文┃《智能建筑与城市信息》编辑部

      早在2002年6月,IEEE802.3ae任务小组就颁布了一系列基于光纤的万兆以太网的标准,能够支持万兆传输的距离在300m(10GBase-SR,OM3多模光纤)~40km(10GBase-EW,OS1单模光纤)之间,该技术适用于距离较远的园区主干或数据传输速率要求较高的楼内垂直主干以及数据中心服务器集群。然而,万兆以太网光纤解决方案不论从网络设备成本、安装成本还是维护成本各个方面都远远高于采用双绞线传输万兆的解决方案。而对于双绞线传输万兆的标准,TIA/EIA TR-42.7子委员会及其与IEEE协调委员会是于2007年7月28日发布了TIA/EIA 568B.2-10最新的第五份草案,作为附录10放入TIA/EIA568B.2标准。该草案针对IEEE802.3an 10Gbase-T的100m传输距离及500MHz带宽要求定义了一套全新的增强型6类(Cat.6A)布线系统包括连接器件、线缆、跳线技术性能标准以及现场测试ANEXT的方法。
      TIA TR42工程委员会终于于2008年2月8日批准颁布TIA 6A标准(TIA 568 B.2-10),其代表了500MHz定义下网络电缆要求的高级设置。6A标准与先前的标准完全兼容,包括Category 6, Category 5e 和Category 5。随着TIA 6A标准(TIA 568 B.2-10)的正式颁布,关于万兆铜缆的屏蔽与非屏蔽之争又摆在了我们面前。在越来越多的万兆铜缆产品问世并更加成熟之时,是选择屏蔽还是非屏蔽?
      其实6A系统的屏蔽与非屏蔽之争就像鱼与熊掌的选择,往往令用户不知取舍。目前在市场上虽然各个布线厂商在众说纷纭,但是无论是屏蔽派还是非屏蔽派都没有明显占据上风。7月,本刊历时一个月的一项综合布线专项调查中显示,有51%的用户在选择6A系统时会选择非屏蔽系统,而49%会选择屏蔽系统。两者之间的数据非常接近,不分伯仲(如图1所示)。
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      多年来在中国综合布线市场5类、6类铜缆的屏蔽(FTP)与非屏蔽(UTP)之争早已在业界达成共识,随着万兆铜缆的应用,屏蔽与非屏蔽将再次拉开高峰对决!
      1  高峰对决之一:传输性能¬——外部串扰,ANEXT
      综合布线到了6A系统是为了确保100m的万兆传输,而对于评判6A系统性能的好坏,就会涉及到一个重要参数是ANEXT,这是综合布线系统到了6A以后的一个非常关键的性能参数,即线间串扰,也称外部串扰ANEXT。ANEXT被定义为线缆中的一对线给相临的另一对线带来的干扰,在两个相同颜色的线之间的ANEXT干扰最明显,这是由于在这对线中它们的纽距是一样的,更深一层的考虑必须基于综合线外串扰,即PSANEXT,因为在所有临近的线对之间也存在感应噪声干扰,不仅仅是那些相同颜色的线之间。除了线缆之外,配线架相临的两个端口之间互相也存在着强烈的ANEXT干扰影响。
      到了6A系统在达到万兆的传输时,信号编码已采用了矩阵编码体系,是四对线缆同时传输,如果一对线出现传输问题,对整个传输都会带来影响,因此要求每一对线的信噪比都要达到标准。
      为了解决这一技术上的问题,业界采取了众多技术上的创新让铜缆在100m的距离上传输万兆成为了现实。具体来讲,业界采用了方法包括在线缆、模块的结构以及连接上都做了很多新的设计,包括使用新的材料、新的制造技术、改变四对线缆的相对位置、改变模块的印刷电路设计等来改善ANEXT性能,满足万兆传输的要求。当然,由于不同的厂商采用的技术有所不同也成为了它们在推荐万兆屏蔽和万兆非屏蔽方面的观点有所不同。
      因此,屏蔽与非屏蔽只是一个手段,其目的都是为了确保能抵抗住线与线之间的干扰,确保降低彼此间的外部串扰,因此对于6A系统最关键的问题就是在如何解决外部串扰。
      2  高峰对决之二:安装施工——线径带来容积利用率和弯曲半径的问题
      从目前市场上发布的6A非屏蔽来看,为了达到ANEXT的指标,一般布线厂家都是通过增加线缆外径来加大线缆之间的实际间隔距离来实现,但过粗的外径使得6A非屏蔽需要更多更粗的管槽,同时需要更大的弯曲半径(一般要求至少4倍于线缆外径的弯曲半径),对线缆绑扎带的密度也有限制,而且6A类非屏蔽不可与5e类或6类混合在一个线槽或桥架里,以免因为不同速率的信号传输影响ANEXT指标。TIA/EIA 568B.2-11规定Cat.6A 线缆直径不能超过8.99mm。目前市场上推出的Cat.6A非屏蔽双绞线其直径比Cat.6非屏蔽双绞线直径至少增加30%,比Cat.6A屏蔽双绞线直径至少增加10%。线缆直径的增大意味着线槽/线管成本的提高,使用同样的线槽、同样的填充比的情况下,Cat.6A屏蔽线缆数量比Cat.6A 非屏蔽线缆的数量至少高出30%。
      就6A非屏蔽线缆增大线径的另一种说法是:6A的屏蔽线缆和非屏蔽线缆都增加了线径,相对于cat.5e和cat.6而言,6A工程中必须考虑到这一点,其实目前市场上。6A屏蔽和6A非屏蔽的线径相差并不大。同时在施工时,不要只考虑线径,本身屏蔽系统就比非屏蔽系统的弯曲半径要大:例如:非屏蔽4对对绞电缆的弯曲半径应至少为电缆外径的4倍;屏蔽4对对绞电缆的弯曲半径应至少为电缆外径的6~10倍(GB 50311指明是8倍)。
      那么到底目前市场上,各布线厂家6A屏蔽系统与非屏蔽系统的线径到底是怎样的呢?用一份综合布线工作组提供的6A系统线径统计表(如表1所示),对各家布线产品的6A线缆线径有个较全面的比较。
      表1 
      虽然对6A线径大小而带来的施工问题,大家各持一词,不管是怎样的说法和依据,有一点是可以肯定的就是,为了确保万兆铜缆的传输性能,6A系统的施工一定会要求更加严格和准确。
      3  高峰对决之三:系统成本——整体工程造价
      万兆以太网出现之前,人们普遍认为屏蔽布线系统的价格高于非屏蔽布线系统的价格。随着屏蔽产品制造技术的发展及万兆以太网络的出现,这一现象成为历史,采用Cat.6A屏蔽系统在布线材料成本、线槽成本、测试成本,综合拥有成本(TCO),投资回报(ROI)等方面均优越于Cat.6A非屏蔽系统。
      布线系统的工程造价由产品系统的厂商供货价格(即工程商的采购价格)、工程商的施工安装测试成本费用、工程商的合理利润、法定税率等多项费用组成。目前在行业内,的确有很多厂家都支持“6A类铜缆屏蔽系统具有成本优势”这个观点,认为6A类铜缆屏蔽系统比非屏蔽系统更有价格优势,主要论点为:由于6A类铜缆非屏蔽双绞线产品通过增大线缆直径途径来增加线缆之间的物理间隔,以消除外部串音(ANEXT)的影响,所以,6A类铜缆非屏蔽双绞线(UTP)要比6A类铜缆屏蔽双绞线(STP或FTP)多用原材料,另外,为了进行外部串音(ANEXT)的测试,也增加了相关的测试成本。
      但是实际上对于工程造价而言,由于存在多项费用的组成因素,存在着一定的不确定性,很难确定6A类铜缆非屏蔽系统和屏蔽系统的价格可比性。另外,在不同厂商、不同材料等级的情况,更缺乏可比性。
      同时一个6A系统的好坏,线缆本身往往不是决定因素,更为关键的是施工质量。而6A对施工质量提出了很高的要求,尤其是屏蔽系统,对施工质量有更高的要求,屏蔽系统还增加了对接地的要求,忽略接地方面的成本是不全面的。而施工队伍的好坏,很难以价格来衡量。
      4  高峰对决之四:“6包1” 外部串音测试——检测的方便性
      首先对于6A系统无论是屏蔽还是非屏蔽,通过500MHz认证测试的要求是相同的,而且目前标准只要求采样“通道”方式测试。只有通过6A通道认证测试后,测试线外串扰才有意义。由于现场无法找到绝对的“6包1”模型,且完成全部组合的测试量极大,实际工程中不可能,也不必要进行严格意义上的线外串扰测试。如果需要测试,只需按比例抽样测试,并要注意选择“受害链路”和“干扰链路”,虽然测试仪表提供了最大可能的自动和智能功能,但实际工程操作仍然费力耗时。
      但对万兆非屏蔽来说,外部串扰ANEXT的现场测试却是不可缺少的。由于外部串扰需要考虑“6包1”的测试环境,在实际布线工程中,要求对每条非屏蔽链路都进行100%外部串扰测试是不切实际的。在大多数情况下,测试所有可能的线对组合的外部串扰,从经济角度讲并不可行或者难以承受。即使是抽样测试,也需要大量的人力和时间投入,这对用户来说难以得到足够的保障。
      而万兆屏蔽除了更卓越的ANEXT指标使其免于现场测试外,其屏蔽层对噪声的免疫性可以为高速率信号传输提供更好的保证,更能胜任噪音环境下的无故障运行,另外屏蔽系统可以排除外界辐射,从而提高信号的安全性。但是同样的问题是屏蔽工程本身是合格的,才能确保外部串音影响不大。可是如何判断屏蔽工程是合格的?
      通常这是比较困难的。目前所有的仪表厂商,还没有一家能拿出一个好的屏蔽性能质量的检测仪表,这些仪表厂商仍然是依靠线对之间的信号来分析性能参数,所以并不能减轻测试量。其次,6A测试因为外部串扰的测试复杂性,目前现场测试还有很长一段路要走。例如,测试方法不统一,测试时间过长,测试成本很高,仪表精度不高,故障诊断能力不够。最后,屏蔽系统虽然解决了外部串扰,但增加了内部串扰(干扰信号在屏蔽层内部反射),所以屏蔽系统的性能余量并不高。
      5  高峰对决将继续延续
      在综合布线市场已有很多厂家已经旗帜鲜明的支持万兆铜缆屏蔽系统,如西蒙、泰科电子、康宁、德特威勒、南京普天等公司均以明确向用户首推万兆屏蔽系统。屏蔽系统的性能更优于非屏蔽系统,康宁光缆系统大中华区应用工程师马继涛、泰科电子(上海)有限公司技术经理祝君表示。为了确保整个系统性能的一致性,如果使用非屏蔽线缆,用户需要确保在安装的系统中所有通信线缆之间保持正确的隔离状态,这样需要使用线缆护套来实现对线缆间的分离,但非屏蔽系统不允许不同线缆类型的混合使用,而屏蔽线缆可以和任何通信线缆混合使用。另外,屏蔽具有正反两方面的作用:它可以保护电路,屏蔽外部噪声或干扰信号;同时又限制了内部信号向外界辐射,从而避免外部环境免受线缆自身产生的噪声的影响。
      西蒙公司陈宇通说,从屏蔽布线的屏蔽层与身居来的特点有效解决了相邻线缆间的外来串扰影响,其远比非屏蔽有更优异的抗缆间串扰性能,不仅提高了线路和端口的使用密度,同时保证了信号传输的稳定高效,而且无需进行该指标的现场测试,可以省去大量的工程检测工作量。另外,由于万兆屏蔽线缆比万兆非屏蔽更细的线缆外径可以提高管槽的容积利用率,降低对弯曲半径的要求,增强了空气的流通性,利于数据中心的散热和节能。所以,进入万兆应用领域以后,10G6A屏蔽系统得益于更适合数据中心机房布线中应具备的较小的线缆外径,灵活的安装方式,超越的ANEXT指标要求将逐渐成为铜缆的主流产品。
      德特威勒公司大客户服务经理曾松鸣同样支持屏蔽系统,他说:屏蔽布线产品具有温度系数小、抗内部和外部电磁干扰的原理性特点,有助于提高布线工程的品质;6A类屏蔽双绞线具有缆径小的优点,即使是屏蔽效果最好的S/FTP等级6A类屏蔽双绞线,其外径也仅有7.1mm,远小于6A类非屏蔽双绞线的缆径;用铜量少,有助于在现今高铜价的现实环境中仍然保持低价位;以往的屏蔽施工经验全部可以照搬,对于施工人员来说,易于接受;对于投资方而言,缆径小意味着桥架和电线管便宜,用铜量少意味着售价低,施工经验不变意味着工程质量有所保证,屏蔽意味着不会受到外界电磁场波动的影响,温度系数小意味着受环境影响小。
      而对于万兆铜缆非屏蔽系统,美国康普国公司和深圳日海公司给予了极大的支持。康普公司吴健说:选择UTP还是FTP作为布线媒介,取决于性能、可靠性、成本、环境、空间、安装及使用上的便利性以及是否拥有良好的接地点等因素,具体由客户根据安装/环境情况而定。对于大多数用户来讲,推荐选择非屏蔽解决方案。深圳日海李刚则表示从产品的使用习惯、施工安装和成本等方面考虑还是建议用户选择非屏蔽系统。
      屏蔽系统理论上有很多优点,但是在实施时有两个重要的问题需要解决。首先,屏蔽的施工质量很难保证,事实在大多数情况下屏蔽工程的性能效果不会比非屏蔽更好;其次,屏蔽的测试还没有切实可行的方法,用户还没有简单有效的方法来直接判定屏蔽效果。所以屏蔽的发展不完全是产品技术发展问题,而是布线市场在结构化,标准化,规范化上是否成熟的问题。
      新技术往往伴随着争论向前发展,万兆铜缆的屏蔽还是非屏蔽之争也是如此。关于6A系统的屏蔽还是非屏蔽的争论还将继续上演,但是对于用户来说,只要明确自身的需求,就一定能找到最适合自己的产品!
      6  结束语
      本期组织“6A系统的屏蔽与非屏蔽之争”这个主题,从方方面面展开分析和探讨。本文在编辑整理过程中得到了美国康普国际控股公司技术经理吴健、泰科电子(上海)有限公司技术经理祝君、美国西蒙公司大中国区技术部经理陈宇通、康宁光缆系统大中华区应用工程师马继涛、德特威勒电缆系统(上海)有限公司大客户服务经理曾松鸣、安捷伦科技公司产品经理陈川迅、深圳日海通讯技术股份有限公司综合布线事业部副总经理李刚、美国理想工业公司北京代表处高级技术支持工程师任长宁、浙江建达科技有限公司总工程师黄锴等大力支持,为本文提供大量观点资料,在此特别感谢!