雙絞線測(cè)試技術(shù)綜述

亓 冬

(武警士官學(xué)校,浙江 杭州 310012)

0 引言

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，人們的生活、工作、學(xué)習(xí)都越來(lái)越離不開信息網(wǎng)絡(luò)。信息網(wǎng)絡(luò)給人們帶來(lái)極大便利的同時(shí)，極大提高了工作效率，發(fā)揮著越來(lái)越不可替代的作用。與此同時(shí)，信息網(wǎng)絡(luò)一旦發(fā)生故障，所造成的損失也越來(lái)越不可估量。根據(jù)有關(guān)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，大約70%的網(wǎng)絡(luò)故障都與各類纜線及其連接器件有關(guān)，其質(zhì)量與壞和安裝施工工藝高低直接影響著信息網(wǎng)絡(luò)是否能夠長(zhǎng)期可行運(yùn)行。另外，網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障后，如何在第一時(shí)間對(duì)故障類型和故障發(fā)生點(diǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確的判定，需要相關(guān)人員對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)逐層進(jìn)行有針對(duì)性、全面的測(cè)試，才能準(zhǔn)確定位故障點(diǎn)，進(jìn)而排除解決相關(guān)問(wèn)題，因此掌握綜合布線中最為常用的雙絞線測(cè)試技術(shù)和應(yīng)用方法對(duì)定位排除網(wǎng)絡(luò)故障顯得極為重要。

1 雙絞線的定義和特點(diǎn)

雙絞線，是信息網(wǎng)絡(luò)最為常用的傳輸介質(zhì)，是由兩根具有絕緣保護(hù)層的銅導(dǎo)線相互纏繞組成，每一根導(dǎo)線在傳輸中輻射出來(lái)的電磁波會(huì)被另一根導(dǎo)線上發(fā)出的電磁波抵消，最大程度的降低信息傳輸過(guò)程中的干擾程度[1]。在ISO/OSI參考模型的物理層定義了雙絞線為傳輸信號(hào)所需要的電氣特性、機(jī)械特性、功能特性和規(guī)程特性。物理層特點(diǎn)主要任務(wù)是完成在物理傳輸介質(zhì)中進(jìn)行端到端的二進(jìn)制信號(hào)傳輸。較為常見物理層 協(xié) 議 有100BASE-T、1000BASE-T、1000BASE-TX、10000BASE-ER等。

2 雙絞線測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展

為了確保綜合布線系統(tǒng)質(zhì)量，政府職能部門、科研院所和相關(guān)廠商都致力于制定一套行之有效的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)衡量綜合布線系統(tǒng)的質(zhì)量。我國(guó)原建設(shè)部在2000年研究制定并頒布了綜合布線領(lǐng)域的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，即《綜合布線系統(tǒng)驗(yàn)收規(guī)范》（GB/T50312-2000）。其中規(guī)定了各類纜線的測(cè)試方法、技術(shù)指標(biāo)和性能要求。但是隨著人們對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸速率要求越來(lái)越高，各類纜線的性能也不斷提升，網(wǎng)絡(luò)帶寬也由當(dāng)時(shí)的十兆網(wǎng)逐步發(fā)展到百兆網(wǎng)、千兆網(wǎng)、萬(wàn)兆網(wǎng)，雙絞線作為最為常用的傳輸介質(zhì)，也由三類線逐步發(fā)展到目前常用的五類線、超五類線、六類線、七類線和八類線，原來(lái)的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)不能適應(yīng)新技術(shù)、新產(chǎn)品要求。因此國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《綜合布線系統(tǒng)驗(yàn)收規(guī)范》也逐步由最早的2000年版修訂為2007年版和最新的2016年版。

不同版本的標(biāo)準(zhǔn)，其測(cè)試的要求和精確程度有所不同。

在測(cè)試模型方面，2000年版標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了雙絞線水平鏈路測(cè)試模型主要分為基本鏈路模型、永久鏈路模型和信道模型。在其后的2007年版中，因?yàn)榛炬溌纺Ｐ偷臏y(cè)試誤差較大，實(shí)際工程建設(shè)驗(yàn)收時(shí)很少采用，因此取消了這個(gè)測(cè)試模型。

在測(cè)試?yán)|線等級(jí)方面，2000年版標(biāo)準(zhǔn)中包含了六類雙絞線測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，2007年版本新增了七類雙絞線測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，2016年版本中又新增了七A類線的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。

在測(cè)試的方法方面，主要分為驗(yàn)證測(cè)試、鑒定測(cè)試和認(rèn)證測(cè)試。其中驗(yàn)證測(cè)試主要對(duì)雙絞線的連通性進(jìn)行測(cè)試，即測(cè)試電信號(hào)能否到達(dá)對(duì)端，而對(duì)信號(hào)傳輸質(zhì)量好壞不予測(cè)試；鑒定測(cè)試主要對(duì)雙絞線是否能夠以要求的傳輸速率穩(wěn)定工作；認(rèn)證測(cè)試則是對(duì)雙絞線的電氣性能指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試，能夠準(zhǔn)確測(cè)量信號(hào)傳輸質(zhì)量，相比較而言認(rèn)證測(cè)試的準(zhǔn)確程度最高。

在測(cè)試的電氣性能指標(biāo)方面，2000年版標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了雙絞線的回波損耗、近端串?dāng)_、衰減等指標(biāo)要求，2007年版標(biāo)準(zhǔn)中增加了對(duì)雙絞線外部串?dāng)_的指標(biāo)要求，2016年版標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)指標(biāo)參數(shù)要求更加嚴(yán)格，同時(shí)又增加了衡量雙絞線抗干擾性能的指標(biāo)要求，如橫向轉(zhuǎn)換損耗和等電平橫向轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)移損耗等。

我國(guó)軍用標(biāo)準(zhǔn)也參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)制定過(guò)類似標(biāo)準(zhǔn)，但頒布年代較早，且后期未再更新，與現(xiàn)有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)相比已經(jīng)過(guò)時(shí)。

其他國(guó)家和國(guó)際組織也十分重視綜合布線及雙絞線相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的研究和制定，部分標(biāo)準(zhǔn)較先進(jìn)，如TIA在2016年頒布的標(biāo)準(zhǔn)中已支持八類雙絞線的測(cè)試，并且在測(cè)試模型方面，引入模塊化插頭終端鏈路測(cè)試模型，即連接無(wú)線AP或網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控?cái)z像機(jī)等設(shè)備時(shí)，雙絞線通過(guò)制作水晶頭直接連接設(shè)備時(shí)，雙絞線的測(cè)試方法。

3 雙絞線測(cè)試儀表發(fā)展

雙絞線的測(cè)試方法從最早的燒皮稱重，到后來(lái)使用通用儀表、專用儀表進(jìn)行測(cè)試，大致可分為六個(gè)階段：

一是燒皮稱重，就是將一定長(zhǎng)度的雙絞線的絕緣層燒去并稱銅芯重量，再根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的線芯直徑、銅的密度等信息計(jì)算出該段雙絞線理論重量，將兩個(gè)重量進(jìn)行比較從而簡(jiǎn)易判斷雙絞線質(zhì)量?jī)?yōu)劣。

二是萬(wàn)用表測(cè)量直流電阻，質(zhì)量較好的雙絞線如100米無(wú)氧銅雙絞線的直流電阻值可不大于9.5歐姆，而質(zhì)量較差的雙絞線如100米銅包鋼雙絞線的直流電阻值可達(dá)75歐姆以上。

三是測(cè)試儀測(cè)連通性。測(cè)試儀分為近端和遠(yuǎn)端，分別連接雙絞線的兩端，通過(guò)近端向雙絞線的每一根導(dǎo)線逐一發(fā)送電信號(hào)，遠(yuǎn)端對(duì)應(yīng)線芯收到電信號(hào)后相應(yīng)指示燈發(fā)光指示，通過(guò)指示燈是否點(diǎn)這判斷線芯是否連通，通過(guò)指示燈點(diǎn)亮順序，判斷雙絞線兩端線序是否一致，從而判斷雙絞線鏈路是否連通。

四是驗(yàn)證測(cè)試儀。在測(cè)試儀的基礎(chǔ)上增加了長(zhǎng)度測(cè)試、接線圖測(cè)試和尋線等功能，可測(cè)試錯(cuò)對(duì)等雙絞線連接錯(cuò)誤。

五是鑒定測(cè)試儀，通過(guò)在雙絞線鏈路中注入定量數(shù)據(jù)，判斷鏈路是否能夠滿足帶寬要求，如在使用超五類雙絞線的鏈路中以千兆速率注入數(shù)量，看遠(yuǎn)端是否能夠完整、正確的接收數(shù)據(jù)，進(jìn)而判斷鏈路是否滿足千兆網(wǎng)要求。

六是雙絞線認(rèn)證測(cè)試儀。可以選擇所需的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，如上文提高的GB/T50312-2016以及IEC11801等國(guó)際國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)，并以相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的要求，對(duì)雙絞線鏈路進(jìn)行認(rèn)證測(cè)試，判斷其是否滿足相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的要求，通過(guò)測(cè)試接線圖、插入損耗、回波損耗、近端串?dāng)_、遠(yuǎn)端串?dāng)_、信噪比、傳播時(shí)延、時(shí)延偏離等電氣性能指標(biāo)，可以準(zhǔn)確判斷鏈路質(zhì)量。

4 雙絞線測(cè)試的主要內(nèi)容

以超五類雙絞線鏈路認(rèn)證測(cè)試為例，測(cè)試主要包括接線圖、長(zhǎng)度、衰減、串?dāng)_等，并由此演變出插入損耗、回波損耗、衰減串?dāng)_比等測(cè)試參數(shù)。

一是接線圖。接線圖指的是雙絞線兩端與連接器相連接時(shí)，內(nèi)部線纜的排列順序是否符合標(biāo)準(zhǔn)，負(fù)責(zé)收、發(fā)信號(hào)的線對(duì)不能出現(xiàn)跨接、錯(cuò)對(duì)等現(xiàn)象，不符合正確線序的連接方法會(huì)導(dǎo)致衰減、串?dāng)_的大幅增大，影響信號(hào)傳輸質(zhì)量。

二是鏈路長(zhǎng)度。超五類雙絞線鏈路最長(zhǎng)距離為100米，但是實(shí)際工程中，受安裝工藝和布線周圍電磁影響，在鏈路長(zhǎng)度接近100米時(shí)可能就會(huì)發(fā)生傳播時(shí)延過(guò)長(zhǎng)的問(wèn)題，從而導(dǎo)致鏈路不合格。

三是衰減。衰減是指信號(hào)從一端傳遞到另一端后，信號(hào)強(qiáng)度損失的大小。衰減跟雙絞線本身質(zhì)量有關(guān)，因此衰減是不可避免的。同時(shí)還跟雙絞線的長(zhǎng)度有關(guān)，長(zhǎng)度越長(zhǎng)，信號(hào)衰減量就會(huì)越大。

四是串?dāng)_。串?dāng)_分為近端串?dāng)_和遠(yuǎn)端串?dāng)_，是被測(cè)線纜中一對(duì)線產(chǎn)生的電磁信號(hào)對(duì)另一對(duì)線的干擾。線纜質(zhì)量、不正確的接線方式是產(chǎn)生串?dāng)_的主要原因。

5 未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

一是雙絞線測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)更加嚴(yán)格。隨著網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用規(guī)模的不斷擴(kuò)大，人們都網(wǎng)絡(luò)帶寬的要求越來(lái)越高，特別是在機(jī)房?jī)?nèi)，雙絞線傳輸性能的要求越來(lái)越高，在八類線滿足在30米內(nèi)達(dá)到40Gbps的基礎(chǔ)上還將繼續(xù)發(fā)展，支持100Gbps的雙絞線標(biāo)準(zhǔn)也許很快就能實(shí)現(xiàn)。但是機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)備密集，線纜交錯(cuò)，電磁環(huán)境極為復(fù)雜，要滿足更高速傳輸需求，對(duì)雙絞線鏈路的性能指標(biāo)要求也必要越來(lái)越嚴(yán)格。

二是測(cè)試儀表向智能化方向發(fā)展。隨著網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的擴(kuò)大，一旦發(fā)生線纜故障造成的影響也越來(lái)越嚴(yán)重。因此，線纜測(cè)試儀表也應(yīng)由原來(lái)的事后排查向主動(dòng)檢測(cè)、提前預(yù)警轉(zhuǎn)變，由原來(lái)的定期人工測(cè)試向網(wǎng)絡(luò)智能測(cè)試轉(zhuǎn)變。未來(lái)的測(cè)試儀表不僅能發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)人工測(cè)試難以解決的問(wèn)題，而且能在測(cè)試雙絞線性能上提供解決方案。測(cè)試儀表一定會(huì)在網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的發(fā)展下，向著更加智能化、人性化的方向發(fā)展。