結(jié)構(gòu)化布線系統(tǒng)的發(fā)展前景

2019-11-03 10:07:29

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供稿：網(wǎng)友

過去和目前的作法

　　要討論結(jié)構(gòu)化布線系統(tǒng)的發(fā)展前景，首先應(yīng)看看過去和目前的作法。1984年早些時候，人們還稱之為通訊配線系統(tǒng)，當時它并不是人們討論的話題。其數(shù)據(jù)傳輸速度相當慢，所需的傳送帶寬很小，還由其他人提供布線系統(tǒng)的設(shè)計與安裝。電話公司則完成電話業(yè)務(wù)的安裝與維護。當出現(xiàn)分布式的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)時，由賣方對布線系統(tǒng)進行詳細說明，線路的安裝與維護也由設(shè)備供應(yīng)商或?qū)ｉT的獨立承包商來完成。

　　1984年1月，法庭做出重要的裁決，改變了電訊傳輸和分配的方式，把用戶從中解脫出來。除了傳統(tǒng)的布線系統(tǒng)供應(yīng)商之外，人們對于通信傳輸?shù)牟季€需求了解的并不很多。介質(zhì)、連接器和接口的快速發(fā)展以及標準傳輸規(guī)范的缺乏，加上商家對布線方案的介紹，都增加了用戶們的困惑。為了讓一切有序起來，建立起一般性的布線系統(tǒng)，就要求建立一個標準，其內(nèi)容應(yīng)集中于商業(yè)樓宇通信布線。自從1991年TIA/EIA（電信工業(yè)協(xié)會/電子工業(yè)聯(lián)合會）推出第一個標準，又發(fā)布了一系列關(guān)于結(jié)構(gòu)化布線系統(tǒng)的標準和規(guī)范，這些標準為發(fā)展高速信息傳輸系統(tǒng)起到了指導(dǎo)作用。

　　過去和現(xiàn)在，大多數(shù)用于商業(yè)領(lǐng)域的數(shù)字化通信，都是在非屏蔽雙絞線（UTP）布線系統(tǒng)上進行的。與其他類型的介質(zhì)相比，UTP因其經(jīng)濟、非常適于應(yīng)用、又比較容易安裝，因此人們常選用UTP作為介質(zhì)。

　　隨著網(wǎng)絡(luò)速度的每一次發(fā)展，UTP和連接器的新的傳輸規(guī)范也由制造商逐步改進并最終由標準協(xié)會認可。從1991 UTP額定為16MHz帶寬開始，現(xiàn)在我們面臨的傳輸速度要求帶寬在200MHz甚至更高。制造商已經(jīng)接受了挑戰(zhàn)，并為現(xiàn)今超過250MHz的傳輸需求提供相應(yīng)的UTP。當帶寬達到600MHz時，又會有什么樣的經(jīng)濟可行的UTP和連接器呢？到多大帶寬時，使用UTP才會比其他介質(zhì)更不簡便更不經(jīng)濟呢？

未來的發(fā)展方向

　　在我們的設(shè)想中，將來商業(yè)信息的傳送由高速和低速兩部分組成。諸如語音、樓宇自動化系統(tǒng)、報警和安全系統(tǒng)等應(yīng)用，仍使用低的帶寬。語音信息包括從局端/PBX（集團電話）傳遞到ip/語音，而所需帶寬卻不會大量增加。語音包所在的數(shù)據(jù)包則會增加對帶寬的需求。什么正在變化、什么將繼續(xù)變化，這是要在越來越短的時間內(nèi)傳送大量信息所必須了解的。圖形數(shù)據(jù)（圖解與圖示）、科學(xué)模型、桌上電視會議、多層關(guān)系數(shù)據(jù)庫以及其他這樣的復(fù)雜數(shù)據(jù)信息等應(yīng)用，都會提高對帶寬的需求。

　　如果根據(jù)過去的歷史來預(yù)計未來，信息傳輸速率將以每十年至少升高一個量級的速度增長。我們已經(jīng)了解了在UTP上的LAN（局域網(wǎng)）速度，從80年代中期的10Mbps，提高到90年代中期的100Mbps，90年代末期達到1Gbps，直到現(xiàn)在標準中規(guī)定為10Gbps。到2010年、2020年情況又會怎樣呢？引用微軟總裁比爾·蓋茨（Bill Gates）的話說，“10年之內(nèi)我們將擁有無限的帶寬。”勞倫斯·伯克利（Lawrence Berkley）實驗室把它2004年對帶寬的需求定為40兆位/秒。人們將選用哪種介質(zhì)呢？UTP、同軸電纜、屏蔽雙絞線、光纖，還是無線技術(shù)？

　　選用任何的布線系統(tǒng)必須考慮兩點，一個是它的性能，另一個是與之相關(guān)的經(jīng)濟性（包括安裝簡便）。毋庸置疑，光纖和屏蔽雙絞線（STP）系統(tǒng)比UTP更好，并能提供更大的信號空間。然而，就現(xiàn)在的應(yīng)用情況來看，用戶對它們的接受程度還遠不及UTP。但是，UTP和其他的介質(zhì)能為將來的應(yīng)用提供帶寬嗎？它們能提供經(jīng)濟實用的解決方案嗎？讓我們來看看為將來所提出的幾種解決方案。

　　非屏蔽雙絞線（UTP）

　　目前，在標準中將UTP的傳輸特性規(guī)定為250MHz。很多制造商在宣傳其產(chǎn)品時都稱超過了標準中所規(guī)定的值。

　　為了制定6類標準，還必須解決許多的技術(shù)困難。但是，我們還是有理由期望解決這些技術(shù)和政治上的問題的。人們公認，UTP還沒有達到它理論上的極限。還有一些遺留的問題，比如UTP的持續(xù)生存能力、信息傳輸速度增長等問題。如果將來的技術(shù)還不能有效地利用帶寬，那么在電氣成本、安裝細節(jié)和測試需求等方面，UTP都會超過其他介質(zhì)。還應(yīng)注意的是，目前，對于10兆位以太網(wǎng)（10GbE）還沒有計劃開發(fā)一套標準的銅線方案。

　　屏蔽雙絞線（STP）

　　目前將屏蔽雙絞線的帶寬定為300MHz。ISO（國際標準化組織）/IEC（國際電工委員會）正在對其進行研究，準備制訂7類標準，其帶寬將達到600MHz。盡管這是一種特別好的介質(zhì)，但其原材料和安裝成本都限制了它在特殊情況和某些國家中的使用。無疑，現(xiàn)在還沒有達到STP的帶寬限值，但是與UTP相比，其經(jīng)濟性是阻礙其改進的一個大問題。STP的安裝需要經(jīng)過高級培訓(xùn)的安裝人員，并且強調(diào)正確安裝。北美工業(yè)專家懷疑承包商能夠很快地應(yīng)用STP。

　　金屬箔屏蔽雙絞線（ScTP）

　　ScTP最初是為提供一種比STP成本更低、更易安裝的屏蔽介質(zhì)而開發(fā)的。它適合TIA/EIA 568A標準中所有物理上和傳輸上的規(guī)范要求。ScTP是4線對、24AWG、100Ω的電纜，所有4組線對上有一個總的屏蔽；而STP是2線對、22AWG、150Ω的電纜，其每個線對外分別有屏蔽，然后再有一個總的屏蔽。它的帶寬也定為300MHz，盡管ScTP更易于安裝，但在北美，它和STP一樣不為人們所接受。當然在一些保證有特殊保護的情況下也會采用ScTP，但是就和STP一樣，ScTP能否成為人們選用的介質(zhì)還是值得懷疑。

　　玻璃光纖

　　很多年以來，支持用光纖傳送信息的人們都把它作為未來的介質(zhì)。TIA/EIA標準把62.5/125μ多模光纖作為三種推薦使用的水平介質(zhì)之一。無論它的距離限制還是帶寬容量都能適應(yīng)高速應(yīng)用的要求，直到出現(xiàn)1000BaseT以太網(wǎng)。研究表明，在短波情況下，62.5/125μ光纖的負載信息容量和LED（發(fā)光二極管）電氣耦合率都不足以滿足距離的要求。

　　現(xiàn)在，用戶必須重新回到標準上來，評估標準所述與未來網(wǎng)絡(luò)需求之間的關(guān)聯(lián)。他們必須考慮換成新型62.5/125μ光纖或是50/125μ多模光纖。對于短波（SX）或長波（LX），他們必須從LED發(fā)射器/接收器變成短波（SX）或長波（LX）的垂直諧振表面發(fā)射激光（VCSEL），或者變成單模光纖。看來，未來全球通用的先進介質(zhì)還不存在。“新型”62.5/125μ光纖比單模光纖成本更高，50/125μ多模光纖則比62.5/125μ光纖更靈敏，于連接器的損耗也更大。人們認為，由于光源和連接器，單模光纖網(wǎng)比多模網(wǎng)絡(luò)的成本更高，而新型的1300nm VCSEL光源可以把實際成本降低到“新型”多模光纖網(wǎng)的成本以下。

　　光纖波分復(fù)用

　　光纖波分復(fù)用不是一種新型的結(jié)構(gòu)化布線系統(tǒng)，而是擴展光纖的數(shù)據(jù)傳載容量的一種新的技術(shù)。要增加光纖的傳載容量，可把通過光纖傳載數(shù)據(jù)的激光分成不同的顏色或不同的波長，每一部分傳載不連續(xù)的數(shù)據(jù)通道。現(xiàn)在，這項技術(shù)最多可把激光分成40種不同波長。在不久的將來，就可以達到128個通道。這項技術(shù)最大的優(yōu)點就在于，新波長的傳輸設(shè)備可以在已有的連接光纖的設(shè)備上改進，這是提高帶寬最簡便的方法。這一技術(shù)不需要另外再增加光纖數(shù)，可用于已有的光纖和連接器。

　　塑料光纖（POF）

　　目前，塑料光纖應(yīng)用于低速、短距離的傳輸中。而最近分段分序POF技術(shù)的發(fā)展，已把帶寬提高到3GHz/100m。新近開發(fā)的單模POF，塑料光纖中的光放大器，對1550nm低損耗的新型POF材料，以及更高功率、更快的光源，都使得FDDI（光纖分布式數(shù)據(jù)接口）、ATM（異步傳輸模式）、Escon（企業(yè)系統(tǒng)連接體系結(jié)構(gòu)）、FC（光纖通道）、Sonet（同步光纖網(wǎng)）等應(yīng)用都涉及塑料光纖領(lǐng)域。然而，這種介質(zhì)目前還不為標準所認可，因為現(xiàn)在可用的技術(shù)在要求的帶寬下都限制在50m內(nèi)。或許五年以后，低成本的POF會得到商業(yè)化的應(yīng)用。標準對其的認可，對于市場的接受程度來說是至關(guān)重要的。如果有一天在標準中對POF進行了認定，它將為目前那些由成本低于玻璃光纖的銅線介質(zhì)支持的應(yīng)用提供一個更強大的系統(tǒng)。它還能為用戶提供一些他們感興趣的中間利益。

　　無線技術(shù)

　　關(guān)于將來以無線網(wǎng)絡(luò)替代結(jié)構(gòu)化布線系統(tǒng)的問題，人們已經(jīng)談過很多了。目前，大約有1%的以太網(wǎng)端口中無線技術(shù)已不再有成本和低帶寬的問題。無線網(wǎng)絡(luò)的特點誘惑了那些為結(jié)構(gòu)化布線系統(tǒng)的設(shè)計、安裝和維護而苦惱的人們。沒有人需要擔(dān)心把電纜鋪到那些難以到達的地方，也沒有人需要擔(dān)心電纜的類型和許多其他方面的問題。但總的來說，無線技術(shù)有著一定的限制。盡管有關(guān)于無線網(wǎng)絡(luò)的標準（IEEE802.11b），但商家中仍沒有內(nèi)部可操作性。窄帶網(wǎng)絡(luò)設(shè)備需要FCC（美國聯(lián)邦通信委員會）的許可，由日光等其他光源引致的干擾，會造成非聚焦紅外網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的不可靠運行。擴頻網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在某種程度上克服了這些難題，但相應(yīng)地也會造成低的數(shù)據(jù)傳輸率。標準IEEE802.11b中規(guī)定數(shù)據(jù)率為11Mb/s。一家澳大利亞的公司最近開發(fā)了一套無線系統(tǒng)，聲稱其支持54Mb/s的數(shù)據(jù)率。廣播的傳播空間，在開放的辦公環(huán)境中限制在200~500英尺；在封閉的辦公環(huán)境中則限制在100英尺以內(nèi)。

　　無疑，無線網(wǎng)絡(luò)的成本將會降低，其帶寬也會增加。無線網(wǎng)絡(luò)可以很好地用于許多應(yīng)用中，但該技術(shù)是否能為日益增長的信息傳輸速度需求提供解決方案，則值得懷疑。

　　同軸電纜

　　從高保真音頻到基帶和寬帶通信等寬帶應(yīng)用，都可選用同軸電纜作為介質(zhì)。它是10Base5和10Base2以太網(wǎng)中主要的介質(zhì)。更高帶寬的UTP和連接器技術(shù)的出現(xiàn)，使得同軸電纜不再用于商業(yè)網(wǎng)絡(luò)，而主要應(yīng)用于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)和CATV（有線電視）中。許多年來，同軸電纜用于IBM3270網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)是商業(yè)設(shè)備中數(shù)據(jù)通信的主要部分。安裝的簡易性和經(jīng)濟性，促使市場明顯有利于UTP。但是在我們不再采用同軸電纜之前，還是應(yīng)該把它作為一種可選用的介質(zhì)提出來。

　　同軸電纜當然能比UTP支持更高的帶寬，并且能夠以不甚復(fù)雜的電氣來操作。也許有人會爭論說，由于同軸電纜安裝維護的難度和高成本，它很難為安裝人員和用戶所接受。假設(shè)，將同樣嚴格的生產(chǎn)程序分別應(yīng)用于同軸電纜系統(tǒng)和UTP，當然可以把連接器做得與UTP連接器一樣易于安裝，把電纜做得比已有的同軸電纜重量更輕、直徑更小。在更高帶寬的應(yīng)用中，與UTP更復(fù)雜電氣的成本、安裝細節(jié)、測試需求以及其維護情況相比，同軸電纜也許更具競爭力。開發(fā)新型、更輕的同軸電纜和連接器，是未來成功的關(guān)鍵。

　　成本的考慮

　　除了性能需求，結(jié)構(gòu)化布線系統(tǒng)在原材料價格和人力上都很經(jīng)濟。下表是根據(jù)一個美國案例，具有96個工作站的網(wǎng)絡(luò)制成的，每個工作站與一個包含4個插座（每個插座有24個端口）和96根跳線的接線間約有100英尺的距離。光纖是兩根62.5/125μ多模光纜。要注意價格是很小量的零售價，可能不很精確。比例應(yīng)當是相當合理的。

　　人們當然不可能只考慮原材料的成本。作出任何決定都要考慮要進行的應(yīng)用和預(yù)期的需求等因素。比如：5類電纜定為100MHz，6類電纜則是5類電纜的2.5倍。要想在同樣的帶寬下使信號比特率加倍，相應(yīng)地也就會增加電氣的成本，因為要用更復(fù)雜的設(shè)備來譯解傳輸?shù)男盘枴?br>
　　如果不是需要減少EMI（電磁干擾），多數(shù)用戶都不能證明STP和ScTP的成本是UTP的3~3.5倍。可以由以下幾個方面證明使用光纖的成本為UTP的4~4.5倍：消除EMI，增加帶寬，延長距離。然而，除了光纖的原材料成本外，在10/100Base以太網(wǎng)系統(tǒng)中使用光纖，還增加了集線器和網(wǎng)絡(luò)接口卡的成本，達到銅線成本的2.8倍。無線網(wǎng)絡(luò)比銅線系統(tǒng)的成本略高一點，而帶寬卻小很多。比特率每升高一個數(shù)量級，電氣的成本最初以6~10倍的速度增加，量很大后，成本的增加速度逐漸減緩，為3~5倍。

　　結(jié)論

　　在可預(yù)見的將來，我們在低帶寬的應(yīng)用（低于100MHz）中采用UTP是比較好的。人們曾經(jīng)認為UTP的容量限制了信息傳送速率低于1MHz。盡管很難說將發(fā)展什么樣的新技術(shù)，但我們可以這樣說，在電子通信領(lǐng)域進行大量的研究，隨著新介質(zhì)、新的生產(chǎn)過程和其他的進步，擴展其容量是十分可能的。在接收端，可能將電氣發(fā)展成隨著譯解信號而提高其復(fù)雜性，或是在信號處理上有新的突破，允許增強比特包。

　　在未來很長一段時間里，STP和ScTP也將繼續(xù)在高電磁干擾的環(huán)境中得到應(yīng)用。它們的優(yōu)勢不再是成本費用和增加的安裝成本，而是在頻率比UTP更高時能提供可靠的性能。利用同軸電纜系統(tǒng)的可能性，要到制造商投資開發(fā)易于安裝的同軸電纜和連接器時才有答案。

　　無線系統(tǒng)無疑是先進的，并會繼續(xù)支持更高的帶寬需求。它可能會占有更多的市場份額，特別是對居民住宅環(huán)境這一市場。這種局面可能現(xiàn)在不會出現(xiàn)，然而這一技術(shù)將會發(fā)展到支持已經(jīng)出現(xiàn)的應(yīng)用協(xié)議需求的程度。

　　光纖又會如何呢？工業(yè)中已經(jīng)出現(xiàn)了一種向整體光纖網(wǎng)緩慢而穩(wěn)定轉(zhuǎn)變的預(yù)防措施。那并沒有壞處，尤其是在沒有預(yù)算限制的條件下。用戶會對信息傳輸系統(tǒng)作為工具為企業(yè)提供生產(chǎn)力感興趣，對它支持某一種技術(shù)不支持另一種技術(shù)則不感興趣。而且，雖然根據(jù)應(yīng)用協(xié)議，1Gb以太網(wǎng)還能維持一段時間，超5類和6類能好好地支持它，我們還是知道，在未來5~10年，10Gb以太網(wǎng)將完全采用光纖。

　　采用新型多模光纖還是單模光纖、短波（SX）還是長波（LX），或是在新的光纖裝置中使用密集波分復(fù)用，在這些問題上并沒有爭論。1300nm VCSEL的發(fā)展，提高了單模光纖在主干和水平使用中的機會。看來，最終的解決方案可能是目前多種光纖的聯(lián)合使用。

　　最后要說的是，結(jié)構(gòu)化布線系統(tǒng)的制造商們永遠都應(yīng)當想到電氣部分的新發(fā)展、原材料技術(shù)上的突破以及信號傳遞的改進。他們還必須認識到任何所有新的應(yīng)用協(xié)議都在發(fā)展。而且，制造商們必須能以其產(chǎn)品來支持新的技術(shù)與應(yīng)用，這些產(chǎn)品可以毫無差錯地傳送數(shù)據(jù)，沒有中斷，沒有衰減。可以保證一點，速率和數(shù)據(jù)傳輸上的需求是不會降低的。現(xiàn)在是全球化經(jīng)濟，最終用戶在處理數(shù)據(jù)的速度方面所能得到的任何優(yōu)勢，都將成為其資本。在這里，我們確保一定會是這樣的。

摘自　人民郵電報

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