千兆网综合布线系统的设计与测试

作者：IT世界

欢迎访问e展厅 展厅 5 网络/安全/存储产品展厅 无线上网卡, 光纤设备, 网络布线产品, 计算机干扰器, 网关, ... 千兆网是一种快速以太网，其数据传输速率达1Gbps,仍采用CSMA/CD的访问控制机制并与现有的以太网兼容，在布线系统的支持下，可以使原来的快速以太网平滑升级并能充分保护用户原来的投资。目前，千兆网技术已成为新建网络和改造的首选技术，由此对综合布线系统的性能要求也提高。 1、千兆网布线标准 千兆以太网的标准由IEEE 802.3制定，目前有802.3z 和802.3ab两个布线标准。其中802.3ab是基于双绞线的布线标准，使用4对5类UTP，最大传输距离为100m。而802.3z是基于光纤通道的标准，使用的媒体有三种： a) 1000Base-LX规范：该规范为长距离使用的多模和单模光纤的参数。其中多模光纤传输距离为300(550米,单模光纤的传输距离为3000米。该规范要求使用价格相对昂贵的长波激光收发器。 b)1000Base-SX规范：该规范为短距离使用的多模光纤的参数，使用多模光纤和低成本的短波CD(compact disc)或VCSEL激光器，其传输距离为300／550米。 c)1000BASE-CX规范：使用短距离的屏蔽双绞线STP，其传输距离为25m，主要用于在配线间使用短跳线电缆把高性能的服务器和高速外设相连。 2、千兆网综合布线系统的线缆选型 综合布线系统包含建筑群布线子系统、建筑物主干布线子系统、水平布线子系统（包含工作区电缆）三大布线子系统。千兆网综合布线系统除具有一般快速以太网综合布线系统设计的特点之外，更重要的是要合理选择UTP、光缆及接插件。 2.1光缆的选择 光缆主要用于建筑群布线子系统，对抗干扰要求高或建筑物主干距离超过100m的场合也用光缆作为建筑物主干布线子系统。选择光缆应根据实际距离并结合802.3z规范进行。在满足技术要求的前提下再虑经济问题。 2.2双绞线的选择 双绞线在三大综合布线子系统中所占比例最大，它的使用在很大程度上决定了综合布线系统的性能，必须合理选用。 由香农定理知，信道带宽与信道容量之间的关系为： C=Wlog2(1+S/N) （bps） ……………………(1) 式中C为信道容量，W为信道宽度，N为噪声功率，S为信号功率，S/N表示信噪比。 由(1)可知，可通过提高信道带宽和信噪比两方式来提高信道容量。 目前可供选择的支持高速网络应用的双绞线有5类、超5类、和6类，其最大带宽分别为100MHZ、100MHZ和200MHZ。由于千兆网双绞线的布线标准802.3ab是基于使用4对5类UTP制定的，而5类UTP的带宽范围为1/100MHZ。因此，仅从带宽角度而言，选则5类双绞线即可满足千兆网应用的要求。 再从信噪比的角度来考虑。千兆网需同时使用UTP的四对电缆进行高速并行数据传输，信号和噪声分别线缆的下列特性参数有关，这些参数是： 衰减(Attenuation)：指信号沿链路传输的减弱。 回波损耗(RL)：由于线缆特性阻抗和链路接插件阻抗偏离标准值而导致的对发送信号功率的反射。 近端串扰损耗(NEXT)：类似于噪音，是从相邻的一对线上传过来的干扰信号。这种串扰信号是由于UTP中邻近的绕对通过电容或电感偶合过来的。 相邻线对综合串扰(Power sum)：指在使用UTP四对线对同时传输数据的环境下，其它三对线上的工作信号对另一对线线间串扰总和。设发送信号为T，上述四个特性参数分别用A、R、NE、P表示，则： Singal(f)=f1(T、A) ……………(2) Noise(f)=f2(R、NE、P) .……………(3) 式(2)和(3)分别表示接收信号和噪音,两式中的参数A、R、NE、P均为频率f 的函数。因此得到下列计算信噪比的两个公式： 由这两个公式知，要提高信噪比，就要选择A、R、N、P 等各项参数优良的UTP来提高S，降低N。类别越高的UTP，上述各项参数离标准规定的极限值的富余量就越多，其性能越优良。由于5类UTP的部分参数受施工质量或环境的影响大，往往达不到布线标准的要求，超5类UTP改进了5类UTP的上述缺陷。因此，超五类及六类UTP可以满足信噪的要求。由于六类UTP的性能忧于超五类，且六类UTP还能满足将来更高速的网络应用，因此，在目前情况下应首选六类UTP及其配套的接、插件。 3、测试 测试是保证布线链路性能的重要手段，不能用网络调试来检验链路的性能。 3.1 测试的标准 布线系统的测试标准随着网络技术的发展而不断地变化。先后使用过的标准有： TSB-67现场测试标准、TSB95现场测试标准、TIA-568-A-5-2000超五类线的千兆网测试标准、 GB/T 50312-2000 建筑与建筑群综合布线系统工程验收规范。 2001年通过的TIA-568-B标准，集合了TIA/EIA-568-A、TSB 72、75、95等标准的内容，成为新的布线和测试标准。该标准放弃了原测试标准中的基本链路方式(Basiclink)而采用永久链路连接方式。 永久链路模型消除了链路两端连接测试仪和被测电路的测试连接线对电路测试结果的影响，使得按照该模型进行测试并且通过了测试，那么使用原厂家的合格的用户连接线并连好网络设备就可以得到合格的链路，并可以直接投入使用。 3.2 测试参数及其物理意义 除了2.2中已经介绍的几个参数外，还要对下列参数测试进行测试： 近端串扰与衰减差(ACR):是指近端串扰损耗与衰减的差值。 是线对上信噪比的一种形式。ACR=0表明在该线对上传输的信号将被噪音淹没。 传输延迟和延迟偏差(Propagation delay & delay skew)：传输延迟指的是当电信号延电缆传输时的时间延迟。一个电缆绕对的延迟决定于绕队的长度、缠绕率和电特性。同一UTP电缆中的各绕对由于缠绕数和每一绕队的电特性的不同而导致各绕对的传输延迟稍有差异，各绕对之间的延迟差异就是延迟偏差。延迟偏差对于以多线对电缆同时传输数据的高速并行数据传输网络是一个非常重要的参数，如果绕对之间的延迟偏差过大，就会失去比特传输的同步性，接收到的数据就不能被正确地重组。 特性阻抗(Characteristic Impedance)：是指电缆无限长时该电缆所具有的阻抗。阻抗是阻止交流电流通过一种电阻。一条电缆的特性阻抗是由电缆的电导率、电容以及阻值组合后的综合特性。这些参数是由诸如导体尺寸、导体间的距离以及电缆绝缘材料特性等物理参数决定的。正常的物理运行依靠整个系统电缆与连接器件具有的恒定的特性阻抗。特性阻抗的突变或特性阻抗异常，会造成信号反射，从而会引起网络电缆中的传输信号畸变并导致网络出错。常用UTP的特性阻抗为100(。 近端串扰损耗(NEXT)：近端串扰是指处于某侧的发送线对对同侧相邻的另一对线通过电磁感应所产生的偶合信号。近端串绕损耗NEXT就是近端串扰值和导致该串扰值的另一对线上的发送信号之差值。近端串绕与线缆的类别、连接方式、频率值有关。 在所有的网络运行特性中，串扰值对网络的性能影响是最大的。 近端串扰与衰减差(ACR)：是指近端串扰损耗与衰减的差值。 ACR(dB)=NEXT(dB)- A(dB) ACR是一个十分重要的物理量，是线对上信噪比的一种形式。ACR=0表明在该线对上传输的信号将被噪音淹没，因此，对应ACR=0的频率点越高越好。高的ACR值意味着接收信号大于串扰。 等电平远端串扰(ELFEXT):由于五类线采用全双工并行方式来传输数据，远端的串扰也会对信号造成影响，因此必须在远端点测量可感应到的串扰信号，这就是FEXT值的测量。可是由于线路中信号的衰减，使得远端点发送的信号强度太弱，以至于所测量到的FEXT值不是真实的远端串扰值，因此需要用测量到的FEXT值减去线路的衰减值，以得到所谓的ELFEXT值。 ELFEXT=FEXT- A (A为接收线对的传输衰减) 综合等电平远端串扰(Power sum ELFEXT)：远端串扰则是指能量被耦合到与传输信号的线对相邻的线对的远端(远离信号发送端)的能量耦合。在千兆以太网中，所有的线对都被用来传输信号，每个线对都会受到其他线对的干扰，因此远端串扰必须进行功率加总，从而获得对于能量耦合的真实描述。 特性阻抗(Characteristic Impedance)：是指电缆无限长时该电缆所具有的阻抗。一条电缆的特性阻抗是由电缆的电导率、电容以及阻值组合后的综合特性。这些参数是由诸如导体尺寸、导体间的距离以及电缆绝缘材料特性等物理参数决定的。正常的物理运行依靠整个系统电缆与连接器件具有的恒定的特性阻抗。特性阻抗的突变或特性阻抗异常，会造成信号反射，从而会引起网络电缆中的传输信号畸变并导致网络出错。常用UTP的特性阻抗为100。 表1 6类永久链路部分测试参数的参考值 参数(dB) NEXT ATTN RL ACR ELFEXT PS PS PS 频率(MHZ) NEXT ACR ELFEXT 100 41.8 18.5 14.0 23.4 24.2 39.3 20.8 21.2 125 40.3 20.9 13.0 19.4 22.2 37.7 16.8 19.3 200 36.9 27.1 11.0 9.9 18.2 34.3 7.2 15.2 250 35.3 30.7 10.0 4.6 16.2 32.7 2.0 13.2 表2 超五类永久链路部分测试参数在100MHZ时的参考值 参数(dB) NEXT ATTN RL ACR ELFEXT PS PS PS 频率(MHZ) NEXT ACR ELFEXT 100 30.1 24.0 10.0 6.1 17.4 27.1 3.1 14.4 4、合布线系统的施工 综合布线系统的施工过程要严格按照规范进行，只有这样才能充分保证布线系统的质量。 4.措施 4.1降低衰减值的措施 衰减与ACR紧密相关，小的衰减将有助于ACR的提高。电缆的衰减决定于电缆的结构、长度、环境温度等因素。减低衰减的措施有： a)水平电缆和工作区电缆的总长度不超过100米。由衰减公式知，电缆越长，衰减越大。 b)尽可能避免将长距离的电缆铺设在金属导管中以及靠近任何其它导体的表面，其结果将附加2% /3%的衰减。另外，高温也将严重加大衰减。 4.2减少串扰的措施 在所有布线系统的特性中，串扰对网络的性能影响最大，它影响到下列参数：NEXT、Power sum 、ACR等，降低串扰值有利于上述各参数值的提高。具体的减少串扰的措施有： 在做线对连接时要统一按照TIA—568B的标准来连接，否则串绕连接将产生严重的串扰。如果NEXT不能通过测试，不仅如此，一系列与NEXT有关的参数，如ACR也会由于线对串绕而不能通过测试，也就是说，本来质量合格的电缆由于串绕连接会使其性能很差。 b)在将电缆线对拆开进行连接或往配线架上安装时，将非双绞的部分尽量缩短，最长不能超过13mm。 另外，除上述方法外，在安装电缆时要小心对待电缆、不得使电缆过分受力，电缆的弯曲半径要符合电缆制造商的指标规定，只有这样才能保持电缆的结构，从而有助于上述各技术指标的提高。这也是对施工的基本要求。(end)

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