建筑弱电应用技术--综合布线系统

JIANZHU RUODIAN YINGYONG JISHU 1 综合布线系统 建筑 弱电应用技术 2 课题 2 综合布线系统 2.1 综合布线系统的组成 1 2.2 网络传输介质 2 2.3 布线工艺 3 2.4 PDS各子系统的布线 4 1.1 计算机网络概述 2.5 综合布线工程的验收 5 2.6 工程案例 6 3 【 知识点 】 综合布线系统的组成 ；网络传输介质 ；布线工艺 ；综合布线的测试和验收鉴定。 【 能力目标 】 1 了解综合布线系统的有关标准 ； 2 了解综合布线系统的设计方法 ； 3 熟悉网络传输介质的结构、特点和标识方法。 课题 2 综合布线系统 4 2.1 综合布线系统的组成 综合布线系统是一套用于建筑物或建筑群内的传输网络 ,它将语音、图像、数据等设备彼此相连，也能使上述设备与外部通信网络连接。综合布线系统设计应具有开放性、灵活性和扩展性，并对其服务的设备有一定的独立性。工程项目中综合布线系统设计的产品类别及链路、信道等级确定，应按建筑物的功能、应用网络、业务终端类型、业务的需求及发展、性能价格、现场安装条件等因素综合考虑。 5 2.1.1 美国标准的综合布线系统的组成 在美国标准 商业建筑电信布线标准 和我国标准 建筑与建筑群综合布线系统工程设计规范 中，把综合布线划分为六个部分，即工作区子系统、水平（配线）子系统、干线（垂直）子系统、设备间子系统、管理子系统和建筑群子系统，其结构如 图 2.1所示。从图中可以看出，这六个部分中的每一部分都相对独立，可以单独设计，单独施工。更改其中一个子系统时，均不会影响其他子系统。 2.1 综合布线系统的组成 6 图 2.1 综合布线系统的组成 2.1 综合布线系统的组成 7 1 工作区子系统 一个独立的需要设置终端设备的区域宜划分为一个工作区。工作区子系统的范围应从通信引出端 (信息插座 )开始到终端设备的接线处为止 ,它由终端设备连接到信息插座 (TO)的连线 (或软线 )组成 ,如 图 2.2所示 ,包括装配软线、连接器和连接所需的扩展软线等，但不包括终端设备。 2 水平子系统 水平子系统是由工作区的信息插座及到楼层配线间的线缆组成，如 图 2.3所示。通常线缆一端接在信息插座上，另一端接在配线架上。线缆一般为电缆或光缆，长度规定为 90 m；信息插座可以是 8针 (脚 )模块化插座，也可以是由电缆（如 RJ45）和光纤插座（如 ST、 SC、 LC）组成的多媒体插座。 2.1 综合布线系统的组成 8 图2.2 工作区示意图 2.1 综合布线系统的组成 9 图 2.3 水平子系统示意图 2.1 综合布线系统的组成 10 3 干线子系统 干线子系统又称垂直干线子系统，它由设备间和楼层配线间的连接线缆组成，是建筑物综合布线系统的主干部分。线缆一般为大对数双绞线电缆或多芯光缆，两端分别端接在设备间和楼层配线间的配线架上 ,如 图 2.4所示。干线子系统的线缆常常设在电缆竖井内或上升管路内。 干线电缆长度为 90 m，多模光纤长度为 2000 m，单模光纤长度为 3000 m。 水平子系统与干线子系统的区别在于：水平子系统通常处在同一层 ；干线子系统通常位于垂直的弱电间，并采用大对数双绞线电缆或多芯光缆，而水平子系统多为4对双绞电缆或两芯光缆。这些双绞电缆能支持大多数终端设备。在需要较高宽带应用时，水平子系统也可以采用“光纤到桌面”的方案。 2.1 综合布线系统的组成 11 图2.4 干线子系统示意图 2.1 综合布线系统的组成 12 当水平工作面积较大时，需要在这个区域设置二级交接间。这时干线线缆、水平线缆连接方式将有所变化。一种情况是干线线缆端接在楼层配线架上，水平线缆一端连接在楼层配线间的配线架上 ；另一种情况是干线线缆直接接到二级交接间的配线架上，这时的水平线缆一端接在二级交接间的配线架上，另一端接在信息插座上。 点对点端接是最简单、最直接的配线方法，电信间的每根干线电缆直接从设备间延伸到指定的楼层电信间。 2.1 综合布线系统的组成 13 4 设备间子系统 设备间是在每一栋大楼内的适当位置放置综合布线线缆和相关连接硬件及其应用系统设备的场所，是设置电信设备、计算机网络设备和建筑物配线设备，进行网络管理的场所。设备间子系统由设备间的线缆、连接器和有关的支撑硬件组成 ,其作用是采用跳线或接插线把应用系统的主设备连接起来，如计算机网络交换机的端口用接插线连接到配线架上。 2.1 综合布线系统的组成 14 5 管理子系统 管理子系统处在配线间及设备间的配线区域，它由配线间的交叉连线和互接连线以及标识符等组成，应对工作区、电信间、设备间、进线间的配线设备、缆线、信息插座模块等设施按一定的模式进行标识和记录。 交叉连线和互接连线为连接各个子系统提供了手段，并且通过交连和互连等方式将通信线路定位或重新定位在建筑物的不同部分，从而管理通信线路。它相当于电话系统中机房配线架（柜）、楼层配线箱或电话分线盒部分。管理子系统如 图 2.5所示。 2.1 综合布线系统的组成 15 图 2.5 管理子系统示意图 2.1 综合布线系统的组成 16 6 建筑群子系统 建筑群由两个或两个以上的建筑物组成 ,这些建筑物之间彼此要进行信息交流，就需要信息传输通道。建筑群子系统由连接各建筑物的线缆组成 ,它将一个建筑物中的线缆延伸到建筑群的另外一些建筑物中的通信设备和装置上。建筑群子系统提供楼群之间通信所需的硬件设施，其中包括电缆、光缆以及防止电缆上的脉冲电压进入建筑物的电气保护装置等。 2.1 综合布线系统的组成 17 2.1.2 我国标准的综合布线系统的组成 我国建设部于 2007年 4月批准了 综合布线系统工程设计规范 (GB/T 50311 2007）和 综合布线系统工程施工和验收规范 （ GB/T 50312 2007）。新规范明确规定综合布线系统分为三个布线子系统，其结构如 图 2.6所示。工作区布线为非永久性部分，在工程设计和施工中一般不被列在内，所以不包括在综合布线系统工程中。 2.1 综合布线系统的组成 18 图 2.6 综合布线系统结构 2.1 综合布线系统的组成 19 1 建筑群子系统 从建筑群配线架（ CD）到各建筑物配线架（ BD）的布线属于建筑群主干布线子系统。该子系统应由连接多个建筑物之间的主干电缆和光缆、建筑群配线设备(CD)及设备缆线和跳线组成 ,如 图 2.7所示。 2.1 综合布线系统的组成 20 图 2.7 建筑群主干布线子系统 2.1 综合布线系统的组成 21 2 干线子系统 从建筑物配线架（ BD）到各楼层配线架（ FD）的布线属于建筑物主干布线子系统。该子系统应由设备间至电信间的干线电缆和光缆、安装在设备间的建筑物配线设备 (BD)及设备缆线和跳线组成，如 图 2.8所示。 建筑物干线电缆、光缆应直接端接到有关的楼层配线架，中间不应有转接点或接头。 2.1 综合布线系统的组成 22 图2.8 建筑物主干布线子系统 2.1 综合布线系统的组成 23 3 配线子系统 从楼层配线架到各信息插座的布线属于配线子系统，配线子系统信道的最大长度不应大于 100 m。该子系统应由工作区的信息插座模块、信息插座模块至电信间配线设备（ FD）的配线电缆和光缆、电信间的配线设备及设备缆线和跳线等组成。 配线电缆、配线光缆一般直接连接到信息插座。必要时，楼层配线架和每个信息插座之间允许有一个集合点（ CP）。进入与接出转接点的电缆线对或光纤应点对点连接，以保持对应关系。集合点处的所有电缆、光缆应作为机械终端。集合点处只包括无源连接硬件，应用设备不应在这里连接。用电缆进行转接时，所用的电缆应注意是否符合对称电缆的附加串扰要求。 2.1 综合布线系统的组成 24 集合点处宜为永久性的连接，不应做配线用。对于包括多个工作区的较大区域，且工作区划分有可能调整时，允许在较大区域的适当位置设置非永久性连接的集合点。这种集合点最多可以为 12个工作区配线，如 图 2.9所示。 图 2.9 开放式办公室水平子系统综合布线方案 2.1 综合布线系统的组成 25 4 工作区布线 工作区布线是用接插线把终端设备连接到工作区的信息插座上。一个独立的需要设置终端设备（ TE）的区域宜划分为一个工作区。工作区应由配线子系统的信息插座模块（ TO)延伸到终端设备处的连接缆线及适配器组成。 工作区设备缆线、电信间配线设备的调线和设备缆线之和不应大于 10 m；当大于 10 m时，水平缆线长度（ 90 m）应适当减少。 工作区布线随着应用系统终端设备的改变而改变，因此它是非永久性的。 工作区电缆、光缆的长度及其传输特性应有一定的要求。若不符合要求，将影响系统的传输性能。 2.1 综合布线系统的组成 26 目前，综合布线使用的线缆主要有电缆和光缆两类。电缆有双绞线电缆和同轴电缆。双绞线电缆又分为非屏蔽双绞线（ UTP）电缆和屏蔽双绞线（ STP）电缆。光纤主要有 62.5/125 m多模光纤、 50/125 m多模光纤和8.3/125 m单模光纤三种。 2.2 网络传输介质 27 2.2.1 双绞线电缆 双绞线电缆由多对双绞线外包缠护套构成，其护套称为电缆护套。电缆护套可以保护双绞线免遭机械损伤和其他有害物体的损坏。与其他绝缘体一样，电缆护套也能提高电缆的物理性能和电气性能。在某些情况下，还可以在电缆的护套外再加一层外护套形成保护铠装（皮）。 在综合布线中使用的每一根电缆，其导线都是经过退火处理的。退火处理能改善它的机械性能，使它在特定环境中能减少扭曲和振动应力。 2.2 网络传输介质 28 1 双绞线电缆的构成 双绞线（ Twisted Pair， TP）是一种综合布线工程中最常用的传输介质。对绞线是两根铜芯导线，其直径一般为 0.4 0.65 mm，常用的是 0.5 mm。它们各自包在彩色绝缘层内，按照规定的绞距互相扭绞成一对对绞线。双绞线的缠绕密度、扭绞方向及绝缘材料直接影响它的特性阻抗、衰减和近端串扰。 扭绞的目的是使对外的电磁辐射和遭受外部的电磁干扰减少到最小。对绞线按其电气特性的不同进行分级或分类。 根据我国通信行业标准 数字通信用对绞星绞对称电缆 和 大楼通信综合布线系统 的规定，国内只生产特性阻抗为 100 和 150 的两种规格的产品，不生产 120 的产品。 2.2 网络传输介质 29 （ 1） 非屏蔽双绞线电缆 非屏蔽双绞线电缆由多对双绞线外包缠一层绝缘塑料护套构成。 4对非屏蔽双绞线电缆（ UTP）如 图 2.10所示。 非屏蔽缆线每对线采用不同的绞距，并结合滤波与对称性等技术，经由精确的生产工艺制成。其中，橙色对和绿色对通常用于发送和接收数据，绞合度较高；蓝色对次之；而棕色对一般用于进行检验，绞合度较低。如果双绞线的绞合密度不符合技术要求的话，将会引起电缆阻抗不匹配，导致较为严重的近端串扰，从而使传输距离变短，传输速率降低。由于它具有质量轻、体积小、弹性好和价格适宜等特点，所以使用较多，甚至在传输较高速数据的链路上也有采用。 2.2 网络传输介质 30 图2.1 0UTP结构 2.2 网络传输介质 31 （ 2） 屏蔽双绞线电缆 与非屏蔽双绞线电缆相比，屏蔽双绞线电缆只不过在绝缘层内增加了金属屏蔽层。按增加的金属屏蔽层数量和绕包的方式，它又分为铝箔屏蔽双绞线电缆（ FTP）、铝箔 /金属网双层屏蔽双绞线电缆（ SFTP）和独立双层屏蔽双绞线电缆（ STP）三种， 如 图 2.11至 图 2.13所示。本书中将这三种电缆统称为屏蔽双绞线电缆（ STP）。 由 图 2.11 图 2.13可以看出 ,非屏蔽双绞线电缆和屏蔽双绞线电缆都有一根用于撕开电缆保护套的撕剥线。屏蔽双绞线电缆在铝箔屏蔽层和内层聚酯包皮之间还有一根漏电线，把它连接到接地装置上，可泄放金属屏蔽层的电荷，解除线对间的干扰。屏蔽双绞线电缆外面包有较厚的屏蔽层，所以它具有抗干扰能力强、保密性好、不易被窃听等优点。 2.2 网络传输介质 32 图 2.11 FTP结构 图2.12 SFTP结构 图2.13 STP结构 2.2 网络传输介质 33 2 双绞线电缆的标识 对于通常使用的双绞线电缆，每隔 2英尺有一段文字。不同生产厂商的产品标记可能不一样，但一般包括以下一些信息： (1) 双绞线电缆的类型； (2) NEC/UL防火测试和级别； (3) CSA防火测试； (4) 长度标志； (5) 生产日期； (6) 双绞线电缆的生产商和产品号码。 2.2 网络传输介质 34 由于双绞线标记没有统一的标准，因此并不是所有的双绞线电缆都会有相同的标记。如 VCOM SYSTEMS CABLE E438134 1400 24AWG（ UL） PCC FT4 VERIFIED、 ETL、 CAT5、 01000FT，其主要含义如下： (1) VCOM： 公司名称。 (2) 24： 表示线芯是 24号（常见的有 22、 24、 26三种规格）。 (3) AWG：表示美国线规标准。 (4) UL： 表示通过认证。 (5) CMR/MPR： 表示安全级别。 (6) FT4： 表示 4对线。 (7) CAT5： 表示 5类线。 2.2 网络传输介质 35 2.2.2 同轴电缆 同轴电缆是计算机网络布线中较早使用的一种传输介质，目前还有一些小型的网络仍在使用同轴电缆。通常，同轴电缆用于视频领域较多，在数据电缆传输方面应用较少。 1 同轴电缆的结构 同轴电缆由中心导体（金属线）、绝缘材料层、金属网状织物构成的屏蔽层和外部的绝缘护套组成，其结构如 图 2.14所示。其中中心导体主要用于传导电流，金属屏蔽层用于接地。同轴电缆的中心导体与屏蔽层恰好可构成电流的回路 ,因此，在制作同轴电缆的接头时，千万不能使屏蔽层的任何部分与中心导体接触，以免造成短路。 2.2 网络传输介质 36 图 2.14 同轴电缆的结构 1,2 中央铜芯； 3 塑料绝缘层； 4 金属屏蔽层； 5 外包皮 2.2 网络传输介质 37 2 同轴电缆的分类 目前广泛使用的同轴电缆有两种：一种是 50 电缆，用于数字传输。由于这种电缆多用于基带传输，因此也叫做基带同轴电缆。另一种是 75 电缆，用于模拟传输，也叫做宽带同轴电缆。 (1) 基带同轴电缆 基带同轴电缆易于连接，数据信号可以直接加载到电缆上，阻抗特性均匀，电磁干扰屏蔽性好，误码率低，适用于各种局域网络，速率最高为 10 Mbit/s。 按同轴电缆的直径大小，基带同轴电缆一般可分为细同轴电缆（简称为细缆或 10 Base-2）和粗同轴电缆（简称为粗缆或 10 Base-5）两种。目前计算机网络中常使用细缆。 2.2 网络传输介质 38 粗同轴电缆直径约为 12.7 mm，铜芯比细芯粗，也比较硬，其外表为黄色。 IEEE把粗缆称为 10 Base 5，其中“ 10”代表最高的数据传输速率为 10 Mbit/s，“ Base”代表传输方式是基带传输，“ 5”代表最长可以达到 500 m。对于同轴电缆而言，铜芯越粗，数据的传输距离就越远，因此粗缆常作为网络的主干网络线，适用于比较大型的网络，标准距离长，可靠性高。但粗同轴电缆网络必须安装收发器，安装难度大，因此总体造价高。 2.2 网络传输介质 39 细同轴电缆直径比粗缆小（ 5 mm），因而它比粗缆轻便灵活，但它的数据传输距离较近。其外表通常是黑色，安装比较简单，造价低，但安装时要切断电缆，两头须装上 BNC终端器，接在 T形连接器两端，容易造成接触不良而影响整个网络。 为了保持正确的电气特性，同轴电缆屏蔽层必须接地，同时两头要有 BNC终端器来削弱信号的反射作用，否则网络将不能工作。 2.2 网络传输介质 40 (2) 宽带同轴电缆 通常，有线电视通过同轴电缆传输模拟信号的系统被称为宽带同轴电缆。“宽带”这个词来源于电话业，指比 4 kHz宽的频带。然而 ,在计算机网络中，“宽带电缆”却指任何使用模拟信号进行传输的电话网络。 宽带同轴电缆的传输特性要高于基带同轴电缆，但它需要附加信号处理设备，安装比较困难，适用于长途电话网、电缆电视系统和宽带计算机网络。通常的宽带同轴电缆是 75 电缆，速率最高为 20 Mbit/s，可以传输数据、语音和影像信号，传输距离可以达到几千米。 此外，根据内、外导体间绝缘介质的处理方法不同，同轴电缆又可分为实芯同轴电缆、藕芯同轴电缆、物理发泡同轴电缆和竹节电缆等。 2.2 网络传输介质 41 2.2.3 光缆 光纤通信是以光波为载频、光导纤维为传输介质的一种通信方式。与电缆传输相比，光纤具有传输信息量大、传输距离长、体积小、质量轻、抗干扰强等优点，尤其适合于传输距离长、数据容量大及要求防电磁干扰、防窃听的场合。 1 光纤的结构及特点 光纤是光导纤维的简称，它是用高纯度玻璃材料及管壁极薄的软纤维制成的新型传导材料。光纤剖面结构如 图 2.15所示。 2.2 网络传输介质 42 图 2.15 光纤剖面结构 2.2 网络传输介质 43 用护套将一根或多根已加包层的光纤包在一起就成了光缆。护套通常用塑料或其他材料制成，用于保护光纤和其他光缆部件免受损害。同时，为了保护光纤芯，在护套中一般应用填充物来加固光纤芯。 采用光纤传送信号有频带宽、传输损耗小、传输距离远、数据传输速率高和误码率低等优点。 2.2 网络传输介质 44 2 光纤的分类 按信号传送方式，光纤可分为单模光纤和多模光纤两种。 (1) 单模光纤 单模光纤相对于多模光纤来说纤芯很小，光纤只允许与光纤轴一致的光线通过，即只允许通过一个基模的光，这种只传输单一模式（ Single Mode）的光的光纤称为单模光纤。此类光纤模间色散很小，传输频带宽，传输容量大，适用于远程通信。 图 2.16所示为单模光纤传播示意图。 2.2 网络传输介质 45 图 2.16 单模光纤传播示意图 2.2 网络传输介质 46 (2) 多模光纤 多模（ Multi Mode）光纤直径较大，可以通过多种模式的光。多模光纤的模间色散较大，限制了传输数字信号的频率，且光纤越长色散越严重。因此，多模光纤适合低速、较短距离的光纤通信。 图 2.17为多模光纤传输示意图。 多模光纤比单模光纤便