1.1 何谓网络综合布线
网络综合布线是一门新发展起来的工程技术,涉及许多理论和技术问题,是一个多学科交叉的研究领域。网络综合布线也是计算机网络技术和通信技术紧密结合的产物,并与智能建筑密切相关,是智能建筑的基础设施,已经被广泛应用于各类智能建筑之中,并且具有非常广阔的应用发展前景。
1.1.1 综合布线系统的发展历程
综合布线系统是一种模块化的、具有高度灵活性的、可即插即用的建筑物或建筑群之间的信息网络传输通道。它的产生与建立伴随着计算机网络技术和通信技术的发展。
最早,计算机网络是一个争用型无线频道传输系统(ALOHA),然后快速发展到目前大面积普及应用的有线网络,例如1000Base-T。在这一发展历程中,日益复杂的通信网络缆线像蜘蛛网一样繁杂无序,尤其是网络的不断升级使得网络维护、管理更加困难,迫使人们不得不面对网络布线方面的麻烦。人们开始思考有没有一种网络布线技术可以应付网络通信线路的许多尴尬局面。正是在这样的背景下,一种融计算机网络技术、通信技术、控制工程和建筑艺术于一体的智能建筑系统(Intelligent Building System,IBS)开始推向市场。IBS抛弃传统的专属布线技术,寻求了一种规范的、统一的、结构化易于管理的、开放式便于扩充的、高效稳定的、维护和使用费用低廉的、更多地关注健康和环境保护的综合布线方案。
在推动综合布线系统形成与应用发展的过程中,比较典型的案例莫过于1984年出现的首座智能建筑。它当时采用的是专属布线方式,存在许多缺陷与不足之处。为了规范布线系统,在1985年年初,中国计算机工业协会(CCIA)提出了对建筑物布线系统标准化的倡议;美国电子工业协会(EIA)和美国电信工业协会(TIA)开始了标准的制定工作。美国电话电报公司(AT&T)Bell实验室的专家们经过多年的研究,在自家公司的办公楼和工厂试验成功的基础上,于20世纪80年代末期率先推出了结构化综合布线系统(Structured Cabling System,SCS)。SCS是一种集成化通用传输系统,采用标准化的铜缆和光纤,为语音、数据和图像传输提供了一套实用、灵活、可扩展的模块化信息传输通道。SCS的代表产品是建筑与建筑群综合布线系统(SYSTIMAX PDS)。自此,布线系统进入了标准化时期。
1991年7月,《商用建筑物通信布线标准》ANSI/TIA/EIA 568问世;同时,与布线信道、管理、电缆性能及连接硬件性能等有关的相关标准也同时推出。
1993年,我国邮电部和建设部颁布《城市住宅区和办公楼电话通信设施设计标准》。
1995年,我国工程建设标准化协会颁布《建筑与建筑群综合布线系统工程设计规范》CECS72:95。
1995年年底,ANSI/TIA/EIA 568标准正式更新为ANSI/TIA/EIA 568-A。制定ANSI/TIA/EIA 568-A标准的目的是:①建立一种支持多供应商环境的通用电信布线系统;②可以进行商业大楼的结构化布线系统的设计和安装;③建立各种布线系统配置的性能和技术标准。
同时,国际标准化组织(ISO)推出了布线标准ISO/IEC 11801:1995(E)。2000年,ANSI/TIA/EIA修订颁布《商用建筑物通信布线标准》ANSI/TIA/EIA 568-B。时至今日,综合布线系统不断修订逐步形成了一系列布线标准。
纵观综合布线系统的发展,已经从最初的传输速率低于1Mbit/s模拟语音信号的1类(Cat 1)缆线,逐步过渡到2、3类缆线,传输速率和应用范围也相应提高到4~16Mbit/s,并能够应用于令牌环IBM布线系统和10Base-T以太网。此后,伴随以太网技术高速发展,大量应用的5类(Cat 5)和超5类(Cat 5e)电缆可以提供100~155Mbit/s的带宽用于100Base-T以太网传输。紧接着,6类布线系统问世并应用于实际网络工程,电缆的传输速率达到了250MHz的带宽。在7类布线标准出台以后,甚至可以提供600MHz乃至更高频率的宽带应用。当ISO/IEC 11801、IEC 61076-3-104和IEC 60603-7-7第2版获批后,7类/F级系统及其部件的标准又已确定。7类系统提供的是完全屏蔽的电缆,这种标准说明不仅整个电缆是屏蔽的,而且其中的每个线对也是屏蔽的,可提供UTP(非屏蔽双绞线)布线无法达到的性能。
在综合布线系统国际标准不断完善的同时,我国综合布线系统作为信息基础设施也一直备受重视。2000年颁布《建筑与建筑群综合布线系统工程设计规范》和《建筑与建筑群综合布线系统工程验收规范》为国家标准。自此以来,伴随着计算机网络技术的飞速发展、普及应用,为满足信息网络传输的需求,综合布线系统的技术与标准也不断更新、完善与演进,到目前为止已经进行了3次较大的修订。2016年8月26日,中华人民共和国住房和城乡建设部发布《综合布线系统工程设计规范》GB 50311—2016、《综合布线系统工程验收规范》GB/T 50312—2016国家标准,使我国的综合布线系统工程标准更加规范。我国综合布线系统工程标准的演进历程如图1.1所示。
图1.1 我国综合布线系统工程标准的演进历程
1.1.2 综合布线系统的基本概念
网络综合布线是跨学科跨行业的系统工程技术,内容广泛,含义丰富。在智能建筑中,自动化系统包含了建筑设备自动化系统(Building Automation System)、通信网络自动化系统(Communication Automation System)及办公自动化系统(Office Automation System),即3A系统。其中,综合布线是通信网络自动化系统的基础,通过对各种终端设备实现对语言、图像、控制信号等的传输、利用,从而保证智能建筑通信渠道的畅通。随着信息技术的发展,网络综合布线的内涵得到了进一步丰富和发展。在此,对网络综合布线常使用的基本概念作简单讨论和阐释。
1.传统专属布线
所谓传统专属布线是指不同应用系统(如电话语音系统、计算机网络系统、建筑自动化系统等)的布线系统各自独立,不同的设备采用不同的传输媒体构成各自的通信网络;同时,连接传输媒体的插座、模块及配线架的结构和标准也不尽相同,专属某一类系统。
传统专属布线方式由于没有统一的设计规范,不但施工、使用和管理不方便,而且相互之间也不能实现资源共享;加上施工时期不同,致使形成的布线系统存在极大差异,难以互换通用。尤其当工作场所需要重新规划,设备需要更换、移动或增加时,只能重新敷设缆线,安装插头、插座,并需中断办公,这使布线工作费时、耗资且效率低下。因此,传统专属布线的主要缺陷就是不利于布线系统的综合利用和管理,限制了应用系统的发展变化及通信网络规模的扩充和升级。
2.综合布线系统
综合布线系统自20世纪90年代引入我国以来,已经历了数次更新换代。从3类布线到5类布线,再到5e类、6类、7类布线,每一次布线技术的突破,都是与网络技术发展的要求相适应的。将摩尔定律运用于布线领域,显示出每5年布线技术将提供10倍的带宽以满足相应的通信网络需求。因此,综合布线系统的含义也随着通信网络技术的发展而不断丰富与完善。
1)综合布线
所谓综合布线,就是指建筑物或建筑群内的线路布置标准化、简单化,是一套标准的集成化分布式布线系统。综合布线通常是将建筑物或建筑群内的若干种线路系统,如将电话语音系统、数据通信系统、报警系统、监控系统等合为一种布线系统,进行统一布置,并提供标准的信息插座,以连接各种不同类型的终端设备。
2)综合布线系统
综合布线系统与计算机系统一样,随着科学技术的进步而不断发展,所以它的定义也在不断发生变化。综合布线系统引入我国后,由于产品类型不同,对综合布线系统的定义也有差异。我国邮电部于1997年9月发布的YD/T 926.1—1997通信行业标准《大楼通信综合布线系统第一部分:总规范》中,对综合布线系统的定义是:“通信电缆、光缆、各种软电缆及有关连接硬件构成的通用布线系统,它能支持多种应用系统。即使用户尚未确定具体的应用系统,也可进行布线系统的设计和安装。综合布线系统中不包括应用的各种设备。”
何谓综合布线系统?事实上,到目前为止,还没有一个公认的定义来统一描述概括综合布线系统。目前所说的建筑物与建筑群综合布线系统,简称为综合布线系统。简言之,所谓综合布线系统是指建筑物内或建筑群体中的信息传输媒体系统,它将相同或相似的缆线(如双绞线、同轴电缆或光缆)及连接硬件(如配线架等),按一定关系和通用秩序组合,使建筑物或建筑群内部的语音、数据通信设备、交换设备及建筑物自动化管理等系统彼此相连,集成为一个具有可扩展性的柔性整体,并可以与外部的通信网络相连接,构成一套标准规范的信息传输系统。目前,它是以通信网络自动化系统(CA)为主的综合布线系统。
综合布线系统是一种有线信息传输媒体系统,应用通信网络技术实现语音、数据、图像、多媒体信息传输,成为公用电话网、局域网及多媒体通信网的物理载体,可以构成智能建筑中的各种信息通信网络。综合布线在智能建筑中构成的信息传输系统被称为智能建筑综合布线系统(Premises Distribution System,PDS)。综合布线系统在智能建筑中的配置水平和类型体现了建筑物的智能化程度。
一个良好的综合布线系统应具有开放性、灵活性、可靠性、可扩展性、经济性和模块化等特点,并对其服务的设备有一定的独立性。综合布线系统是由许多部件组成的,主要有传输媒体(如双绞线、大对数电缆和光缆等)、配线架、连接器、插座、插头、适配器、光电转换设备和系统电气保护设施等,并由这些部件来构成各个子系统。按照ANSI/TIA/EIA 568标准,综合布线系统由建筑群子系统、垂直(干线)子系统、水平子系统、工作区子系统、管理子系统、设备间子系统和进线间子系统组成。我国《建筑与建筑群综合布线系统工程设计规范》GB/T 50311—2000规定,综合布线系统由工作区子系统、配线子系统、干线子系统、设备间子系统、管理子系统和建筑群子系统6个部分组成。而《综合布线系统工程设计规范》GB 50311—2016的表述是:综合布线系统的基本构成包括建筑群子系统、干线子系统和配线子系统。虽然,GB 50311—2016中未提出综合布线系统由几个子系统组成的概念,但为了便于直观形象地把握综合布线系统的内涵,通常把一个综合布线系统表述为是由工作区、配线子系统、干线子系统、建筑群子系统、入口设施(如设备间、进线间)和管理系统6个子系统构成的,如图1.2所示。一个智能建筑的综合布线系统就是将各种不同组成部分构成一个有机的整体,而不是像传统的专属布线那样自成体系,互不相干。综合布线系统分七个子系统,此概念在2007版规范中有提及。
图1.2 综合布线系统构成示意图
综合布线系统是为适应综合业务数字网(ISDN)的需求而发展起来的一种特别设计的布线方式,它为智能建筑和智能建筑群中的信息设施提供了多厂家产品兼容、模块化扩展、更新与系统灵活重组的可能性。既为用户创造了现代信息传输系统环境,强化了控制与管理,又为用户节约了费用,保护了投资。毋庸置疑,这种科学的、规范的、能提高管理和维护效率并节约成本的布线技术有着广泛的应用前景。
3.网络综合布线
随着全球社会信息化、网络化的深入应用和发展,人们对信息共享的需求日趋迫切,需要一个适合信息时代的布线方案。因此,兼顾数据网络和电信网络线路铺设的综合布线系统得到快速应用,但对综合布线系统一词却有多种表述。在我国颁布的第一个综合布线国家标准《建筑与建筑群综合布线系统工程设计规范》GB/T 50311—2000中,将其命名为通用缆线铺设系统(GCS)。当然,有时也翻译为建筑及建筑群缆线铺设系统(Premises Cabling System,PCS)或者智能建筑综合布线系统(PDS)。无论采用哪个词汇,综合布线系统已是一个众所周知的术语。目前,能得到大多数认同的比较一致的表述是:综合布线系统是一种高速率的传输通道,可以满足建筑物内部及建筑物之间所有的网络通信及建筑物自动化系统设备的配线要求。综合布线系统采用积木化、模块式设计,遵循统一标准,使得网络通信系统可以集中安装、维护、扩展和升级管理成为可能,也使单个信息点的故障、改动或者增减不会影响其他信息点的正常运行。
综合布线系统已是广泛使用的专业术语,本书也使用综合布线系统这个词汇描述相关内容,但其含义更多的是面向网络工程,侧重计算机数据网络通信线路的规划设计、安装施工和测试验收,故称其为网络综合布线。
4.综合布线系统与传统专属布线的区别
通过以上讨论可知,综合布线系统能满足实现智能建筑各种综合服务需求,用于传输数据、语音、图像、图文等多种信号,并支持多厂商各类设备的集成化信息传输媒体系统,是智能建筑的重要组成部分。形象地说,综合布线系统是智能建筑的神经中枢系统。
综合布线系统与传统专属布线的区别其实就是布线系统的结构与当前连接的设备位置有无关系。在传统的专属布线方式中,终端设备安装在哪里,传输缆线就要铺设到哪里。而综合布线系统则是先按照建筑物的结构,将建筑物中所有可能放置设备的位置都预先布放缆线,然后再根据实际连接的终端设备情况,通过调整内部跳线装置,将所有设备连接起来。同一线路的接口可以连接不同的通信设备,如可以连接电话、数据终端或微型计算机等设备。
一般,传统的专属布线是总线形拓扑结构,而综合布线系统采用星形拓扑结构。在工作区的各个位置有充足的端口可供选择,而且每个工作区(房间)都有预留缆线,扩展空间大,便于集中控制和统一管理。
另外,采用综合布线系统,可以使电话点和数据点互换使用。在规划设计、布线施工的时候,可以先将可能应用的地方都布置好信息点,留待以后使用时根据具体情况再予以决定。
1.1.3 网络综合布线的含义
所谓网络综合布线,是指按照标准的、统一的和简单的结构化方式编制和布置各种建筑物(或建筑群)内各种系统的通信线路,包括网络系统、电话系统等。因此,网络综合布线是一种标准通用的信息网络传输系统。目前,随着云计算、大数据、“互联网+”的兴起,无论是个人还是企业,对网络通信的需求都日益增长,综合布线已经像照明、供暖、电力一样,变成了建筑的基础项目之一。网络综合布线已经广泛应用在建筑物、建筑群及各小区的配线网络中,同时,在工业项目中也有着广泛的应用,包括智能化生产线、产学研中心及实验室等。
在智能建筑及园区内部,网络综合布线是以一种传输线路来满足各业务之间通信需求的。网络综合布线发展的初衷是将语音、计算机数据及视频图像的信息综合在一起,组成一个完整的信息传输系统,以满足智能建筑、智能园区信息传输需要。因此,网络综合布线具有高度的综合性、兼容性、通用性和灵活性等功能与特点。但是,应用实践证明,网络综合布线系统不可能高度综合所有系统,这是因为综合布线系统会受诸多因素的限制,特别在我国尤其如此。
例如,在智能建筑中,建筑自动化系统或各种弱电系统的类型、品种繁杂,设备性能不一,传输信号各异,尤其是各种系统的终端设备、低压信号传感装置或自动控制设备的安装位置,因功能和应用需要都有所不同,与综合布线系统的配线接续设备和通信引出端的具体位置有显著差别。这些都说明不能采用过于强调综合的技术方案!否则,不但会增加工程建设投资、日常维护费用和维护检修工作量,而且也不能满足其他系统实际使用的需要。
另外,我国的相关主管部门也规定不应综合所有系统。例如,我国国家标准《火灾自动报警系统设计规范》GB 50116—1998、《火灾自动报警系统施工及验收规范》GB 50166—1992等明确规定:火灾报警和消防专用的传输信号控制线路必须单独设置和自行组网,不得与建筑自动化系统的各个低压信号线路合用,也不允许与通信系统,包括综合布线系统的线路混合组网。
由于语音通信和计算机网络系统的通信引出端的安装位置和缆线的路由分布基本一致,传输信号均为低压的语音或数据信号,且其电气特性和使用要求大致相同,可以采用同一性质的传输媒体和布线部件。因此,目前综合布线系统的综合范围基本上是以语音通信系统和计算机网络系统两部分为主的,主要传输语音和数据两种信息;其他信息系统的纳入,则应根据具体工程的实际情况和用户的客观需要,以及现场的具体条件予以确定。但是,随着我国智能建筑的不断发展,综合布线系统作为智能建筑信息高速公路,在承担语音和数据传输功能的同时,还要保证建筑自动化系统、通信自动化系统和办公自动化系统的有效结合。尤其是在现代智能建筑中,所采用的都是综合布线系统。综合布线既能支持电话、计算机、会议电视、监控电视等系统的传输和需要,同时还为这些系统的信号传输提供更加灵活的解决方案。总的来讲,综合布线是网络互连互通的传输媒介,是信息传递的通路,也必然是建筑的智能化神经中枢。
综上所述,也再次阐释了将其命名为网络综合布线的主要原因,以便既遵守国家有关规范,又可以重点突出数据通信网络的综合布线特点。