探讨结构化综合布线技术的应用.doc

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1、探讨结构化综合布线技术的应用陈 曦（通州市建筑安装工程总公司）摘 要 本文探讨了当前结构化综合布线技术，在我国智能建筑业应用中的几个热门话题，并提出在实际应用中的一些做法，供智能建筑业主、系统集成商参考。关键词 结构化综合布线技术 智能建筑 光纤 非屏蔽双绞线1、前言在即将进入21世纪之际，回顾结构化布线技术在我国智能建筑业发展历程，已日益发挥着越来越重要的作用，成为广大的智能建筑业主首先投资的方向。究其原因，这是因为结构化综合布线技术有下列优点：符合各项国际标准，具有广泛的适用性和先进性智能建筑业主只需一次投资就能满足各种弱电系统对平台的要求。例如：结构化综合布线系统既满足广泛采用的计算机网

2、络标准（IEEE802.3Ethernet、IEEE802.3u Fast Ethernet、IEEE802.5 Token Ring），又符合未来通信采用的标准（ISDN）等。结构化综合布线技术是一项不断发展和完善的技术从使用材料上看，有光纤、屏蔽或非屏蔽双绞铜线等，从应用范围上看，已从最初的语音、数据系统延伸到智能建筑自动控制系统和工业分布控制系统中，相关的标准也在不断扩展。布线材料的价格正在大幅度下降目前，用户为每个信息点支出的费用只是最初的二分之一，加之参加项目投标的各系统集成商之间的相互竞争，使报价逐步趋于明朗、合理，由于为用户提供了质优价廉的布线产品，受到用户的欢迎。能适应现代建筑

3、向智能型方向发展技术上的需要由于结构化综合布线技术的采用，使智能建筑各智能子系统中的独立配线改为单一或少数几种线缆进行统一配线。具有灵活性对于当前难以确定未来用户的类型（语音和数据应用）及设施布局方面，结构化综合布线系统所具有的灵活性，使建筑业主提高了应付不同用户要求的能力，并降低了业主在建筑物全部使用期内用于传输平台改造上的费用。例：美国一幢建筑（采用传统布线）在40年的使用期内用于各种变更的费用是初期建筑投资的2.27倍，费用是相当高的，而采用结构化综合布线技术后，则可以适应未来各种应用的发展，大大节省了后期变更的费用。解决个人用户进入因特网的出口瓶颈问题若从用户房间至建筑物出口段采用传统

4、的电话线，连接电信接入网，由于电话线传输速率太低，构成个人用户进入因特网的出口瓶颈问题，为了解决这个矛盾，智能建筑业主广泛采用结构化综合布线技术实现宽带接入网至用户，则完全解决了个人用户端至建筑物出口之间的网络传输瓶颈。结构化综合布线技术虽有以上诸多优点，但在现阶段应用中，智能建筑业仍必须权衡以下几个问题，以确定结构化综合布线技术的具体投资方向与规模。2、针对哪些系统进行综合布线结构化综合布线技术广泛应用在语音、数据、图象的传输系统中，在控制系统中也正被逐渐采用。但是从目前情况看，一座建筑物全部弱电系统均采用结构化综合布线的情况仍少见到。这是因为：语音系统的设备如程控用户交换机和电话机，无需任

5、何适配器模块即可用结构化综合布线作为信息传输平台。计算机网络系统有多种标准建立在以双绞线作为传输平台的基础之上可供选择。其网络设备如交换机、集线器、网卡等的接口模块采用RJ45标准，可直接与结构化综合布线接口对于采用非双绞线传输的系统，重要的是弄清所选择的布线系统，是否支持该计算机网络采用的标准，如支持则用户能够购买到相应的适配器以实现与结构化综合布线系统的接口，否则就应考虑其它解决方案。对于安全监控系统CCTV，卫星有线电视系统CATV，采用结构化综合布线在技术上是可行的，但是，用于视频信号平衡与不平衡传输方式转换的适配器加上布线材料的费用，却远高出传统布线，由此看到，目前仍采用传统配线为宜

6、。楼宇自控系统采用结构化综合布线的情况比较复杂。首先，要确认所采用的楼宇自控系统与结构化综合布线系统是否有相互支持的协议。如果有相互支持的协议，则在各网络层应用就容易实现；若在直接数字控制器DDC（Direct Digital Controller）至现场设备如各类传感器、变送器、执行无件间应用时，则需要通过相关协议的技术资料来了解与传统布线在线路阻抗、各线对最大电流分配规则、不同设备的连接电缆的最大允许长度、连接与端接方式等方面的差异所产生的影响，以及设计中注意的问题。显然从实现的角度看，难度比较大。综上所述，目前最常用的是将结构化综合布线技术用于语音和计算机网络系统，因为用户的需求变化相对

7、较多，故布线系统所具备的管理性能优良的作用突出，其综合效益是传统布线方式难以比拟的。CCTV、CATV、楼宇自控等其它子系统在使用期间变更的机会少，维护管理多集中在设备方面，在现阶段以增加投资或工程实施难度取得维护管理方面的效益，是否更合算值得探讨，也可以根据实际情况，将结构化综合布线部分地应用于上述系统，可供实践中选择。3、屏蔽与非屏蔽问题对于结构化综合布线系统是采用屏蔽（STP、FTP）不是非屏蔽（UTP）系统？目前仍是世界建筑智能化争论的问题之一。北美和其他世界大多数地区推荐非屏蔽系统，而欧洲部分国家大力推行屏蔽系统。主张采用屏蔽系统的观点：频率高于30MHZ不能用UTP，要用STP。由

8、于外界无线电干扰频率在30MHZ-1GHZ范围内，因此频率大于30MHZ时，数据传输易受外界电磁干扰。当外界干扰源或线缆传输的信号频率超过30MHZ时，在非屏蔽双绞线上产生的误码率是屏蔽双绞线（实验条件相同）数倍，所以STP比UTP抗干扰性能提高40dB左右。屏蔽双绞线可以单独决定整个系统的EMC性能（电磁兼容）。笔者认为，上述观点带有片面性，局限性。首先我们来分析一下1996年1月1日欧洲的EMC规范。EMC规范中规定了有源电子设备或系统在电磁干扰环境中，仍能良好工作的能力，且不对周围的其他设备产生难以容忍的电磁干扰。在EMC规范中并未明确指明布线及其无源部件中电缆和连接器要用什么产品。其次

9、，规范中未指出改善EMC兼容性问题必须采用屏蔽系统。可见，要实施EMC规范可有多种途径。实际改善EMC的方法有：平衡传输、选择线路编码方式、滤波、屏蔽或综合以上几种方法，都可以提高EMC性能。这就是说在EMC规范中，使用屏蔽或非屏蔽系统都是可行的，这两种布线在典型的办公环境中工作性能是相同的，这就清楚的指明欧洲标准EN55022、EN55024及国际标准CISPR22、CISPR24只规定了高频辐射及抗干扰标准而没有规定满足EMC标准必须采用何种技术。所以，无论是UTP还是STP都必须遵循上述标准。当频率高于30MHZ时需要采用STP替代UTP是没有理论依据的。实际上，不同传输信号频谱和辐射性

10、能关系取决于：印刷线路板的布线、输出滤波和磁场特性、传输信号电平及传输协议，信号端口的共模阻抗纵向平衡度及传输介质。UTP的最大特点就是平衡传输。因为非屏蔽双绞线是将各线对按一定的绞距绞合在一起，其主要目的是使双绞线之间的电磁干扰最小和保持恒定的特性阻抗，使其信号能平衡传输。平衡传输的目的是确保双绞线上产生能量相同而极性相反的信号，这些信号轮流产生能量相同而极性相反的电磁场，从而使双绞线不产生辐射，平衡传输使两条导线的噪声相当极性相反，使传入接收器端口的净噪声信号相互抵消，系统的平衡特性越好，辐射越小，抗干扰能力越强。因此平衡法通常被视为改善EMC性能的一种节省成本的方法。对于屏蔽系统来说，真

11、正达到EMC规范，并不仅仅限于采用屏蔽线STP或FTP，屏蔽系统的EMC性能主要取决于系统内EMC最差的元件，即：配线架和信息插座、插头（设备接口本身除外）。另外，对整个屏蔽系统的设计与施工要求较为严格，整个电缆屏蔽系统应构成一个真正的“法拉第外罩”，即电缆的屏蔽层正确连接到连接器上，屏蔽层360度完整接续，而且与设备接口外壳也必须是360度环绕接续。屏蔽层良好接地，地线保持对地低阻抗，接地系统要满足IS规定的任意两个接地点之间电位差小于1伏有效值。目前还没有屏蔽模块接口的国际标准，各供货商的屏蔽插头、插座的屏蔽效果，屏蔽的长期连续完整性，还未有统一规范。现场测试的标准、方法还没有建立。所以，

12、整个屏蔽系统建立的好坏也无法准确的判定。在价格方面，屏蔽布线的产品价格高于非屏蔽产品30-40%，非屏蔽产品除了整体价格低廉外，还有安装简单、维护方便。而屏蔽系统有一套完整的国际国内标准，在世界范围内广泛使用。如UTP产品已广泛应用于干扰环境极强的美国HBO广播电台、福特汽车、美国联合航空公司等等。综上所述，在实际中如何确定采用屏蔽或非屏蔽系统，要视具体应用范围、投资成本高低、施工难易几个方面来权衡利弊。对于大多数智能建筑而言，使用UTP是完全可以的。对于特殊环境，有特殊需求的情况，例如，军队的作战指挥中心应考虑采用屏蔽系统，但必须认真进行屏蔽系统设计与施工，真正起到屏蔽的作用。4、光纤与铜缆

13、当前智能建筑对信息的需求，正在向更高的宽带方向发展，象多媒体业务、电视会议等交互式视频业务，需要一个性能更高的结构化综合布线系统，来支持这些应用。在智能建筑中是采用光纤或是铜缆，这一问题困扰着一部分投资业主。以非屏蔽双绞铜缆为例：非屏蔽双绞铜缆已从三类、四类发展到五类（传输带宽100MHZ）。目前正在开发六类、七类标准和产品，但与光纤相比，它存在不少固有的缺点。光纤依靠自身的优越性，从各个方面克服非屏蔽双绞铜缆的缺点，它具有更大的带宽，更长的传输距离，更高的安全性，完全满足EMC规范，允许更靠近电力电缆，而不对人身健康造成辐射威胁。但在实际中人们为什么不用光纤完全取代铜缆，而还在努力研究六类线

14、、七类线呢？这里涉及的一个主要因素是成本问题、即整个系统，包括线缆、安装和有源设备，在当前阶段，采用光纤系统价格远远高于铜缆系统。在传输速率方面，已安装的大多数网络布线是非屏蔽双绞线，其遵循的标准一般都是EIATIA和ISO公布的“超五类”标准，这些性能标准满足了当前处于超高速网络应用初期阶段需要，即通过超五类铜缆，采用一种完善的编码技术，让信号通过电缆中所有四对线进行分别传输，可以在低于100MHZ的运行频率中，将千兆位以上的速率信息送到用户桌面。正在研制的六类布线频率极限为200MHZ，它可以实现更高速率的传输。在传输距离方面，目前大多数办公室中的布线长度一般都低于100米的铜缆传输距离限

15、制。而在大的园区环境中，例如工厂、仓库等，距离限制将成为一个主要问题。另外，大多数办公室环境对EMC要求不高，因此，铜缆的放射或接收问题影响很小。由此可见，尽管光纤在各个方面都要优于非屏蔽双绞铜线，但光纤系统与铜缆系统的较大价格差异，将是决定铜缆继续生存在相当长的一段时间内的要素。当前在实际应用中，铜缆是智能建筑首选的介质，因为它的购买成本、安装成本和维护成本最低，它是一种优秀的传输介质，在成本更低的某种介质出现之前，将继续作为首选的介质之一。而在出现距离要求时，或是要求传输带宽很高时，应考虑选择光纤。对于单个智能建筑常用的方法“水平布线采用超五类非屏蔽双绞铜线，对于个别宽带用户或距离超长的用

16、户采用光纤到桌面，垂直布线采用五类25对主干铜缆与多模光纤混合布放。而网络设备视具体应用先“电”后“光”，逐步配置到位。对于智能园区；在园区内每幢建筑物之间，视距离、传输速率，采用多模光纤或单模光纤。5、千兆位以太网络与千兆位布线现今，随着复杂的实时计算机应用的日益增长，高速网络应用也日新月异不断推陈出新。千兆位以太网有其独特的优点，受到人们广泛重视。千兆位以太网可以使用简单的以太网机制，为网络提供超过1000Mbps的传输速率。千兆位以太网使用了与前代相同的CSMACD协议，相同的帧结构及帧长，对网络用户来说，这就意味着可以花费不大的网络投资，也不需要增加网络协议及重新培训其网络用户，就可以

17、扩展至千兆位的速率。而且它支持全双工的操作，支持10/100Base-T交换机的主干互连，及支持高性能服务器的连接，同时也可以作为那些需要超过100Base-T速率的高端工作站升级。对于千兆位网络的应用，它的千兆位布线究竟采用什么样的线缆？通过下面的分析可以知道千兆网实际是布线系统所支持的一种应用，它并不是什么新一代布线产品，也不存在现已安装的布线系统落后等问题。众所周知，布线系统的通用国际标准是EIA/TIA-568A、ISO11801等。这些标准都明确地将布线或线缆以信道指标分出3类、5类及C级、D级、E级，而级别与类别的划分都是基于一定的截止频率下，其传输性能（衰减、近端干扰等）指标的大

18、小。而不是对应于10Mbps、100Mbps、155Mbps或千兆网的具体应用来分类的。千兆网的传输的物理介质是采用已有的光纤，五类布线系统，还是未来的六类、七类布线系统，将完全取决于即将标准化的千兆网标准组IEEE802.3ab或IEEE802.3Z委员会。其中IEEE802.3Z工作组致力于光纤传输，而IEEE802.3ab委员会致力于在通常的五类线缆上，采用一种更先进的编码技术来传输千兆网。目前两个工作组正和网络厂商一起，研制相应的网络产品投入市场应用。由此可见，光纤、超五类UTP线缆及正在开发并开始投入使用的六类UTP线缆都可以为千兆位布线应用。在实际应用中根据具体情况进行分析，决定采

19、用哪一种传输介质。光纤系统：光纤由于其带宽宽，是首选介质，但与它相关联的网络设备价格过高，使用受到一定限制。目前朗讯科技推出光纤千兆位布线系统，传输距离达到600米。超五类UTP电缆系统：由于当前大多数网络布线均采用五类线缆，而1995年制定的EIA/TIA-568A与ISO标准规定五类线缆电气参数最高可达100MHZ。因此，IEEE802.3AB委员会针对如何在四对UTP电缆上实现1000Base-T的传输问题上，提出要保护现有投资，对于大多数五类或超五类网络布线，采用一种新的编码方式，可以很容易地做到在不超过100MHZ传输带宽上，实现五类电缆的每个线对上传输250Mbps速率，利用双向双

20、工传输技术，实现1000Mbps的传输速率。由于1000Base-T的传输是在四线对上同步及双向进行的，因此需要加强对现行标准的限制。采用电缆缺陷补偿技术，例：DSP终端滤波器等技术减轻网络对传输介质的需求，做到五类线缆传输千兆信息到100米。但是，由于每个接口均需要数字处理芯片DSP来补偿线路带来的各种干扰和噪音，即这些DSP芯片集成度高，技术复杂，生产商少，所以价格较昂贵。六类UTP系统：正在研制并将投入使用的六类UTP电缆，由于神经质性能更高，带宽达到200MHZ，传输千兆位可以不使用数字补偿路，将终端设备的复杂程度减少80%-90%，因而大大降低了千兆以太网的价格。总之，实际应用中，采

21、用何种线缆作为千兆位布线，主要取决于性能价格比。如果布线工程已经完成，需要更高带宽的应用，为保护现有投资，尽量利用原有的线缆传输宽带信号，则可选用更复杂的终端设备；若处于选型阶段，建议选用六类UTP布线系统。它的国际标准即将出台。另外，在一幢大楼内，大多数的用户是10MBPS到桌面，而由于需要100MBPS及155MBPS的大型服务器或高端工作站的用户有限，用五类UTP系统即可以支持，而用到“千兆位”的桌面终端将更少。所以，大多数智能建筑业主首选的布线方案仍为五类UTP系统。6、结束语随着信息产业的不断发展，布线市场的新产品会越来越多，但对于每个具体工作的应用，智能建筑的投资者、系统集成商们应该实事求是地看到，结构化综合布线系统是独立于某一个具体的网络应用的，所以任何新的技术必须兼容以往用户的大量投资，否则将没有生命力！