cenelec a jako ČSN EN normy platí v České republice (viz dále).

Mezi celosvětovými a americkými standardy jsou některé méně či více závažné rozdíly. Jeden z nejdůležitějších je, že dokumenty ISO/IEC definují tzv. třídy vedení (např. Class D nebo Class E) a jejich vlastnosti, které má strukturovaná kabeláž splňovat jako celek. Oproti tomu normy USA (ANSI / EIA / TIA) deklarují požadované vlastnosti pro jednotlivé komponenty v rámci tzv. kategorií (např. kategorie 5e nebo kategorie 6).

Nejdůležitější mezinárodní normou, která stanovuje základní požadavky na přenosové parametry strukturovaných kabeláží, jejich komponenty a na topologii fyzické vrstvy sítí je ISO/IEC 11801. Dodržení této normy je podmínkou a zároveň garancí funkčnosti všech přenosových protokolů určených pro informační technologie. ISO/IEC 11801 představuje 394 stran textu, tabulek a obrázků.

ISO/IEC 11801: 2017 – Informační technologie - Strukturovaná kabeláž

obsahuje

Část 1: Všeobecné požadavky

Část 2: Kancelářské prostory

Část 3: Průmysl

Část 4: Rezidenční budovy

Část 5: Datová centra

Část 6: Distribuované služby

V Části 6 určuje norma požadavky na strukturované kabeláže využívané v perspektivní oblasti distribuovaných služeb. Zahrnuje

• telekomunikace – např. bezdrátové přístupové body,

• management energie – např. osvětlení, rozvody elektrické energie,

• management prostředí – např. teplota, vlhkost,

• personální management – např. přístupové a kamerové systémy, infračervené detektory, monitorování času a docházky, audiovizuální projektory,

• inteligentní systémy budov,

• komunikace mezi zařízeními ("loT").

Z dalších pravidel uvádíme české normy z oblasti informačních technologií, vztahující se k aktuálnímu tématu strukturované kabeláže.

ČSN EN 50173-1 (367253)
Informační technologie - Univerzální kabelážní systémy Část 1: Obecné požadavky: leden 2019

Norma definuje strukturu a konfiguraci páteřních kabelážních subsystémů univerzálních kabelážních systémů v typech prostorů definovaných dalšími normami souboru EN 50173 (část 2 až 20), požadavky na vlastnosti kabeláže a realizační možnosti.

Předpokládá se, že univerzální kabelážní systém, který splňuje minimální požadavky této normy, bude mít životnost delší než 10 let. Tato norma se hodí pro areály s maximální vzdáleností 2 000 metrů, na kterou mají být přenášeny telekomunikační služby. Kabeláž, definovaná v této normě, podporuje široký rozsah služeb včetně přenosu dat, hlasu, textu, obrazu a videa.

ČSN EN 50174-1 ed. 3 (369071)
Informační technologie - Instalace kabelových rozvodů-Část 1: Specifikace a zabezpečení kvality: duben 2019

Norma stanoví požadavky na specifikaci instalace, zajištění kvality dokumentace a postupů, dokumentaci a správu, provoz a údržbu kabeláže informačních technologií:

Norma je použitelná na všechny typy kabeláže informačních technologií včetně univerzálních kabelážních systémů navržených podle EN 50173.

ČSN EN 50174-2 ed. 3 (369071)
Informační technologie - Instalace kabelových rozvodů - Část 2: Projektová příprava a výstavba v budovách: duben 2019

Norma stanoví požadavky na návrh a instalační postupy kabeláže informačních technologií. Je použitelná na všechny typy kabeláže informačních technologií uvnitř budov (resp. části budovy) včetně univerzálních kabelážních systémů navržených podle EN 50173. Správné postupy instalace slouží k zajištění funkčnosti strukturované kabeláže po dobu její životnosti.

Instalace kabelů se musí provádět v souladu se specifikací instalace v příslušné třídě/kategorii (viz. dále v textu klasifikace dle ČSN EN 50173, EIA/TIA 568 B).

ČSN EN 50174-3 ed. 2 (369071)-Informační technologie - Instalace kabelových rozvodů - Část 3: Projektová příprava a výstavba vně budov: červenec 2014

Norma stanoví pravidla pro projektovou přípravu a instalaci kabelových rozvodů vně budov při použití metalické a optické vláknové kabeláže. Zabývá se vnějšími vlivy kabeláže elektrických rozvodů, elektromagnetickou kompatibilitou a popisuje vhodná opatření. Obsahuje požadavky a doporučení pro použití jednotlivých součásti kabeláže i pro jednotlivé účastníky výstavby. Volně navazuje na normy pro návrh univerzální kabeláže (soubor ČSN EN 50173) a další normy pro kabeláž informačních technologií.

 NahoruTopologie sítě

Topologie sítě představuje způsob propojení koncových zařízení mezi sebou, aby výsledným efektem byla fungující síť. Do tohoto procesu se zapojují mechanické části a elektronické činnosti, navržené podle požadavků hostitele a předmětu činnosti zařízení. V rámci uspořádání sítě je označujeme jako vrstvy. Každá z vrstev vykonává skupinu jasně definovaných funkcí potřebných pro komunikaci.

Doporučení řešení uvedla mezinárodní norma ISO 7498 jako Referenční model ISO/OSI (ČSN ISO/IEC 7498-3: červen 1998), obsahující sedm vrstev. V rámci zásad uvedených v normě si provozovatele systémů podle konkrétních potřeb upravují činnosti v jednotlivých vrstvách a v závislosti s tím i potřebný počet vrstev (obvykle 3 až 4). Více uvádíme v části Internet věcí.

S ohledem téma této kapitoly se (zjednodušeně) zaměříme pouze na dvě základní vrstvy topologií, které se vyznačuje specificky odlišnými vlastnostmi. Fyzická topologie je dána způsobem fyzického propojení všech komponentů sítě (pracovní stanice, servery, síťové periférii) a definuje kabelové rozložení sítě. Logická definuje logické rozložení sítě, specifikuje způsob jakým mezi sebou komunikují prvky v síti a jak se přenášejí informace. Nemusí být shodná s fyzickou topologií.

 NahoruFyzická vrstva

Fyzická vrstva může obsahovat skupiny signálových vodičů (sběrnice) ve třech základních uspořádáních: BUS, RING, STAR.

Lineární sběrnice – BUS

Ovládací a spínané prvky jsou mezi sebou propojeny společnou datovou sběrnicí (BUS). Síť je tvořena jedním hlavním vedením, které začíná v hostitelském zařízení (master) a končí až v posledním ovládaném zařízení (slave). Na vedení jsou umístěna jednotlivá koncová zařízení. Maximální vzdálenost slave zařízení od hlavní větve jsou 3 m. Jedná se o doporučovanou topologii, při které dochází k nejmenšímu rušení.

Sběrnice BUS může být řešena s odbočkami – síť je tvořena jednou linkou od master zařízení a končí až v posledním slave zařízení. Další slave zařízení jsou připojena na sběrnici odbočkami, které jsou delší než 3m (viz společný obrázek dále).

Nevýhodou tohoto typu sítě je obtížné lokalizování poruchy, omezená vzdálenost, omezený počet uzlů a nízká rychlost.

Sběrnice kruh – RING

Jednotlivá zařízení sítě jsou spojena přenosovým médiem fyzicky do kruhu a signál přechází postupně přes všechna zařízení. Nevýhodou je podstatně horší instalace sítě a skutečnost, že porucha libovolného zařízení, ale i porucha některé části větve sítě, může způsobit její neprůchodnost.

Sběrnice hvězda – STAR

Síť je rozdělena hned u master zařízení nebo v jeho blízkosti na mnoho odboček s proměnnou délkou. Tento typ sítě se používá pro budování strukturovaných kabelážních systémů, kdy vychází ze samostatného budování vedení do každého bodu, kde je připojeno koncové zařízení. Tato topologie je náchylná na přeslechy v kabeláži.

Uvedené topologie lze samozřejmě mezi sebou různě kombinovat.

Obr. č. 1: Varianty fyzického uspořádání sběrnice

Univerzální kabelážní systém

Norma ČSN EN 50173-1, která definuje univerzální kabeláž jako strukturovaný telekomunikační kabelážní systém schopný podporovat široký rozsah aplikací, stanoví všeobecnou strukturu a hierarchie strukturovaného kabelážního systému. Obsahuje tři kabelážní podsystémy: Páteřní kabeláž areálu, Páteřní kabeláž budovy, Horizontální kabeláž a Kabeláž pracoviště. Kabelážní podsystémy jsou spolu spojeny v univerzální kabelážní systém se strukturou znázorněnou na obrázku. Všeobecnou strukturu a hierarchii strukturovaného kabelážního systému přibližuje následující obrázek.

Obr. č. 2: Univerzální kabelážní systém

Legenda k obrázku

CP – konsolidační bod slouží v místech horizontální kabeláže mezi patch panelem a datovou zásuvkou, kde je vyžadováno pružné přemísťování datových zásuvek na pracovišti (viz. dále)

TO – telekomunikační vývod, sestava pro více uživatelů, datová zásuvka

Kanál přenosové cesty obsahuje pouze pasivní úsek kabelu, propojovací kabely a samotné propojení těchto vedení. Délka datového kabelu je maximálně 90 metrů a dalších 10 metrů je vyčleněno na propojovací kabely.

Specifické požadavky na minimální vlastnosti kanálu strukturované kabeláže lze rozdělit na dva typy médií: metalický kabel a optické vlákno. Dále uvedené technické předpisy definují použití metalických kabelů pro horizontální a páteřní rozvody.

ČSN EN 50173 klasifikuje třídy A až F metalických kabelážních systémů a stanoví jejich základní parametry. Horizontální kabeláž musí být instalována tak, aby poskytovala minimálně vlastnosti třídy D.

Tab. č. 1: Klasifikace metalických kabelážních systémů dle ČSN EN 50173

EIA/TIA 568 B klasifikuje Kategorie 1 až 7 metalických kabelážních systémů a stanoví jejich základní parametry.

Tab. č. 2: Klasifikace metalických kabelážních systémů dle EIA/TIA 568B

Pro splnění požadavků normy pro kabeláže instalované v kancelářských prostorech je nutné použít minimálně kategorii 6 a při přenosových rychlostech nad 1Gbit/s komponenty s kategorií minimálně 6a. V případě využití strukturované kabeláže v distribuovaných službách budov musejí být instalované komponenty i kabely minimálně kategorie 6a. 

Konsolidační bod

Konsolidační bod (CP) slouží v místech horizontální kabeláže mezi patch panelem a datovou zásuvkou, kde je vyžadováno pružné přemísťování datových zásuvek na pracovišti. Využívají se zejména v komerčních nebo průmyslových odvětvích v budovách a kancelářích s otevřeným plánem jako připojovací a distribuční místo pro pracovní prostory.

Konsolidační bod musí obsahovat pouze pasivní spojení a maximální délka celkové kabeláže je 90 metrů, s propojovacími kabely 100 metrů. Je povolen pouze jeden konsolidační bod mezi patch panelem a datovou zásuvkou.

Datový kabel, který přichází od datového rozvaděče je standardně ukončen v datové zásuvce nebo v Jacku RJ45.

Obr. č. 3: Zapojení konsolidačního bodu

Přenosové médium

Výběr datových kabelů souvisí vždy s použitým protokolem přenosu informací, konkrétní aplikací a požadovanou vzdáleností přenosu. Rozhodují také požadavky na požární odolnost kabelů (EU CPR direktiva) a prostředí instalace (průmyslové aplikace apod.). Pro vnitřní sítě se používají nejčastěji kabely s kroucenou dvojlinkou. Optické kabely se používají především pro propojení mezi budovami, vytváření metropolitních sítí a v prostředích s velkou úrovní elektromagnetického rušení.

Pro budování metalické strukturované kabeláže kategorie 6, resp. třída E, se používá druh kabelu…