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光纤布线--知识详解

发布时间:2016-07-25 点击数:560
光纤布线系统概述:

光纤为光导纤维的简称,由直径大约为0.1mm的细玻璃丝构成。它透明、纤细,虽比头发丝还细,却具有把光封闭在其中并沿轴向进行传播的导波结构。光纤布线就是因为光纤的这种神奇结构而发展起来的以光波为载频,光导纤维为传输介质的一种布线方式。光纤布线系统有以下优点:传输频带宽,通信容量大;损耗低;不受电磁干扰;线径细,重量轻;资源丰富。

随着对光纤需求的迅猛发展,光纤布线系统将成为发展方向,光纤市场将可能出现供货相对不足的情况。
距离限制是楼层连接和园区内互连使用光纤的必然选择,在园区网建设中,一般要求光纤到小区,光纤到大楼。同时,光纤布线的成本正在明显下降,这使多模光纤、单模光纤都具有很高的性价比。现在许多建筑物中都正在安装复合电缆,即同时采用多模光纤和单模光纤,这也代表了一种新的发展趋势。此外,即将于明年正式发布标准的万兆以太网也将推动光纤布线的发展。

光纤布线是数据干线的首选
早在5类UTP(非屏蔽双绞线)推出之前,计算机网络的桌面应用速率是10Mbps的时候,100Mbps的骨干网采用了FDDI(Fiber Distributed Data Interface,光纤分布数据接口)网,而FDDI是完全基于光纤构建的。因此可以说,综合布线的数据干线,绝大多数工程都采用光缆,是由来已久的事实。
在计算机网络引入基于100Mbps的以太网以来,光纤在综合布线系统中的应用,仍然主要集中于干线级,只是在拓朴结构上发生了变化。
大约是1996年前后,尽管出现了可以支持快速以太网的5类UTP,价格大大低于光缆线,并且易于安装,但是,至今在主干级,鉴于以下原因,人们一直是倾向于选择光缆。
1. 干线用缆量不大
计算机网络采用光纤集线器,每48个数据信息插座只需要2芯光纤。于是,一根4芯光缆通过集线器可以连接96个数据信息插座。众所周知,UTP的水平布线长度不宜超过90米,去掉端接余量和上、下走线,有效长度只不过是70米左右。也就是说,在集线器的主干侧(输入端口)用一条4芯光缆,所覆盖的70米水平范围内,可有96个数据点,平均每米至少可有1.3个数据点。分布密度如此之大,应当是不必安装铜缆了;
2. 用光缆不必为升级疑虑
计算机网络不断在向高速发展,主干正由100Mbps向千兆过渡。网络布线若用铜缆,到时候是否还能升级,总归是个疑问。若用光缆,则不必为升级疑虑。
何况干线的应用常常是多对芯线同时传输信号,铜缆容易引入线对之间的近端串扰(NEXT)以及它们之间的信号迭加问题,对高速数据传输十分不利;
3. 处于电磁干扰较严重的弱电井,光缆比较理想
光缆布线具有最佳的防电磁干扰性能,既能防电磁泄漏,也不受外界电磁干扰影响,这对于干线处于弱电井电磁干扰较严重的情况来说,是比较理想的防电磁干扰布线系统;
4. 光缆在弱电井布放,安装难度较小
光缆在弱电井布放,安装难度较小。况且光缆的布放和安装,供货厂商本来就是提供一条龙服务,由专业技术人员实施,保证工程质量。
近几年来,千兆以太网登场,当前主要也是用于干线级,人们除了出于与上述类同的原因之外,又因为对于大对数“超5类”线缆提出质疑:大对数“超5类”线缆,所有线对都全双工传输信号时,能保证5E系统的功率和(POWER SUM)指标吗?“超5类”用于千兆以太网,必须强调各参数的功率和指标。考虑到目前市场上的大对数“超5类”铜缆,是由数根4对芯“超5类”线缆组合而成,大对数“超5类”铜缆的性能如何检测?若分为每4对进行测试,则何谓大对数!无法考核不能用,于是仍然倾向于选择光缆。

光纤到桌面的机遇
运用RJ-45连接器的5类布线,最初的规范是1995年颁布的TIA/EIA标准,使用2对芯线即可以支持100Mbps的数据传输速率。到了1999年,开发者成功实现了使用4对芯线全双工传输时,5类线缆也可以支持千兆以太网,但不是所有的5类线缆都能支持,于是很快又出现了一种增强型5类线缆(Cat 5E),可以支持到1Gbps的数据传输速率,这种千兆级数据传输速率,对于5类铜缆来说,在物理性能上可以说是达到了极限。
早在1997年下半年,TIA/EIA发布了6类布线规范,又称E级布线规范,也运用RJ-45连接器,可与5类系统兼容。6类线缆最高频率可达200MHz到250MHz,无疑使用2对6类芯线便可以支持千兆以太网的传输速率。但是,基于下述的几个原因,人们在考虑千兆以太网应用时,如果不选择CAT 5E线缆,则可能宁愿选择光缆:
1. 6类布线规范迟迟没有形成最终标准,有可能要到2002年初才正式公布;
2. 由于CAT 5E线缆实现了支持千兆以太网,并且其标准已正式公布,使得6类线缆基本上未占领什么阵地,其应用不多;
3.6类系统部件的费用比5E类高得多,差不多接近光缆布线系统的价格;
4.6类系统的施工要求也比5E类高,其难度近似于光缆,但其供应商往往不象光缆供应商那样能够提供专业水平的一条龙服务,竣工后系统不合格率较高;
5. 光纤布线长度可以比铜缆长,几层楼合用光纤集线器的范围大;
6. 对于光纤到桌面(FTTD,Fiber To The Desk)来说,光缆布线可以考虑省去FD(Floor Distributor,楼层配线设备),直接从BD(Building Distributor,建筑物配线设备)引至桌面。
正是由于上述原因,所以在综合布线的数据信息点中,光纤到桌面的比率明显在增加。
至于7类(又称F类)铜缆与光缆相比,二者的选择,更无疑选择光纤是较为合理的方案。这是因为,EIA/TIA对其规范的制定未能形成最终标准,即便是转而由ISO/IEC来完成。由于7类线缆在市场上用武之地很有限,所以它的公认范围也就相当有限。7类布线系统不使用RJ-45连接器,与现今大部分网络适配卡不兼容。虽然7类线缆的频率范围比5类、6类铜缆高,最高可达700MHz到750MHz,但是仍然无法与光缆相比,难以达到支持10G以太网的水平;由于7类线缆实际上是属于屏蔽类铜缆,全方位360°屏蔽,由此而引起的接地要求,给施工增加了难度,其费用比光缆还要贵。
综上所述,由于5E类铜缆可以支持千兆以太网,所以限制了6类、7类铜缆的应用,给光纤到桌面的应用创造了极好的机遇,将会加快推进采用纯光纤局域网的进程。

光纤、铜缆并用是明智的选择
对于UTP来说,尽管在5类之后又出现6类,但是终归离铜缆的极限不远。而光纤从各方面解决了UTP的缺点:带宽受限、距离有限、不能完全消除RFI(射频干扰)和EMI(电磁干扰)、不能很靠近电力电缆及安全性等等。
光纤贵,铜缆贱,光纤到桌面的成本要远高于UTP的成本,如果加上有源设备(如:集线器和网卡)的成本,则成本差异会更大。但是,价格不是唯一的选择标准,不应把铜缆和光缆完全对立起来,应当跳出二者只用其一的思路,不妨考虑二者并用这一变通方案,以便获得更好的系统,既可保证当前性能要求,又可兼顾将来系统升级需求。
从应用角度出发,光纤是而且将继续是数据网络骨干的媒介选择。随着速度进入千兆位和数千兆位的范围,光纤将成为主导的建筑物布线媒介。前瞻的公司目前正在为这个未来而同时安装UTP和光纤到桌面。例如:对于处在距离可能超过100米的工作站或终端,可直接为这些装置布放光纤信道,不设配线间和有源硬件,便节约了中间环节的成本,减少了总成本的花费。

光纤在综合布线中应用的新技术:
由于光纤制造技术的进步,光纤衰减特性得到改善,也就是说,在综合布线中采用新型光纤,在整个720nm~1370nm波段都可以使用。下述几种光纤新技术的出现和发展,对于光纤在综合布线中以及光纤到桌面的应用很有促进。
1.新型光纤连接器
光纤和铜缆相比,光纤端接要比铜缆复杂。近两三年以来,有几家厂商开发出先进的光缆连接器,价格不太高,容易使用,大大降低了使用光缆的难度。
局域网应用需要用双芯光纤(一芯用于发送,另一芯用于接收)连接器,过去双芯连接器的尺寸,比用于UTP的RJ-45插座的尺寸大得多,在一个86安装盒内,很难支持双信息点的实现。外型类似于RJ-45插座的新型双芯连接器及其配套的耦合器,免除现场打磨步骤,安装方便,解决了这个问题。
新推出的光缆连接器,是小型连接器,可以与RJ-45连接器互换使用,采用与传统电话插头相似的连接技术,并且能够承受较大的线路偏转。
从前谈到光纤首先想到的是安装复杂、要求高,现在情况不大一样了,主要有两点:一是出现了新型、小巧的连接器,从而能密集安装;二是端接技术的简化,降低了有源设备的成本。
2.理想的VCSEL(垂直腔表面发射激光)光源
LED(发光二极管)是短波长多模光纤最常用的光源,造价较低,但是可支持的传输速率较低,难于应用到高速数据传输的场合。
Laser(激光器)是另一类用于光纤传输系统的光源,可以支持极高的数据传输速率,然而器件复杂,要保持稳定的工作,对电子和温度的控制要求很高,于是应用费用相当高。
与上述两种光源相比,VCSEL则是理想的光源,它是一种半导体激光,可支持的数据传输速度高达2Gbps;驱动电流小、输出光功率可达1mw(odBm),光谱宽度小于0.5nm;更重要的是它对电路的要求较低,大大简化了电路设计,降低了器件造价。
3.光电介质转换器
光纤到桌面,不仅要有光纤信息插座、光纤配线箱,还需要有光纤集线器和光纤网卡,致使系统造价上升。
实用的实现光纤到桌面的过渡,则是使用光电介质转换器。光电介质转换器使局域网升级到光纤非常简单,可以保护原铜缆局域网设备的投资。
目前市场有多种类型的光电介质转换器,适用于不同的计算机总线、光纤耦合器和光波长。光电介质转换器有4种流行的封装可选:单机型、组合型、多通路型和模块型。光电介质转换器的双绞线端口有两种类型:交叉型和直线型。交叉型适用于向下的集线器端口;直线型适用于终端类网卡和骨干网端口。
除少数情况外,集线器和交换机并不支持不同的介质端口。在单个或堆叠式光纤集线器和交换机上,通常所有的8到16个端口都是光纤型;在模块化的交换机或路由器上,其非骨干网光纤模块通常带有4到12个光纤端口。因此,即便是用户只需要少量的光纤连接,他们仍然要为不用的端口付额外的钱,当用户同时需要多种速率、单模和多模、短波长和长波长时,这个问题更加突出。外部介质转换器是一种最佳的解决方法,成本低,端口不会浪费。介质转换成了配置经济、可靠网络的重要技术。

值得光纤布线关注的技术动态:
1.全光通信
自从光纤被引入通信网以来,它已为通信网的发展作出了重要贡献。随着通信网传输容量的不断增加,光纤通信也发展到了一个新的高度。
目前的光纤通信系统中,网络的各个节点要经过多次的光-电、电-光变换,而其中的电子器件在适应高速、大容量的需求上存在着诸多缺点,如带宽限制、严重串话等,由此产生了通信网中的“电子瓶颈”现象。为了解决这一问题,充分发挥光通信的极宽频带、抗电磁干扰、保密性强、传输损耗低等优点,于是提出了全光通信。
全光通信是指用户与用户之间的信号传输与交换全部采用光波技术,即数据从源节点到目的节点的传输过程都在光域内进行,而其在各网络节点的交换则采用全光网络交换技术。
随着光纤通信技术的发展,可望在不久的将来定会出现实用化的全光信息处理系统,到那时全新的光纤通信技术会有质的飞跃,对综合布线将有较大影响。
2.10G以太网和宽带城域网
从100Mbps的快速以太网到千兆以太网,在铜缆都具有优势的情况下,干线子系统就已经是首选光缆。
10G以太网,无论是6类UTP,还是7类铜线都不太可能支持。换句话说,人们对通信带宽的需求不断在高涨,到了人们需要应用10G以太网的时候,基于现行开发的标准和技术,铜缆的应用自身有限,铜缆很难胜任,光纤必将具有绝对优势,选择光纤无疑是最佳方案。
从2000年下半年以来,一些电信设备公司提出了光以太网的概念,其核心是利用光纤的巨大带宽(已达Tbps,太比特级)资源、以太网的技术成熟(已有26年的历史)和易用,建造新一代宽带城域接入网,同时为住宅用户和商业用户服务。
在国内,已经出现一批城域以太网运营商,他们的首要目标就是抢占市场。因为运营商充分认识到市场是公司的生命线,所以电信公司、有线电视公司等都把尽快接入商业、办公楼宇和住宅小区视为第一要务,采用光纤到小区、光纤到大楼、光纤到路边等方法,非常经济实用。
结合本文一开始就论述的“光纤布线是数据干线的首选”,可以说实际上我国用光以太网技术建设的新一代宽带网不止到大楼,而是已连至楼层。
随着宽带通信的发展,带宽问题成为人们关注的新焦点,光纤越来越成为网络媒介的重要选择对象。可以越来越清楚地看出,除非出现新的传输介质,在综合布线中大势趋向是光纤应用。
3.光通信产业的趋势向单模发展
现在的综合布线几乎全用多模光纤,这是历史性问题,因为那时单模有源连接器的插入损耗大、单模有源器件光耦合效率低、单模有源器件和光纤的成本高。
光通信产业的趋势在向单模发展,单模光纤已大量用于主干网,将会逐渐渗透到局域网应用领域。这是因为:
单模有源连接器的插入损耗都已达到0.1~0.2dB水平;
单模光纤成本低于多模;
现在单模的功率输出有源器件价格已适中;
FTTB(光纤到大楼)和HFC(光纤同轴电缆混合接入)是用单模光纤,所以综合布线如果和光纤接入网一致,使用单模光纤,则可以省去单/多模转换器。

光纤布线常见问题:

1、选用多模还是单模?两者有什么不同?
一般来说,用户要求光纤的传输距离比较短,比如几百米,用多模光纤即可,但如果传输距离有几千米甚至更远,在不采用信号中继的情况下必须用单模光纤。

2、4芯、6芯、8芯还是更多芯?
光纤要完成传输任务,必须最少一收一发两条芯。事实上,市面上有4、6、8甚至更多芯的光纤,多余的芯可以用做备份,也可以做更多的传输通道。

3、是采用壁挂光纤盒还是机架式光纤配线架?
壁挂光纤盒一般用在小型的光纤网络里面,比如一条4芯光纤,但如果光纤数量比较多,机架式配线架就显出它的优点来了,它可以和交换机路由器放在同一个机柜里面,方便集中管理且更安全。

4、FC、SC、ST、LC、MTRJ都是什么样的接口,该采用哪一种?
这些各不相同的接口在不同的环境里都有用到,没有统一标准,它们的差别主要体现在连接的方法及外形,是象螺丝一样拧紧还是直接卡上?是方的还是圆的?是大口的还是小口的(大口比较占用地方,小口则可以有更大的端口密度)?是两个头分开的还是合成一体的?用户不必太关心具体的接口,要注意的是如果在已经存在老的光纤系统的情况下扩展,则必须要相互匹配才行。

5、100Mbps还是100Mbps?
一般普通光纤既能用于100BASE-FX,也能用于1000BASE-LX/SX,但是不同的光纤会有不同的最大传输距离。这里面有三个因素:是多模还是单模?工作波长是多少?光纤直径是多少?)
备注:千兆以太网标准(IEEE802.3z )其中定义了两个光纤传输标准:1000BASE-SX仅支持多模光纤,可以采用直径为62.5um或50um的多模光纤,工作波长为770-860nm,传输距离为220-550m。1000BASE-LX可以采用直径为62.5um或50um的多模光纤,工作波长范围为1270-1355nm,传输距离为550m。 也可以支持直径为9um或10um的单模光纤,工作波长范围为1270-1355nm,传输距离为5km左右

6、光纤是如何接入交换机的?
一般来说有两种方式,一是通过光纤跳线接入交换机集成的的光口或插入的光纤模块,二是通过光纤收发器,先将光纤跳线接入收发器的光口,再用普通双绞线跳线接入交换机的RJ45口即可。

7、是选用中心束管式还是层绞式光缆?
顾名思义,中心束管式光缆的光纤纤芯安放于光缆的中心部分,很多芯合成一束管的形状,而外光缆外层安放平行两条钢丝,以保证光缆的抗拉强度。
层绞式光缆中心部分为加强定型芯,光纤线芯包围在这个加强芯的外围,很多芯合起来就形成一层一层的形状。
除了制造工艺外,两者在应用性能方面的区别也比较明显。层绞式光缆的抗拉防水性能比中心束管式强,在容纳芯数上,层绞式光缆能容纳几十芯到几百芯,而中心束管式最多能容纳几十芯。层绞式光缆能应用于各种复杂的室外环境, 包括直埋架空水下管道等等。
对于用户而言,如果要求光缆的纤芯数量比较少,比如4、6、8芯,而且安装环境比较普通,在预算不够充足的情况下可以考虑采用中心束管式,但是如果布线工程环境比较恶劣、光纤芯数比较多时,则最好选用层绞式。

8、如何识别光缆光纤是多模还是单模?
首先是有比较简单的方法, 对于室内光纤,可以通过单模光纤和多模光纤外在颜色来识别,单模光纤/光缆是黄色的,而多模是红色的。包括光纤跳线和尾纤都是一样的识别方法。
对于室外光纤/光缆,一般可以通过型号代码来识别,在光缆的外皮上有一串字符,比如GYXTW-4-A1a,最后一段以A开头就代表是多模光纤,以B开头的就代表是多模光纤,更详细一点说,A1a代表50/125规格的多模光纤,A1b代表62.5/125规格的多模光纤,B1.1代表非色散位移单模光纤等等。
如果通过这种方式还不能识别出是单模光纤还是多模光纤,就只有通过专用的设备来识别了,不如光纤熔接机,它会自动识别出是单模还是多模,单模会显示出SM,多模会显示出MM.
当然,从另外一方面讲,多模光纤的芯径一般为50μm或者62.5μm,而单模光纤一般只有8.3μm,从这点看差别还是比较大的,不过肉眼识别起来还是有一定难度的。备注: μm为微米的代号,1μm=1/1000毫米。

随着科技的发展,对光纤提出了更高、更新的要求。旧的布线标准经过实践的检验,现在正在修订。除了修订原有规范,也会加入一些新的要求。相信光纤在其中将会担任更重要的角色。也不难预料光纤通信、光纤布线的光明前景。