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配线子系统的铜缆技术应基于超5类
浏览: 发布日期:2018-03-15 09:00:59

  摘 要 超5类是配线子系统的主流,超5类最大可能是真正普遍应用的终结,修订综合布线国标时配线子系统的铜缆技术应基于超5类。

  关键词 主流数据 电缆 超5类

1、超5类是配线子系统电缆的主流

  GB/T 50311-2000《建筑与建筑群综合布线系统工程设计规范》在6.0.3中指出:“配线子系统应采用4对对绞电缆,……”谁都知此“4对对绞电缆”非一般市话电缆,而是“数据电缆”,主要适用于计算机局域网到桌面的应用。如今,以太网一统计算机局域网已有多年,不应脱离以太网在那里泛论综合布线配线子系统的应用。

  对于广泛应用的10/100Mbit/s以太网到桌面来说,众所周知,采用6类,没有必要;TIA/EIA 568B标准,建议把超5类作为数据通信布线系统最低等级的类别。于是,超5类成为独一无二的选择。

  对于1000Mbit/s 以太网到桌面来说,是采用超5类,还是采用6类呢?曾经有很多文章宣传采用6类,理由是“在6类布线上采用1000Base-Tx 的部署成本可减少一半”。然而,几年来,1000Base-T网卡的价格越来越低,人们对采用超5类型来传输1000Base-T产生了偏爱,应用1000Base-Tx 的广泛性渺茫。于是,出现了这样的宣传:“如果我们全部敷设6类电缆,硬件制造商就会开发、生产便宜的1000Base-Tx 产品”。此宣传岂非要号召人们“全部敷设6类电缆”?谁不希望有便宜的1000Base-Tx产品啊!有倒是6类电缆连接的网卡与超5类一样,采用1000Base-T,250MHz 带宽用不上,电缆价格、施工费用却要高得多,施工难度大。何苦不用超5类?

2、6类不大可能会成为配线子系统的主流

  我在“修订综合布线国标暂不宜基于6类技术”一文中已阐述了“6 类不是主流技术,其实用前程有待于继续关注”的看法,本文再做些补充。

2.1 10吉比特以太网对6 类的新要求难以现场验证

  在2004 年3 月的IEEE 802.3 10GBase-T研究小组会议上,确定捆绑在一起的6类UTP(非屏蔽双绞线)线缆超过15m 时,要可靠传输10 吉比特以太网,不能仅仅是传输带宽应符合10 吉比特以太网的要求,还必须附加Alien Crosstalk(外来串扰)要求,必须抑制20dB 的外来串扰。Alien Crosstalk 是随机噪声源,存在于电缆外部,必须降低这个噪声源,以满足香农容量要求,10 Gbit/s传输要求布线解决方案提供大于18Gbit/s的香农容量,这是10 吉比特以太网对铜缆的新要求。

  Alien Crosstalk是在线缆捆绑、端口堆叠的情况下,邻近电缆对电缆内某线对发生的噪声耦合。与近端串扰不同,近端串扰是线缆内部的噪声,信噪比是可以预测的,可以在有源电子器件中抵消,而外来串扰由于来源于邻近线缆, 所以无法通过受影响线对的电路来取消(信号处理的电子线路最多可能抑制5dB 的外来串扰),必须靠布线系统本身。但是,一条电缆内部的线对改变绞距和控制线对之间的距离, 以不同的比率合在一起,也只是可以有效防止电缆内部的线对间串扰,因为不能控制相邻电缆上同一绞距长度的线对之间的距离,所以对防止电缆之间的串扰(外来串扰)仍然效果不佳。在一个工程中,一般来说采用的是同一厂家的产品,这些完全一样的线缆在线槽内传输10吉比特信号时,信号的相互耦合更容易产生,尤其是相同颜色的线对由于绞距与方向完全一样, 耦合的干扰无法依靠线缆本身的平衡结构来抵消。要解决10GBase-T 中外来串扰的影响,很有效的方案是使用屏蔽技术,这对于UTP来说显然是个难题,UTP 能不能胜任?究竟采用什么样的方案尚未定论。

  整个数据布线系统要达到Alien Crosstalk要求,不仅仅是电缆要符合要求,而且信息模块、跳线、配线架等所有部件也要改进,安装方法(包括线槽、管道、桥架等电缆通道的设计和施工)也需要相应改变相适应。但是,相关的布线标准组织还未将讨论这些具体的技术问题提到议事日程。

  Alien Crosstalk是不可预知的噪声源,它的测量非常困难,必须同步2 套测试仪器,眼下也只能在实验室里完成。即使有什么“新6类”是吉比特布线系统,竣工验收时如何判断Alien Crosstalk 是否符合要求,目前还没有相应的测试规范,自然更谈不上有什么仪表可用于现场验证是否满足10GBase-T 的要求。

2.2 6类究竟对以太网传输到桌面有什么用6类数据布线本应用来支持1000Base-Tx 和10GBase-T。

  至今,却见6类数据布线用来支持1000Base-T,疑似超5类。

  关于6 类支持10GBase-T 问题,如今似乎有“标准的6 类”、“扩展的6 类”和“增强型6 类”之说。“标准的6 类”符合6类标准、传输带宽为250MHz,在500MHz操作频率上,支持10GBase-T 时由于存在线外串扰而不易实现信号的完整性,传输距离难以超出55m,本文称其为“现今的6 类”;“扩展的6 类”是将传输带宽外推至500~625MHz,支持10GBase-T 至少传输55m;“增强型6 类”是指对6 类的新研发,目标是支持10GBase-T 传输100m。本文将“扩展的6 类”和“增强型6类”合称为“新6类”。“现今的6类”和“新6类”二者大有区别,但是可能出于某些利益的考虑,多数宣传将二者混合。6类布线技术动荡不稳,情势颇为复杂,需仔细区分。

  “现今的6类”虽说能在55m以下时支持10GBase-T,但是不一定能得到实用。在实际工程中,信道长度在55m以下者占少数,有源硬件和芯片制造商未必为其提供10GBase-T 产品(包括测试设备)。在基于铜缆的以太网标准中,100m 是一个关键数字,如果支持的信道长度不到100m,则难以找到市场。

  至于“新6 类”,有的数据布线厂家又推出宽带(625MHz)、新模式、新结构,说是可用于10Gbit/s。推出7 类的厂家则说:100m 长度,新6 类支持10 吉比特以太网尚未确定。无论是“新6 类”,还是7 类,都已是UTP技术的极限,“极限”难免有它的脆弱性,何必用“极限”,与脆弱相拼。目前,光纤具有冗余大、富有弹性、安全性高、安装难度小等特点,支持10吉比特以太网,只有光纤是成熟的技术,具有绝对优势。

  在现阶段及相当长时期内, 吉比特真正应用于桌面的需求量小于10/100/1000Mbit/s到桌面的需求量,即使有什么“新6类”是吉比特布线系统,其合理的实用量也相应地很有限,不大可能会成为配线子系统的主流。

3、若干相关的见解

  6类,有失所望。于是,出现了一种不良导向。这种导向不提6本类应传输1000Base-Tx,模糊6类可传输吉比特,贬斥超5类的主要用途不是传输吉比特,而是用来传输10/100Mbit/s。

3.1 超5类的主要用途是支持1000Base-T,10/100Mbit/s只是兼用之

  自从5类线缆产品推出以后,诸多厂家的5类产品其性能普遍优于5类标准。就产品本身来说,5类产品的性能指标本来就有余量,例如在100MHz频率下,ISO/IEC 11801 标准对ACR(衰减—串音衰减比率)指标值的要求是4dB,TIA/EIA 568A标准的要求是3.1dB,而不少厂家生产的5类线都在10dB以上,有的甚至达到30dB,大大超过标准要求。

  衡量一个布线系统传输能力的最重要的客观参数是带宽, 它是由信道的NEXT(近端串音)值与衰减量相差3dB时的最低频率决定的。5线缆每对线传输频率可高达100MHz以上,如果仅用于传输100Base-Tx 以太网,则5类线缆的技术潜力没有用完。

  (1)100Base-Tx以太网只用了4对芯5类线缆中的2对芯;

  (2)5类线缆中的2对芯共具有200MHz可用带宽,而100Base-Tx以太网采用的是半双工通信的方式,即一对线用于发送数据,另一对线用于接收数据,相当于200MHz的可用带宽又至少闲置一半;

  (3)100Mbit/s 以太网数据信号在通过5类线缆进行传输时,100Base-Tx网络设备又对其进行编码调制,使用3级编码方案(MLT-3),因此,发送或接收数据时,实际上占用的带宽才只有31.25MHz。于是,吉比特以太网到桌面的传输介质是采用5类线缆,还是采用6类、7类布线系统,从事网络应用的标准化组织(如IEEE 802)做了认真研究。其中802.3ab工作小组,首先负责和规范了吉比特以太网在5类双绞线上传输的技术要求,重新定义及增加了一些指标参数。例如为了在5类双绞线上实现1000Mbit/s 的传输速率,IEEE 802.3ab 委员会最终决定5类线缆的4对芯都工作于全双工模式(即1000Base-T),充分利用4对芯共具有的400MHz可用带宽。并采用一种被称为脉冲幅度调制(PAM-5)的编码。

  最初在北美开发吉比特以太网时,是在5类双绞线上运行。在实际操作中人们发现,5类线缆4对芯全双工传输确实普遍可以运行吉比特以太网,但是,并非所有的5类线缆均可以运行吉比特以太网,产品之间的区别主要体现在电气性能是否满足吉比特以太网所需的4对芯全双工传输要求。北美的TIA/EIA 标准化委员会针对5类双绞线传输吉比特速率的应用,制定了增强型5类布线系统标准(568A-5),即增强型5类的应用定位于吉比特以太网。“增强型5类”简称为“5E”,也统称为“超5类”。国际标准化组织ISO/IEC 在2002 年推出第二版11801规范,把5类布线系统按照“增强型”重新定义,以确保所有的5类布线系统均可运行吉比特以太网,其误码率优于10-12。

  超5类线缆4对芯都工作于全双工模式,每一对线都被用于两个收发信机之间的双向传输,通过某对线接收数据信号的站点, 会同时受到来自另3对线的信号串扰。在线路的两端,对每一对线都会产生串扰叠加,即功率和(PS,Power Sum)串扰。因此,PS指标是超5类布线系统与5类系统的重要区别。

  超5类的主要用途是支持1000Base-T,10/100Mbit/s只是兼用之。如果不是为了吉比特以太网的应用,只是应用于10/100Mbit/s以太网,则没有必要制定超5类标准。从应用来说,如果仅仅考虑使用100Base-T,则没有必要采用超5类,不是“超5类产品已经足够了”,而是5类产品足够了。

3.2 勿将超5类说成是质量好一些的5类

  “超5类综合布线产品实际上是质量好一些的5类产品”,这种说法包含了超5类与5类有这样的关系:从性能来讲,只有质量好一些的5类产品才具有超5类应有的性能。从数量来讲,超5类是少量的,大量的产品是5类。

  2002年6月正式颁布的TIA/EIA 568B标准经过近4年、十几次的修改完善,与TIA/EIA 568A标准相比,有几个方面做了较大的变化,其中一个变化就是建议把超5类作为数据通信布线系统最低等级的类别,不再使用5类标准。TIA/EIA 568B标准之所以这样建议,应该是基于5类布线技术潜力的普遍表现,即5类布线系统不仅可以支持百兆,而且也可以支持吉比特以太网;基于超5类布线技术性能的普遍表现,即超5类布线系统不仅可以支持吉比特以太网, 而且也可以兼容支持10/100Mbit/s以太网。这两个普遍表现,密不可分。

  但是,前一个普遍表现不一定百分之百,而后一个普遍表现是百分之百。因此,TIA/EIA 568B 标准的建议,才具有正确性。试想,如果超5类只是质量好一些的5类,那么TIA/EIA 568B标准的这一建议,还有什么现实意义。

  2004年年初,某媒体报道了我国综合布线市场上21个国内外厂家的销售情况,只有两家销售有5类产品。如果说“超5类综合布线产品实际上是质量好一些的5类产品”,那么其他19个厂家的大量的5类产品都到哪里去了?是不是有的厂家的“超5类综合布线产品实际上是质量好一些的5类产品”?如果是,则应具体问题具体分析,另做别论,而不应当以此贬斥超5类。

  达到标准要求的超5类产品无疑是能够承受正常的运输和施工的,否则还谈得上什么质量保证。同样,如果有的厂家的超5类产品不能够承受正常的运输和施工,则也要具体问题具体分析,另做别论,而不应当以此贬斥超5类。

3.3 勿以“动态”为由滥用“主流技术”

  什么是“主流技术”?业内早已有专家论述:主流技术是指先进、成熟、实用的技术。最近,有专家撰文进一步指出:主流技术是动态的。主流技术是工程中通常应采用的技术,不能采用过时、淘汰的技术。

  以太网到桌面的传输,采用哪类布线系统应当区别选择。某类产品适于哪种以太网速率,不适于哪种速率,应当适度。3类、5类、超5类都是构成水平子系统的类型之一,各自都是传输相适应的那种速率(10/100/1000Mbit/s)的主流技术。但是,各自的推出发展过程与不同速率以太网的应用密切相关。当10/100Mbit/s自适应以太网成为普遍应用,不再有人单一应用10 Mbit/s以太网时,鉴于5类布线系统的主用(100Mbit/s)、兼用(10Mbit/s)功能,便成为独一无二的主流技术,传输10Mbit/s 以太网的主流技术——3类布线系统自然被淘汰。像这样的主流技术的动态变化是正常的,良性的。但是,现今的6类其主用功能本应是1000Base-Tx 和吉比特之上应用,然而主用功能的实现至今不理想,欲念主用于万兆未得逞,却以兼用功能用于1000Base-T、10/100Mbit/s以太网,试图成为传输1000Base-T、10/100Mbit/s以太网的主流技术。这样的“主流技术”的动态变化是不正常的,非良性的,是对5类、超5类的冲犯,不应当倡导。

3.4 对技术导向的原则谈点看法

  贬斥超5类的不良导向如果发展下去,将会有以下危害性。

  浪费资金、浪费资源;

  又将严重冲击综合布线的国产化,国产化超5类综合布线产品来之不易。超5类却是相当长时期内真正实用的、成熟的综合布线技术。正如某媒体登载一位专家所说:“超5类无处不在,对于1Gbit/s 来说超5类足矣!”其实,如今贬低超5类者,在当初宣传超5类时也是这样说。

  正确的技术导向应当是在适合于相当长阶段内应用需求的前提下,从我国的国情出发,立足于有利于国产化,大力支持国产化,而不是从外商的商情出发,立足于力推国外产品。对于国外先进技术要适当的吸取、引用,而不是盲目、一味地跟风、追风,使实用性不大的国外产品冲击国产化、垄断市场。

4、值得参考的见解

  以下业内有识之士、专家的有关见解很值得参考。“大多数情况用超5类已经足够了,性能要求高的干脆就用光纤”;

  “现在看来6类是有点问题,究竟干什么用,不明确。传输吉比特?本来就是超5类的事,用6类是多余的”;

  “目前,制定标准草案的IEEE 802.3an任务组已将超5类电缆排除在外,不过这并不是最终决定。有些人认为,规范的最终版包含超5类电缆是可能的”;

  “TIA着手研发568B.2 的两项附则中,568B.2-11《关于超5类和6 类布线系统能否达到625MHz 以实现10GBase-T 应用的研究》”;

  “IEEE 802.3an 任务组将超5类电缆排除在外,一些有源硬件制造商并不赞同,例如某公司表示,当其定制的9bitA/D转换器推出时,它将可以在100m超5类电缆上传输10GBase-T;为以太网交换机提供收发器设备的某制造商宣称:已开发了一种可使10 吉比特以太网在超5类线缆上传输100m的芯片”;

  “值得注意的是,有报道有源硬件制造商在为超5类电缆上传输10GBase-T努力”;

  “6类乃至当前有所酝酿的“7 类”,真正应用的空间可能相当小”;

  “水平布线需要如此高(指10Gbit/s)的速率吗?……网络中每个终端要求的传输速率变化没有如此之快”;

  “以太网到桌面的普遍应用将可能是锁定于吉比特”;

  “不宜过早地追求过高的带宽,如都以6类布线系统考虑,在技术上是不可取的,在经济上不合理,且信息需求也尚无此必要”;

  “目前,6类布线系统的产品价格高于超5类产品。虽然其技术性能较高,但不是实际工程所需要的配置方案,必然会使近期工程建设投资增加很多,在经济上显然是极不合理的。同时,应该看到科学技术的先进性是相对而言的,其发展速度很快,技术水平不断提高是永无止境的, 这些因素势必会直接影响铜缆布线系统能否继续发展和长期使用”。

5、结束语

  所谓6类的采用量不断上升;2003年度,6类的采用量约占综合布线产品总采用量的30%; 如今约占综合布线产品总采用量的50%; 2005年6类使用量将达到总量的80%; 这种采用量饱含着对超5类的冲犯,理不正言不顺;饱含着教训。不应盲目追风、相信炒作、听信导扬;综合布线系统是为计算机网络应用服务的,而不是为布线的“最先进”而布线的;建筑物布线是基础建设,不是试验场,莫贪图新异、名声。综合布线铜缆的发展也许以6类、7类……告终,但是,数据铜缆普遍应用的终结不一定就是6类、7类,而超5类却最大可能是真正普遍实用的终结。超5类能够满足大多数非特殊要求的应用(10/100Mbit/s),即使需要1000Mbit/s的应用,也完全能够胜任。因此,笔者建议:修订综合布线国标时配线子系统的铜缆技术基于超5类。

  张豫沛 中国电子科技集团28所高级工程师,江苏省智能建筑技术专家库首批成员,省土木建筑学会智能建筑委员会顾问委员。对数据通信、综合布线系统工程的设计、安装、监理有一定的实践经验。发表过多篇论文。《电信工程技术与标准化》2004年第11期上刊登了我的文章,题目是“修订综合布线国标暂不宜基于6类技术”。那么,修订综合布线国标应当基于哪类布线技术呢?了解综合布线市场情况和应用情况的读者自然会分析到应该是基于超5类技术,本文的题目也已一目了然。以下只不过是笔者的具体论述和见解,不当之处,敬请读者批评指正。