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浅谈网络布线的屏蔽与非屏蔽系统
 
慧聪网   2006年2月16日10时50分   信息来源:赛迪论坛    

  当今综合布线系统市场上,有众多国内及国外的品牌,铜缆有超五类、六类及七类之分,还有屏蔽及非屏蔽之分。对于铜缆的六类、七类,大家都会知道,数字越大,线缆的性能越好,而对于屏蔽电缆和非屏蔽之争,在业界已经是由来已久。 面对用户对于网络安全的日益重视,屏蔽系统发展到今天,已经被越来越多的用户所接受和采用,并日益彰显其活力。针对综合布线系统市场的发展,如何为客户提供更好更完善的综合系统解决方案,已被业内更多人士所关注和重视。 

  作为综合布线系统厂商,康宁提供屏蔽与非屏蔽布线系统的端到端产品,对于使用屏蔽还是非屏蔽,整个综合布线市场的发展,康宁作为布线市场的领导者之一,也提出自己的看法。 

  回顾历史,80年代末期,在以太网发明(1974)的15年以后(1989),诞生了结构化布线系统,布线的拓扑结构迅速 “结构化”。现在,在另一个15年后的2005年,我们可能将再一次经历布线系统的巨变,也许我们正处在网络设计再次巨变的边缘。展望未来,在2006年,约有15%的有源设备端口将是10G端口。布线系统的发展将更加迅速,预计2006年超过30%的布线安装将成为增强型六类布线系统。另外,全球每年约有10%的布线被升级。而在可预见的未来几年内,10G万兆网络或7类系统将成为市场的主流。 

  我们知道,现存的六类和超五类系统都能用于10G万兆以太网络或7类网络传输。而目前,客户对于传输速率的需求使得10G万兆以太网络正在悄悄的进入我们的生活,也在慢慢的流行起来,就像当初的超5类系统很流行一样。据统计,2005年六类系统已经占据了布线市场60%以上的份额。但事实是,所有已经安装的六类系统其实只能做与超五类系统一样的事情,那就是传输最大1Gb即千兆带宽的以太网络,不能更大。而7类系统(国际标准草案定义带宽为1000Mhz)的接头的型式却是目前所有设备不具备的,连接设备的数据跳线还是要有一端是RJ45型式,而这样的跳线是达不到7类性能的,所投资的7类系统和6类没有区别,变得没有现实意义。这也就是为什么10G万兆以太网络能够流行的原因。 

  目前,无论非屏蔽系统还是屏蔽系统,都有10G解决方案,而新的10G UTP解决方案与以前的UTP系统有非常大的不同,是因为它们在模仿屏蔽系统的设计。现在,非屏蔽解决方案的厂商也在跟随屏蔽系统厂商大力推广10G万兆系统,这意味着,非屏蔽系统与屏蔽系统再一次并列成为10G万兆解决方案,尽管它根本不是保证未来网络应用的最佳选择。 

  为什么说UTP系统不是保证未来网络应用的最佳选择呢? 

  大家熟知的香农定理,表述如下:屏蔽系统和非屏蔽系统方案之间有明显的差异;非屏蔽系统在500MHz的带宽时变平坦,而屏蔽系统依然上升;传输能力的差异约为100%(在500MHz带宽);频率越高,数据传输越容易出问题。 

  目前,ISO/IEC 正在制定关于电磁兼容的国际标准。关于同轴电缆及其网络我们已有相关标准,同样,我们可以期待数据网络也会有类似的规定(class E1)。预计的结果将是:只有屏蔽系统才能满足国际标准的规定而可以使用。 

  通过进行数据传输的实际测试,可以看到,对于参数PS FEXT的指标,基于不同的电气传输特性,不同缆类有本质区别。考虑理论的极限(香农定理),屏蔽线缆(F/UTP和S/FTP)的PS FEXT指标类似,而UTP的测试参数指标就要差很多了。 

  但是这些都不是运行在较高频率(> 300 MHz)的真正问题。真正的问题是邻线对串扰。 

  2005年初,围绕UTP在短于55米场合的10G万兆传输问题时,针对AFEXT干扰仍然没有找到解决方案。当大功率的信号进入较短的电缆时,这根缆在另一端将对相邻的或绑扎在一起的其它缆产生严重干扰。很明显,这种影响无法补偿。在传输特性方面,屏蔽系统和非屏蔽系统等形式的双绞线之间有着本质的差异。成功传输万兆网络的最关键因素是克服“邻线对串扰(Alien crosstalk)”。这种串扰不是线缆内部不同线对之间的串扰,而是从外界线缆吸收到的干扰信号,外界的干扰信号可以来自相邻线缆,或者有源设备。与线缆内部串扰比较,这种串扰无法通过调节有源设备参数进行抵消,因为它与安装的不同情况相关,根本无法预测。降低这种串扰的唯一选择是改进线缆的设计。 

  当为非屏蔽系统设计线缆时,邻线对串扰已经成了关注的焦点。基于一个简单的事实:线芯之间距离增加将弱化串扰,产生了众多不同的方案。不同的厂商采用了不同的改进方案。但所有UTP的改进都不能从根本上解决邻线对串扰问题。而屏蔽系统根本不受这些问题的困扰。 

  屏蔽线缆的优势 

  使用屏蔽系统的优点可以在技术上通过不同的复杂参数来进行证明,如耦合衰减,屏蔽效率和转移阻抗等。但是从一个用户的角度来看,可能最有意义的就是一个基于屏蔽电缆的布线解决方案在不断提升的高速网络应用世界中的实际优势。 

  今天,越来越多的网络应用需要屏蔽电缆和屏蔽布线解决方案。实际上,网络设备制造商们已安装了屏蔽连接件,使网络设备在不使用非常复杂和敏感的数字信号处理DSP技术的前提下,避免电磁辐射和提高抵抗干扰能力。甚至是那些在电路中设计了滤波器和增强电路的网络设备,仍然可以从屏蔽布线系统中受益。从周围环境中的获得的EMI必须在仪器中被过滤、耗散和补偿。受到越小的外在噪音影响,所需的DSP设备就越便宜。 

  但是为什么电磁噪音或干扰在持续的影响着我们的网络?EMI是受电场和磁场影响而随机产生的噪音。各种电子设备,例如日光灯、电力线、收音机、电视和移动电话以及电脑,都会产生电磁干扰。当过多的电磁干扰或噪音被正在传输的信号获得,接受端或许会认为数据不正确。在客户端收到不正确的数据,设备里的网卡会发现错误,并要求发送端重新发送。这样会由于相同数据的发送和重发浪费宝贵的时间,从而减少网络总的数据传输量。这些转换的加重会影响到网络的运行效率。 

  UTP电缆的拥护者们坚信,电磁噪音可以通过电缆的平衡(双绞)被抵消。这意味着EMI首先被UTP电缆所接收,随后才被抵消。直到现在为止,只是简单的平衡和过滤在起作用。但是,新一代的高速网络应用正在发展中,而随之新的环境污染产生了。不断提升的速率需要利用扩展频宽的新的技术来推动,这样会受到更多的EMI源的影响,并且带来新的问题。而且,办公桌上的自动化设备的增多,随之带来了更多的高频电磁场来污染环境。 

  当EMI只是简单的影响一部分的网络用户的使用的时候,作为一个信息源,也许将会给某些犯罪活动提供机会。因此,许多政府机关、军事或财政机关所安装的布线系统出于安全原因,必须进行必要的保护。为了防止一些重要的电话被窃听,或者妨碍到安全系统,所以使用屏蔽电缆进行布线。 

  UTP电缆的支持者会在某些电磁环境比较恶劣的地方继续维持他们的解决方案。事实上,完美平衡的电缆的确可以拥有抵抗EMI的能力。然而,理想的平衡是不可能存在的。你知道“完美”的绞对在安装后会发生什么吗?事实上是不可能保持完美双绞的 ? 即平衡被破坏了。你可以期望你的电缆在安装过程中不要弯曲,或者你可以使用屏蔽电缆作为必要的保护。 

  另外,由于芯线双绞绞距长度不可能无限的减小,因此线对双绞的平衡和过滤功效只能到达30-40MHz。Gigabit Ethernet,622Mbps ATM和2.5Gbps ATM这些高速网络应用,需要使用复杂的编码方法和运行在100MHz以上高频段,所有这些都会由于EMI而导致更多的信号减弱。因此,屏蔽电缆所提供的保护对于保证网络的运行性能有着更为实际的意义。 

  此外,UTP电缆的平衡特性并不只取决于部件本身的质量(如绞对),而会受到周围环境的影响。这意味着如果电缆没有足够的“分离”或独立于环境,平衡特性有可能被破坏。在理想条件下,网络设备产生的信号是完全对称的,但是它会被比如电缆等不平衡的传输信道所破坏。这表示在整个链路上的接地线的阻抗必须保持永久不变。并且要求在非屏蔽布线系统的附近不能有金属物体存在,因为在电缆周围的任何一片金属都会破坏UTP电缆的平衡特性,从而影响到EMC性能。

  事实上,我们安装电缆是通常会将它穿入金属导管、塑料导管或者其他有着不同接地阻抗的保护中。所以,要获得持久不变的对地性能,只有一个解决方案:在所有芯线外加多一层铝箔进行接地。铝箔为脆弱的双绞芯线增加了保护,同时为UTP电缆人为的创造了一个平衡环境。这意味着基于屏蔽电缆的屏蔽解决方案是独立于环境的,即与环境无关。 

  屏蔽电缆的制造是相当专业的,但是由于在屏蔽布线系统设计时已经完全考虑到EMI的问题,所以屏蔽电缆的安装是相当轻松的。屏蔽布线系统的安装并不需要像非屏蔽系统那样严格。比如,最小距离的要求UTP电缆与电力线之间允许的最小距离是屏蔽电缆的3倍。 

  屏蔽电缆比较UTP电缆的优势在于,它针对了电子设备的广泛使用而导致的EMI影响的加深。而且,网络应用速率的提升意味着网络对于EMI会更加的敏感。 

  总结 

  我们可以预测,所有人都将或早或晚过渡到万兆以太网络或7类布线系统,不论他原来安装的是超五类系统还是六类系统。新的解决方案将必然流行:不是增强型六类万兆系统,就是七类系统。目前屏蔽解决方案与UTP系统解决方案处于相同的起跑线上,而STP系统似乎拥有更多的优势。虽然UTP(非屏蔽双绞线)的解决方案目前已是十分的流行,但是随着时间和网络应用的改变,STP(铝箔屏蔽双绞线)的性能优势变的越来越明显。而通过上述探讨,可以断定屏蔽系统更适合未来技术的发展趋势。
 
 
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