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综合布线系统总体网络结构技术及其应用

2012-06-03 22:07建材行情
综合布线系统总体网络结构技术及其应用

综合布线系统主要用于通信传输,且具有综合性能的布线系统,它一般都与通信网络相连接,以便传送各种信息(包括模拟或数字信号)。

我国原邮电部于1997年9月发布的通信行业标准《大楼通信综合布线系统第一部分:总规范》(YD/T926.1—1997)中,对综合布线系统的 定义是“通信电缆、光缆、各种软电缆及有关连接硬件构成的通用布线系统,它能支持多种应用系统。即使用户尚未确定具体的应用系统,也可进行布线系统的设计 和安装。综合布线系统中不包括应用的各种设备”。

目前通常所说的建筑物与建筑群综合布线系统,也简称综合布线系统。它是指在一栋建筑物内(或综合性建筑物)或建筑群体中的信息传输系统。今后随着科学技术的发展,会逐步提高和完善,真正充分满足智能化建筑所需的要求。

1 综合布线系统的总体网络结构

(1)综合布线系统中常用的网络拓扑结构

综合布线系统常用的网络拓扑结构有星形、环形、总线形、树形和网形等,其中以星形网络拓扑结构使用最多,如图1所示。

在综合布线系统中的网络结构是把电缆或光缆以及各种连接布线部件进行互相连接组成整体,以支持有关信息业务传送路径的逻辑表示。网络拓扑结构示例可见表1中所列。

有关的网络拓扑结构的具体内容可参考相关的系统应用标准。

(2)各种网络拓扑结构的构成和应用

目前,综合布线系统最常用的是星形网络拓扑结构。在单栋智能化建筑内部的综合布线系统网络拓扑结构如图2所示。

从图2中可以看出这种网络拓扑结构分成两级的星形网络,即第一级是以建筑物配线架(BD)为中心,第二级是以各个楼层配线架(FD)为中心组成。

在一些城市常有多栋智能化建筑组成建筑群体或智能化小区,其综合布线系统建筑规模较大,且网络拓扑结构复杂,除在建筑群体或智能化小区中处于中心位 置的某栋智能化建筑设有建筑群配线架(CD)外,在每栋智能化建筑中分别设置建筑物配线架(BD)。为了使综合布线系统网络拓扑结构具有更高的灵活性和可 靠性,且能适应今后多种应用系统的使用要求,可以在两个层次的配线架之间(如BD之间或FD之间)用电缆或光缆连接,构成分级(又称多级)有迂回路由的星 形网络拓扑结构,如图3所示。

在图3中BD之间(BD1与BD2之间的L1,BD2与BD3之间的L2)或FD之间(FD1与FD2之间的L1,FD3与FD4之间的L2)即为 互相连接的电缆或光缆。显而易见,这种相互连接线路的增加会使网络拓扑结构变得复杂,增加电缆或光缆长度以及工程建设造价,对维护检修也不利。因此,在考 虑综合布线系统网络拓扑结构时,需要经过多方面的技术经济比较后来确定。

在智能化小区的综合布线系统工程中,为了保证通信传输安全可靠地正常运行,可以考虑冗余度,综合布线系统采取分集连接方法,即利用布线部件采取分散和集中相结合的连接方式,如图4所示。

在图4中引入智能化小区的通信线路(电缆或光缆)设有两条路由,分别连接到智能化小区内两栋智能化建筑各自的建筑物主干布线子系统,与建筑物配线架 (BD)相连接,用建筑物主干布线子系统的主干电缆或光缆,馈线到各自管辖的楼层配线架(FD)。根据网络结构和实际需要,可以在建筑物配线架间(BD1 —BD2)或在楼层配线架间(FD1—FD2)采用电缆或光缆等布线部件互相连接,形成类似网状网形状。这种网络拓扑结构对于防止因火灾等灾害、或公用通 信网线路发生障碍,可能形成的通信中断事故,具有安全可靠的保障作用。但是应看到这种连接方式使网络拓扑结构复杂、配置设备数量较多、增加工程建设造价和 日常维护费用等缺点。因此,应根据工程实际需要慎重比较后才使用,也可根据实际情况采取分期逐步实施。

由于智能化建筑和智能化小区的建筑物组成、使用性质、建设规模和用户需要的不同,其内部设置的通信设备和对外联系的信息业务以及当地公用通信网的实 际情况也有差别,所以,综合布线系统的网络拓扑结构形式不会一样,应用的实例不少,不可能一一例举。在智能化建筑或智能化小区的实际工程中往往设置用户电 话交换机(PBX),因此模拟或数字话音业务需要连接进入综合布线系统,根据我国通信行业标准《大楼通信综合布线系统第一部分:总规 范》(YD/T926-1-1997)的规定:其网络拓扑结构可以是星形的。

这里要指出的是,在实际工程中,建筑群配线架(CD)和任何一个建筑物配线架(BD)或楼层配线架(FD)位置处,并不是都接有用户电话交换机 (PBX)等装置,有些地方可以接入装置,且通常是只有一处,不应多处设置。在具体工程中一般设在网络拓扑结构的最高级别处,例如建筑群配线架(CD)或 建筑物配线架(BD),除特殊情况外,通常不设在楼层配线架处(FD)。

综合布线系统的网络拓扑结构是描述一个网络布局的实际逻辑表示,这一网络的物理拓扑结构是由各种终端器件和连接硬件、导线、电缆、光纤以及管路等组 成。在具体工程中,实际采用的逻辑拓扑不一定要求网络具有同样的物理拓扑。例如一个星形布线网络拓扑结构(也可称系统拓扑)可以在通道或管道中的布线上来 实现,该通道或管道中的布线可以是总线形系统拓扑,这种实现方式虽很简便,但对今后维护检修困难和扩建发展是不利的,因为改变通道和管道中的布线系统是难 度较大的。在具体工程中,分级星形网络拓扑结构可以在各级配线架(例如BD或FD)上对电缆、光缆及应用设备采取适当的连接方式,由星形网络拓扑结构改变 成总线形或环形等不同的网络拓扑结构(又称系统拓扑)。这种连接方式既施工简便,又有利于维护检修,也对今后扩建不会增加困难,只需在配线架上进行改接。 所以,目前这种连接方式较为常用。当然这种连接方式必须建立在科学管理的基础上,以利于日后备查和维护管理。

2 综合布线系统的信道和链路

信道是任何一种通信系统中必不可少的组成部分,是指从发送设备的输出端到接收设备(或用户终端设备)输入端之间传送信息的通道。因为它是各种信号的传输通道,又可称为信号传输媒质,所以有时将信道作为信号传输媒质的总称。

2.1 综合布线系统信道和链路的范围

由于不同的信源形式所对应的变换处理方式不同,与之对应的信道形式也不一样。从大的类别划分,传输信道的类型有两种,一种是使电磁信号在毫无拘束的 自由空间中传输的信道称为无线通道;另一种是使电磁信号约束在某种有形(如线形)的传输媒质上传输的信道称为有线信道。在综合布线系统中的信道是有线信 道。

(1)信道和链路的区别

信道的范围目前有两种定义方法:

1)狭义信道:是指传送信号的传输媒质,其范围仅指从发送设备到接收设备之间的传输媒质,不包括两端设备,传输媒质有电缆、光缆光纤以及传输电磁波的自由空间等。

2)广义信道:所指的范围较狭义信道要广,除狭义信道的传送信号传输媒质外,还包括名种信号的转换设备,显然还包括两端终端设备,例如发送设备、接收设备、调制或解调设备等。

根据规范在综合布线系统中的信道范围是以狭义信道来设定的。

链路与信道有所不同,其范围较信道要小,基本是传输媒质和两端的终端连接硬件组成,既不包括所有设备,也不包括两端非永久的连接线路。

(2)综合布线系统信道和链路的范围

根据我国通信行业标准《大楼通信综合布线系统第一部分:总规范》(YD/T926.1—1997)中的规定(它是非等效采用国际标准化组织/国际电 工委员会标准ISO/IEC11801•1995《信息技术——用户房屋综合布线》),综合布线系统信道和链路的范围有以下两点:

1)综合布线系统的信道是包括设备电缆或设备光缆和工作区电缆或工作区光缆,但不包括两端设备(包含有终端设备在内)。

2)链路是在综合布线系统中两个接口间具有规定性能的传输通道,它的范围比信道小得多,在链路中既不包括两端的终端设备,也不包括设备电缆或设备光缆和工作区电缆或工作区光缆。

在智能化建筑和建筑群体的智能化小区中,如综合布线系统包含有建筑群主干布线系统和建筑物主干布线子系统,且都采用光缆时,其布线系统的链路由两部 分组成,即光缆链路和对称电缆链路两部分。它们从一个工作区的终端设备到主机和整个布线部分,传送信息需通过两条链路,一条是光缆布线链路,从建筑群配线 架(CD)到楼层配线架(FD),包含有建筑群主干布线子系统和建筑物主干布线子系统两部分;另一条是对称电缆链路,从楼层配线架(FD)到通信引出端 (TO),包含有水平布线子系统。这两条链路在楼层配线架(FD)处装有光—电转换器进行连接,整个布线系统中共有四个接口,即光缆布线链路的两端各有一 个接口,它们分别设在建筑群配线架(CD)的引出处和楼层配线架(FD)的引入处;对称电缆布线链路的两端也各有一个接口,其中一个接口是在楼层配线架 (FD)处应用设备(光电转换器引出端)连接到水平布线的那一点,另一个接口是通信引出端的出口处。

从布线链路中可以看出工作区布线和设备布线均不包括在链路中,也不涉及应用系统的有源硬件和无源硬件。显然,布线链路中整个综合布线系统除两端的主机设备和终端设备外,整个布线通道就是信道。

在智能化建筑和智能化小区中采用综合布线系统后,由于它的各个子系统之间在相接时,均设有配线接续设备,以便作为互相连接或交接使用,例如建筑群配 线架、建筑物配线架、楼层配线架和通信引出端,它们都有相应的接口,这些设备上除各个子系统相接外,可以连接有关设备或对外联系的通信电缆或光缆(即外部 业务电缆或光缆),其连接方式视具体情况来定。

当智能化建筑和智能化小区需对外联系时,其综合布线系统必须与公用通信网相连接,在综合布线系统工程设计中,对于与公用通信网的具体连接方式和接口位置等细节,应与当地公用通信网的有关主管部门协商确定,并应按有关标准或规定执行。

当智能化建筑和智能化小区内部设有用户电话交换机或远端模块时,它们与公用通信网的接口,以及DDN专线、ISDN、ADSL或分组交换与公用通信网的接口等要求,都应按有关标准的规定办理。

如外部业务电缆或光缆的引入点到建筑群配线架有一定距离时,在工程中应将这段电缆或光缆的特性考虑在内。也就是说公用通信网的接口没有直接连到综合布线系统的接口时,在工程设计中应把这段中继线的性能考虑在内,不应遗漏。

2.2 综合布线系统链路的应用和级别

在综合布线系统工程设计中,必须根据智能化建筑和智能化小区的客观需要和实际条件以及今后发展等因素,综合考虑选用相应的链路。它涉及链路级别和其应用级别等问题。

(1)应用级别

目前,综合布线系统的链路有五种应用级别,不同的应用级别有不同的服务范围及技术要求,具体的区别情况如下:

1)A级,语音带宽和低频信号应用,它是最低传输速率的级别,对称电缆布线链路支持A级应用,频率为100KHz以下。

2)B级,中比特率(中速)数字信号应用,对称电缆布线链路支持B级应用,频率为1MHz以下。

3)C级,高比特率(高速)数字信号应用,对称电缆布线链路支持C级应用,频率为16MHz以下。

4)D级,甚高比特率(超高速)数字信号应用,对称电缆布线链路支持D级应用,频率为100MHz以下。

5)光缆级,高速和甚高速率的数字信号应用,光缆布线链路支持光缆级应用,频率为10MHz及其以上。

(2)链路级别

综合布线系统的链路按照传输媒质分为以下不同级别,支持相应的应用级别。
1)A级对称电缆布线链路——支持A级应用,为最低级别的链路。
2)B级对称电缆布线链路——支持B级和A级应用。
3)C级对称电缆布线链路——支持C级、B级和A级应用。
4)D级对称电缆布线链路——支持D级、C级、B级和A级应用。
5)光缆布线链路——支持传输速率10MHz及以上的各种应用。光缆布线链路按光纤分为单模光纤或多模光纤,并分别要求规定的光参数和相应的技术指标。

a、单模光纤光缆按《通信用单模光纤系列》(GB/T9771—1989)规定的BI•I类光纤要求。

b、多模光纤光缆按《通信用多模光纤系列》(GB/T12357—1990)规定的AIa和AIb类光纤要求。

在通信行业标准中推荐采用的光缆型式和规格为62.5μm/125μm多模光缆;允许采用的光缆型式和规格为50μm/125μm多模光缆和8.3μm/125μm单模光缆。

C级和D级对称电缆布线链路分别对应于按水平布线子系统设计,其传输媒质可采用三类或五类对绞线对称电缆,组成相应类别的水平布线子系统,以服务于相应的应用级别。

在我国通信行业标准中规定对称电缆的特性阻抗只推荐采用100Ω和150Ω两种,不推荐采用120Ω阻抗的对绞对称电缆品种和星绞对称电缆品种。因此,国内只生产100Ω和150Ω两种电缆,不生产目前进口系统中常用的120Ω电缆产品。

特性阻抗为100Ω的对称电缆及连接硬件,按其主要的技术性能分为以下的三、四、五类,它们分别适用于相应的情况:

1)三类100Ω对称电缆及其连接硬件的传输性能支持16MHz以下的应用。
2)四类100Ω对称电缆及其连接硬件的传输性能支持20MHz以下的应用。
3)五类100Ω对称电缆及其连接硬件的传输性能支持100MHz以下的应用。

特性阻抗为150Ω数字通信用对绞对称电缆(简称150Ω对称电缆)及其连接硬件,只有五类一种,其传输性能支持100MHz以下的应用。

在我国通信行业标准中推荐采用三类、四类和五类100Ω对称电缆;允许采用五类150Ω对称电缆,具体使用的要求和实例将在下面进行详细介绍。

2.3 综合布线系统信道的传输距离(长度)

在综合布线系统中的信道传输距离(即信道长度)是极为重要的技术指标,为了便于在工程中使用,在表2中列出链路级别和传输媒质的相互关系,还列入可以支持各种应用级别的信道传输距离(信道长度)。

备注:下列①②③④⑤⑥均指表2中注解。

①100m的信道长度中水平电缆、光缆最大长度为90m,它是楼层配线架上电缆、光缆终端到通信引出端之间的电缆、光缆长度。另有10m电缆长度分 配给工作区电缆、光缆、设备电缆、光缆和楼层配线架上的接插软线或跳线。其中接插软线或跳线的软电缆长度不应超过5m,且在整个建筑物内应一致。5m软电 缆的电气长度相当于7.5m。如果采用综合性的工作区和设备连接用的接插软线或跳线等软电缆,其附加的总长度不大于7.5m,则所选用的此类用途是有效 的。

②信道长度超过100m时,应核对具体应用的标准,协商采用可行的应用标准。

③实际上单模光缆端到端的传输能力可超过60km,3km是国际标准规定的数值,它不是传输媒质的传输能力极限,主要是单模光缆长度超过3km时,已不属于综合布线系统的范围,应该有所区别。

④第3和第4对按ITU—T的规定用于电源2和3选用。

⑤为了支持16Mbit/s速率的令牌环应用,在使用有源集线器的C级链路时,近端串音衰减与链路衰减的差值(简称“衰减/串音比”ACR,以dB为单位)至少应比规定值大6dB。不支持无源集线器。

⑥在《大楼通信综合布线系统》(YD/T926.1-3)的通信行业标准出版发行时,对称电缆上的ATM接口和TP—PMD还未标准化,综合布线系统已考虑并支持这些应用的预期传输要求。

在表2中信道传输距离是根据传输媒质的技术性能和具体要求(如对称电缆的串音或光缆的带宽)与不同应用系统的允许衰减等因素分别决定的。应用系统的其它要求(如传播时延指标)也有可能限制信道传输距离。

另外,在表2中所列的综合布线系统链路级别和信道传输距离限制值(简称限值)是参考ISO/IEC11801:1995国际标准《信息技术——用户 房屋综合布线》,该国际标准主要着眼于各种计算机系统的网络的要求制订的。如综合布线系统应用于公用电话通信网或公用数据通信网等其它用途时,应按照相关 的标准要求执行。

由于通信、计算机等领域的科学技术飞速发展,在表2中规定的综合布线系统能支持国际标准所列入各种应用的目录并不完整,目前,许多未能列入目录的应用,也可被综合布线系统支持,具体应用应遵循我国通信行业标准(YD/T926.1-3)中的信道和链路要求规定。

目前,在综合布线系统的信道和链路中的最差地点和薄弱环节是RJ45接插硬件处,以铜芯对绞线对称电缆布线系统来说,虽然各自部分均能达到五类产品 的性能要求,但是经常会出现在RJ45接插硬件连接后,整个信道却达不到五类布线系统的要求,其主要原因是RJ45接插硬件的技术性能欠缺和特性不够稳 定。其关键技术是接插件(主要是插头)内的线对终端连接方式不佳和插头及插座互相匹配补偿能力差等因素所致,从而引起信号串扰等弊病,降低信道和链路的服 务能力。

为此,要求达到具有更高技术性能的五类信道和链路,甚至满足高一类(如六类)系统的要求,使信道和链路的有效传输带宽提高到200MHz,必须设法 解决RJ45接插硬件存在的技术问题,以便大大提高其系统性能。目前,现已有采用串音抵消技术,将原来的插头改进为四角终端连接方式,从而降低RJ45插 头的不稳定性,同时,还开发研制出新型接插硬件,插座采取最佳串扰补偿技术,改善插头匹配补偿能力,经测试其匹配性能技术指标值远远超过五类链路的要求。 由于采取上述各种技术措施,解决了综合布线系统目前存在的“瓶颈”问题,显著地改善信道和链路整体的技术性能,提高综合布线系统的服务水平。

这里还要注意的是目前综合布线系统的标准化工作尚属起步阶段,国外厂商鉴于这类标准缺项较多,且不配套;又因通信、计算机和电视等系统的应用速度和 科学技术的加快,不单促使个人计算机和网络系统技术标准化,同时也促进了缆线的标准化过程,五类缆线已不能适应网络系统传输技术的发展。当今国外不少标准 协会已出台了六类线(200MHz)和七类线(600MHz)的产品标准。目前所讨论的六类线的体系结构与五类线基本相同,但其工作频率却比五类线要高出 两倍,可达到200MHz,预计它的使用寿命将超过15年。所以,在当前综合布线系统工程中,应该充分注意这方面技术的发展动向,及时采取相应的配合措 施。

此外,还应注意综合布线系统除通信系统部分的要求外,其它相关部分的要求,例如计算机系统要求的传输速率等,务必在工程中统一考虑。

3 综合布线系统缆线的最大长度

综合布线系统的全程和各段缆线的最大长度,已在我国通信行业标准《大楼通信综合布线系统第一部分:总规范》(YD/T926.1-1997)中已有明确规定,在综合布线系统工程中必须遒循。

3.1 综合布线全系统的最大长度

综合布线全系统网络结构中全程和各段缆线的最大长度(即最远传输距离,包括对称电缆或光缆),按照YD/T926.1-1997的通信行业标准,这是因为通信网络的传输特性等有所限制,以保证通信质量。具体规定如下:

(1)水平布线子系统中的工作区电缆、工作区光缆、设备电缆、设备光缆和接插软线或跳线的总长度小于或等于10m;

(2)在建筑物配线架或建筑群配线架中的接插软线或跳线长度小于或等于20m;

(3)在建筑物配线架或建筑群配线架中的设备电缆、设备光缆长度小于或等于30m。

3.2 水平布线的最大长度

目前,水平电缆或光缆的最大长度都为90m。这是楼层配线架(FD)上电缆或光缆的机械终端到通信引出端之间的电缆或光缆长度,另外有10m软电缆 长度,它包含有工作区电缆或光缆,设备电缆或光缆和楼层配线架(FD)上的接插软线(或称软电缆)或跳线等的长度,其中接插软线(软电缆)或跳线的长度不 应超过5m。要求整个综合布线系统均应一致。

由于对称电缆水平布线链路包括水平电缆90m、接插软线(软电缆)5m(电气长度相当7.5m)和三个与电缆类别相同或类别更高的连接插座。这里要 注意的是,在综合布线系统各段缆线的最大长度中设置了转接点(TP),但要求最多转接一次,且整个水平电缆最大长度90m的传输距离应保持不变,因为转接 点过多或超过最大长度,必然会使电缆的传输特性恶化而降低了通信质量。

在较大的办公房间中如划分多个工作区,且需设置非永久性连接的转接点(TP)时,在转接点处允许用工作区电缆(即水平电缆,其长度为90m—L)直 接连接到终端设备,这时要求转接点(TP)到楼层配线架(FD)之间的水平电缆的长度不应过短,至少15m(L≥15m),而整个水平电缆最大长度90m 的传输距离仍应保持不变。

在综合布线系统各段缆线的最大长度中,光缆水平布线也给定了水平光缆的最大长度和连接插座的位置,与对称电缆水平布线不同的是在楼层配线架(FD) 上没有接插软线(软电缆),连接插座也减少,只有两个。在光缆水平布线中链路的两端各有一个熔接点(S)和一个连接插座(C)。

3.3 主干布线的最大长度

在综合布线系统各段缆线的最大长度中,从楼层配线架(FD)到建筑群配线架(CD)之间的主干布线的最大长度(即最远距离),不应超过2000m; 楼层配线架(FD)到建筑物配线架(BD)间的距离不应超过500m。当超过上述距离时,可以采取分区进行布线,即将楼层配线架到建筑群配线架或建筑物配 线架之间的距离缩短,使每个分区的主干布线的最大长度满足要求。

在这里要注意的是规定最大长度不一定适用于传输媒质和应用系统的任意组合。在传输媒质选型前,应了解和查阅有关应用系统的标准,并与生产设备的厂商或系统产品供应商联系,了解设备和产品的特点和要求,同时参考表2中传输媒质可达到的信道长度。

在主干布线子系统中采用对称电缆时,如支持高速率系统的应用,其长度应有限制,不宜超过规定的最大长度。否则宜选用多模光缆或单模光缆。如采用单模光缆,楼层配线架到建筑群配线架之间距离可以延长到3000m。

在智能化建筑和智能化小区中如设有用户电话交换机等通信设备,通常在建筑群配线架或建筑物配线架处直接连接。这时,要求其设备电缆或设备光缆的最大 长度不宜超过30m,当直接连接的设备电缆或设备光缆超过30m时,主干电缆或主干光缆的长度宜相应减少,并应符合主干布线缆线最大长度的要求。

同时,在建筑群配线架或建筑物配线架中,所用的接插软线或跳线的长度不宜超过20m。超过20m的长度应从主干布线的最大长度中扣除。

此外,有些智能化建筑和智能化小区需有延伸业务,这种延伸业务不一定从有线信道中取得,有可能是通过无线信道的天线接收,从远离配线架的地方进入智 能化建筑或建筑群体组成的智能化小区。这时,上述延伸业务的引入点(如天线架设外)到连接延伸业务的建筑物配线架之间的距离,应包括在主干布线的最大长度 之内。如有延伸业务接口,应对所用的传输媒质的型号和长度进行分析,必要时,还应与延伸业务的有关单位协商对策,以求统一考虑,并采取相应措施解决。

如采用的国外产品不能满足我国通信行业标准规定的最大长度要求时,应设法采取技术措施,进行切实有效的调整和解决。

 
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