CC BY
42
УДК 621.39
АНТИКРИЗИСНЫЙ СЕРВИС ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ В ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСАХ
к.т.н., доцент Аббасова Т.С.,
ФГОУВПО «Российский государственный университет туризма и сервиса»
В статье рассмотрены проблемы повышения надежности и обеспечения электромагнитной совместимости горизонтальных кабельных подсистем с неэкранированными линейными кабелями, на основе которых строятся информационные системы с пропускной способностью 10 Гбит/с. Проанализированы различные подходы к выбору альтернативных площадок при строительстве резервного офиса для информационных систем при организации антикризисного сервисного обслуживания кабельных сетей.
Ключевые слова: резервный офис, электромагнитная совместимость, нештатная ситуация.
Постановка задачи: разработка мероприятий сервисного обслуживания для оптимизации электротехнических параметров информационных систем, построенных на основе
структурированных кабельных систем, для повышения надежности функционирования и обеспечения катастрофоустойчивости при передаче 10-гигабитных приложений.
При внедрении информационных систем в электротехнических комплексах необходимо учитывать в первую очередь следующие факторы.
1. Особенности построения электросетей и электроподстанций в России.
2. Электромагнитная совместимость разъемов, информационных и питающих кабелей на частотах свыше 250 МГц.
3. Предотвращение нештатных ситуаций.
К особенностям России относится массовое включение электрических обогревателей в холодное время года, приводящее к аварийному срабатыванию защиты на электроподстанциях, в т.ч. районных трансформаторных подстанциях. Поскольку энергию от них получают и жилые дома, и офисы компаний, которые часто размещаются на нижних этажах таких зданий, обесточенными оказываются находящиеся в них вычислительные машины (вычислительные центры).
При нештатных ситуациях, которые вызывают самые тяжелые последствия (террористический акт или стихийное бедствие (пожар, наводнение, цунами), информационный терроризм (имитация террористического акта)), необходима эвакуация сотрудников и оборудования во временный офис; включение удаленного резервного офиса; замена оборудования на новое оборудование после удаления последствий аварии. [1]
Рассмотрим особенности построения резервного (и при необходимости временного) офиса с учетом особенностей построения электросетей и электроподстанций в России. Существуют
различные подходы к выбору альтернативных площадок при строительстве резервного офиса для информационных систем. Время восстановления работы системы ТВ на такой площадке зависит от объема потраченных на ее создание средств. При выборе альтернативной площадки необходимо учитывать особенности городской инфраструктуры. Разумное во многих отношениях решение, состоящее в размещении альтернативных площадок вычислительного центра в пределах предприятия, с учетом российских особенностей выглядит сомнительным. Требуется размещать площадки так, чтобы они оказывались в ведении электроподстанций разных районов города.
Обеспечению электромагнитной совместимости при совместной прокладке кабелей и достижению требуемых качественных показателей тракта при передаче информационных потоков со скоростью передачи до 10 Гбит/с особенно препятствуют так называемые межкабельные переходные влияния, т.е. неконтролируемые помехи со стороны соседних кабелей. [2, 3]
Группой IEEE 802.3 подготовлены спецификации интерфейсов для передачи данных со скоростью 10 Гбит/с по кабелям из витых пар, для чего по каждой из четырех пар горизонтального кабеля в двух направлениях сигналы должны передаваться со скоростью 2,5 Гбит/с. Скорость 2,5 Гбит/с позволяет организовывать стыки с сетями ATM, одна из иерархических ступеней которого имеет темп передачи около 2,5 Гбит/с. Это обеспечит хороший стык между транспортной сетью с довольно высокой скоростью передачи и локальной сетью корпорации.
Оптические варианты этой разновидности сетевого интерфейса уже разработаны, однако основной областью их применения являются тракты длиной от нескольких сотен метров до нескольких километров. В центрах обработки данных для предприятий сервиса, где, как и на магистралях, высока потребность в подобных высокоскоростных каналах, типичная дальность передачи по электрическим трактам составляет 50 м.
Исследования компании ITT NS&S показывают, что при переходе к 10-гигабитным приложениям (10GBaseT) требуется улучшение конструкции разъемов и коннекторов, т.к. наводки разъемов и кабелей становятся сопоставимыми. При использовании экранированной элементной базы в линейной части и на разъемах с правильно выполненным заземлением экрана величина внешних переходных помех снижается до пренебрежимо малого уровня, дальность передачи составляет 100 м, в то время как неэкранированный кабель витая пара категории 6 позволяет осуществить дальность передачи до 55 м и межкабельные наводки на 1—3 порядка больше двунаправленных наводок и на 2—4 порядка больше пределов категории 6. Компания Systimax в 2004 г. разработала неэкранированный кабель (UTP) категории 6a GigaSpeed x10D (500 МГц) по стандартному кабельному тракту (100 м, четыре точки коммутации) для приложений 10GBaseT. Однако большинство существующих структурированных кабельных систем (СКС) построены на
неэкранированной витой паре категории 6, поэтому необходимо разработать меры улучшения качества и дальности передачи в подобных системах. [4]
При анализе методов обеспечения электромагнитной совместимости оборудования и кабелей для улучшения качества и дальности передачи в неэкранированных системах использованы теоретические и практические аспекты компаний ITT NS&S, Systimax, Brand-Rex, исследовательской группы высшей инженерной школы Ройтлингена при участии журнала LANline.
Сервисное обслуживание структурированной кабельной системы (СКС) для передачи информационных потоков со скоростью 10 Гбит/с осуществляется с помощью измерительного оборудования, описанного в табл.
Таблица
Различия в категориях кабеля при тестировании
Характеристика Категория 6 Категория 6а Категория 7
1 2 3 4 5
Тестовая частота 200 (250) МГц 250 (500) МГц 500 (600) МГц 600 (1000) МГц
Класс линии Е ЕА F FA
Требования к тестерам Level III Level IIIe Level VI Level Vfe
Тестовые параметры (дополнительно к требованиям Категории 5) PowerSum NEXT, PowerSum ELFEXT, PowerSum ACR, RL, skew/delay skew PowerSum NEXT, PowerSum ELFEXT, PowerSum ACR, RL, skew/delay skew, AXT (ANEXT*, AFEXT*) PowerSum NEXT, PowerSum ELFEXT, PowerSum ACR, RL, skew/delay skew, AXT (ANEXT, AFEXT)
* - начиная с тестовой частоты 300 МГ ц
Полевые испытания кабельной системы необходимо проводить в процессе монтажа при помощи популярной базы Fluke Networks DTX-1800 CableAnalyzer и нового модуля DTX 10 Gig в соответствии с двумя схемами испытания: проброс и тракт (рис. 1). Затем смонтированную и протестированную проводку сертифицируют по всем правилам с помощью специализированной лаборатории [5].
Рис. 1. Справочная схема проброса и тракта:
АК - абонентский кабель, КК - коммутационный кабель, СК - сетевой кабель, ТР - телекоммуникационный разъем, РП - распределительная панель, ІIII - промежуточная панель, ТП - точка перехода.
Таким образом, для подключения оборудования используются абонентский кабель, телекоммуникационный разъем, две панели и два соединительных кабеля — сетевой и коммутационный (обычно они не отличаются друг), и соединение точки перехода.
При контроле качества сети на неэкранированной витой паре категории 6 (6a) предъявляются следующие требования.
1. Вновь создаваемая или расширяемая проводка должна иметь достаточные резервы для поддержания работоспособности высокоскоростных приложений (обеспечивать надежное функционирование сетевых интерфейсов 10 Gigabit Ethernet).
2. Должна быть гарантия, что все применяемые компоненты будут отвечать требованиям стандартов по электрическим характеристикам.
3. Обеспечить стабильность параметров сети 15—20 лет.
4. Дополнить высокое качество компонентов должным уровнем проектирования (способ прокладки неэкранированных кабелей, конструкция разъемов, шнуров, коннекторов) и выполнения инсталляционных работ на основе использования высококачественной элементной базы СКС, стандартной аппаратуры Fluke Networks для диагностики СКС и новейших информационных технологий, поддерживающих диалоговый режим работы системного администратора с сетевым оборудованием.
На частотах свыше 300 МГц преобладающей является межкабельная переходная помеха. Уровень межкабельной переходной помехи определяется преимущественно топологическими особенностями системы, в том числе геометрическими характеристиками коммутационных панелей и информационных розеток, а также укладкой отдельных горизонтальных кабелей в каналах.
Количественными характеристиками этого эффекта являются АНеп-ЫЕХТ и АНеп-БЕХТ (АЫЕХТ на ближнем и АБЕХТ на дальнем конце), а также их значения по модели суммарной мощности [6].
Механизмы минимизации мощности переходной помехи в разъемах для неэкранированного кабеля витая пара категории 6 и выше, как правило, независимы и могут дополнять друг друга. С учетом этого отдельные производители часто совмещают в своих конструкциях несколько технических решений, благодаря чему в совокупности достигается более эффективное подавление переходной помехи.
Чаще всего на практике для уменьшения величины межкабельной переходной помехи в неэкранированных системах применяется увеличение расстояния между контурами прохождения мешающего и информационного сигналов за счет выбора конструкции кабеля с учетом подавления помехи или посредством соответствующего расположения кабелей на трассе. Для определения эффективности данного приема в неэкранированных системах применяется принцип измерения «молния»: сигнал подается на одну из пар, а затем фиксируются изменения переходных помех на ближнем или дальнем концах с увеличением расстояния между кабелями (рис. 2). Длину раскрыва обозначают через У.
Рис. 2. Измерительная конфигурация «молния»
Рассмотрим влияние межкабельных помех на пропускную способность тракта передачи сигнала. При передаче в условиях воздействия помех важно знать три основных параметра: верхнюю граничную частоту полосы пропускания тракта Гё, мощность сигнала и мощность помехи. Отношение мощности источника информационного сигнала к мощности источника помех называется отношением сигнала к шуму ав/ы Согласно теореме Шеннона, параметры полоса пропускания и отношение мощности сигнала к мощности шума ав/ы однозначно определяют максимальный темп передачи данных, или пропускную способность канала связи С.
Любая двухпроводная линия связи представляет собой фильтр нижних частот. Поэтому затухание линии связи является возрастающей функцией частоты. Затухание линии увеличивается также с температурой, что следует учитывать при проектировании. Особенно чувствительны к изменению затухания цифровые системы связи: при увеличении затухания линии всего на 1 дБ
коэффициент ошибок цифрового сигнала может возрасти на один-два порядка. Частотная характеристика отношения сигнала к шуму для идеального фильтра нижних частот изображена на рис. 3 а.
і ■.■'и'
(О
■■іи:
-'-.і)
■ ■
,
1 и и
.
100 и
^Ьвг J
а)
б)
Рис. 3. Идеальный фильтр нижних частот: а) зазор шума, б) пропускная способность канала как функция полосы пропускания
Если принять ширину полосы частот = 625 МГц и предположить, что мешающее воздействие имеет вид белого шума, интенсивность которого соответствует = 48,2 дБ, то
пропускная способность канала связи составляет:
где — верхняя граничная частоту полосы пропускания тракта, азш — отношение сигнала к шуму. Численное значение этого параметра пропорционально площади под кривой а$/ы.
Данные могут передаваться с указанной скоростью, только если линейный сигнал согласован с каналом, т.е. задействуется полная ширина канала и максимально используется его динамический диапазон. Например, если передаваемая полоса частот будет меньше максимально возможной Гё,
то тогда пропускная способность канала С соответствующим образом уменьшится (см. рис. 3б). Частота указана в мегагерцах, затухание — в децибелах, а пропускная способность канала — в битах в секунду.
Как правило, на практике максимальная частота передаваемого сигнала ограничивается активным сетевым оборудованием, поэтому эффективность улучшения пропускной способности канала связи за счет разнесения кабелей значительно падает. Результаты исследовательской группы высшей инженерной школы Ройтлингена демонстрирует рис. 4. На рисунке представлены четыре кривые: 1 — 50 м максимальная длина тракта без ограничения максимальной частоты активным сетевым оборудованием, 2 — 100 м максимальная длина тракта без ограничения максимальной
(1)
частоты активным сетевым оборудованием, 3 — 50 м с пределом 500 МГц, 4 — 100 м с пределом 500 МГц.
Из приведенных на рис. 4 графиков следует, что данный параметр резко возрастает при увеличении расстояния между кабелем и источником помехи (кривая 1 для канала длиной 50 м и кривая 2 для канала длиной 100 м), потому что канал передачи позволяет передавать более высокие частоты.
Рис. 4. Пропускная способность канала связи в случае двух параллельно проложенных кабелей длиной 100 и 50 м при различной величине раскрыва Y Кривые 3 и 4 относятся к пропускной способности канала, когда рабочий диапазон ограничен частотой = 500 МГц. При длине тракта передачи 50 м выигрыш по пропускной способности пренебрежимо мал, тогда как в 100-метровом тракте он составляет около 1 Гбит/с, т. е. примерно четверть от величины, достигаемой при отсутствии ограничений по частотному диапазону. [6]
Для борьбы с нештатными ситуациями следует повышать отказоустойчивость информационных систем. В системе классификации по уровням отказоустойчивости используются некоторые определения. Например, проект считается отказоустойчивым, если в нем обеспечивается возможность сохранения работоспособности при наличии хотя бы одного выхода из строя в каком-то из инфраструктурных решений. Проект, в котором возможно проведение плановых работ по техническому обслуживанию без нарушения работы системы, определяется как допускающий одновременную эксплуатацию и техническое обслуживание (причем для таких проектов характерными являются несколько менее высокие показатели отказоустойчивости).
К запланированным относятся предусмотренные заранее работы, процедуры проведения которых четко определены. Это могут быть всевозможные проверки, настройки, регламентные работы, тестирование систем и входящих в них компонентов.
Понятия отказоустойчивости и одновременного обслуживания — это не
просто отвлеченные характеристики работы центра данных. Функционирование
каждого из них обеспечивают не менее десятка инфраструктурных решений, в том числе системы
электропитания, вентиляции и кондиционирования, пожарной и охранной сигнализации и многое
другое.
В идеале все они должны предполагать выполнение технического обслуживания без прекращения работы компьютерного оборудования, а высокая отказоустойчивость — это характеристика, необходимая как для каждой системы в отдельности, так и для всего проекта в целом.
Для пользователей сложных информационных систем на основе СКС понятие их надежности оценивается в наибольшей степени по коэффициенту готовности системы КГ, то есть по отношению времени работоспособного состояния системы к времени ее незапланированного простоя. Коэффициент готовности (КГ) отражает вероятность того, что система окажется в работоспособном состоянии в произвольный момент времени, кроме планируемых периодов, в течение которых применение системы по назначению не предусматривается. При определении коэффициента готовности информационной системы учитываются:
• среднее время между профилактическими работами Tn (Mean Time Between Maintenance, MTBM), т.е. запланированные простои, необходимые, к примеру, для проведения работ по техническому обслуживанию,
• среднее время безотказной работы Т0 (Mean Time Between Failure, MTBF),
• среднее время восстановления работоспособности TB (Mean Time To Repair, MTTR).
Кг= То /(То + Th +Тв). (2)
Под MTBF понимают среднее время между двумя последовательными отказами. Параметр MTTR обозначает среднее время, необходимое для восстановления работоспособности системы после отказа.
Повышения КГ можно добиться следующими способами.
1. Высокое качество аппаратных и программных компонентов, благодаря чему его отказ становится маловероятным. При этом следует использовать только компоненты, которые успешно прошли проверку на длительность работы или производятся компаниями, получившими широкое признание на рынке.
2. Избыточность объединенной системы и резервирование — при отключении (вследствие ошибки или отказа в обслуживании) какой-либо составляющей системы остальные берут на себя поддержку необходимых процессов, в результате повышается MTBF.
3. Применение систем мониторинга для уменьшения MTTR программных компонентов. [7]
При оценке работы системы при нештатной ситуации следует рассмотреть различные виды резервирования компонентов.
Таким образом, для достижения высокой готовности информационной системы применяется концепция, предусматривающая избыточность и максимально возможную надежность отдельных компонентов. Важно зафиксировать минимальные требования, определяющие максимально допустимое время отказа, максимально приемлемую потерю данных. Для четкого взаимодействия при внештатной ситуации следует создать структуру отчетности, которая, помимо прочего, включала бы этапы восстановительных работ и используемые средства коммуникации.
При разработке мероприятий по устранению последствий в информационных системах катастроф самого высокого уровня [8] следует предусмотреть, в первую очередь, мероприятия по противопожарной безопасности: обеспечение термической стойкости проводников, по которым протекают токи замыканий, увеличение прочности лотков и коробов для прокладки кабелей. Лотки, предназначенные для поддержки кабельных систем с пропускной способностью 10 Гбит/с (рис. 5), не удовлетворяют требованиям противопожарной безопасности.
Рис. 5. Конструкция лотка для прокладки кабелей из витых пар с пропускной способностью 10 Гбит/с
Проведенные экспериментальные исследования [9] для стандартных лотков, проволочных и лестничных (кабельросты) лотков на потерю несущей способности кабельных лотков при предельной нагрузке по самому слабому звену (уровень нагрева до 8000°С и изменение температуры по времени) показали, что конструкция деформировалась и прогибалась более разрешенного ей запаса в течение в 35 мин., что удовлетворяет противопожарным требованиям для большинства типов зданий. Таких же показателей надо добиться в случае лотков для прокладки кабелей из витых пар с пропускной способностью 10 Гбит/с.
Заключение
Реализация разъемов и кабелей информационной инфраструктуры для передачи 10-гигабитных приложений, выполненные на высококачественной элементной базе и удовлетворяющие условиям электромагнитной совместимости, должны пройти дополнительные механические и пожарные испытания. При выборе альтернативных площадок для размещения резервного и при необходимости временного офисов вычислительного центра с учетом российских особенностей требуется разносить площадки так, чтобы они оказывались в ведении электроподстанций разных районов города.
Литература
1. Артюшенко В.М., Аббасова Т.С. Катастрофоустойчивость телекоммуникационных систем // Современные средства управления бытовой техникой. Материалы VIII-ой Межвузовской научнотехнической конференции. М.: МГУС, 2007. С. 111—114.
2. Артюшенко В.М. Защита структурированных кабельных систем от электромагнитных воздействий // Теоретические и прикладные проблемы сервиса, №3 (16), 2005. С. 20—27.
3. Умудумов О.Ф., Аббасова Т.С. Выбор структуры комплекса технических средств для сервисного обслуживания высокоскоростных электрических трактов структурированной кабельной системы // Электротехнические и информационные комплексы и системы, № 4, т. 3, 2007. С. 21—27.
4. Семенов А.Б. Неэкранированные СКС для 10 Gigabit Ethernet // LAN, 2006, № 06. С. 35—39.
5. Спецификация для тестирования симметричной связной проводки в соответствии с ISO/IES 11801. Ч. 1: Инсталлированная проводка» («Generic cabling systems. Specification for the testing of balanced communication cabling in accordance with ISO/IES 11801. Part 1: Installed cabling»).
6. Альбрехт М. Олер, Дитер В. Шикетанц. Межкабельная переходная помеха: теория и измерение // LAN № 01, 2006. С. 26—32.
7. Сюзанна Франк. Преодоление отказов с пингвином // LAN №10. Москва, 2005. С. 38—43.
8. Аббасова Т.С., Никифоров А.Г. Аварийное планирование при обработке данных в электротехнических системах // Электротехнические и информационные комплексы и системы, № 2, т. 3. 2007. С. 23—27.
9. Аббасова Т.С. Использование лотков структурированных кабельных систем для электропроводки // Электротехнические и информационные комплексы и системы, № 3, т. 3, 2007. С. 30—32.
