Volition培训教材之一设计和规划.docx
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Volition培训教材之一设计和规划
第一部分：
设计和规划
1.结构化布线系统介绍
如同计算机联网的发展一样，布线结构及其指导标准也在变化。
在布线标准被普遍接受以前，根据终端用户的需要，布线是随意的。
在系统布线被接受以后，布线也就“结构化了”。
随着结构化布线系统的出现，许多大楼布线采用了多用电信插座来满足用户安装计算机或外围设备的需要。
经常被采用的三种结构化布线系统的标准是：
●ISO/IEC11801，信息技术——用户房屋的普通布线
●ANSI/TIA/EIA-568-A，商业建筑电信布线标准
●EN50173，信息技术——普通布线
3MVolitionTM布线系统达到或超过这些布线标准的所有要求。
另外，其他标准，例如光纤通道，也采用VF-45TM连接器作为标准的连接器。
1.1综述
如国际和国内的标准所定义的，结构化布线由三个布线子系统组成（见图１）：
建筑群主干网，建筑物主干网和水平布线。
本册还使用了集中式布线的概念。
图1.结构化布线的结构。
表1.ANSI/TIA/EIA-568-A和ISO/IEC11801的术语对照
ANSI/TIA/EIA-568-A
ISO/IEC11801
主交叉连接（MC）
建筑群配线架（CD）
中间交叉连接（IC）
建筑物配线架（BD）
水平交叉连接（HC）
楼层配线架（FD）
转接点（TP）或合并接点（CP）
转接点（TP）
电信插座/连接器
电信插座（TO）
1.1.1结构化布线物理拓朴结构
结构化布线的物理拓朴结构一般被定义为分级星形结构。
图2给出了一个如ISO/IEC11801所描述的分级星形结构的例子。
注:
3MVolition布线系统支持如TIA/EIATSB－72所说明的集中式布线结构
图2结构化布线系统的物理拓朴结构
1.1.2网络拓朴结构
在讨论网络协议之前，区分网络物理拓朴结构和逻辑拓扑结构是很有意义的。
在布线标准被广泛接受以前，网络的物理拓扑结构是以满足网络逻辑拓扑结构的需要来进行的。
逻辑拓朴结构是指信息从一个工作站传送到另一个工作站的方式。
物理拓扑结构是指网络布线的物理方案。
一个采用物理星形布线结构的局域网（LAN）的逻辑传输可能是另外一种方式（如，环形、总线）。
例如，标准化以前的令牌环网络布线是从一个计算机连到另一个计算机连线直到组成环（见图3）。
然而，今天许多令牌环网的逻辑环结构是通过物理星形布线结构来实现的。
令牌环网的信号在物理星形结构连结的网络中传送与接收，但它的逻辑传输却是环形结构。
这样，逻辑环结构就通过物理星形拓朴结构实现了。
同样地，以太网系统，如10BASE5、10BASE2（见图4）都采用了逻辑总线拓朴结构。
但布线方案较以前有所变化，布线标准一般要求物理星形拓朴结构（见图5），星形结构在电话网如PBX或中心站的应用很普遍。
有几种与星形结构相关的拓朴结构如集中布线和开放空间布线被采用以增强布线系统的灵活性。
这些结构将在本说明书的后面章节中讲述。
图3环形拓朴结构
图4总线形拓朴结构
图5星形拓朴结构
1.2网络协议
网络协议用于规范两地之间传递信息的方式和过程。
有时，为此目的几个协议并置。
VolitionTM布线系统的无源器件对被传送的信号是透明的。
以下各部分对当今普遍应用的一些协议作了基本说明，并且指明目前在什么地方可以获得该协议的VolitionTM有源产品。
1.2.1以太网TM（EthernetTM）
以太网局域网采用物理总线和物理星形拓扑结构。
普遍应用的以太网系统是10BASE-T，10BASE-T的含义是10Mb/s基带局域网，它采用双绞线物理星形布线。
由于交换技术的应用，以太网已有所发展，现在它能够进行更快的数据传输，如100Mb/s和1000Mb/s。
IEEE802.3和ISO/IECTR38802提供了一系列说明以太网的文献。
以太网的最大结点数以及铜缆和光缆的链路长度在IEEE802.3标准中有所规定。
重要的是，以太网的最大结点数和最大链路长度（即两结点间的距离）是由所用的传输设备和传输媒体的性质所决定的。
3M系列以太网光电转换器和交换机符合IEEE和ISO/IEC标准。
它们的运行速度为10Mb/s、100Mb/s或1000Mb/s，有机架式的，也有工作站独立使用的。
交换机的上链口有100Mb/s或1000Mb/s的。
含有VF-45接口的网卡也有提供。
1.2.2令牌环网（TokenRing）
正如其名，令牌环网的逻辑拓朴为环形。
在令牌环网上，传送信息之前要取得空闲的令牌。
一旦取得了空闲的令牌，信息包就可以沿着环传送了。
令牌网一般以4和16Mb/s速率运行。
标准机构正在规划提高传送速率的标准。
令牌环系统在ISO/IEC8802-5和IEEE802.5标准中都有所说明。
尽管令牌环网是以逻辑环结构运行的，但普遍使用的布线结构是如图5所示的物理星形结构。
在星形结构中心有被称作为多路访问单元（MAU）的有源设备。
同样，最大结点数和最大链路长度（即节点间距离）取决于使用的传输设备和传输媒体的性质。
3MVolitionTM系列令牌环光电转换器符合IEEE和ISO/IEC标准。
它们以4Mb/s和16Mb/s速率运行，有机架配置的，也有在工作站独立使用的。
含有VF-45接口的网卡也有提供。
1.2.3异步传输模式（AsynchronousTransferMode－ATM）
作为构造远程电信骨干网的协议，ATM正被更多的高性能企业网所采用。
ATM依靠被称为"信元"的固定长度的数据单元来传送数据。
ATM传送数据时，需要建立一个初始的呼叫来确定数据在传送和接收站之间的传送路径（有时指电路模式）。
ATM设备在广域网的应用可支持2.048Mb/s传输速率，在局域网的应用可支持从155到620Mb/s的传输速率或更高。
ATM设备和VolitionTM结构化布线系统的连接既可以通过有VF-45接口的设备来实现，也可以通过使用混合接口的接插软线来完成。
1.2.4光纤信道（FiberChannel）
光纤信道协议在ANSIX3T11中有所规定。
如ANSI所定义的，光纤信道是一个开放标准，它可在铜缆和光缆网上运行，距离可达到10km。
它是一个串行数据接口，数据的传送速率从133Mb/s到1.06Gb/s。
光纤信道的独特之处是它支持包括点到点，仲裁循环和交换技术在内的多路互用拓朴结构的协议。
同时它为网络优化提供多种服务质量。
因其巨大的分组尺寸，光纤信道可以支持存储，视频、图形和大量数据传送。
光纤信道正在快速地成为高速存储访问和服务器分组的实际连接标准。
同时它是千兆位企业主干网，高速存储、视频、图形和批量数据传送的千兆位局域网的理所当然的解决方案。
光纤信道采用VF-45作为被推荐的小型（SFF）接口，该接口能够直接和VolitionTM结构化布线系统连接。
1.2.5光纤分布数据接口（FDDI）
由ANSI和ISO系列标准可知，FDDI是一个逻辑拓朴为环形的100Mb/s定时令牌协议。
FDDI一般具有自愈环以应付布线故障。
例如，一个环出现断路时，另一个环会继续工作。
如ATM设备一样，FDDI设备和Volition结构化布线系统的连接既可以通过有VF-45接口的设备来完成，也可以利用混合接口接插软线来完成。
2.VolitionTM系统设计
以下部分给出了设计VolitionTM布线系统的总体说明。
详细说明了与系统各部分设施（如主干布线，水平布线）有关的规则以及布线的最大长度说明。
这些说明包含了一系列满足3MVolitionTM布线系统20年有效工作的最低要求。
2.1布线管路和空间
2.1.1概述
建筑物的设计和建造寿命一般至少是50年。
对设计人员来讲，应该注意的是：
建筑物布线要满足当前和潜在的用户在未来对电信布线的要求。
最好的解决办法是设计灵活的电信布线管路和空间设施。
VolitionTM布线系统遵从ANSI/TIA/EIA-569-A对电信管路和空间的总体要求和建议。
为了便于具有良好秩序和性能的布线系统的安装，理解这些要求和建议是很重要的。
管路和空间设计的一个指导原则是每个单人工作区的面积是9.3m2（100ft2）且每个工作区至少要有三条通信缆。
当然，这一要求须根据工作区的大小有所调整。
为了完成具有良好性能的布线系统，必须保证布线不受电磁干扰（EMI）的不利影响；电缆安装时必须没有被损坏；保证电缆的弯曲半径要求。
记住了这些，我们将只讨论那些一般影响布线系统的管路和空间区域，除非特别说明，否则本部分所遵从的标准皆为ANSI/TIA/EIA-569-A。
2.1.2水平管路
水平管路是指从电信间到工作区的管路。
布线中有各种水平管路被采用，如：
⏹地下管路
⏹天棚
⏹开放空间
⏹管道
⏹活动地板
⏹周边铺缆管
⏹缆槽
⏹缆架
水平管路的设计应该便于缆的铺设并满足缆的弯曲半径的要求。
对于水平布线系统，在缆受拉的区域，铜线和光纤的弯曲半径都要限制在最小50mm（2in），在不受拉的区域为25mm（1in）。
由于诸如串音等现象，对于传输数据的铜缆布线系统要考虑在管路中留有额外的空间。
尽管不能确信线路上的铜缆一定会发生串音，但还是建议最大的填充容量为40%。
对于光缆，填充容量可以达到60%。
图6给出了缆填充时的直观比较。
表2给了出装在导管或套管中，填充容量为40%的VolitionTM光缆的数目。
40%填充量的导管或套管有利于阻燃。
40%填充60%填充
（10根电缆）（16根电缆）
图6缆填充的直观比较
表2使用VolitionTM光缆时套管和导管填充容量
导管或套管
Volition光缆40%填充
标记（in）
面积
mm2（in2）
2芯
光缆
4芯
光缆
6芯
光缆
12芯
光缆
24芯
光缆
48芯
光缆
21（3/4）
345（.53）
22
18
6
5
4
1
27
（1）
559（.87）
36
29
10
9
6
1
35（1-1/4）
973（1.51）
63
51
18
15
11
3
41（1-1/2）
1322（2.05）
85
69
24
21
16
4
53
（2）
2177（3.39）
141
114
40
34
26
7
63（2-1/2）
3106（4.82）
201
163
58
49
37
10
78（3）
4794（7.45）
311
252
90
76
58
15
91（3-1/2）
6413（9.96）
416
337
120
102
78
20
103（4）
8268（12.83）
536
435
155
132
100
26
2.1.3主干网管路
主干网管路的连接一般从建筑群配线架到建筑物配线架及电信间内的楼层配线架。
多数情况下，建筑物主干管路由设在不同电信间内的100mm（4in）的套管或线槽组成。
建筑物主干管路也可由电缆架或导管组成。
设计主干管路时，应避免有会损坏电缆品质的设计，从设计角度考虑，管路弯曲半径至少应是标记为63（2－1/2in）的导管直径的6倍，是标记为103（4in）的导管直径的10倍。
安装光缆的导管的弯曲半径可小一些。
在不超过铜缆额定拉伸强度条件下，10倍的弯曲半径可以使铜缆在安装时保持其电气性能。
Cat.5，Cat.5e和Cat.6的4对电缆的拉伸强度不应超过111N（25lbf）。
2.1.4工作区管路
为确保布线达到预期的效果，应该提供和设置工作区管路。
例如，VolitionTM模块化插座盒就是为保持清晰的布线管路而设计的，在插座盒内可实现光缆和铜缆的端接。
藏置在插座盒内的用于端接的铜线和光纤可以达到最小25mm（1in）的弯曲半径。
2.1.5电信间
电信间是为放置设备和楼层配线架而设计的。
在每个楼层，分布式网络比集中式网络要求有更多的空间、电路和散热设备。
对于电信间一般要考虑电信设备架所要求的空间大小和电缆端接所要求的机架或墙壁空间大小。
在计划设备架的布置时，应在设备架的前后留出一个至少915mm（36in）的工作区，同时，顺着设备架要有一块可以到达设备架前
后的915mm（36in）的过道（见图7）。
图7电信间实例
电信间是否有天棚是设计时应考虑的一个问题，当然，没有天棚的电信间易于布线。
然而，如果电信间有天棚，设计者应向机械工程师咨询该空间是否包含了空气循环夹层的空间，以及它是否会有所妨害。
在该区域应安装适宜的一定标准的电缆。
2.1.6设备间
设备间用于放置建筑群配线架或建筑物配线架，以及整个局域网系统的主要电信设备。
从这一点来讲，其它设备可以放置于电信间或其它建筑物中。
设计设备间时应考虑现在安装的设备以及将来要安装的设备的，因此，应将设备间放在一个空间可以扩展的位置。
设备间应该集中在综合设施、大楼或楼层内以利于缩短布线及传输距离。
集中布置设备间有利于集中式布线的实施，同时可以降低终端用户的费用。
2.1.7建筑物外的管路和空间
外线管路和空间的设计应遵从ANSI/TIA/EIA－758标准。
由于现有的电缆长度问题，铜缆可能需要在建筑物之间进行接续，以延伸距离。
但对于光缆网的设计，尽量不要在外线部分进行连接或端接，以便减少信道损耗及降低潜在的故障点。
2.1.8电源隔离
对电源进行隔离是必要的，可减少铜缆网计算机系统的比特错误。
新版的ANSI/TIA/EIA-569-A标准只说明了国家电气法规要求。
这意味着在电源和电信铜缆之间至少要有50mm（2in）的隔离。
得出这一结论的研究只应用于Cat.5型铜缆，而对于Cat.3型和Cat.4型铜缆没有说明。
因此，3M为Volition布线系统和其它电信铜缆推荐下述电源隔离原则。
⏹大电机和变压器1.2m（4ft）
⏹电管道和电缆30cm（1ft）
⏹荧光灯12cm（5in）
2.1.9防火
防火是一个建筑物内最重要的安全问题。
因此，3M要求凡是在有防火等级的墙、地板或障碍物中,缆线通过时都要采取适当的防火措施。
地方法规部门所规定的防火要求可供参考。
电信设计者考虑的几个问题会影响建筑物的结构。
例如，当采取集中式布线方案时，如果只有很少数量的缆穿过地板，那么地板的防火可能会容易一些。
因此在这种情况下，在楼内主干管路铺设较大芯数的主干缆要比铺设小芯数的水平缆更有利。
这是设计者在事先应考虑的问题。
2.1.10小结
简而言之，我们已概述了有关电信管路和空间的一些主要内容。
请遵从ANSI/TIA/EIA569-A和ANSI/TIA/EIA-758对于电信布线管路和空间的要求。
2.2布线
2.2.1综述
让我们首先对光纤和铜线的不同有一个基本的了解。
光纤和铜线的基本差异在于：
由于光纤比铜线具有更大的带宽和更小的衰减，所以光纤的传输距离更远，传输速率更高。
影响安装的差异包括：
铜缆的拉伸强度、弯曲半径、铜缆的重量和端接。
例如，水平光缆的拉伸强度要远远超出被推荐的4线对铜缆（是铜缆的4倍）。
我们下一步要了解的是有关设计布线系统的各种方法。
使用ANSI/EIA/TIA-568标准的时期（11801或568-A以前），只有一种方法设计网络，那就是，主干网为建筑群配线架、建筑物配线架与楼层配线架之间的互连，而水平布线则从楼层配线架延伸到工作区插座。
经过许多年，布线结构设计不断发生革新并取得了标准组的认可。
这些革新包括在TIA/EIATSB-75中说明的将合并接点（CP）和多用户电信接口（MUTOAs）集成合并在一起的开放空间布线结构，以及在TIA/EIATSB-72中说明的集中式布线结构。
尽管这些结构在公告中有详细的说明，但标准组的意图在于减少在一个信道内的结点数目。
事实上，设计布线系统时，光缆和铜缆系统在设计步骤和方案考虑上的差异是很小的。
所不同的是，在设计铜缆系统时，最大带宽为100MHz，最大长度为90m（295ft），而光缆系统不受这个限制。
光缆布线比铜缆布线具有更大的带宽和更远的传输距离。
光缆布线长度有利于设计者在设计时考虑电信间的定位与撤除。
尽管光缆布线总是要比铜缆的布线距离长，但光缆的长度取决于实际的应用情况。
2.2.2分布式水平布线
分布式水平布线现在已被宣布为“传统”布线。
但根据ANSI/EIA-568和ANSI/EIA/TIA-569两个标准，其结构已有所发展。
这两个标准都经过了修订，现在还包括诸如开放空间布线和集中式布线等结构。
这些结构将在本说明的后面章节给予说明。
在分布式系统中（见图8），每根水平铜缆必须支持一个长度为90m的基本传输链路和一个长度为100m（328ft）的传输信道。
ANSI/TIA/EIA568-A建议在每个工作区插座点至少安装两种媒体接口。
3M建议至少三种：
一个是用于传送语音（3类或5类线）的UTP接口；另二个用于传输数据的接口。
比较理想的配置是一个用于语音（3类线或5类线）的UTP接口，一个用于低速数据传输的UTP接口，和二个用于中高速数据传输的2芯光缆接口（或1根4芯光缆）。
同时，每根缆为二个接点的基本链路。
图8分布式水平布线
2.2.3开放空间布线
开放空间布线（TIA/EIATSB-75）通过简便的分区布线来实现布线系统的安装与维护。
分区布线使用两种布线方法：
多用户电信接口（MUTOAs）和合并接点（CPs）。
MUTOA通过多路接口提供了便于工作区线路接入的位置，MUTOA便于设备线通过相关装置直接与终端设备（如电话、电传、计算机）连
接。
结构如图9所示。
图9MUTOA方案实例
当使用光缆布线时，MUTOA方案和分布式水平布线方案没有太大的不同。
然而，对于铜缆系统，铜缆接插软线所带来的额外衰减会缩短信道长度。
由于这个原因，3M不建议使用铜缆布线系统传输数据。
因为如果不进行仔细的处理，铜缆会缩短布线距离并且影响传输品质。
除此之外，各种铜缆设备线接插软线还必须通过技术测试以确定达到了相应电缆等级的性能水平。
表3给出了用MUTOA的铜缆布线的信道距离。
表3使用MUTOA时UTP最大的布线长度
链路长度
工作区
接插软线长
接插软线
全长
信道总长度
90
3
10
100
85
7
14
99
80
11
18
98
75
15
22
97
70
20
27
97
在建筑物的布线结构中也可以实施合并接点（CP）方案，和MUTOA相类似，CP允许一个额外的控制点。
MUTOA和CP的不同之处在于CP提供了一个在楼层配线架和电信插座间的互连点。
例如，一个110线盒就可以做CP使用。
来自楼层配线架的一根4对电缆在此端接。
同时，这条电缆和另一根延伸到工作区插座的4对电缆通过端接点相连。
这样就提供了从楼层配线架到工作区插座的全4对互连。
同样，3M不主张铜缆布线的这种结构用于数据传输，主要是因为与串音或回损有关的传输不确定性的影响。
然而，光纤不受诸如串音这种弱化效果的影响，它可以用于实施这种布线结构，见图10。
图10CP方案实例
2.2.4集中式布线
1995年10月出现了集中式布线标准，即TIA/EIATBS-72集中式光纤布线指南，3M支持如图11所示的集中式主干布线结构。
集中式主干布线系统从定位于系统中心的建筑群配线架或建筑物配线架延伸到工作区插座。
这一结构可以包括建筑群和建筑物主干缆（由室内/室外缆组成）、水平缆、端接、建筑群配线架和建筑物配线架的交叉连接以及在工作区插座的端接。
集中式布线允许设计者利用光缆布线的可延伸长度。
在集中式布线结构中使用光缆时，3M推荐的信道距离可达275m（900ft）。
设计者必须记住的是这个运行距离是对整个信道而言的，它包括从设备端口到工作区的设备和工作站端口的整个线路全长（含接插软线）。
如果工作区都集中在90m范围内，光缆布线和铜缆布线都可以采用集中式布线方式。
3M不主张实施集中式布线方案时，在楼层配线架中设置互接。
同时，3M不主张当开放空间布线和集中式布线结合时，在楼层配线架内设置互连。
楼层配线架中的互连只能增加安装和维护的成本。
3M主张，可以在必要的地方设接续点。
同时，在楼层配线架内要留有余长缆，以备日后端接。
图11集中式布线实例
设计集中式布线时，除了布线的安装与管理之外，成本是首要考虑的问题之一。
集中式网络的实际成本一般要比分布式网络的成本低。
在楼内采用集中式结构可以减少对每楼层的大型电信间的需求。
同时，集中式网络只需要一条布缆管路穿过楼层配线架，因而显著地减少占地尺寸。
而且没有电的要求和散热要求从而节约了成本，楼层空间、维护、检修和网络管理的成本也可以节约。
布线安装的实施是设计者要考虑的问题。
如在穿过地板的套管里设置96根2芯光缆是否比设置4根48芯光缆要容易？
设计者还应考虑这些套管的防火措施。
2.2.5布线系统接口
布线系统接口位于每个子系统的末端，用于系统的电子设备可以在这些位置接入网络。
图12显示了在配线架和电信插座处的潜在接口。
提示：
在所有位置使用的交叉连接都是任意的
图12布线系统的接口位置
除了VF-45至VF-45接口接插软线，VF-45至ST和VF-45至SC混合接口接插软线也可以用于电子设备和配线盘或电信插座的连接。
2.3光纤选择和链路设计规范
你可以选择62.5/125μm或50/125μm光纤。
影响光纤选择的因素有：
⏹如果选择同类型的光纤，那么网络布线空间是否充足；
⏹是否要为传输媒体的改变而设计另外的管路。
注意：
在混合使用62.5/125和50/125μm光缆时，预计的功率差异平均在3.5－4.7dB之间。
在计算功率容余时，功率损失只需计算一次，且无需考虑连接点的数目。
在各个方面，62.5/125和50/125μmVolitionTM光纤布线都满足或超过现有的或即将发布的国家和国际布线标准的所有性能要求，并且支持最严格的基于激光和发光二极管的应用。
包括最近通过的IEEE802.3z千兆位比特以太网标准。
此标准规定，在最差条件下，VolitionTM62.5/125μm光纤的最大传输距离为275m，VolitionTM50/125μm光纤为550m。
光纤选择和系统设计时，应该被考虑的两个主要因素是：
■最大系统长度
最大系统长度与带宽，发送器和接收器的规格，传输时延，不稳定性以及其它许多因素有关。
■最大信道衰减
取决于最小的传输输出，最大的接收灵敏度和任何固定的功率损失。
互连和接续的数目，光缆长度，传输波长和器件损失都将影响信道衰减。
（见表4光缆衰减值和表5VolitionTM的光纤连接器损耗和反射损耗值）。
还应该注意的是，LED光源的衰减要比应用于诸如1000BASE-SX，156和620Mb/s的ATM，以及266，531和1,026Mb/s的光纤信道中的激光光源衰减要大，表6给出了以光纤类型和波长为基础的，在最差应用条件下所支持的系统长度和最大信道衰减。
表4光纤衰减的最大值
光纤型号
62.5/125μm光纤
50/125μm光纤
波长
850nm
1300nm
850nm
1300nm
衰减
3.5dB/km
1.5dB/km
3.5dB/km
1.5dB/km
带宽
160MHzkm
500MHzkm
500MHzkm
500MHzkm
表5典型的VolitionTMVF-4
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