扩展覆盖范围:资料文件
将网络布线推向极限的时间
企业越来越多地采用混合云和多云环境,以实现性能、成本和灵活性之间的适当平衡。这些环境使企业能够利用本地和云基础设施的优势。
如图 1 所示,从现在到 2030 年,全球工业物联网 (IIoT) 芯片组市场预计将实现 26.2% 的健康复合年增长率 (CAGR)。 因此,全球工业物联网市场预计将从2023年的1472亿美元增加到2028年的3918亿美元,复合年增长率为21.6%。
此外,基于边缘的网络连接设备的广泛使用不再局限于制造业和工业部门。商业和零售企业现在正在投资网络设备和管理平台。
基于边缘的连接性增长给企业网络经理带来了许多关键挑战。其中:如何扩展其网络的覆盖范围,以提供超出传统 100 米距离限制所需的功率和带宽。现有的综合布线架构和标准只能走到现在为止,新的扩展应用不断涌现。
在本企业源事实文件中,我们将深入探讨扩展覆盖能力和数据交付的挑战。我们将探讨在距离电信机房 (TR) 任何距离处支持联网设备的各种选项和最佳实践。最后,我们将向您展示开箱即用的思维能带您走多远。
在讨论如何解决问题之前,让我们更好地理解一下。为什么有100米的限制?
100 m 距离限制——如行业标准(即 ANSI/TIA-568、ISO 11801 和商业建筑的其他布线标准)中所述——基于双绞线铜缆布线的电气限制。当信号从电缆的一端传播到另一端时,其强度受某些参数的影响,主要是插入损耗。电缆越长,插入损耗越大。基于这些性能参数,业界在 100 米距离上进行了标准化。
距离限制代表了给定应用的最坏情况和以电缆最大频率进行信号时的长度。它假设在任一端使用 90 m 干线和 5 m 跳线的四连接器通道。
该限制在20世纪90年代标准化,即使高频应用和新的电缆结构已经进入市场,也经受住了时间的考验。当时,网络设备供应商根据 100 米的限制对收发器进行了成本优化,进一步巩固了其作为可接受的距离边界。
为什么距离只有一个标准?
有趣的是,100米的限制适用于所有电缆类别 - 从1991年引入的类别2到2010年首次亮相的类别7A作为阶梯到40 Gbps。各代类别布线的能力稳步提高,但距离限制保持不变。为什么不为每一代以太网类别制定标准?简单的答案是,在同一应用上使用更高类别的电缆最多只能将支持距离延长几米。但它比这更多。
每个电缆类别都有不同的标准,可以带来边际效益;但是,不这样做会创造多种机会。所有电缆类型的 100 米标准化为制造商和参与地板规划的设施架构师提供了统一的目标,并消除了按照不同标准测试和认证每种电缆类型的需要和成本。此外,它使客户能够混合和匹配来自不同制造商的布线,并确保与有源网络设备的互操作性。
应用和环境的影响
虽然电缆类型对可支撑距离的影响最小,但应用效果更大。一个很好的例子是以太网供电 (PoE)。PoE+(PoE 类型 2)应用可在 150 m 或更长时间内支持高达 30 瓦的功率。最大距离取决于所需的速度。不计算特殊设计,如需要SYSTIMAX® GigaREACH(见下文)的设计,10 Mbps的最大水平距离为185 m;在100 Mbps时,它下降到150 m。操作温度等环境条件也会对最大可支持距离产生影响。
话虽如此,100 m 通道限制对企业网络的设计和部署方式有重大影响。网络管理器必须支持更远离电源的更多设备,并对其工作充满信心。那么,他们的选择是什么?
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要连接距离现有电信机房 (TR) 100 米以上的已连接设备,一个解决方案是简单地添加一个或多个更靠近设备的 TR。从空间、成本和维护的角度来看,这种方法是最昂贵的,而且很难证明只有一两个设备是合理的。另一种方法是部署带有开关和面板的壁挂式机柜。虽然成本较低,但空间可能很少,并且仍然存在向机柜供电的问题。
优点
- 整个站点的一致架构/媒体
- 支持以太网供电 (PoE)
- 支持高达 10G
缺点
- 并非总是可能
- 需要更多空间(和成本)
- 中间 TR 需要电源
另一种方法是在电源设备和设备之间安装在线 PoE 扩展器。这会将通道分成两个链路 - 扩展器的每一侧各一个。每个链路可跨度 100 m,使网络设计人员能够将信道长度加倍,同时遵守标准。
但是,PoE 扩展器(又称“中继器”)受所用 PoE 技术和电缆介质的功率和带宽限制的约束。这意味着它仍然需要本地电源,并且能够支持的设备数量有限。PoE 扩展器还需要专用空间,如果不仔细跟踪和定位文档,管理和故障排除可能很困难。
优点
- 适用于少数设备的良好解决方案
- 廉价且基于标准
- 使用现有的铜厂
缺点
- 寻找空间可能很困难
- 如果未仔细记录所有扩展器,则难以管理
- 在某些地区,电源可能难以获取
- 难以排除故障
提供超过 100 米限制的电力和数据的第三种选择是简单地使用更长的双绞线布线链路。虽然这种方法不受布线标准的支持,但可以将应用标准与应用测试结合使用,以创建可靠的链路。应用标准可帮助网络设计人员评估特定应用是否可以在链路段上运行,无论使用的布线组件和经过的距离如何。
有关这种方法以及应用标准和应用测试的更详细分析,请查看布线安装与管理的这篇文章。
扩展双绞线解决方案经过全面审查并正确安装,支持集中管理和高效的 PoE 交付,同时减少链路组件的数量并提供熟悉的 RJ45 连接和安装。
优点
- 最简单、最不复杂的设计
- 从启用 PoE 的交换机直接进行 PoE
- 熟悉的 RJ45 连接和安装
- 熟悉的建筑
- 为边缘设备提供出色的数据/电源支持
- 易于故障排除
- 无其他故障点
- 便宜
缺点
- 不受布线标准支持
- 额外检测——实验室和/或现场
- 每个新应用程序必须重新审查
- 并非所有高带宽应用都支持长距离
- 使设计应用具有特定性
简要总结三种方法:
选项 1,添加转移请求: 添加更多 TR 所需的成本、空间和中间功率存在问题。即使您可以证明投入这些资源是合理的,也很难证明正常工作流程的中断是合理的。
选项 2,使用 PoE 扩展器: 在这里,问题不是安装的时间和成本,而是网络的有效管理 - 特别是故障排除问题。随着网络正常运行时间的服务水平协议的要求越来越高,此选项的吸引力也越来越低。
选项 3,扩展铜缆基础设施: 该解决方案实施起来最简单、最具成本效益。此外,它还提供了一个熟悉的平台,RJ45连接和集中管理。缺点是性能验证和缺乏标准支持的路线图。
每种方法都有其优点和缺点,每种方法都提供了特定的用例,允许您将以太网范围扩展到 100 米以上。问题是:在大多数情况下,他们中的任何一个都可以“改进”到优点大于缺点的程度吗?
在康普,我们多年来一直致力于解决扩展覆盖的挑战。正如您可能想象的那样,没有单一的解决方案可以解决广泛的用例。因此,我们开发的不是一个或两个扩展范围的解决方案,而是四个,每个解决方案都提供了一种从不同角度攻击问题的创新方法。
公用事业级基础设施
康普与行业领导者和保险商实验室(UL)合作,开发了一种符合标准的融合基础设施,能够连接建筑物中的任何设备,无论其位于何处或其功率和数据需求如何:公用设施级基础设施 (UTG)。
UTG 是一个完整的技术平台、保证计划和设计方法。它通过重新定义基础设施层来释放智能建筑的全部潜力,以支持建筑子系统、技术和应用。
UTG 基础设施平台具有以下特点:
- 康普实用型综合布线和连接
- 先进的测试功率传输
- UL 验证所有性能和应用声明
作为单一的融合基础设施平台,UTG 解决方案弥合了信息技术 (IT) 和运营技术 (OT) 之间的差距。在一个平台上管理多个系统的能力可提高效率、提高商业智能、加强网络安全、提高生产力、优化性能并降低运营成本。
现在,建筑业主、运营商和管理人员可以在各种技术之间无缝导航,同时经济高效地提高网络可靠性和性能。
UTG 基础设施支持一系列现有和下一代网络功能,从连接 Wi-Fi 接入点 (AP) 或 IP 电话等标准化应用,到那些需要超越标准的应用,如扩展距离、电源和网络安全。
UTG 应用示例包括:
- 楼宇环境控制自动化
- 安全监控和监控
- 数字标牌系统
- 增强型 PoE 应用
- 物联网设备和传感器
- Wi-Fi AP
- VoIP 设备
UTG 基础设施解决方案的优势
- 支持 IT/OT 网络融合
- 高级配电
- UL 认证,适用于扩展应用
- 设备和应用的优化带宽
- 提高可扩展性和设计灵活性
- 减轻基础设施的压力
- 延长布线寿命更具可持续性
- 提高网络可靠性并降低成本
- 集中管理与安全
标准机构需要时间来赶上UTG基础设施平台的扩展性能。因此,康普与Anixter、UL和其他第三方技术专家合作验证所有性能声明。这些努力导致了UTG特定的性能标准和UTG级基础设施布线解决方案。它们共同支持公共网络上的各种应用程序、系统和设备。
所有性能声明和 UTG 等级均经过 UL 实验室的独立测试和验证,可在单一建筑平台上实现最佳应用保证和设计。结果基于真实世界的确定性应用测试和 UTG 独家测试协议。基于UL的测试,康普的UTG解决方案优于非UTG综合布线。
部署UTG基础设施解决方案的客户可通过康普的SYSTIMAX应用保证计划获得类似级别的应用支持。这种支持提供了设计能力和性能,帮助建筑业主和企业自信地迁移。事实上,UTG计划与SYSTIMAX应用程序保证计划高度互补,我们相信我们可以在该计划的基础上扩展到我们目前支持的范围之外。
康普继续专注于创新和持续改进,在研发方面投资近2亿美元,包括对我们SYSTIMAX解决方案的投资。这些投资结合UL验证计划来验证新兴和增强技术,使我们的客户满意地知道他们的康普产品和解决方案确实是一流的。
有关康普UTG基础设施产品组合的更多信息:
GigaREACH 恶棍 XL
虽然 UTG 基础设施支持在长距离上支持大量连接设备的平台解决方案,但 GigaREACH XL 支持少量设备,具有基于标准的连接的可靠性能。GigaREACH XL以SYSTIMAX应用保证保证为后盾,是首款保证支持以下项目的扩展范围6类UTP解决方案:
- 100 Mbps/90 W,高达 200 m
- 1 Gbps/90 W,高达 150 m
- 10 Mbps/90 W,高达 250 m
Cat 6 解决方案采用专有的扭转技术,能够使用业界损耗最低的导体。21 AWG 导体将直流 (DC) 电阻降低到 4.69 欧姆/100 m,是标准化 6 类电缆允许的直流电阻的一半,同时降低插入损耗和远距离电压降。这提高了节能和可持续性,并提供了更长距离的更高功率预算。
GigaREACH XL 可作为增压、立管级和室外埋设解决方案提供,适用于大多数环境,并与现有的综合布线架构兼容。它使用与SYSTIMAX GigaSPEED® X10D®解决方案相同的安装工具、程序、面板和插孔。
GigaREACH XL 优势
- 保证的数据/PoE 性能
- 业界损耗最低的导体
- 降低远距离电压降
- 直流电阻是标准 Cat 的一半 6
- 能源使用减少,更具可持续性
- 支持网络融合
- 与现有的综合布线配合使用
- 应用保证/25 年保修
星座建筑边缘平台
Constellation 是一款简化、模块化和适应性强的电源/数据平台,可简化连接基于边缘的设备和服务的成本和复杂性。它结合了部署在分布式星型拓扑中的故障管理电源、混合电源/数据光纤和星座点集线器。其结果是简化、可扩展和可持续的基础设施,其功率是传统 6A 类增压 LAN 的 10X,覆盖范围是传统的 6A 类增压 LAN 的 5X。 6A
该解决方案支持融合和分段网络、交流 (AC) 和直流电源应用,以及边缘光纤带宽近乎无限的各种连接选项。Constellation 平台基于部署在简化、可重复架构中的模块化组件。

简化的模块化设计和简化的分布式星形拓扑提供了以下关键优势:
- 与传统的 6A 类增压 LAN 安装相比,使用的设备减少 50%,铜减少 59%,塑料减少 65%。
- 与传统的 Cat 6A 增压 LAN 相比,可将部署时间和成本降低 57%,并将熟练劳动力需求降低 50% 或更多。
- 支持无限数量的设备,功率高达 12 kW,数据容量几乎无限,跨度可达 500 米(1,640 英尺)。
- 支持融合、离散和混合 IT/OT 网络。
- 无需在每层楼设有电信室。
星座优势
- 高达 12 kW 的故障管理电源
- 10X功率,5X量程1
- 支持任何数量长达 500 米的设备
- 50设备减少 %,铜减少 59%1
- 节省多达 57% 的部署时间/成本1
- 使用更少的能源,延长网络寿命
1与传统增压 6A 类局域网相比
供电光缆
另一个选择是部署包含铜导体和光纤芯的混合电缆,为PoE扩展设备供电和数据。这种有源光纤方法可以将网络覆盖范围扩展到3公里(15 W),使其成为室内和校园范围内的应用的绝佳替代方案。
供电光纤提供完整的电源和数据传输平台。它包括直流配电和整流模块、混合电源/数据光纤布线、PoE扩展器和表面安装盒。低压电源来自集中式主电源或备用不间断电源 (UPS)。一个电源最多可同时驱动 32 个设备。
供电光缆与支持 PoE 的以太网之间的一个关键区别在于,供电光缆中的铜导体不携带任何数据;因此,它可以针对电力进行优化。类铜缆使用 23-26 AWG 的电线,而供电光缆使用 20 AWG 至 12 AWG 规格的铜线,使其能够增加载流能力。数据使用 G657 A12 单模或 OM3 和 OM4 多模从一到两根光纤传输。 A2
由于该解决方案采用低压技术,因此安装和设置的成本低于接入电网的成本,并且不需要熟练的电气人员或特殊的管道。因此,供电光纤解决了在尝试通过增加更多的电信机房或使用PoE扩展器来扩展布线网络覆盖范围时产生的许多安装和管理问题。
供电光纤优势
- 低压电缆无需特殊布线/导管
- 提高设计灵活性和安装安全性
- 可靠地提供高达 3 公里的 15 W 功率
- 一台 UPS 可同时为多达 32 台设备供电
- 1–12 根光纤,多模或单模
供电光纤广泛用于需要通过单一电源和数据网络以经济高效的方式服务大面积的情况。热门应用包括校园环境、机场、停车区、体育场、小型蜂窝基站、光纤到房间等。该解决方案还可支持无源光网络 (PON) 应用。
该技术不断发展,以支持更长的距离、更高的带宽和更高的功率水平。康普预计多端口版本的供电光缆系统,目前每根光缆仅支持一个连接。我们还计划支持新的 802.11ac Wave 2 接入点,需要高达 6.9 Gbps 的连接以及 60 W 设备。
了解更多:光电混合缆资料文件 | 康普
所有介质类型都存在插入损耗(衰减),即电信号强度在沿传输路径传播时的降低。它决定了传输信号可以分辨的最大距离,因此,可以在保持通信的同时分离两个设备的最大距离。
插入损耗通常以每单位长度分贝(例如,dB/1,000 英尺)表示,是测量信号穿过电缆时信号振幅减弱或减小的程度。它也会随着电缆工作温度的升高而升高。
在铜线中,插入损耗由两个主要因素引起:
铜损耗与电缆铜导体的厚度有关;导体越厚,插入损耗越低。虽然您可以通过增加导体尺寸来减少插入损耗,但这会增加布线成本,并减少将导体正确插配到正确插孔和/或插头的选项。实际上,对于长度小于 100 米的绝大多数安装来说,不需要超大导体。
介电损耗(损耗)与电缆绝缘和护套的电气损耗特性有关。选择这些材料会影响插入损耗和电缆在安全测试中的性能,例如具有易燃性和烟雾释放特征的材料。电气和安全性能之间的权衡通常决定了所需的材料,这可能使遵守区域安全标准变得复杂,例如用于增压级和低烟零卤素 (LSZH) 级环境的标准。
需要注意的是,还有其他因素,如电阻和热量,会影响插入损耗。例如,与类别 6(5 MHz)为 6 dB 相比,类别 6A(500 250 MHz)的最大允许插入损耗为 42.8 dB。 31.1 这也是为什么涉及电阻更大的较小规格电线的链路,以及环境温度高于 20°C (68°F) 的链路可能需要长度降额。插入损耗越高,距离就越短,链路远端的信号才能被理解。这是插入损耗对支撑距离产生如此重要影响的关键原因。
SNR 与插入损耗直接相关。它以分贝为单位测量,表示链路的信号功率与给定频率范围的噪声功率之比。比率越高,信号质量越好。SNR 和插入损耗呈负相关 — 插入损耗越低,SNR 越高。正如插入损耗随距离增加而增加一样,SNR 也受到布线长度的影响。如果 SNR 下降到不可接受的水平,则必须减少传输或电缆长度以支持应用。
导体尺寸也会影响最大电缆长度。电阻量与测量仪的厚度成反比(由于皮肤效应)。因此,较大的测量线将表现出更好的插入损耗。
电阻是导体抵抗电子流动的能力。直流回路电阻测量两个连接的直流导体的电阻,表明回路在 PoE 应用中的供电效率。ANSI/TIA-568.2-D 和 TIA TSB-184A D3.0 规定 3/5e/6/6A 类的直流回路电阻(电阻不平衡)不得超过 25 欧姆;超过直流回路电阻限制会在电缆内产生热量,从而增加插入损耗并减少可接受的链路跨度。为了确保在长距离上安全操作,许多长距离电缆包括额外的电阻净空,以解决不平衡问题。
第一条Cat 6A电缆和跳线笨重而坚固。采用较小导体(通常绞合和比 24 AWG 更薄)的较新跳线受到客户青睐,因为它们的灵活性和填充线整理器的体积较低。然而,较小的导体线,无论它们有多短,都会对总插入损耗产生影响,也可能意味着一定长度的降额。在舒适感和性能之间有一种平衡!
传播延迟是在相对端接收在信道一端启动的信号所需的时间。在双绞线布线中,此时间间隔受电缆长度和工作频率(之前讨论过)以及第三个因素的影响:标称传播速度 (NVP)。NVP是与真空中光速(c)相比的信号速度的相对测量。典型的结构化布线电缆的 NVP 为 0.6 c 至 0.9 c,这意味着信号以真空中光速的 60–90% 传播。
电缆的最大 NVP 部分取决于物理特性,例如一对绞线中的扭曲数量和紧密度。随着电缆束中的双绞线的数量增加,双绞线之间的双绞线差异的可能性也会增加。最快和最慢线对之间的传播速度差异被称为“传播延迟偏差”。随着传播延迟偏移的增加,网络设备读取信号的难度越大。延长电缆长度可能会加剧此问题。

由不同或不匹配阻抗的电缆和连接器组成的通道将表现出较差的回波损耗,这是由连接处产生的所有反射引起的。
在SYSTIMAX GigaSPEED X10D解决方案中,所有端接硬件、设备和工作区域线的设计都与电缆的阻抗相匹配,提供确保最佳性能的“调谐”通道。

当我们根据上述参数比较不同类别的性能时,当我们需要比标准 100 米更远时,很容易理解 Cat 6A 的优势:
- 在 100 MHz 时,5e 类的插入损耗最大为 24 dB,而 6 类为 21.3,6A 类为 20.9(根据 TIA 通道规格)。请记住:插入损耗的 dB 越低越好。
- 通用 6A 电缆和线规比其他类别更大(更厚),这改善了插入损耗、电阻和 SNR 参数。
- 当传输相同的电流和功率用于 PoE 时,6A 的电缆加热较低,这使得电缆束可能更大。
- 如前所述,一流的 6A 解决方案经过精心调整,可提供更低的信号反射。
- 以上所有优势,加上外来串扰固有的卓越性能,使Cat 6A成为完美的选择。
结论
总而言之,组织部署、使用和管理数据的方式的变化是变革性的。增强现实、物联网和楼宇自动化/控制的使用日益增加,从而提高了劳动力生产力、协作和安全性,以及更高效、更可持续的楼宇。然而,对于网络管理者来说,设计能够支持和维持这些新功能的网络是一项重大挑战。
虽然包括 IT、OT、电源和数据在内的网络正在趋同,以提高效率,但连接设备和系统的数量正在爆炸并转移到网络边缘,更接近数据创建和消费的位置。支持这些变化意味着重新思考综合布线基础设施的作用、设计和能力,这是康普几年前预料到的。
作为行业领导者和创新者,我们很久以前就开始与 UL、Anixter 和其他网络工程专家合作,开发进化的统一基础设施平台:UTG 基础设施。与此同时,我们在电缆再设计和可持续网络架构方面的持续工作已经产生了GigaREACH XL5,供电光纤布线系统和Constellation建筑边缘平台。现在,客户可以自信地扩展其结构化布线网络的范围,以支持未来的下一代连接设备和系统。
有关康普企业扩展范围解决方案产品组合的更多信息,请访问 www.systimax.com