布线结构与结构设计

布线结构与结构设计（精选10篇）

布线结构与结构设计 第1篇

关键词：弱电工程,综合布线,网络拓扑

一、平层弱电工程定义与建设目标

随着智能楼宇技术的发展, BAS (楼宇设备自动化系统) 将公用工程设施分类接入到楼宇各层, 为每层用户提供了按自身需求进行规划和设计的便利性, 平层装修工程与平层弱电工程已成为用户入驻办公的重要前提。在并行工程概念下, 平层弱电工程可视为在同层建筑空间中实现用户各项信息技术管理与控制功能、网络构造的应用方案。对于大多数用户而言, 平层弱电工程建设目标就在于满足用户的易用性、先进性、成熟性、实用性、开放性、集成性、可扩展性、安全可靠性等要求, 而这些都必须在综合布线系统和网络拓扑结构上予以实现。

二、典型综合布线系统规划与网络拓扑结构设计

根据结构化布线要求, 一种先进适用的综合布线系统可由工作区子系统、水平和垂直子系统、管理和设备间子系统组成。在工作区子系统, 可以依据对楼层使用功能和子空间分布的情况, 合理设置数据和语音信息点, 与计算机网络相连的布线硬件可采用高性价比的五类模块、跳线配置。在水平和垂直子系统, 对于所有信息点亦采用五类四对非屏蔽双绞线连接到数据配线架, 并进行彩色分区管理, 而每个配线数据主干则采用1根或多根6芯室内多模光纤, 语音主干采用三类25对大对数铜缆, 可支持1.2Gbps ATM等数据通讯, 且向后兼容10Mbps Base-T、100Base-T、155Mbps/622Mbps ATM等网络应用及语音通信。在管理和设备间子系统, 可采用19英寸标准机柜, 针对具体情况对数据和语音信息点进行分区管理, 并在配线架上进行相应的标识。其水平配线架可全部采用24口五类模块式配线架, 语音垂直主干采用100对快接式铜缆配线架, 并用光纤配线架来连接数据交换机, 语音系统可以采用110型配线架统一安装于19英寸机柜里。这样的布线方式可形成两层分级星型多点管理, 实现了在连接、配置上的灵活性 (注意按相关标准测试验收) , 能既满足当前需求, 又为将来应用打下了基础。

网络拓扑结构设计很大程度上决定了网络的性能。一种安全稳定的设计可如上图所示:

首先, 采用双核心星型结构可靠性高, 可以避免因单一中心节点故障导致的网络瘫痪 (双机容错备份对用户信息化安全工作非常有利) , 可以适应用户对应用信息类服务增加导致对核心设备端口数量需求增大的情况。

其次, 采用链路冗余的方法可以提高网络使用效率, 建立了网络容错机制, 实现负载均衡 (须注意交换机端口增加时链路数会同比增加1倍的情况) 。

第三, 在人员增加以及汇聚层交换机端口已经不能满足终端需求或骨干线路已经铺设完毕不能再进行大的更改时, 可以预留出续、扩展交换机的位置, 采用接入层交换机为后面扩展做预留端口。 (下转42页) (上接28页)

第四, 外部接入可采用电信和网通光纤双线方式, 速度快、效率高, 当网络出现延迟过大或ISP网络故障时, 防火墙可以实现电信和网通网络之间的自动转换, 防止外界原因导致Internet中断无法使用的情况;内部连接可采用有线连接和无线路由两种方式, 灵活满足台式PC和笔记本电脑的使用需要, 合理分解流量负荷。最后, 充分利用交换机划分VLAN (这里暂不考虑软件工程作用) , 也可提供硬件防火墙以实现防TCP SYN、UDP Flooding、ARP广播报文、外网Ping、Ping扫描、端口扫描、冲击波病毒、ARP地址欺骗、病毒监测等功能。

三、作用与意义

平层弱电工程是用户入驻新办公楼前必须解决的自定义信息技术课题, 研究其综合布线系统规划和网络拓扑结构设计的典型应用方案将是解决问题的关键, 并对用户利用楼宇智能化技术发挥效能以及实施信息化建设具有重要意义。

参考文献

[1]李东明编著.建筑弱电工程安装调试手册[M].北京:中国物价出版社, 1993.

了解结构化布线 第2篇

随着通信技术和信息产业的飞速发展，智能建筑（IB，Intelligent Building） 中越来越多地借助于计算机、控制设备和通讯设备，对建筑物的所有设备、语音交换、数据终端、 网络设备、视频设备、暖通空调、消防系统、保安监控、电力系统和热力系统等进行智能化地管理和控制， 达到互通信息、共享资源的目的，这样多的系统和设备，其信息种类和信息分布复杂而多变， 因此必须建立一套有效的布线系统，把不同的控制设备、交换设备、网络设备和计算机设备等相互连接起来。

网络是将独立的设备连接在一起，并使它们可以共享信息和资源的连接系统。 正确的设计和实施一个网络系统可以提高通信的速度和可靠性，从而使得一个系统工作起来更加富有效率。 网络的建设应该满足已公布的国家和国际标准的要求，并应能够根据商业要求的改变进行不断的进化和升级。

随着计算机的大量使用，人们越来越关注网络和布线的话题。过去，台式计算机通常都是独立进行工作， 现在这种情况已经发生了变化。目前约有超过50％的商用计算机连在局域网中，它们可以大大的提高工作效率。 局域网可以将计算机与服务器和外设连接在一起，或者为传感器、照相机、监视器以及其他电子设备提供信号通道。 如果这些链路是以临时为基础，那么，工作区将很快就堆满了各种无法辨别的电缆， 对它们进行故障排除和维护几乎是不可能的。

布线准备

任何事情在实施前都需要做好充分的准备。布线系统的准备工作涉及到负载评估和规划、 目标生命周期和技术指标等因素。

1．负载评估和规划

对网络和电缆类型的选择主要是由需要连接的设备类型、它们的位置和它们的使用方式来决定的。 在开始规划以前，给出关于网络潜在的负载说明是非常有必要的。当一个网络需要为多个系统服务时， 应对它们的混合数据流量的峰值进行仔细的考虑。

2．目标生命周期

布线系统的平均目标生命周期为，它与主要建筑物的整修周期是一致的。在这段时间内，系统的计算机硬件、 软件和使用方式都将发生重大的变化。网络的吞吐量、可靠性和安全性的要求肯定都要增加。

3．技术指标的制定

使用方法；用户的数量和可能的增长；用户的位置以及他们之间的最长距离；用户位置发生变化的可能性； 与当前和今后计算机及软件的连接；电缆布线的可用空间；网络拥有者的总投资； 法规及安全性要求；防止服务丢失和数据泄密的重要性

布线选择

1．布线系统的重要性

布线是任何网络系统的关键部件之一，因此决策人员必须准备将网络总投资的10%用于这一领域。 对高质量的布线和网络设计方面的投资绝对是物有所值。

2．电缆的选择

连接在网络中设备类型以及电缆上所承载的通信负载是选择电缆的关键因素。 在布线系统中应首先确定是使用屏蔽电缆、非屏蔽电缆、光缆，还是将它们结合在一起使用。

电缆通常使用带有绝缘层的导线并使用一层或多层塑料外皮。电缆中通常由2到1800个线对组成。 大对数电缆通常用于主干布线系统，它们特别适合在话音和低速率数据应用中使用，

3．长度限制

这些电缆在干线和水平（集线器到桌面）布线系统应用中的最大长度在国际标准IS0/IECIS11801中有详细的说明。

4．尺寸限制

在确定电缆类型前，对电缆走线的可用空间进行检查也是非常重要的一点。尺寸、 重量和屏蔽灵活性等因素主要取决于电缆是否采用金属箔或编制护层，以及电缆中使用了多少导线。

5．UTP电缆

非屏蔽双绞线对（UTP）可以在622Mbps或更高的传输速率上传输数据。 这样就使得人们可以在原来只能使用屏蔽型电缆的应用中使用这种价格更低、体积更小的电缆。 UTP电缆通过将电缆线对进行更紧密的匹配来减小EMI干扰。这种电缆被称为平衡电路。

6．电路的平衡

在理想的平衡电路中，导体中引入的噪声电压的和是零，这样线对之间的信号传输将没有干扰。 然而这种理想情况是无法完全实现的，电缆的信噪比（SNR）是用来测量电缆中在存在噪声信号的情况下信号质量的指标。

屏蔽电缆中由于存在屏蔽，因此它的平衡特性较差，因此良好的屏蔽完整性和良好的接地对屏蔽电缆来说是非常重要的。 高质量的UTP电缆在不需要接地或整个电路不需要屏蔽的情况下可以实现良好的平衡电路特性。由于光纤通过光波传输信号， 因此它不受任何形式的电磁屏蔽影响。

7．光缆的选择

在传输速率要求超过155Mbps和需要更长传输距离的应用中，光纤通常是最佳选择。光纤具有体积小、耐用等优点，

但它的成本要比其他类型的电缆要高。在大多数网络中，一般都采用光缆作为干线，而使用UTP电缆来充当水平连接线。

对于那些由于受安装时间、空间或其他限制而不易安装电缆的系统来说，无线局域网可以作为一种可替代的方案。

布线规划

大多数电缆厂商为它们的产品规定了15年的保质期。在这段时间内，变化是不可避免的， 同时也是无法准确预测的。惟一的解决方法是设计网络时为满足网络变化和增长的要求而进行相应的规划。

1．未来的投资保护

在正常使用条件下，新型网络不应该在15年建筑物整修周期内限制系统的升级。 经过精心设计的布线系统可以承受超过大多数局域网传输速率10～15倍的数据流量。 这将允许在不改变布线系统的情况下使用新型网络技术。

2．通用布线系统

通用布线系统的主要优点是用户可以利用它将不同厂商的设备接入网络。同时， 它也允许用户在同一个布线网络上运行几个独立的系统。比方说用户可以在一个布线系统上建立电话、 计算机和环境控制等系统。

3．布线的结构

通用布线和海量布线是结构化布线的核心内容， 朗讯科技（前身为AT&T）和它的SYSTIMAXSCS解决方案是这方面的先驱。它使用一种开放式结构平台， 支持所有的主要专用网络和非专用网络的标准和协议。SYSTIMAXSCS使用UTP电缆和光缆作为传输媒介， 采用星形拓扑结构，使用标准插座进行端接。SYSTIMAXSCS使用的电缆类型简单，组成的网络模块化， 在不影响用户使用的情况下可以很容易地对网络进行扩展或改变。

4．网络部件

布线结构与结构设计 第3篇

关键词：智能楼宇；通信网络与综合布线；设计

中图分类号：G423.7 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2013） 24-0000-01

随着时代与科技的发展，建筑楼宇的功能不再仅仅局限于居住，给人类遮风挡雨，更多的功能已经融入到建筑使用要求内，因此智能楼宇专业应行业和社会要求而产生。而要让楼宇智能化，必不可少的一个组成部分就是通信网络，如何构建通信网络，如何进行综合布线，将直接影响和决定着建筑物内部的智能化以及建筑物之间的智能化，因此作为高职院校楼宇智能化专业的核心课程《通信网络与综合布线》，如何设计合理的课程体系以及相关实训环境和环节成为一个值得实践和探究的课题。我们以东莞职业技术学院楼宇智能化专业《通信网络与综合布线》课程为实践样本进行了一系列实践和思考。

一、课程定位和教学目标

首先本课程定位是楼宇智能化工程技术专业的核心专业课程之一，那么我们希望学生通过本课程的学习能够比较全面系统的了解局域网等综合布线工程设计最基本的知识，掌握网络综合布线以及智能建筑的国家标准与地方标准和规范，明晰整个通信网络构建以及综合布线的工程施工管理环节，掌握基本简单的局域网组建和相关操作系统软件的安装这些基本技能，这样能够顺利实现学校与企业的无缝接轨，让毕业生能够尽快进入工作角色。同时由于职业院校的教育定位为培养应用型实践人才，因此相关行业证书的考评要与教学相结合，用职业的规范和要求来培养职业院校学生[1]，与本课程相关的行业考证主要是“智能楼宇管理师”国家职业资格鉴定，该鉴定分为初级，中级，高级三级，其中有专门的“网络与综合布线模块”，因此教学安排必须把职业资格认定方面的因素考虑进来。因此本课程教学目标希望能培养学生在毕业后能从事相关行业的智能化建筑工程设计、施工，住宅小区的通信网络与综合布线方面的系统工程的设计与施工，并且能够具备运行管理能力。

二、课程教学设计

由前面的课程定位可以看到，结合行业需求才是教育出发的根本，而最能体现行业需求的就是相关行业资格鉴定考试的需求，我们根据智能楼宇管理师各级别相关的网络与综合布线模块部分的要求可以看到。

初级要求掌握：（1）管槽安装；（2）线缆铺设；（3）机架设备安装；（4）程控交换机的安装以及相关数据的制作；（5）有线电视用户网络的安装以及维护。

中级要求掌握：（1）布线系统线缆端接；（2）综合布线系统的测试；（3）综合布线系统的管理；（4）局域网、广域网以及城域网的接入；（5）卫星电视天线的安装以及维护。

最高级的智能楼宇管理师要求比较综合性的实践技能：（1）综合布线系统的设计以及验收；（2）小型程控交换系统的设计与管理；（3）局域网组网与管理。

根据这些行业实践技能要求，我们课程教学内容按照知识体系和实践要求的高低模块化构建，一共分为五大模块：

第一模块：通信技术基础知识，这一模块主要是以理论教学为主，主要介绍基本的智能楼宇通信系统的组成和构建，数字信号传输的原理，模拟信号传输的原理以及他们两者之间的区别，还有对一个已有通信系统的性能如何进行评估，另外还要介绍一些基本的数据交换方面的知识，希望学生通过这一模块的学习能了解和掌握数字通信方面的信道编码、差错控制编码以及载波调制并且能够具备基本的评估通信息指标好坏的能力。

第二模块：计算机网络基础知识，这一模块由理论知识教学和项目化实践教学两部分组成，理论方面主要学习基本的计算机网络知识，比如传统以太网组网543规则，ip地址的划分与子网掩码的相关知识，学习IEEE802.3的标准和目前业界使用的各种行业规范以及设备，项目化实践教学方面主要是通过项目联系单机互联组建局域网以及多机互联组建局域网，网络服务器相关操作系统的安装，具体项目工程的案例分析。

第三模块为计算机网络工程，同样也是分为理论和实践两大教学部分，理论方面主要学习智能化建筑的网络结构体系和相关技术和设备的选择，实践主要通过工程的方式自己设计智能建筑物内部或者智能化小区的局域网方案的设计。

第四模块为综合布线系统模块，这一模块主要是综合布线方面的理论学习和项目实践，理论方面重点掌握综合布线系统里的水平子系统的设计，设备间及其管理子系统的设计，整个综合布线系统电气方面性能的测试，有线电视网络的构建和器材认知，实践方面按照实际工程项目的流程从双绞线制作开始，一步步在指导老师的帮助下掌握实际工程的流程和规范。

第五模块，这一模块主要是把前面所学知识融会贯通通过一个大的智能建筑或家居项目的方式来让学生练习、掌握和巩固前面所学的通信网络以及综合布线方面的知识和技能。

三、实践总结与展望

根据课程要求我们设计和构建了300平米左右的实训室，购买了网络设备20套，综合布线实训设备30台，布线工具50套等等实训设备，通过理论教学和项目化教学相结合的方式让相关专业的学生能够很好的理实结合更快的实现校企接轨[2]，但由于智能楼宇专业是个新兴专业，其包含多学科的综合应用，因此在实践中我们发现市面上缺少比较能够灵活多变同时便于教学开展的设备器材，这也给智能楼宇相关教学的我们的下一步教学科研留下了一定空间，在下一步的教学改革中我们将结合实际研发跟实际教学相关的模块化教学设备以更好的提升教学质量。

参考文献：

[1]徐国庆.实践导向职业教育课程研究：技术学范式[M].上海：上海教育出版社，2005.

[2]戴士弘.职业教育课程教学改革[M].北京：清华大学出版社，2008.

[作者简介]傅正中（1981-），男，湖南衡阳人，东莞职业技术学院电子工程系教师，工程师，研究方向：EDA技术，智能卡技术，楼宇智能化系统。

布线结构与结构设计 第4篇

钢丝合股机是钢丝编织行业不可缺少的配套设备, 从20世纪50年代到现在已发展更新了几代, 但要适应当前的技术和生产的需求, 必须满足高速、智能、稳定的要求。由于旧式合股机将放线、整线、驱动、排线和收卷几个部分合在一个机架上, 虽然结构紧凑, 但合股质量、运行速度已无法达到高标准要求。当前的合股机设计制造已将各部相对独立开来, 但各部之间又有机统一、相互匹配。合股机的设计是一个系统工程, 本文仅对合股机的布线器的若干结构进行优化设计。

1 布线器的技术沿革

为保证线材合股后的成卷质量, 在卷取前部有一个布线机构, 在布线机构中有一个布线器, 从第一代的合股机发展到现在, 布线器发展到第三代。第一代布线器的结构是一个开U型口的导向嘴, 其构型如同一只鸟的嘴巴, 线材通过U型导向口向卷筒布线, 线材与U型口之间有较大的摩擦, 在使用过程中U型口有磨损, 由于出线速度较低, 线材的受力较小, 其磨损程度在可接受范围内[1]。随着技术的发展, 合股机的速度进一步提高, 第一代布线器不但由于U型口的过度磨损难以接受, 而且因摩擦对线材也产生损伤, 第二代布线器将鸟嘴改成布线轮, 从而减少了因摩擦对线材的损伤, 同时适应更高的出线速度, 其适应的出线速度可达到300 m/s以上;但布线轮的线速度与出线的线速度几乎相同, 当出线速度达到500 m/s以上时, 布线轮的转速极高, 降低其使用寿命, 同时出线稳定性不够高, 在收卷停车换芯时, 还容易出现跳线。为解决上述问题, 本文设计出第三代布线器

2 设计方案

2.1 总体设计思想

为了适应高速、稳定的出线需要, 降低机件磨损, 保证机件寿命, 采用如下设计思想:1) 采用组合轮式出线, 即合股后的线材通过导轮和布线轮向收卷机的筒芯布线, 降低线材与布线器的摩擦, 避免线材表面拉伤;2) 采用双轮或多轮压线, 错位布置或成对配置保证出线的稳定性, 避免跳线现象;3) 优化布线轮和导轮的位置关系, 优化布线轮和导轮的受力情况, 从而保证其在高速运转时的机件寿命。

2.2 布线轮径与转速关系

式中:V为线速度, m/min;N为布线轮转速, r/min;D为布线轮外直径, m;k为滑动调节系数。

如采用双布线轮对称布置, 则由于布线时的横向往复运动, 线材与布线轮的接触压力是做脉动变化的, 故滑动调节系数可取k=0.7~0.8;如采用布线轮和导轮成对且非对称布置时, 由于线材紧密压在轮上, 则取k=1;当线速度一定时, 布线轮的转速与外直径的乘积是定值, 二者成反比例关系。

由式 (1) 变换得

式中, 取k=0.75, 则DN=0.2387V。

当V达到额定设计线速度700 m/min时, 则DN=167.11 (如表1所示) ;

当V达到额定设计线速度500 m/min时, 取k=0.75, 则DN=119.35 (如表2所示) 。

过高的转速将影响轴承的寿命, 过低的转速无法实现高速合股的要求, 机件的设计尺寸如果变大会使整套设备更笨重, 达不到最优。根据经验和轴承寿命的计算情况, 布线轮的最佳转速在2000~3500 r/min, 根据表1和表2的数据可以选定线轮的外径为55~70 mm。样机的试验结果对额定合股线速为700 m/min、500 m/min的布线轮和导轮的外径最佳值为D=65 mm和D=58 mm。客户可以随需要在使用时更换2种规格的布线轮和导轮。

2.3 布线轮和导轮结构设计

布线轮与导轮的基本结构和尺寸可以相同也可以不同, 如果为了提高零部件的通用性, 往往设计成相同的结构和尺寸。但为了提高布线的可靠性, 本文提出的是一个成对设计的方案, 布线轮设计成外圈表面有过线槽, 导轮设计成外圈表面为光面。

具体结构如图1。

以布线轮与导轮的外径准65 mm, 轮的宽度B=65 mm为例, 布线轮外表面的过线槽为R=10 mm的弧线, 深度2~4 mm, 根据线材合股数和需合股线材的线径选取。

布线轮与导轮采用30Cr合金钢, 表面热处理后硬度可达到55 HRC, 能满足各项指标要求。

2.4 布线轮和导轮轴承选型

由于布线轮有纵向和横向布置方式, 横向布置的布线轮仅受径向力, 纵向布置虽有轴向力, 但受力较小, 根据布线轮和导轮的结构, 每个轮采用一对轴承加以固定 (见图1) , 所以不管何种布置方式, 选用普通的深沟球轴承即可满足要求;根据布线轮和导轮内、外径结构尺寸, 选择有单侧密封圈的6302-Z深沟球轴承。

2.5 布线轮和导轮的几种布置形式

布线轮和导轮的布置结构形式对合股线材的收卷质量有着密切的联系, 图2的布置形式为成对配置, 布线轮在前, 导轮在后, 合股线材先经布线轮再通过导轮压线稳定。二轮中心的纵轴向距离为E= (0.9~1.0) D, 即不大于轮的外径, 以能紧压住合股线材为度, 二轮的横向距离为F= (1.0~1.5) D, 此布置形式改善了合股线材表面摩擦损伤的情况, 线材前进平稳, 但遇紧急停车时偶尔有跳线现象;图3的布置形式解决了本文所提到的所有问题, 具体为2只导轮配1只布线轮, 在布线轮前部设置一导轮, 其位置关系E、F的距离要求与图2相近, 在布线轮后再布设一导轮压线, 但横向距离为G= (2~4) D;图4的布置形式与图3类似, 只是前后的轮距做了调整, 效果也与图3形式相近 (线材的走向为从右往左) 。

3 结论

通过对布线器的布线轮、导轮、各轮之间的配置以及位置排布的优化设计, 不但有效地降低线材与布线器的摩擦所造成的线材表面拉伤, 同时保证出线的稳定性, 避免跳线现象发生, 还提高了在高速运转时的机件寿命。

参考文献

结构化布线系统的成本预算 第5篇

1.临时的结构化布线系统选择

可替代集成的结构化布线系统是临时性的结构化布线系统。它具有不同的形式，其中一些也被定义为结构化布线的范畴，但它们不能被称为集成的结构化布线。在临时的布线系统中可以使用不同类型的布线部件来实现系统的功能，但可能需要更高的成本，并可能经常导致通信故障的发生。

2.兼容性

临时性结构化布线系统的维护费用是很高的，由于新的部件必须从多个供应商处购买，这样就需要额外的开销，同时还会存在部件之间不兼容的风险，

3.网络故障

操作故障可能是更大的潜在问题，并且是最不好预料的问题。在设计和实施质量不好的网络中查找错误是非常困难和成本很高的一件工作。完备的线路文档和对电缆和连接器的容易访问可以在最大程度帮助维护工作的顺利进行。

4.质量保证

布线结构与结构设计 第6篇

动中通卫星通信系统是移动中的地面卫星通信系统, 通过动中通卫星通信系统, 车辆、轮船、飞机等各种移动载体, 可以实现运动中不间断的语音、数据、图像等业务的传输功能。

2 传统动中通伺服结构

动中通系统一般由天线系统、伺服系统和稳控系统等组成。其中, 稳控系统通过罗盘、加表、倾角仪等敏感器件对载体的运动姿态进行感应和反馈, 借助伺服系统, 实时的调整卫星天线的姿态角度, 保证天线面始终指向通信卫星。

图1给出了动中通系统的组成示意图, 其中常用的敏感系统一般为陀螺和加速度计等元器件 (惯性导航原理) ;控制系统一般采用微机或者单片机等实现;驱动系统主要由驱动器及伺服电机组成;监控系统主要由角度编码器及控制软件构成;通信部分主要由天线面、低噪放大器和功放等射频单元组成。

图2给出了传统动中通系统的原理, 其中天线系统包括天线反射面及伺服控制系统的驱动器、电机、编码器、驱动齿轮、限位器等;控制部分包括控制电脑及敏感元器件等。

传统系统中, 这两个部分是分开放置的, 控制电脑可能放置在设备机柜中, 而敏感系统会尽量靠近天线系统, 以便能更真实更准确的感应天线的姿态变化情况。

敏感系统要求安装平面与天线平面尽可能的平行, 对安装角度及安装方式都有严格要求, 需要特别注意。驱动器位置摆放一般比较灵活, 电机及编码器一般要按照齿轮的具体安装情况进行布置。

整个伺服系统安装在一整块平板上, 通过方位电机驱动整个平台向期望的角度旋转。这种情况下, 电机、驱动器及编码器都必须跟随着天线的旋转而旋转。

而惯性系统则固定在载体上, 不随天线系统旋转。这种情况下, 控制系统通过采集惯性系统的数据 (载体的运动姿态) 以及天线系统的姿态角度, 就可以计算出期望偏移角度, 通过下发指令给伺服系统, 完成系统跟踪功能。

3 新的动中通天线结构

3.1 新的动中通天线结构

图3中给出了新的天线的布局情况, 其中信息处理单元就是上位处理机, 用户通过该单元进行人机交互处理;敏感单元即惯导系统, 被安置在天线部分, 跟随天线系统一起运动;伺服单元包括驱动器及电机, 通过齿轮带动平台部分旋转到指定的角度, 随着天线面一起运动。

与传统天线布局不相同的是, 新的天线布局中, 将敏感元器件 (惯性系统) 安装在天线伺服机构平台上, 要求敏感系统随着天线平台的转动而转动, 这就大大提升了动中通天线系统的集成度, 使得系统对外更加独立, 更加健全。

3.2 新的动中通天线原理

新方案中, 将敏感元器件安装在天线平台上, 使得惯导随着天线的转动而转动, 这样天线系统对外只有一个上位机人机交互界面, 增加了系统的集成度。系统开始工作时, 敏感元器件 (惯导系统) 将感应到的当前天线的姿态情况反馈给上位机系统, 上位机根据用户需求, 结合天线姿态信息, 计算出天线需要转动的角度情况, 指导伺服驱动系统去执行。同时, 敏感元器件 (惯导系统) 不断的对天线的实时姿态进行监控与上报, 使得伺服系统不断的对天线姿态角度进行修正, 使其始终指向卫星方向, 不至于在运动过程中出现丢星、掉线现象。

3.3 新的动中通天线布线

传统布线过程中, 要将天线部分的所有电源线及信号线通过滑环系统传递到控制计算机系统及惯导系统, 需要较多线数的滑环, 价格比较昂贵。

图4给出了新天线的布线格局, 这里将惯导安装在了天线部分, 这样就能直接将天线上的相关线缆布置到惯导部分。图中红色线缆表示连接至敏感元器件 (惯导系统) 的线缆, 可以直接由工业排线进行布线;绿线为控制线缆;蓝色为电源线缆, 通过使用标准排线就可以将天线相应的信号及电源线缆引向滑环并导出到天线外接口板上, 系统整齐、方便、可靠。

传统系统中, 敏感元器件 (惯导系统) 相对于车体是固定不动的, 可以认为敏感元器件 (惯导系统) 安装在车体坐标系中且二者的相对位置不变, 在计算天线对星角度时, 可以直接进行坐标变换。

但在新的系统中, 由于惯导作为敏感元器件被放置在可以转动的天线平面上, 随着天线本身相对于车体进行转动, 故原来惯导中对星及跟踪算法就不再合适了, 还必须考虑惯导本身在车体坐标系中的运动情况。

新算法首先完成当前天线姿态角的记录工作;其次根据目标卫星坐标值, 计算期望旋转角度;再次根据惯性器件反馈过来天线角度变化数据, 完成系统更新及跟踪功能。

4 优劣比较

4.1 节省空间

敏感元器件 (惯导系统) 安装在天线部分, 随着天线面的转动而转动, 这样就使得整个平台部分体积大为减少, 所有伺服系统都能放置在天线罩中, 节省了更多空间, 同时也使得系统的集成度更高, 独立性更高, 受外界影响更小。

4.2 可靠性

敏感元器件 (惯导系统) 固定在天线部分, 紧随天线系统, 天线的运动轨迹及方式能够真实完整的被其感应和记录, 进而能够给上位机一个更准确的姿态信息。同时由于缩短了信号控制线路, 有效的避免外界信号对天线编码器的干扰, 大大增强了系统的可靠性。

4.3 规范化

将敏感元器件 (惯导系统) 放置在天线上, 就能直接连接敏感元器件到驱动器及编码器的线缆, 布线方式更加便捷, 采用标准排线方式时, 系统会更加整齐便捷。

4.4 经济性

滑环的价格跟线数有着密切的关系, 线数越多, 价格越贵, 故能尽可能的减少出局的线数就能更经济的压缩成本。相比原先敏感元器件 (惯导系统) 放在天线外面需要额外滑环的线数, 新的方案减少了大部分滑环线数, 节省了开支。

5 总结

本文通过对两种不同天线结构的分析与比较, 从中可以明显看出来, 无论是从整体规划、设备通信还是经济角度来分析, 新的天线虽然会在上位机软件里面增加一点复杂度, 但是整体看来, 还是会在经济性、实用性、标准性等方面更具优势, 特别在大批量投产情况下, 效果会更加明显。

本文为后续动中通天线伺服系统设计工作提供了一定的参考依据。

参考文献

[1]梁佰祥.车载"动中通"卫星通信地球站伺服控制系统的研究与设计[D].南京:南京邮电大学, 2012.

[2]冯伟, 潘青亮.定位数据采集与网络传输系统的实现[J].电脑编程技巧与维护, 2015, (9) .

[3]杨春香, 赵书伦, 杨帆.现代应急卫星通信系统应用综述[J].导航与控制, 2011, (2) :75-78.

[4]潘青亮, 林柳梦.公安系统应急通信中混合网络体制的设计[J].信息通信, 2016, (5) .

布线结构与结构设计 第7篇

纵观现在市场上出现的智能布线管理系统产品,会发现每个厂商都是从传感器(监测单元中的核心部件)、控制器到系统软件自成体系,这就导致了各个厂商的智能布线管理系统都是从监测传感器到软件必须形成一个完整的系列化产品,使得各个厂商的智能布线系统产品研发周期变得很长,各类专业人才的投入会非常大,一旦成型后再要想调整的难度也变得很大。

是否有可能将智能布线系统产品像安防、楼控、工控产品一样,走向分块独立、总体合成的道路?在理论上这是可行的。本文将阐述智能布线管理系统拆分的一个核心问题,采用标准接口方式使监测/显示单元、控制器和系统软件三大部分分离,使复杂的问题简单化,使各家公司能够发挥自己的强项,为完善智能布线管理系统的功能、打造能够流行的智能布线管理系统而共同出力。

1产品的现状是大而全

当前的智能布线管理系统主要用于配线架之间的跳线监测,一旦跳线重新插拔,系统中都将会留下临时记录。而在智能布线管理系统中,主要分有三部分。

(1)位于配线架内的跳线监测/显示部件。这些监测部件的数量与跳线的数量一一对应,它们借助于各种接触式或非接触式监测手段,对跳线的插头是否插入模块/光纤耦合器进行监测,当然其中有些监测方法需要在跳线上具有检测的传输或感应线路。

(2)控制器。一台控制器可以管理多个配线架,向配线架内众多的监测/显示部件发出指令、接收来自各监测/显示部件的信息。并将这些信息进行整理后通过计算机网络传递给后台的管理软件。

(3)管理软件。管理软件在收到控制器发来的信息后,进行必要的加工和处理,并将其中已经更改后的记录信息写入数据库,并显示在屏幕上。同时,管理软件也会定期或不定期地将来自操作者或系统的指令下载到控制器,进而下载到监测/显示部件上。

现在,行业中流行的做法是:从专用跳线、配线架、控制器到管理软件均由同一个厂商完成设计和产品制造,导致研发周期长、厂商必须同时拥有自动检测技术、电子技术、软件技术和模具设计的设计人员,而且还需要有同时掌握前三项技能的核心人员担任总体设计或在各种设计师之间进行技术协调。

其实,在智能布线管理系统的设计中,还需要有精通综合布线系统标准和工程的设计师参与,而且如果想要将系统在工程中真正能够发挥作用,综合布线系统工程师应该在设计时扮演极其重要的角色。

问题是:在一个厂商中,真正能够拥有这些领域中的设计高手吗?答案是:难。即使是拥有了所需的全部人才,更难的是每个专业都会站在自己的角度提出自己的观点,各方争论不休,几乎无法拧成一股绳去真正设计出一个理想的智能布线管理系统。如果能采用通用接口,可以将各个专业的注意力集中到能够发挥各自才能的部分,例如:监测/显示单元需要传感器人才和长线传输人才、控制单元需要电子硬件和固件人才、系统软件需要软件人才,而综合布线人才则提出功能需求……

2采用接口技术分解智能布线管理系统

在软件工程学中,有一个设计方法,称为“结构化设计方法”(SP),它的基本原理是将一个复杂的系统分解成若干个子系统,每个子系统与其他子系统独立,而子系统之间的接口越简化越好。在各个子系统构成完毕后,通过接口将各子系统连接,形成一个完整的系统。

根据这一观念,智能布线管理系统也可以分解为三大子系统:监测/显示单元(安装在配线架和跳线上)、控制器和系统软件。这3个子系统之间含有2个接口。

(1)监测接口

监测接口位于控制器与监测单元之间。当所有的监测单元采用统一的协议时,控制器面向监测单元的监测接口可以与监测单元通信,读取监测单元中的跳线信息,也可以将显示/控制信息写入监测单元。

事实上,监测接口中的协议仅包含有电源电压/电流/纹波、线序排列和通信协议三大内容。

(2)网络接口

控制器与系统软件之间采用计算机网络通信,所以网络接口是指控制器与系统软件之间的网络协议和编码协议。其中,网络协议在目前基本上都是采用IEEE 802.3中的百兆以太网或千兆以太网,而编码协议则需要定义。

编码协议是控制器与系统软件之间传输的信息流的编写原则。目前,各厂商的编码协议都是自用协议,各厂商之间无法互通,这就导致了控制器硬件和系统软件都只能出自一家。

事实上,如果参考ISO 18598—2015(讨论稿)第七章(解决方案:数据交换框架)中的内容,可以很容易地确定网络接口中编码协议的基本传输内容/规则、字节数。今后如果对该接口进行编码协议升级,仅需添加相应的内容/规则和字节即可。

如果这两个接口的协议能够统一,那么各种检测单元的设计将完全独立、控制器和系统软件也将可以由不同的厂商,甚至是综合布线行业以外的厂商在熟悉了综合布线系统的应用流程后,发挥他们的想象力实现。这样形成的产品系列将是功能强大的,而对于工程而言,也具有了灵活、机动的选择性,也就是说具有了对各部分产品的选择权。

而且,当监测接口协议确立后,由各种传感器、各种机理形成的监测/显示单元将展现在客户和施工方面前,他们将根据现场的实际情况进行选择,甚至还会出现多种传感器同时出现在一个检测/显示单元中的“双鉴”结构,以进一步减少误动作的可能性。

更有甚者,当监测接口协议确立、且监测/显示单元的尺寸相同时,每根跳线可以分别选择不同的检测和显示机理,以达到最佳的检测或显示效果。例如:如果有些跳线采用的是长距离的跨地域、跨控制器跳线,则可以为这些跳线专门配备远程监测/显示单元,由于这样的跳线数量极少,所以为这样的跳线专门形成电子配线架和控制器是没有意义的。

同理,一旦网络接口确立,各家的软件将秉承“百花齐放”的特点,形成可供选择的各类布线管理软件,彻底调动软件开发商的积极性,在竞争中造就更为理想的布线管理软件结构。

3智能布线管理系统的发展需要建立通用接口协议

智能布线管理系统进入中国已有20年的历史,现在能够看到的智能布线管理系统还是每个品牌都有一个完整的系统,在该品牌以外的人员根本不知道系统内部各个接口的协议。这样就反过来限制了智能布线管理系统的全面发展和快速推广。

智能布线管理系统的研发主要涉及5类技术:综合布线系统应用技术、自动检测技术、电子技术、软件技术和模具加工。但任何一个厂商都难以在这5个领域中做到高手云集,同时各个专业的高手往往很少会是其他专业的高手,他们提出的技术观点、重要性观点在本专业角度上看是可行的、是专业的、是必须的,但放到整个系统整体上看,其中有些观点会阻碍整个系统的发展,但很少有专业人士能够意识到,而跨多个专业的综合性高手(尤其是还懂得综合布线工程应用的高手)极其难得,这就使得各个厂商的产品在研发、测试和应用时发现大量的问题,至今为止这些问题已经阻碍了智能布线管理系统的应用推广。

如果能够有一个系列的通用接口协议,将配线架、控制器、软件之间的接口规范化,则可以大大简化系统的结构,使三大部分分别由不同的企业完成,使各个企业各自发挥其所长,在各自形成产品后,通过产品的组合,共同形成一个个比现在更为完整的智能布线管理系统。而各厂商的人力资源也不再需要“高手云集”,因为这样的人员高度集中对于研发是必须的,但在研发完毕后将处于无用武之地的境地。因为后续的系统Bug修复和系统扩展对人员的数量要求和素质要求并没有那么高。

当接口问题解决后,各个专业的人才将会把自己的注意力集中到自己的专业领域,这时才能够有时间进行专业化的分析,从中找到系列化的产品组成,使智能布线管理系统中的产品系列更加丰富、更加完善。

通用接口的另一个功能是面向未来,这将涉及以下几个问题。

(1)产品故障更换

智能布线管理系统作为有源电子系统,发生零部件损坏将是不可避免的,所以在20年乃至更长的使用周期中会出现部分零部件的损坏。现在的通用招标要求厂商能够保留足够数量的备品备件,但很明显,对于智能布线系统这样的有源电子系统而言,硬件长时间留有备品备件是有一定难度的。

(2)项目扩容

有些工程项目会在使用若干年后由于应用规模扩大而出现系统扩容的现象,例如在园区中新建了一栋建筑(主楼旁建配楼……),但系统软件已经用熟不想更换,这时就希望新的控制器能与系统软件兼容;又如有些楼层上因人员增加而导致综合布线系统扩容,就需要在原有的电子配线架和控制器基础上增加能够兼容的电子配线架和控制器。

问题是,过了几年或十几年,还能买到同样的产品吗?扩容不会出现在当年的合同之中,所以不会有厂商备有足够数量的产品。

(3)产品升级

综合布线系统的产品一直在不断的升级换代,智能布线管理系统也不会例外,10多年前的智能布线管理系统与现在的产品已经有了很大的差异,这是产品升级的必然结果。如果要求现今的产品能够完全兼容10多年前的产品,那会有些困难。而一旦产品升级时,为了产品的简化和功能的强大而放弃兼容性,就会形成截然不同的两代产品,使相互之间无法互换。

当通用接口协议形成后,只要符合接口协议的产品都能接入系统。由于接口协议一旦确定,将不会轻易修改。所以,在同一个项目中,可以使用不同时期生产的同类产品、可以很容易地进行不同厂商产品的“混搭”、可以轻松地完成项目扩容,也无需再提前考虑产品的备品备件问题。

4接口统一的前景展望

一旦接口统一,并如果能通过规范或标准将这一通用协议公开,则硬件与软件之间将彻底分离。这时,电子设备供应商提供控制器、软件公司提供系统软件,而传感器厂商将会在建立检测/显示单元部分更有优势。当这样的局面构成时,各个厂商都将能够将自己的强项用于自己计划研究的设备或软件中,现在那种接受一个系统就必须同时接受它的优点和弱点的“无可奈何”现象将会被彻底打破。

(1)监测/显示单元

现有的点检测型(触电开关、主动红外、磁感应等)、线感应型(9针、10针等)、链路检测型等都将能够处于同一个电源电压/电流、同样的传输回路和同样的传输协议中。

当接口通用后,监测/显示单元的设计师将集中精力思考监测的方法和显示的内容。在他们的努力下,各种新的检测技术(往往离不开光、电、磁、机、声这些介质)会不断地形成,因为它们的出现不再因接口所限而难以存活。也许在哪一天,监测接口将突破目前的点监测型和跳线链路监测型,而走向永久链路和完整的信道。

各种检测技术都可能会存在着故有的缺陷,所以如果真正要想达到智能布线管理系统所追求的“保留真实的记录”这一目标,就需要考虑借用安防系统中的“双鉴”式探测器方案,使用两个或更多的检测元件同时对一根跳线进行监测,采用“或”、“和”等判别体系,识别出真实的记录信息。这样的双鉴式或三鉴式监测单元完全可以在接口不变、控制器不变的前提下得以实现。

(2)控制器

控制器是一套电子硬件设备,其中会装有多个MPU完成运算、处理、转换和传输等功能,它事实上就是监测接口和网络接口的数据暂存、预处理和转换设备。

当两边的接口确定后,具有综合布线工程经验的电子设备制造商将会形成比现行更为理想和小巧的设备。而其中的电路功能也将会更为齐全、速度更快、效率更高。同时,当控制器发展到一定阶段后,监测接口和网络接口都可能会进一步修改和完善,使整个智能布线管理系统变得更为强大和理想。

(3)系统软件

当网络接口规范化后,系统软件不再是面向某个控制器而单独开发,而是将走向通用化,当年的离线式通用布线管理软件也将再度启用,配以网络接口,升级为智能布线管理软件。

一旦系统软件独立于硬件(控制器),拥有综合布线系统工程经验的软件开发商将充分发挥他们的软件特长,开发出各种各样的软件,其中不乏优质的软件。而这些软件一旦像工业控制、楼宇自控、安全防范等系统软件一样,形成了多级管理平台、多层次保护系统等以后,将会使综合布线系统的智能管理跳出大楼、走向区域、迈向全国、通往全球。

通用接口可以有多种不同的协议,类似于以太网标准(IEEE 802.2系列标准)的模式,可以将各家所提出的接口协议归纳提炼后,形成系列型接口规范予以公开,在市场竞争中优胜劣汰,最终形成几种主流的接口结构。而这些接口中还可以相互融合或分解,以形成更好的接口结构。

事实上,也可以在通用接口中融入多种接口协议,使更多的有特殊要求的接口能够融合到同一个接口之中。例如:对于长距离的跨地域、跨控制器跳线,则可以为这些跳线专门配备远程监测/显示单元,由于它的接口协议与常规的短程接口协议会有差异,所以当同一个接口中能够兼容多个接口协议时,系统将会变得更为合理。

5通用接口能降低产品售价

当智能布线管理系统形成“大而全”的构造,而且各个厂商的产品都不兼容时,产品售价中的研发摊销(包括人力、材料、模具、测试等)将会很高,无疑这笔费用将会在若干年内摊销到产品上,使产品价位难以下降。

当接口通用化以后,大多数厂商仅需关注系统中的几个产品,而不必投入大量的人力和物力去构建整个系统,使开发投资明显下降,与此同时通用接口又使产品的产能得以上升,投资下降。而产能上升,这将会使每件产品上的成本明显下降,使智能布线管理系统真正成为能够使客户用得起的综合布线系统产品。

6未来的趋势不可避免

此刻,全球的标准化人员正在讨论智能布线管理系统(AIM)的标准,其中包括国际标准ISO 18598等,但是在这份已经颁布的美国标准TIA 606B-2012中,都只有与其他管理系统之间的接口,而没有智能布线管理系统内部各设备/软件之间的接口,这说明各个厂商目前还处于各自为政、相互之间还没有能够到达资源共享的层次。

从安防行业的发展历程可以看出,20世纪七八十年代,中国的安防行业刚刚兴起时,各个厂商都制作从传感器到控制器、软件的全系列产品。而现在,各种类型的传感器、控制器和软件之间已经有了相应的接口标准,各个厂商根据自己的强项各自生产传感器、控制器和软件,在通过了检测中心的认证后,可以与其他产品/设备互联,而在工程中,也可以采购不同的设备,相互组合后形成完整的安防系统。

同样,在楼宇自控、计算机网络、有线电话、有线电视、公共广播等系统中,这一趋势都已经成为必然。以此类推,智能布线管理系统终将走向接口公开、子系统独立的道路。

当通用接口能够为各个厂商所接受时,智能布线管理系统的各大组成部分供应商将会像其他行业的厂商一样,在产品资料中列出所支持的通用接口协议、能够支持的其他厂商/型号清单。而设计师、客户也将会根据项目的实际需求,灵活地选择最能满足项目需求部件组成实际的应用系统。一旦今后系统规模扩大时,也将不必再寻找过去的产品,而是直接购买新的产品即可完成智能布线管理系统的扩容。

参考文献

[1]《INFORMATION TECHNOLOGY-Automated infrastructure management(AIM)-requirements,data exchange and applications》(ISO/IEC 18598-2015,讨论稿)

[2]《Information technology-Implementation and operation of]customer premises cabling-Part 2:Planning and installation》(ISO 14763-2-2014,讨论稿)

[3]《Administration Standard for Telecommunications Infrastructure》(ANSI/TIA-606-B-2012)

布线结构与结构设计 第8篇

1传输线与反射

1.1反射原理

反射产生的根本原因是互联线的阻抗有不连续的点。信号以电磁波的形式在走线中传输的过程中,假设经过了2个阻抗不同的区域,交界面两侧的瞬态阻抗分别为Z1和Z2,如图1所示。那么在交界面处,信号除了沿原方向传播外,还会有部分信号沿相反的方向返回信号源端[3,4]。式(1)表征的为反射信号与入射信号的幅值之比,即反射系数:

式中:Vreflected表示反射电压幅值;Vincident表示入射电压幅值。

1.2容性突变与感性突变

对于式(1),当阻抗为电阻性阻抗不连续时,在阻抗不连续点两侧的阻抗值都是固定的,因而反射系数也是恒定的。而当阻抗为容性或感性不连续时,信号得到的阻抗却是随时间变化的,因而反射系数也是变化的。

在如图2(a)所示的RC电路中,电容随着电压的变化充放电,电容两端的电压随时间变化。假设高电平电压幅度A,则电容两端的电压可表示为:

式中:τ = RC为电路的时间常数。流过电容的电流为:

因此,电容的阻抗可表示为:

反射系数可表示为:

由公式可看出,在上电的瞬间,电容的阻抗为0,电容两端的电压迅速上升,充电电流很大;随着电容充电, 阻抗变为无穷大,最终相当于开路。图2(b)中比较了电路中无负载电容和有负载电容时的输出电压的瞬态变化,由于电容的作用,输出电压的上升时间明显变缓。在高速电路中,输入电压的上升沿变换迅速,电容引起的时延如果超过了信号的上升时间,将引起信号沿变化变缓、延时等问题[3,4,5]。

在图3(a)所示的RL电路中,在激励源产生瞬变的电平变化时,通过电感的电流可表示为:

式中:τ = L /R为电路的时间常数;A为高电平的幅值。 则电感两端的电压可表示为:

电感的阻值可表示为:

反射系数可表示为:

由公式可以看出,在上电的瞬间,反射系数为+1,相当于开路,使得反射信号与入射信号叠加,出现一个波峰。随后信号电压按指数规律迅速下降,最终反射系数为-1时反射结束,电感处相当于短路。如图3(b)为电路中有电感与无电感负载时的输出电压瞬态变化值,电感的存在使得输出端电压产生类似于噪声一样的波峰, 如果上冲的幅度过大、电压变化频繁,将影响实际电路的正常工作,甚至引起信号误判[3,4,5]。

2不连续结构的电学仿真

本文基于一款光电转换系统的设计中所遇到的电学问题,对布线过程中遇到的不连续结构进行信号完整性研究,得出相关的仿真和优化结论。系统中测试板使用的普通FR4材料,介电常数为4.4,损耗角为0.02。叠层结构为图4(a)中所示的8层板,表层为信号层,主要的信号走线均为差分线,阻抗匹配后的线型为图4(b) 中所示。本节后续的仿真均以图4中的叠层和线型在HFSS软件中进行建模。

2.1过孔影响因素仿真分析

过孔通常为中空的圆柱体,在信号层用于连接信号走线的圆盘结构为焊盘,平面层上为避让过孔挖空的部分称为反焊盘。图5为过孔结构示意图[3]。

2.1.1过孔寄生电容效应

式(10)为表征金属铜过孔寄生电容的通用公式:

式中:C代表过孔的寄生电容,单位为p F;D1为焊盘直径;D2为反焊盘直径;εr为板材的相对介电常数;T为板材厚度,单位均为inch。

由式(10)可知,焊盘和反焊盘的直径大小直接影响过孔的阻抗。图6中为带过孔的差分走线在HFSS中的仿真结果比较,其中分别改变了焊盘和反焊盘的大小。

在板材介电常数和介质厚度固定的情况下,焊盘直径越大,焊盘与同一金属层之间的耦合作用越强,容性负载值越大,过孔整体的阻抗值越小;反焊盘直径增大, 将减少焊盘与金属平面之间的耦合作用,容性负载值减少,过孔的阻抗值将升高。当焊盘与反焊盘直径相近时 ,式(10)中的分母 近似为0,会产生大 量的寄生 电容。因此在实际传输线设计中,应在加工工艺许可的范围内,合理搭配焊盘与反焊盘的值。如果在非信号传输层也存在焊盘,也会增加寄生电容,在设计时可以将非功能性的焊盘去掉[6,7]。

2.1.2过孔寄生电感效应

式(11)为表征过孔寄生电感的通用公式:

式中:L代表过孔的寄生电感,单位为n H;h为过孔长度;d为过孔直径,单位均为inch。

由式(11)可知,过孔的寄生电感主要来源于电感本身的结构,大孔径、连接的线路层距离越近,电感值越小。同寄生电容值相比,电感的影响要小得多,而且受限于加工工艺和布线设计,可调节和优化的空间也较少。但在高频信号中,较大的过孔寄生电感将严重影响旁路电容对电源和地平面之间的去耦作用。信号自动寻找最小电感路径进行回流,若过孔电感过大,高频信号会通过电感引起串扰并且影响电源完整性。除此以外,如果除了传输层之间的部分有过孔外,还有引申的到其他层的残桩,也会增加过孔的寄生电感,降低过孔的阻抗值。而且在高频时,残桩容易引起谐振,增加损耗[7]。图7中对4种差分线进行了比较,分别为:无过孔的微带差分线、有过孔的微带差分线、有过孔且有残桩的带状差分线和有过孔且无残桩的带状差分线。由图中可以 看出 ,2种微带线呈现出感性,种带状线呈容性。微带线中, 过孔的引入加大了阻抗的感性变化,引起损耗的增加。而带状线由于传输信号的过孔长度减小,有效自感大大减少,使得过孔呈现出容性。过孔残桩的存在除了影响过孔的阻抗之外,还会在末端形成四分之一波长谐振器,使得信号在谐振点衰减急剧增加,严重的会引起误码,难以消除,在实际系统电路设计中应尽量避免[8]。

2.2传输线上不同电容结构的影响

系统设计中,电容是常用的电路元件,如芯片端口处信号线的AC端接或AC耦合、电源和地平面间的去耦电容、隔直电容等。在信号传输过程中,电容焊盘的宽度通常会大于信号线的线宽,会引起容性失配。而电路中的焊盘、封装、 过孔、硅片等结构也会引入一定的寄生电容,对信号的传输引入不稳定的因素。在高速高频电路中,不合理的容性失配结构还有可能引起反射、谐振等现象[9]。

图8为差分信号线转表贴SMA头的传输线,为了进行信号的输入和输出需添加0402型号100 n F的电容, (a)中电容并排排列且在电容pad处直接进行了到单端的转接,出现了直角结构;(b)中在(a)的基础上,信号在电容后有一段过度后转为单端信号;(c)中将两个电容分开摆放。对图8中3种电容摆放方式分别进行了仿真比较,结果如图9所示。

由图9看出,图8(c)结构的传输性能最好,阻抗失真较小。在图8(a)和(b)中,由于电容的并排排列,导致电容焊盘之间也存在大量的寄生电感和寄生电容,而且与过孔距离较近,导致阻抗失配效应叠加[10]。

3测试结果

为了验证传输线不连续结构处的可靠性,在投板时附加了科邦线的制作,如图9所示,针对上节中的几种结构设计了测试结构并做了对比分析。

图10为科帮线的成品图,图11为几种差分线的测试结果对比,线性结构分别为微带线、带过孔的微带线和带过孔的带状线,长度均为7 cm。由测试结果可以看出,由于设计中的过孔结构不合理,引入了比较严重的阻抗不连续点,导致插入损耗的曲线中出现了下冲现象。如果出现下冲的频段在数字信号的有效带宽范围内,有可能会影响信号的二次或三次谐波[6]。对带有SMA结构的传输线,科邦线上也做了测试结构设计,有效长度10 cm左右,在靠近SMA附近有添加0402的电容。

图12为两块科邦板上各2条SMA结构的测试数据的比较,由图中可以看出,插损的曲线纹波较平缓,由于设计的传输线长度较大且不连续结构较多,回路损耗值较高。与图11中的曲线相比较,合理的电容阻抗匹配结构比过孔的影响要小的多,在实际系统设计中,应减少关键信号如时钟等进行过孔走线,并且尽可能地优化过孔自身的特性[10]。

4结语

本文针对设计中遇到的传输线上的过孔和电容结构进行建模仿真,对不同变量对传输线性能的影响进行具体分析,并给出了优化意见。通过对测试结构的对比分析,验证了相关的仿真和分析的结论。

摘要：在多层PCB布线中,过孔和电容是常见的不连续结构。信号线在不同平面间转换传输路径时,过孔与回流层之间的寄生电容与寄生电感将引起信号完整性的相关问题;而常用的传输线上的AC耦合电容等,引入了阻抗突变的结构,由此带来了反射等相关问题。通过对多层PCB上的过孔进行建模仿真,研究不同变量对过孔性能的影响趋势,以协助信号完整性问题的分析;通过对电容阻抗突变处进行不同形式的补偿,仿真和测试结果相验证,得到提高信号传输质量的解决方案。

布线结构与结构设计 第9篇

21世纪, 随着图书馆信息化程度的提高和相关业务量的不断增加, 计算机网络技术已遍及图书馆工作的各个层面, 网络技术是提高图书馆服务和管理水平不可缺少的支撑环境。综合布线系统作为图书馆网络数据与语音的通道平台, 它既使语音和数据通信设备、交换设备和其他信息管理系统彼此相连, 又使这些设备与外部通信网络相连接, 是实现数字图书馆的物理基础。我校图书馆经历了由旧馆向新馆的网络建设、升级和扩充等阶段, 通过更合理的结构化综合布线初步达到了网络化的要求, 正在向数字化迈进。

2 综合布线系统的基本概念

综合布线系统是一种标准通用的信息传输系统通常对建筑物内各种系统 (网络系统, 电话系统等) 所需的传输线路统一进行编制、布置和连接, 形成完整、统一、高效、兼容的建筑物布线系统。[1]

3 综合布线实现目标

数字化图书馆是信息时代的产物, 一般都基于结构化综合布线系统来实现, 这是图书馆建设的必然发展趋势。数字图书馆网络建设的第一个目标, 也是最基础的工作, 就是结构化布线系统的建设, 它可以实现以下目标。

(1) 能够支持文字、静态数据、动态数据、网页、静态图像、动态图像、语音、视频流等传输的要求。[2] (2) 具有开放性、灵活性、可扩展性、实用性、安全可靠性和经济性。 (3) 具有高速、宽带的传输能力, 能满足校园内外信息传输的需要。 (4) 实现其图书馆内部文献资源的合理布局和有效利用, 达到文献资源共享的目的。 (5) 使得数字图书馆的网络系统不仅能满足其自身办公自动化的需要, 还能够提供一个高效的远程网络服务。

4 综合布线设计目标

综合布线作为构建图书馆的物理基础, 分布区域广, 将多种网络管理设备和终端连接起来, 其性能好坏影响到图书馆网络能否正常运行和使用寿命长短, 因此, 应满足以下目标: (1) 标准性:符合国际和国家相关标准规定, 能支持主流设备端口连接。 (2) 稳定性:传输性能稳定, 且经久耐用, 满足现在和将来信息传输的需要。 (3) 拓展性:预留适当的传输性能, 保证日后网络系统的升级空间。 (4) 经济性:在满足应用的前提下, 具备良好的性价比。 (5) 管理性:统一有序的标识, 对庞大数量的终端进行整体管理, 便于日后维护。

5 结构化综合布线的优点

5.1 易于管理。

结构化综合布线使用了标准化的线缆和接插头模块, 非常便于各楼层及本楼层间的信息点管理, 使得因办公室搬迁等因素造成的大量终端设备移位时, 只需将插头拔出, 插入新的位置, 然后在弱电设备间内做跳线处理或作些软件上的更改, 即可重新投入使用。而不象传统布线那样, 没有统一的标准, 当设备需要移位时, 会带来很多管理上的不方便或需要重新布线, 且会对建筑物造成较大的破坏。

5.2 扩展能力强。

因为对于五类非屏蔽双绞线可以提供100Mbps的信息的传输能力, 除了满足当前各种网络的需要外, 还能满足未来发展的需要。[3]

6 综合布线系统的材料要求

我校图书馆为了方便日常管理和扩展, 综合布线主干系统采用了多级星型结构的拓扑结构, 利用校园网主干千兆光纤接入图书馆核心交换的以太网技术, 满足IEEE 802.3标准, 保证了传输速率, 避免了出口带宽成为信息传输的瓶颈问题。楼内各层采用架空方式的双绞线连接。具体实施过程中对材料有如下的要求。

6.1 选择传输介质。

传输距离对于光纤的传输能力和效果影响至关重要, 在选择光纤类别时应结合传输速率和距离来考虑, 避免因选材不当和距离因素而使主干传输能力达不到预期水平。IEEE 802.3对此有相应的建议, 如表1所示:

6.2 选择连接方式。

图书馆与校园网之间采用光纤直连, 主要考虑到光纤能保证更高带宽, 且无需考虑电磁干扰, 数据安全性高。而图书馆内环境比较统一, 可选择架空方式敷设双绞线。

6.3 选择外套方式。

我馆根据敷设方式选择了PVC外套6类水平双绞线, 对于光纤, 如果采用架空式的光纤, 则选择PVC外套, 也可选择金属铠装光纤[4];如果是直埋方式必须选择铠装光纤, 且采用凝胶填充的防潮层;导管方式因有外层导管的保护, 可选择PVC外套或金属铠装的光纤, 防潮层可选择凝胶或非凝胶填充。

6.4 选择光纤芯数。

主干光纤的敷设工程量较大且具有一定的破坏性, 在规划的阶段就应该充分考虑到日后扩展的需要和出现故障时便于维修。通常选择的光纤芯数为6芯、8芯、12芯、24芯等, 还可选择另外敷设一条光纤或以上作为备份。我馆从校园网以8芯多模光纤接入我馆核心交换。

6.5 选择产品品牌。

光纤链路中需要使用的对应光纤产品包括光纤耦合器、光纤连接器、光纤跳线等, 这些产品也要选择和光纤类别一致才能满足应用的需求。网线要选择质量好的品牌才能保证日后的网络性能及使用寿命, 我馆全部采用安普网线。

7 图书馆内部综合布线的终端类型铺设位置

7.1 终端类型。

通常包括数据和语音两种。电脑、专业仪器等使用数据端口, 而电话、传真等使用语音端口。不同区域终端的数量和种类应有区别:

办公区:由于办公位置相对固定, 按每个位置各一个数据和语音端口设置, 我馆还为每个办公室预留1~2个端口以备日后增加之需。我馆由于考虑到成本, 没有预留公用设备端口如共享服务器、复印机、传真机等端口, 目前通过网络共享方式实现。

书刊阅览区:位置比较固定, 每间阅览室各一个数据和语音端口。

电子阅览室:端口集中, 数量大, 需要结合资金、环境、布局等条件按照专业要求事先考虑端口位置。

服务器机房:拥有大量服务器、交换机、防火墙、存储阵列等网络设备, 除了满足目前需要, 应预留足够数量以满足日后的扩充。

7.2 铺设位置。

可以根据具体结构采用上走线和下走线两大类。所谓上走线, 是指线缆采用铺设在高于设备高度的空间中, 而下走线则铺设在架空地板下, 这与设备的上进线和下进线说的是两件事。我馆楼层间、办公区和书刊阅览区均采用上走线, 电子阅览室采用下走线方式。电子阅览室及服务器机房涉及的因素很多, 如:机房空间的宽松程度、房内设备 (包括服务器的进线方向等) 、强电线缆的铺设位置、空调风路和机架/机柜的造型/功能等。[5]对于机房空调而言, 分侧送风和下送风两大类。

而安装有架空地板时, 多数机房采用的是下送风方式, 它使架空地板与真地之间形成了风的传送通道, 让冷风可以从设备的侧下方送入设备前方的冷走廊, 使用风扇将设备加热后的风送到设备后方的热走廊, 最终回到空调机中制冷。

结语:图书馆结构化综合布线系统的投资比较超前, 经济效益高, 性价比高, 它解决了传统布线系统中零乱不统一、难以管理等缺点。模块化设计的思路, 易于未来发展配线上的扩充和硬件的重新配置, 已成为图书馆数字化进程的必由之路。

参考文献

[1]崔世林, 王兆青.校园综合布线系统的规划与实施[J].中国科技信息, 2006 (7) :31-33.

[2]石美红.计算机网络工程[M].北京:机械工业出版社, 2003:284-287.

[3]余明辉, 综合布线技术与工程[M].北京:高等教育出版社, 2004:80-85.

[4]范志强.馆建筑的综合布线[J].图书馆界, 2002 (1) :25-27.

机房综合布线思考与设计 第10篇

关键词：机房管理,综合布线,布线设计

机房综合布线作为智能建筑建设管理的中枢神经系统,在智能建筑内搭建标准、开放、灵活的信息传输通道,联接建筑外通信网,在建筑内传输数据、语音、图像。我中心现代化办公环境,对办公自动化、通讯自动化有更高要求,这就需要机房综合布线设计具有高度综合性、可靠性和灵活性。笔者对创新基地机房综合布线进行思考与设计,旨在搭建集数据、语音、通信于一体的综合布线系统,便于后续机房维护和管理。

1机房综合布线系统设计方案

1.1机房综合布线系统总体设计

机房综合布线系统总体设计应结合智能建筑结构形式和用途进行规划设计,笔者以三级分层星型结构为例,说明创业服务中心机房综合布线网络规划。第一级,主信息机房,包括建筑内部电话和网络数据,综合布线总配线架。在建筑内部以网络中心为节点,负责楼内信息数据管理,布置核心交换机、接入交换机、云服务交换机、服务器等网络核心设备;第二级,各配线间,建筑内部设置光纤主干进行传输数据,在配线间接入端口。二级交换机采用以太网交换机,具体配置为H3C;24个10/100Base-TX以太网端口,2个10/100/1000Base-T以太网端口;支持8K MAC;支持基于端口的VLAN(4K个);每个端口支持4个输出队列;IGMP Snooping v1/v2/v3;支持L2-L4包过滤功能;线速二层交换;第三级,工作区,结合信息点安装面板和信息插座,接入并端引入的水平缆线。机房综合布线系统采用万兆光纤+六类非屏蔽布线系统方案,对数据和语音进行统一结构化综合布线,其中水平子系统综合布线采用六类非屏蔽综合布线方案。建筑内语音主干采用三类非屏蔽大对数电缆,数据主干采用六芯室内万兆多模光纤,信息面板采用双口、86*86型单口信息面板,信息出口采用六类非屏蔽模块,语音垂直主干联接配线采用交叉联接配线架。

1.2机房工作区子系统信息点规划

机房工作区子系统信息规划应结合建筑内部实际情况设计,工作区采用六类模块,明确工作区内各设备需求,估算信息点,以机柜的形式布局和安装机房内服务器和终端。机房工作区子系统信息点规划为机柜式设备,包括机柜服务器、网络设备、磁盘阵列等,服务设备统一安装在机柜,一号机柜(威纳尔WF-42U)安装有防火墙、下一代防火墙、SSL VPN、核心交换机、接入交换机、云服务交换机、报警模块、嵌入式监控管理服务器、配电监控检测、UPS监控和无线控制器;二号机柜(威纳尔WF-42U)安装有服务器、KVM、刀片服务器、云显卡、语音板卡、UPS;三号机柜(联想)安装有键盘鼠标显示器、KVM、服务器;四号机柜(联想)安装有磁带库、存储设备、光纤通道交换机、光交换机、UPS;五号机柜(图腾)安装有显示器键盘鼠标、服务器、防火墙、交换机;环境监控系统安装有精密空调、温湿度监控、精密空调监控和超声波加湿器。在信息点规划时,还应预留一定的扩展空间,以便综合布线系统扩展使用。

1.3水平区子系统设计

机房综合布线水平区语音系统和数据系统采用六类布线产品,在水平区子系统内建设250MHz以上带宽,数据点和语音点采用一致的介质,实现数据点和语音点的灵活互换。水平区子系统综合布线采用高备冗余和强抗干扰性的双绞线,使得综合布线具有较高可靠性。

1.4垂直主干子系统设计

结合机房综合布线项目中语音通讯需求,垂直主干语音系统采用三类大对数UTP线缆,一个语音点对应一对主干线缆,同步考虑1:1.1的主干冗余。垂直主干子系统的数据主干采用六芯室内多模万兆光纤。

1.5管理区子系统设计

机房管理区子系统包括配线间配置、配线柜、铜缆配线架、光缆配线架、管理间跳线。其中,配线间布置要求设置网络设备机柜;配线柜中的网络设备标配19寸设备,为后期维护管理在各楼层选择安装立式机柜;铜缆配线架是联接垂直干缆和语音水平的配线架,应配置交叉联接配线架;配线架则选择二十四口六类屏蔽非屏蔽快接式数据线缆,以便和网络设备跳接;光缆配线架采用标准化的19寸光纤配线架,用以联接多模室内光纤;管理间跳线中光纤跳线采用LC-LC双芯跳线,数据部分和语音部分跳线采用六类数据跳线。

1.6设备间子系统设计

结合机房综合布线设计规范,在建筑内部物理中心位置设置设备间,整体均衡建筑布线网络,合理减少建筑综合布线中主干线缆的用量。机房设备间子系统包括配线柜、铜缆配线架、光缆配线架、管理间跳线。其中,配线柜采用标准化19寸设备,为便于后期维护与管理,语音中心和网络中心也选择19寸机柜;铜缆配线架中,语音中心设备间联接语音模块局总配线架和垂直干缆配线架,总配线架由电信局供应;光缆配线架采用19寸光纤配线架,联接多模室内光纤;管理间跳线中光纤跳线采用LC-LC双芯跳线,数据部分和语音部分跳线采用六类数据跳线。

2机房综合布线系统设备配置

结合机房综合布线系统设计,配置机房设备,绘制机房设备明细清单,组合安装机柜。具体机房设备有天融信的防火墙,深信服的下一代防火墙和SSL VPN,H3C的核心交换机、接入交换机和云服务交换机,大榕树的声光报警器、语音、短信、嵌入式监控管理服务器、配电监控检测、UPS监控,SANGFOR无线控制器,联想的服务器,蓝保KVM,戴尔模块化刀片式盘柜和刀片服务器,联想的键盘鼠标、显示器、8口KVM切换器,HP的磁带库和存储设备等。

机房综合布线应严格按照规范进行设计,建设符合要求的布线网络,打造高效、稳定、快速的网络运行质量,提供可靠的传输支撑。

参考文献

[1]舒祜.机房工程综合布线系统设计[J].智能建筑,2015(06):70-73.