屏蔽布線 支持萬兆及更高帶寬網(wǎng)絡傳輸?shù)男枨?/h2>
2014-09-20 編輯：宇訊瀏覽：4685
面對用戶對于網(wǎng)絡安全的日益重視，屏蔽系統(tǒng)發(fā)展到今天，已經(jīng)被越來越多的用戶所接受和采用，并日益彰顯其活力。屏蔽布線系統(tǒng)主要出現(xiàn)的場合：一是對安全和電磁干擾考慮比較多的場合，另一個是對傳輸速率有更高要求的場合，例如萬兆。銅纜在傳輸速率更高的時候會存在線間干擾的問題，因此屏蔽的作用更加重要。現(xiàn)在我國市場上除了進口的屏蔽布線產品之外，有越來越多的國內廠商也能提供自主產權的屏蔽布線產品。
今年，屏蔽布線系統(tǒng)在設計及施工方面也有了更多標準的支持。6月初，中國工程建設標準化協(xié)會信息通信專業(yè)委員會綜合布線工作組最新發(fā)布的《屏蔽布線系統(tǒng)設計與施工技術白皮書》，是對標準條款的細化，使施工人員在做工程的時候能有更多的資料可做參考。本期“主流談應用”欄目的討論主題就是屏蔽布線系統(tǒng)的應用。我們邀請到美國西蒙市場部經(jīng)理許向紅和康寧通信(大中國區(qū))企業(yè)網(wǎng)技術部馬繼濤先生，請他們就屏蔽布線產品的特性、優(yōu)勢、應用現(xiàn)狀及趨勢等來做一分享。
標準中對屏蔽系統(tǒng)的描述
屏蔽布線系統(tǒng)源于歐洲，它是在普通非屏蔽布線系統(tǒng)的外面加上金屬屏蔽層，利用金屬屏蔽層的反射、吸收及趨膚效應實現(xiàn)防止電磁干擾及電磁輻射的功能。屏蔽系統(tǒng)綜合利用了雙絞線的平衡原理及屏蔽層的屏蔽作用，因而具有非常好的電磁兼容(EMC)特性。為了對屏蔽布線系統(tǒng)進行更準確更權威的解釋，我們查找了相關的規(guī)范和標準。
屏蔽(ScTP)布線系統(tǒng)
2001年公布的TIA/EIA-568-B標準增加了對屏蔽(ScTP)布線系統(tǒng)的支持，特別是TIA/EIA-568-B.2中新增的附錄K用了12頁的篇幅來描述屏蔽(ScTP)布線系統(tǒng)的要求，并詳細說明了線纜和連接硬件轉換阻抗的測量及計算方法。
“當屏蔽結構被采用時，可以改善對信號載體電磁輻射的控制以及對外界電磁干擾源的抗擾能力?！薄纱丝梢?，相對UTP系統(tǒng)而言，ScTP系統(tǒng)的優(yōu)勢在于增加了對內對外的雙重EMI保護。而目前國內屏蔽用戶看重的主要還是對于外界電磁干擾的防護。
“然而，提供這些好處的屏蔽能力基于多種因素。包括布線系統(tǒng)部件(線纜和連接器)的特性，安裝的方法和保護，以及相連有源設備的設計。”——可見，光靠簡單的選用屏蔽線纜和接插件，是不能夠滿足所希望的傳輸和屏蔽效果的。
“…它(ScTP布線系統(tǒng))包括屏蔽水平線纜，屏蔽主干線纜，屏蔽工作區(qū)連接硬件，屏蔽電信間連接硬件，屏蔽跳接線?！薄帘翁€是整個系統(tǒng)中最容易被忽視的環(huán)節(jié)，所以說，跳線是應用的基礎，需要采用工廠檢驗的屏蔽跳線把屏蔽鏈路真正地延伸到“端到端”的網(wǎng)絡應用。
“它(標準)定義了屏蔽匹配性和屏蔽接地要求，能優(yōu)化電磁兼容(EMC)性能?！薄ヅ湫允侵改K化插頭插座的性能匹配，關系到產品間的兼容性，而接地則是屏蔽布線系統(tǒng)的重要必備步驟。
轉換阻抗(Transfer Impedance)
另外，針對轉換阻抗(Transfer Impedance)，標準中的敘述有：
“衡量屏蔽性能的參數(shù)，由被屏蔽層包圍的導體上的電壓與屏蔽層外表面電流之比來表示?！?br/>
“轉換阻抗直接影響屏蔽線纜和屏蔽連接硬件的屏蔽功效(受電磁場影響的屏蔽質量)?！?br/>
“符合轉換阻抗標準的線纜和連接硬件并不足以保證鏈路和信道的正確轉換阻抗。線纜屏蔽層必須完全按照制造商操作手冊端接到連接硬件的屏蔽層上。不同廠商的相關屏蔽層結構設計是相對獨立的?！?br/>
接地系統(tǒng)設計
屏蔽系統(tǒng)要求必須正確有效地接地。如果接地不良，屏蔽系統(tǒng)將有可能會比非屏蔽系統(tǒng)提供更差的性能水平;甚至在最壞的情況下，屏蔽本身可能會成為一個輻射源，生成電流接地環(huán)路，或接收周圍輻射。這樣的屏蔽將形同虛設，毫無意義。所以說接地是屏蔽布線工程中的關鍵一環(huán)。關于屏蔽系統(tǒng)的接地設計，標準中有如下敘述：
“接地系統(tǒng)是電信布線系統(tǒng)的整體組成部分之一。除了保護個人和設備受電壓危害，一個正確的接地系統(tǒng)能減少對于和來自電信布線系統(tǒng)的電磁干擾(EMI)。不恰當?shù)慕拥叵到y(tǒng)會引入電壓干擾電信線路?！?br/>
“端接ScTP線纜時，接地漏極線必須按照制造商的要求連接至連接硬件。在跳接空間的連接硬件必須連接至ANSI/TIA/EIA-607接地系統(tǒng)?！?br/>
“ScTP線纜的屏蔽層必須在電信間用導線連接至電信接地總線。工作區(qū)的接地通過設備電源連接。工作區(qū)的屏蔽連接一般由ScTP跳線完成。在水平布線的工作區(qū)端，在屏蔽層和為設備供電的電插座接地線之間測得的電壓不能超過1.0Vrms。在使用這條線路前，任何造成高電壓的因素都要被排除?！?br/>
一般和其他系統(tǒng)聯(lián)合接地時，接地電阻不得超過1Ω。如果單獨接地，接地電阻不得超過4Ω。
美國國家電氣規(guī)范NEC條款250和EIA/TIA 607還指出，實心銅制接地母線孤立絕緣地安裝在入口設施處和設備間，每個電信間也如此。每根母線按照國家電氣制造協(xié)會NEMA標準鉆孔，經(jīng)常用以附接壓縮閂裝置、電信設備、機架、機柜和電壓保護器等。所有房間的母線由主干絕緣實心銅線連接。這個主干連接電信入口處的主接地總線，連至電氣入口處的大地接地，連至每層樓的鋼筋結構。接地導體布線必須用綠/黃色或正確標注。
如今大部分新大樓的建筑部門已經(jīng)在弱電間或電信間、設備間、入口設施之間提供了低壓接地總線。安裝布線系統(tǒng)的安裝商，應該在每個TR使用1根接地線連接機架/柜至上述低壓接地總線，這些接地線可以是AWG 6或更粗絕緣銅線，顏色是綠/黃。
如果是沒有接地系統(tǒng)的舊樓，安裝商必須和建筑部門協(xié)調，按照607或地方法規(guī)自行安裝主干接地系統(tǒng)。不可以連接至水管。
對于UTP或ScTP，上述步驟和要求是一致的。對于ScTP布線系統(tǒng)，安裝商需要在TR另外使用絕緣接地線連接ScTP配線架接地片和機架/柜的接地片。
屏蔽雙絞線的分類
屏蔽雙絞線按性能分類：FA級/7類，EA級/6A類，E級/6類，D級/5E類。
屏蔽雙絞線按結構分類：
balanced element 平衡元素
element screen 每個單元線對的屏蔽層
overall screen 總體的屏蔽層
U = unscreened 非屏蔽
F = foil screened 鋁箔屏蔽
F = foil screened 鋁箔屏蔽
S = braid screen 編織網(wǎng)屏蔽
SF = braid and foil screen 編織網(wǎng)和鋁箔雙層屏蔽
屏蔽雙絞線和非屏蔽雙絞線的不同特點
屏蔽與非屏蔽布線系統(tǒng)孰優(yōu)孰劣，一直是綜合布線領域的熱點話題。由于消費歷史的不同，在10G應用出現(xiàn)之前，歐洲用戶更多使用屏蔽布線系統(tǒng)，而北美用戶更多使用非屏蔽布線系統(tǒng)。隨著10G應用的出現(xiàn)，情況出現(xiàn)了很大的變化。根據(jù) BSRIA 發(fā)布的新聞稿，在所有的被訪問者中，計劃在數(shù)據(jù)中心采用6類，6A類，7類的比例彼此之間相差不多;但在選擇10G銅纜鏈路的用戶中，有75%的都計劃采用屏蔽的布線解決方案。下面讓我們來分析一下屏蔽和非屏蔽雙絞線的一些特點。
1、 技術差別
抵抗電磁干擾的手段:
非屏蔽布線系統(tǒng)——采用雙絞的平衡結構來抵消外界電磁干擾。
屏蔽布線系統(tǒng)—— 利用屏蔽鋁箔對電磁信號反射、吸收以及信號趨膚效應來隔離外界干擾。
由于不可能生產完全理想結構的UTP雙絞線，并且UTP線纜的雙絞結構在施工過程中經(jīng)過拖拉拽放后，必然會發(fā)生微小的變化，這種變化帶來的電磁干擾影響隨著傳輸數(shù)率增加而越來越敏感。
雖然FTP屏蔽雙絞線鋁箔內的線對也是精密的雙絞結構，但它們已經(jīng)不承擔抵抗干擾的主要作用，接地的鋁箔對電磁信號具有非常優(yōu)異的反射、吸收、隔離的性能，它使傳輸數(shù)據(jù)的雙絞導線與外界的電磁環(huán)境完全隔離。
2、 性能特點
一般可以采用耦合衰減來衡量線纜抵抗干擾的能力。屏蔽系統(tǒng)一般比非屏蔽系統(tǒng)至少高20dB左右。
獲得SNR(信噪比)的余量是依賴于線纜的平衡性以及屏蔽層的共模和差模抗干擾能力。網(wǎng)絡應用需要大于零的SNR余量來保證正確的信號傳輸和最小的誤碼率。隨著10GBASE-T的出現(xiàn)，由良好的線纜平衡性來保證的噪音隔離已經(jīng)幾乎不足以支持傳輸對象。而屏蔽系統(tǒng)與生俱來的抗外來串擾和噪音能力被證明能夠將香農容量(Shannon capacity)加倍，引起了系統(tǒng)和應用開發(fā)者的重視。實際上，現(xiàn)在的屏蔽系統(tǒng)綜合了2代局域網(wǎng)布線的優(yōu)點：其與非屏蔽一樣的雙絞結構帶來的平衡性保證抵抗低頻的干擾，在30MHz以上線纜的平衡性開始顯著下降的情況下，其屏蔽結構足以抵御高頻的干擾。
面對用戶對于網(wǎng)絡安全的日益重視，屏蔽系統(tǒng)發(fā)展到今天，已經(jīng)被越來越多的用戶所接受和采用，并日益彰顯其活力。屏蔽布線系統(tǒng)主要出現(xiàn)的場合：一是對安全和電磁干擾考慮比較多的場合，另一個是對傳輸速率有更高要求的場合，例如萬兆。銅纜在傳輸速率更高的時候會存在線間干擾的問題，因此屏蔽的作用更加重要。現(xiàn)在我國市場上除了進口的屏蔽布線產品之外，有越來越多的國內廠商也能提供自主產權的屏蔽布線產品。
今年，屏蔽布線系統(tǒng)在設計及施工方面也有了更多標準的支持。6月初，中國工程建設標準化協(xié)會信息通信專業(yè)委員會綜合布線工作組最新發(fā)布的《屏蔽布線系統(tǒng)設計與施工技術白皮書》，是對標準條款的細化，使施工人員在做工程的時候能有更多的資料可做參考。本期“主流談應用”欄目的討論主題就是屏蔽布線系統(tǒng)的應用。我們邀請到美國西蒙市場部經(jīng)理許向紅和康寧通信(大中國區(qū))企業(yè)網(wǎng)技術部馬繼濤先生，請他們就屏蔽布線產品的特性、優(yōu)勢、應用現(xiàn)狀及趨勢等來做一分享。
標準中對屏蔽系統(tǒng)的描述
屏蔽布線系統(tǒng)源于歐洲，它是在普通非屏蔽布線系統(tǒng)的外面加上金屬屏蔽層，利用金屬屏蔽層的反射、吸收及趨膚效應實現(xiàn)防止電磁干擾及電磁輻射的功能。屏蔽系統(tǒng)綜合利用了雙絞線的平衡原理及屏蔽層的屏蔽作用，因而具有非常好的電磁兼容(EMC)特性。為了對屏蔽布線系統(tǒng)進行更準確更權威的解釋，我們查找了相關的規(guī)范和標準。
屏蔽(ScTP)布線系統(tǒng)
2001年公布的TIA/EIA-568-B標準增加了對屏蔽(ScTP)布線系統(tǒng)的支持，特別是TIA/EIA-568-B.2中新增的附錄K用了12頁的篇幅來描述屏蔽(ScTP)布線系統(tǒng)的要求，并詳細說明了線纜和連接硬件轉換阻抗的測量及計算方法。
“當屏蔽結構被采用時，可以改善對信號載體電磁輻射的控制以及對外界電磁干擾源的抗擾能力?！薄纱丝梢?，相對UTP系統(tǒng)而言，ScTP系統(tǒng)的優(yōu)勢在于增加了對內對外的雙重EMI保護。而目前國內屏蔽用戶看重的主要還是對于外界電磁干擾的防護。
“然而，提供這些好處的屏蔽能力基于多種因素。包括布線系統(tǒng)部件(線纜和連接器)的特性，安裝的方法和保護，以及相連有源設備的設計。”——可見，光靠簡單的選用屏蔽線纜和接插件，是不能夠滿足所希望的傳輸和屏蔽效果的。
“…它(ScTP布線系統(tǒng))包括屏蔽水平線纜，屏蔽主干線纜，屏蔽工作區(qū)連接硬件，屏蔽電信間連接硬件，屏蔽跳接線?！薄帘翁€是整個系統(tǒng)中最容易被忽視的環(huán)節(jié)，所以說，跳線是應用的基礎，需要采用工廠檢驗的屏蔽跳線把屏蔽鏈路真正地延伸到“端到端”的網(wǎng)絡應用。
“它(標準)定義了屏蔽匹配性和屏蔽接地要求，能優(yōu)化電磁兼容(EMC)性能?！薄ヅ湫允侵改K化插頭插座的性能匹配，關系到產品間的兼容性，而接地則是屏蔽布線系統(tǒng)的重要必備步驟。
轉換阻抗(Transfer Impedance)
另外，針對轉換阻抗(Transfer Impedance)，標準中的敘述有：
“衡量屏蔽性能的參數(shù)，由被屏蔽層包圍的導體上的電壓與屏蔽層外表面電流之比來表示?！?br/>
“轉換阻抗直接影響屏蔽線纜和屏蔽連接硬件的屏蔽功效(受電磁場影響的屏蔽質量)?！?br/>
“符合轉換阻抗標準的線纜和連接硬件并不足以保證鏈路和信道的正確轉換阻抗。線纜屏蔽層必須完全按照制造商操作手冊端接到連接硬件的屏蔽層上。不同廠商的相關屏蔽層結構設計是相對獨立的?！?br/>
接地系統(tǒng)設計
屏蔽系統(tǒng)要求必須正確有效地接地。如果接地不良，屏蔽系統(tǒng)將有可能會比非屏蔽系統(tǒng)提供更差的性能水平;甚至在最壞的情況下，屏蔽本身可能會成為一個輻射源，生成電流接地環(huán)路，或接收周圍輻射。這樣的屏蔽將形同虛設，毫無意義。所以說接地是屏蔽布線工程中的關鍵一環(huán)。關于屏蔽系統(tǒng)的接地設計，標準中有如下敘述：
“接地系統(tǒng)是電信布線系統(tǒng)的整體組成部分之一。除了保護個人和設備受電壓危害，一個正確的接地系統(tǒng)能減少對于和來自電信布線系統(tǒng)的電磁干擾(EMI)。不恰當?shù)慕拥叵到y(tǒng)會引入電壓干擾電信線路?！?br/>
“端接ScTP線纜時，接地漏極線必須按照制造商的要求連接至連接硬件。在跳接空間的連接硬件必須連接至ANSI/TIA/EIA-607接地系統(tǒng)?！?br/>
“ScTP線纜的屏蔽層必須在電信間用導線連接至電信接地總線。工作區(qū)的接地通過設備電源連接。工作區(qū)的屏蔽連接一般由ScTP跳線完成。在水平布線的工作區(qū)端，在屏蔽層和為設備供電的電插座接地線之間測得的電壓不能超過1.0Vrms。在使用這條線路前，任何造成高電壓的因素都要被排除?！?br/>
一般和其他系統(tǒng)聯(lián)合接地時，接地電阻不得超過1Ω。如果單獨接地，接地電阻不得超過4Ω。
美國國家電氣規(guī)范NEC條款250和EIA/TIA 607還指出，實心銅制接地母線孤立絕緣地安裝在入口設施處和設備間，每個電信間也如此。每根母線按照國家電氣制造協(xié)會NEMA標準鉆孔，經(jīng)常用以附接壓縮閂裝置、電信設備、機架、機柜和電壓保護器等。所有房間的母線由主干絕緣實心銅線連接。這個主干連接電信入口處的主接地總線，連至電氣入口處的大地接地，連至每層樓的鋼筋結構。接地導體布線必須用綠/黃色或正確標注。
如今大部分新大樓的建筑部門已經(jīng)在弱電間或電信間、設備間、入口設施之間提供了低壓接地總線。安裝布線系統(tǒng)的安裝商，應該在每個TR使用1根接地線連接機架/柜至上述低壓接地總線，這些接地線可以是AWG 6或更粗絕緣銅線，顏色是綠/黃。
如果是沒有接地系統(tǒng)的舊樓，安裝商必須和建筑部門協(xié)調，按照607或地方法規(guī)自行安裝主干接地系統(tǒng)。不可以連接至水管。
對于UTP或ScTP，上述步驟和要求是一致的。對于ScTP布線系統(tǒng)，安裝商需要在TR另外使用絕緣接地線連接ScTP配線架接地片和機架/柜的接地片。
屏蔽雙絞線的分類
屏蔽雙絞線按性能分類：FA級/7類，EA級/6A類，E級/6類，D級/5E類。
屏蔽雙絞線按結構分類：
balanced element 平衡元素
element screen 每個單元線對的屏蔽層
overall screen 總體的屏蔽層
U = unscreened 非屏蔽
F = foil screened 鋁箔屏蔽
F = foil screened 鋁箔屏蔽
S = braid screen 編織網(wǎng)屏蔽
SF = braid and foil screen 編織網(wǎng)和鋁箔雙層屏蔽
屏蔽雙絞線和非屏蔽雙絞線的不同特點
屏蔽與非屏蔽布線系統(tǒng)孰優(yōu)孰劣，一直是綜合布線領域的熱點話題。由于消費歷史的不同，在10G應用出現(xiàn)之前，歐洲用戶更多使用屏蔽布線系統(tǒng)，而北美用戶更多使用非屏蔽布線系統(tǒng)。隨著10G應用的出現(xiàn)，情況出現(xiàn)了很大的變化。根據(jù) BSRIA 發(fā)布的新聞稿，在所有的被訪問者中，計劃在數(shù)據(jù)中心采用6類，6A類，7類的比例彼此之間相差不多;但在選擇10G銅纜鏈路的用戶中，有75%的都計劃采用屏蔽的布線解決方案。下面讓我們來分析一下屏蔽和非屏蔽雙絞線的一些特點。
1、 技術差別
抵抗電磁干擾的手段:
非屏蔽布線系統(tǒng)——采用雙絞的平衡結構來抵消外界電磁干擾。
屏蔽布線系統(tǒng)—— 利用屏蔽鋁箔對電磁信號反射、吸收以及信號趨膚效應來隔離外界干擾。
由于不可能生產完全理想結構的UTP雙絞線，并且UTP線纜的雙絞結構在施工過程中經(jīng)過拖拉拽放后，必然會發(fā)生微小的變化，這種變化帶來的電磁干擾影響隨著傳輸數(shù)率增加而越來越敏感。
雖然FTP屏蔽雙絞線鋁箔內的線對也是精密的雙絞結構，但它們已經(jīng)不承擔抵抗干擾的主要作用，接地的鋁箔對電磁信號具有非常優(yōu)異的反射、吸收、隔離的性能，它使傳輸數(shù)據(jù)的雙絞導線與外界的電磁環(huán)境完全隔離。
2、 性能特點
一般可以采用耦合衰減來衡量線纜抵抗干擾的能力。屏蔽系統(tǒng)一般比非屏蔽系統(tǒng)至少高20dB左右。
獲得SNR(信噪比)的余量是依賴于線纜的平衡性以及屏蔽層的共模和差模抗干擾能力。網(wǎng)絡應用需要大于零的SNR余量來保證正確的信號傳輸和最小的誤碼率。隨著10GBASE-T的出現(xiàn)，由良好的線纜平衡性來保證的噪音隔離已經(jīng)幾乎不足以支持傳輸對象。而屏蔽系統(tǒng)與生俱來的抗外來串擾和噪音能力被證明能夠將香農容量(Shannon capacity)加倍，引起了系統(tǒng)和應用開發(fā)者的重視。實際上，現(xiàn)在的屏蔽系統(tǒng)綜合了2代局域網(wǎng)布線的優(yōu)點：其與非屏蔽一樣的雙絞結構帶來的平衡性保證抵抗低頻的干擾，在30MHz以上線纜的平衡性開始顯著下降的情況下，其屏蔽結構足以抵御高頻的干擾。
