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建设屏蔽局域网

当今时代,建设现代化的局域网,一种是非屏蔽的,一种是屏蔽的。对于要不要建设屏蔽局域网,业界曾有过讨论。现在,我们从两个方面来分析:

1)综合布线中的屏蔽与非屏蔽问题。

2)建设屏蔽局域网的因素。

综合布线中的屏蔽与非屏蔽问题,在网络布线过程中不可避免地要遇到。许多业界人士对这一问题都有相应论述。

屏蔽系统装置

1.综合布线屏蔽还是非屏蔽

(1)屏蔽的目的

屏蔽系统是为了保证在有电磁干扰环境下系统的传输性能,这里的抗干扰性应包括两个方面,即抵御外来电磁干扰的能力以及系统本身向外辐射电磁干扰的能力。对于后者而言,欧洲通过了电磁兼容性测试标准EMC规范,而对于前者,目前还没有定量的标准规定在外部电磁场强达到多少V/M的情况下应该采用屏蔽。虽然从理论上讲,在线缆和连接件外表包上一层金属材料屏蔽层,可以有效地滤除不必要的电磁波(这也是目前绝大多数屏蔽系统采用的方法)。

(2)理想与现实的差距

对于屏蔽系统而言,单单有了一层金属屏蔽层是不够的,更重要的是必须将屏蔽层完全良好地接地,这样才能把干扰电流有效地导入大地。但是,实际施工时,屏蔽系统存在一些不可忽视的困难:由于屏蔽系统对接地的苛刻要求,极容易造成接地不良,比如接地电阻过大、接地电位不均衡等,这样在传输系统的某两点间便会产生电位差,进而产生金属屏蔽层上的电流,造成屏蔽层不连续,破坏其完整性。这时,屏蔽层本身已经成为一个最大的干扰源,因而导致其性能反而远不如非屏蔽系统。屏蔽线在高频传输时,需要两端接地,这样更有可能在屏蔽层上产生电位差。由此可见,屏蔽系统本身的要求,恰恰构成保证其性能的最大障碍。

一个完整的屏蔽系统要求处处屏蔽,一旦有任何一点的屏蔽不能满足要求,都势必会影响到系统的整体传输性能。可是,目前市场上还很少有网络集线器或计算机本身拥有屏蔽支持,所以很难实现整个传输链路的屏蔽。

(3)屏蔽与非屏蔽,哪个更先进

目前国际上(欧、美两大阵营之间)存在着屏蔽系统与非屏蔽系统优劣的争论。采用屏蔽系统或非屏蔽系统,很大程度上取决于综合布线市场的消费观念。在欧洲占主流的是屏蔽系统。然而,在综合布线使用量最大的北美,则坚定地推行非屏蔽系统。因为无论是屏蔽系统还是非屏蔽系统,只要是经过符合标准的完善设计及安装,都可以达到满意的效果,只不过考虑到价格、安装时的难易要求等因素.北美认为,在高容量主干及严重干扰条件下使用光纤更为实际。

(4)对用户的建议

针对国内的实际情况,我们建议用户在对各种因素进行全面均衡时,有必要仔细考虑下述问题:

□ 目前不同厂家的屏蔽式8芯插头之间的插头/插座之间的兼容问题、屏蔽的有效程度及插头的接触面能否长期保持稳定等方面都没有定论。

□ 屏蔽系统倘若安装不当,达不到整体的屏蔽完整性,其性能将比非屏蔽系统更差。

我们认为,UTP(非屏蔽双绞线)是目前较为成熟、可靠的综合布线技术,在通常情况下完全可以满足在干扰环境下的使用需求。如果干扰较大,可采用金属桥架和管道做屏蔽层的布线方法,就可以满足屏蔽的要求。如果使用环境存在极为严重的干扰,建议直接使用光缆,以满足严酷的EMC要求。

2.屏蔽与非屏蔽的误区

当UTP应用在结构化布线系统上并广泛地被世界接受时,一些有关使用屏蔽式电缆的误区相继出现。

误区一:当频率高于30MHz时,UTP电缆不能符合EMC的要求;或当频率高于30MHz时,必须使用STP电缆。

事实一:差分传输信号频谱(Differential Transmitted Signal Spectrum)与放射性能(Radiated EmissionPerformance)的关系取决于以下因素:

□ 印刷电路板的设计

□ 输出过滤器和磁场特性

□ 注明的信号强度

□ 使用的通信协议

□ 信号端的平衡(LCL)

□ 传送铜线及信号端注明的普通模式阻抗

□ 连接件的屏蔽有效程度

以上误区与信号频谱使用的屏蔽无关。SYSTIMAXSCS384A宽带视频转换器已经测试并保证高致550MHz的高频率,符合EMC标准。

误区二:FTP电缆有UTP电缆的所有平衡特性,并加额外的屏蔽保护。

事实二:当在UTP电缆上加上屏蔽时,以下情况便出现:

□ 屏蔽改变了整条电缆的电容耦合,从而衰减增加

□ 平衡(LCL)降级

平衡降级将在电缆内的绞线上引起强大的耦合普通模式信号,从而在屏蔽层上引起强烈的耦合。因此,屏蔽必须有良好的接地。而完全屏蔽的连接件必须有正确终端,否则这普通模式信号会使系统发出辐射。当频率增高时,情况更严重。

误区三:屏蔽式电缆决定了系统的整个EMC性能。

事实三:一个屏蔽系统只是跟其最弱的EMC元件差不多。在屏蔽系统中,最弱的链路为跳接面板、连接器信息插座以及设备界面本身。

误区四:屏蔽电缆可在任何频率防止干扰。

事实四:在低频时,屏蔽电缆所产生的噪音,至少跟非屏蔽电缆产生的一样高。例如0.1cm厚的铝或铜屏蔽,在50MHz频率(电源电缆)只能提供约IdB损耗(这与减低噪音10%的效果相当)。

误区五:屏蔽式电缆只需在一端接地即可。

事实五:只有当频率低于1MHz时,这才是事实,当频率高于1MHz时,EMC认为最好在多个位置接地,一般至少应做到两端接地。

误区六:为了安全起见,必须使用屏蔽电缆。

事实六:由英国政府及一家有名的电脑厂商的一项合作研究表明,电脑安全的问题主要是由于不小心或有恶意的职员所造成的(例如电脑资料窃贼、电脑病毒、未经批准的闯入等)。由电脑荧屏引致的辐射比由电缆引致的辐射更大。

误区七:安装完全屏蔽的布线系统,可使用较便宜的电子硬件。

事实七:电子硬件即芯片的价格,主要取决于其生产数量。根据世界性的有关布线系统市场的统计资料分析显示,UTP在双绞线电缆市场上占了82%,STP、FTP各占8%,因而UTP电子硬件将更经济。

总之,基于上述事实,有关屏蔽式电缆较优越的认识是站不住脚的。用户不可能知道屏蔽式系统的性能是否如其所说的一般,皆因目前根本没有标准可测试安装后屏蔽系统的屏蔽有效程度。这是一个问题,因为屏蔽系统的安装是很困难的,而金属箔屏蔽电缆在安装时或日后使用时亦很容易破损。

贝尔实验室的研究已一次又一次地显示,UTP是最适合使用在商业楼宇环境中的结构化布线系统,而SYSTIMAXSCSUTP安装不用另外考虑屏蔽的效能,就可以达到与完美屏蔽系统同样的EMC要求。在恶劣环境下,最好使用光缆,使布线系统达到完美的EMC性能。

目前,世界上对非屏蔽和屏蔽布线系统的争论仍在继续。北美和其他世界上大多数地区推崇非屏蔽系统,而欧洲则大力推行屏蔽系统。从实质上讲,这只是消费观念的不同。目前,UTP完全可以用于强干扰的环境。非屏蔽系统具有以下特点:

□安装简单,维护方便,经过正规培训的公司较多。

□整体价格便宜。

□ 非屏蔽双绞线的设计可很好地抗干扰,著名厂商的6类线带宽可达350MHz,完全可以支持622MbpsATM或千兆位以太网应用。

□ 对非屏蔽系统,目前已有国际标准,保证了应用兼容性。

□ 美国数百万工程应用也证明了非屏蔽系统的可用性。

作者认为:应视具体情况来确定建设屏蔽的还是非屏蔽的布线系统。对于公安、银行等保密性强的单位可建设屏蔽的局域网,因为有以下因素的影响:

(I)干扰

电缆和设备通常会干扰其他的部件,或者被其他干扰源所影响,从而破坏数据的传输。严重时,干扰甚至会导致整个系统完全瘫痪。

根据PREN50174规定,一些干扰源列举如下:

□ 功率分配。

□ 荧光灯照明。

□ 无线电传送设备(无线电话、无线电台、电视)。

□ UTP对UTP电缆。

□ 办公设备(复印机、打印机、电脑、碎纸机)。

□ 雷达。

□ 工业机器(发动机等)。

线缆绞合只能保护电缆不被磁场干扰,但不能使其不被电场干扰。然而,许多干扰源发射的是电场或电磁场(辐射场),因此,只有屏蔽才能使网络免受所有干扰源影响。

对于高于10Mbps和10MHz的高速率、高频率应用,数据传输越灵敏,屏蔽性就变得越重要。机械地限制绞合长度会使绞合的效果减弱,绞合仅能有效地适应30〜40MHz的数据传输。

由于安装过程中对电缆的拉力和其他类似弯曲半径等因素的影响,会使UTP的均衡绞度遭到破坏。然而,屏蔽可以补偿这种影响,它可以看作一种电磁和机械保护。

(2)窃听

潜在的窃听者、情报人员、骗子和程序狂在不断增加。他们可以拦截UTP线缆上传输的信息,从而引起严重的破坏和损失。使用了屏蔽线缆及元件的屏蔽网络则可以明显地降低周围环境中的电磁能发射水平。

如果没有物理连接,而只将UTP线缆当作传送天线时,UTP线缆是很容易被拦截的。屏蔽双绞线(STP)则由于它较低的散射而很难被拦截。在大多数不被保护状态下,窃听者只需要一部雷达接收器、电子信号发生器和一台便携式计算机,在几百米距离内,就可以进行数据拦截。“这种信息泄露的途径使敌对者能及时、准确、广泛、连续而且隐蔽地获取情报。计算机电磁辐射泄密问题已经引起了各个国家的高度重视,要防止这些信息在空中传播,必须采取防护和抑制电磁辐射泄密的专门技术措施。因此,屏蔽技术较为适用于一些保密等级要求较高、较重要的大型计算机设备或多台小型计算机集中放置的场合,如国防军事计算中心、大型的军事指挥所、情报机构的计算中心等。”

加密和解密是保护网络的另一种解决方式,但它需要较大的网络发射功率,且其配套软硬件配置非常昂贵。选择加密的花费将比一开始就安装屏蔽电缆高很多。不敷设屏蔽电缆,这种不安全感将会一直存在。

与非屏蔽电缆相比,屏蔽电缆由于其较低的辐射而保护网络免受窃听。从发射保密性的角度来说,电缆的屏蔽应是首要选择,在个别情况下,加密可作为辅助措施使用(比如用于军事应用)。

(3)屏蔽系统的实施

根据国际标准ISO/IEC11801,屏蔽必须是从传送器到接收器的全程屏蔽。机房屏蔽、安装电缆、信息插座和连接插头都必须屏蔽。包括工作区和设备电缆(连接电缆)等在内的所有元件都应仔细挑选、正确安装和连接;并且要保证整个屏蔽系统在电气性能上的整体连接,具有良好、可靠的接地;不能有任何断裂处,否则断裂部分会造成天线效应,不但不能屏蔽,反而效果更坏。

(4)屏蔽原理

单独的绞合线对或4线对组可以有一个金属屏蔽层。不同的线对或4线对组可以在金属屏蔽后置于一起。屏蔽旨在增加与电磁化外界的间距。就屏蔽本身而言,它可将线对或4线对组自身之间的串扰减少到最低程度。这些将根据集肤效应由反射和吸收完成。

□  反射:金属屏蔽能够有效地反射来自内外界的大量入射场。

□  集肤效应:在一定的频率下,屏蔽能够在需要的信息与外界干扰之间提供近乎完美的间距。集肤效应保证了干扰电流只在屏蔽层外通过,因为它不能透过屏蔽层并有一段短的距离(集肤深度)。上述间距的频率取决于屏蔽层的材料和厚度。