①国际标准与国家标准相结合。由于国家标准GB/T50311-2000、GB/T50312-2000只定义到5类布线系统,所以在综合布线工程中通常采用国际标准与国家标准相结合的做法:有关电气性能测试标准采用目前最新的国际标准ISO/IEC11801∶2002或北美标准ANSI/TIA/EIA568-B,管槽、线缆及设备的安装标准采用国家标准GB/T50311-2000、GB/T50312-2000标准,防火、接地、机房等相关的标准也采用国家或行业标准。
②用户指定。用户对综合布线系统标准比较熟悉,可由用户指定,比如一些在华的欧洲公司更喜欢采用欧洲标准。
③根据综合布线的性质和功能由布线系统集成商推荐选定。
当然,不管采用什么标准,在设计中必须严格执行标准中相应类别(如5e类或6类)的技术规范,并按此标准施工验收。
3.4 综合布线名词术语
中华人民共和国国家标准GB/T50311-2000《建筑与建筑群综合布线系统工程设计规范》中定义了综合布线有关的术语与符号,部分相关的术语和符号,国标GB/T50311-2000定义的术语与国际标准化组织ISO/IEC11801相似,但与北美标准TIA/EIA568A有较大差异,ISO/IEC11801 与TIA/EIA-568-A 相关术语比较,本书采用GB/T50311-2000技术规范中定义的术语与符号。
3.5 综合布线系统选择
3.5.1 屏蔽与非屏蔽双绞线的选择
综合布线系统的产品有非屏蔽和屏蔽两种,这两种系统产品的优劣,在综合布线系统中是否采用屏蔽结构的布线系统,一直有不同的意见,抛开两种系统产品的性能优劣、现场环境和数据安全等因素,采用屏蔽系统还是非屏蔽系统,很大程度上取决于综合布线市场的消费观念,在欧洲占主流的是屏蔽系统,而且已成为地区的法规,而以北美为代表的其他国家则采用非屏蔽系统(UTP)。我国最早从美国引入综合布线系统,所以工程中使用很多UTP系统,采用屏蔽系统的产品较少。必须熟悉不同系统的电气特性,以便在实际综合布线工程中根据用户需求和现场环境等条件,选择合适的非屏蔽或屏蔽布线系统产品。
1.为什么要采用非屏蔽系统
采用非屏蔽系统产品主要有以下理由。
①UTP线缆结构设计可很好地抗干扰。由于UTP双绞线对称电缆中的线对采取完全对称平衡传输技术,其结构本身安排科学合理,各线对双绞的结构使得电磁场耦合产生的互相干扰影响相等,从而彼此抵消和有效去除,可以将线对的干扰减少到最低限度,甚至忽略不计。国际标准化组织ISO/IEC组织有关单位对非屏蔽系统进行抗电磁干扰测试,其测试结果表明非屏蔽双绞线对称电缆的抗干扰性能良好,系统稳定可靠,且容易安装和维护。
②线缆传输数据速率不高。UTP双绞线对称电缆主要用在综合布线系统中接入到桌面的水平布线子系统,网络接入层90%左右是10Mbps以太网或100Mbps快速以太网,数据传输速率不高,网络的信息量经过网络设备的编码和调制后,对线缆和带宽的需求并没有过高的要求。在一般情况下,非屏蔽系统是完全可以胜任的,尤其是要求不高的一般办公性质的网络应用,UTP双绞电缆更是适合。
③管槽系统的屏蔽作用。在水平布线子系统中,UTP非屏蔽双绞电缆都是敷设在钢筋混凝土结构的房屋内,如果线缆是敷设在金属线槽、金属桥架或金属线管中的话,对于线缆来说形成多层屏蔽层。因此,水平布线子系统的线缆所受到的电磁干扰的影响必然会大大地降低。据有些工程进行实际测试,实际上在布线的环境中电磁干扰场强的指标值绝大部分低于标准规定限值。
④安装维护方便,整体造价低。由于非屏蔽系统还具有重量轻、体积小、弹性好、种类多、价格便宜、技术比较成熟和安装施工简便等很多优点,所以目前大部分综合布线系统采用非屏蔽系统,现在传输速率为1000Mbps的链路也都采用非屏蔽双绞线系统。
⑤屏蔽系统安装困难、技术要求较高和工程造价较高。屏蔽布线系统整体造价比非屏蔽布线系统高,在安装施工中,因为屏蔽线缆只有在端到端的全程中保证完全屏蔽和正确接地后,才能较好地防止电磁向外辐射和受到外界干扰。为此,要求屏蔽系统的所有线缆和连接硬件的每一部分,都必须是完全屏蔽而无缺陷,才能取得理想的屏蔽效果。同时,除了完全屏蔽外,还要求有正确的接地系统。在屏蔽系统中如有一个不正确的接地系统,就有可能成为一个主要的向外辐射或受到干扰的来源,起不到屏蔽作用,安装效果甚至更坏。屏蔽系统必须采用一端接地或在两端都接地的方式,对于高频信号传输,屏蔽系统至少要在两端接地,有时需多处接地,因为只在一端接地的屏蔽系统对磁场的干扰不起作用。在接地系统中采用的接地导体不能过长,否则就失去接地的作用。
2.为什么要采用屏蔽系统
随着通信技术和信息产业的高速发展,人们对信息的要求越来越高,最基本的要求是信息传输必须非常精确、迅速和安全及保密。尤其在政府机关、金融机构和军事、公安等重要部门之间更为突出。同时在有强电磁干扰源环境的综合布线工程中,非屏蔽系统难以达到较好的抗干扰效果。采用屏蔽系统产品主要有以下理由。
①非屏蔽系统线缆结构有可能降低其技术性能。虽然UTP双绞电缆中的线对采取互相绞合方式和完全对称平衡传输技术,具有一定的防止电磁干扰作用,但双绞线的绞合长度有限,使其抗干扰效果受到限制,目前UTP的绞合长度更适合30~40MHz的数据传输。同时在安装施工线缆时,在牵引电缆时线对受到拉伸力或线缆弯曲半径过小等因素,会使非屏蔽双绞电缆的线对均衡绞合遭到破坏,其技术性能必然会有所降低。
②非屏蔽系统容易对外辐射保密性差。UTP系统的近端串扰和衰减值的结果比屏蔽系统线缆低很多,约低10dB,即非屏蔽系统线缆对外辐射是屏蔽系统的10倍,这就是说,使用非屏蔽系统的线缆很容易被外界窃取信息,其安全性和保密性显然较差。
③非屏蔽系统的高速数据传输性能较差。目前,大多数局域网以10Mbps和100Mbps快速以太网来传送数据,采用UTP较好。如果数据传输频率超过100MHz,传输速率在1Gbps以上时,在这种高速数据传输时,非屏蔽系统的链路比屏蔽系统链路会出现更多的错误。如丢失的帧、节点混杂,记号出错,突发的错误等,整个网络传输效果不良甚至失败。
3.选择非屏蔽系统与屏蔽系统的考虑因素
在综合布线系统工程中应根据用户通信要求、现场环境条件等实际情况,分别选用屏蔽系统或非屏蔽系统,具体选用要求有以下几点。
①当综合布线工程现场的电磁干扰场强度低于防护标准的规定,或综合布线系统与其他电磁干扰源的间距符合规定时,综合布线系统宜采用非屏蔽系统产品。
②当综合布线工程现场存在的电磁干扰场强度高于防护标准的规定,或建设单位(业主)对电磁兼容性有较高的安全性和保密性要求时,综合布线系统宜采用屏蔽系统产品。
③在综合布线系统工程中,对于选用的传输媒介和连接硬件,必须从综合布线系统的整体和全局考虑,要求保证系统工程的一致性和统一性。如决定选用屏蔽系统的产品时,则要求各种传输媒介和连接硬件都应具有屏蔽性能,不得混合采用屏蔽和非屏蔽的两种产品,以保证布线系统的整体性。
④当布线环境处在强电磁场附近需要对布线系统进行屏蔽时,可以根据环境电磁干扰的强弱,采取3个层次不同的屏蔽措施。在一般电磁干扰的情况下,可采用金属槽管屏蔽的办法,即把全部线缆都封闭在预先铺设好的金属桥架和管道中,并使金属桥架和管道保持良好的接地,这样同样可以把干扰电流导入大地,取得较好的屏蔽效果。在存在较强电磁干扰源的情况下,可采用屏蔽双绞线和屏蔽连接件的屏蔽系统,再辅助以金属桥架和管道,可取得较好的屏蔽效果。在有极强电磁干扰的情况下,可以采用光缆布线。采用光缆布线成本较高,但屏蔽效果最好,而且可以得到极高的带宽和传输速率。
3.5.2 超5类与6类布线系统的选择
综合布线系统自20世纪90年代引入中国以来,经历了数次技术上的更新换代,从3类、5类、超5类到6类,代表了布线传输介质标准的不同演进过程。目前市面上也出现了超6类和7 类的布线产品,所谓超6 类产品,是因为标准定义的6 类布线系统频率带宽为250MHz,但许多布线厂商的6类产品的频率带宽已超过了250MHz的标准,他们把这类产品命名为超6类产品。
据统计,每5年布线技术将使网络带宽获得10倍的提升,以满足相应的网络运用需求。
当前综合布线主要介质已由5类发展为超5类,随着1000Mbps网络的逐渐流行,6类布线产品也逐渐为用户所接受,在国家的一些政府部委、校园网及重点工程中得到了广泛的应用,并得到认可。因此在综合布线工程中常常存在是选择超5类还是选择6类布线系统的问题。综合布线是信息化平台的基础部分,系统的性能对整个信息化进程产生直接的影响,如何选择一套投资合理、满足需求、适当超前的布线系统是布线工程师在规划和设计阶段必须思考的问题。
1.超5类与6类布线系统的电气性能比较
在经过长达5年的酝酿和磋商之后,于2002年6月5日,美国电信工业协会(TIA)TR-42委员会的会议上通过了6类布线标准,该标准被正式命名为TIA/EIA-568B.2-1,作为商业建筑综合布线系列标准TIA/EIA-568B中的一个附录。该标准也被国际标准化组织(ISO)批准。在TIA/EIA-568B.2标准中定义的超5类与6类布线系统的电气性能指标比较,从表中可以看出,影响高速网络传输性能的近端串扰及综合近端串扰、等效远端串扰与综合等效远端串扰、回波损耗和衰减等电气性能指标,6类布线系统都比超5类布线系统有了很大的改善,从而保证了1000Mbps网络的使用。
2.6类布线系统的优势
相对于超5类布线系统而言,6类布线系统的优势主要体现在对1000Mbps以上网络的支持。超5类产品主要用于100Mbps的网络,能支持到1000Mbps。与增强5类相比,6类布线系统具有更好的抗噪声性能,可提供更透明、更全能的传输信道,在高频率上尤其如此。
如果采用1000BASE-T 中的PAM-5编码技术,10Gbps以太网需要至少625MHz的线性传输性能。大多数的增强5类电缆只有150MHz或250MHz,标准也只要求有100MHz。6类虽没有被强制其性能达到625MHz,但对于高带宽传输是更好的媒质,许多制造商提供的电缆标称600MHz,正是预计到有应用需要更高的性能。网络芯片和设备制造商需要某个确定性能级别以使他们能够生产出在铜缆上传送10Gbps的产品。6类系统在625MHz上的平均抗噪声能力比增强5类高。
因此对于传输速率是1000Mbps以上的网络,就可以看到6类布线系统的优势。另外6类线缆的结构能承受更大的拉力,对保证链路的特性有益处,在技术上较超5类布线系统有着绝对的优势。
3.超5类和6类在千兆网络上应用的比较
用双绞线作为传输介质的千兆网络技术有1000BASE-T和1000BASE-TX。
1000BASE-T是IEEE802.3ab定义标准,它最早的定义是工作在5类(100米)双绞线上发送/接收数据,但由于有一些重要电气参数没有规定,还需要补充测试,只有超5类以上的布线系统可以满足千兆网络方案的要求。它使用全部4对线,4对线都在全双工的模式运行,每对线支持250Mbps的数据速率(每个方向)。为了满足千兆网络传输要求,采用了多级信号编码(PAM-5)、使用了NEXT消除技术和“回声”消除技术,需要在网络设备(如网卡)的接口处增加DSP(数字信号处理)芯片,这样用超5类实现千兆网络方案就需要较高的成本。6类布线系统也支持1000BASE-T。
1000BASE-TX技术与1000BASE-T技术工作原理不同,只有6类以上的双绞线才支持1000BASE-TX技术,传输带宽超过了100MHz,该技术虽然也使用全部4对线,但是是两对线接收,两对线发送(类似于100Base-Tx),。由于6类布线性能简化了收发设备的设计,不必再使用回波抵消技术,网络设备无需串扰消除,使6类布线参数值余量可以更好地满足千兆位方案的需求。