智能建筑综合布线系统设备间位置优化研究讲解

1、智能建筑综合布线系统设备间位置优化研究摘 要：本文对设备间位置的优化提岀了三个基本原则，即环境优先原则、网络总长度最短原则、极小球调整 原则，重点论述了网络总长度最短原则，并探讨了一些实现网络总长度最短的具体方法。实践证明，这三个原 则及具体方法在设备间位置优化中具有很好的应用前景和发展趋势。关键词：设备间；综合布线；位置；优化3作为智能建筑的“中枢神经”系统，综合布线 系统是智能建筑必备的基础设施。但发生故障导 致智能系统瘫痪的根源，有70鳩上是由于智能系 统的布线不善 。而在综合布线系统中，设备间 是在每一幢大楼的适当地点设置电信设备和计算 机网络设备以及建筑物配线设备，进行网络管理 的场

2、所。设备间的位置优化直接关系到能否节省 网络建设费用、提高网络整体性能以及网络工程 后期的方便维护等。特别是在布线规模较大的工 程中，设备间位置优化对网络工程的影响是重大 和深远的。因此设备间位置的优化是综合布线系 统设计的一个非常重要的环节，有必要对其位置 的选择进行研究。1综合布线系统设备间位置优化的研究现状目前，国内关于综合布线系统设备间位置优 化的研究还比较少，而国外一些著名的布线厂商， 如康普公司2，西蒙公司等，为了促销产品，增 加自己产品的市场占有率，也多是会在方案设计 中提到，都只是针对自己产品所提出的，这类系 统不具备通用性，用来进行施工图设计的就更少 了。目前，最优化方法还没

3、涉足到综合布线系统 设备间位置优化领域。综合布线系统施工图设计 中各种线缆长度的测量、计算既费力又很容易出 错，再加上现在的网络系统越来越复杂，综合布 线系统工程的设计工作量也较大。因此，在智能 建筑综合布线专业尤其是在设备间位置选择上引 入最优化方法已经是势在必行。2综合布线系统设备间位置的优化进行综合布线系统设计时，首先必需给建筑 设计者提供设备间所在楼层的位置和大小。在较 大型的综合布线系统中，一般把与综合布线系统 密切相关的硬件及设备如计算机网络系统主交换 机、路由器等放在设备间。在较小的综合布线系 统中，这些设备有的可以放置在一起，也可以分 别设置。由于考虑到每栋建筑物需设线缆进线端

4、 接设备，且由室外引进线缆绝大多数是埋地引入。 所以，通常设计者较习惯于将设备间设于建筑物 的第一层，但这样的位置安排并不是最好的设计。我们先来证明一个基本几何问题，圆内到圆周上对称四点距离之和最短为圆心，见图1。OACOBD图1中心点位置证明Figure 1 Cen ter point positi on provi ng设圆心为O，在圆内设除圆心之外的另一点O*，在 MOD 中 AO + OD a AD ,在也BOC 中BO O C BC，即只有O与O,相重叠时， AO O D = AD , BO O C = BC。由此可见， 圆内到圆周上对称四点距离之和最短的为圆心。 进一步可以推断，在

5、长方形中，中心点的位置到 各顶点的距离之和为最短。综上所述，给我们一种启示，在楼宇中综合 布线系统的弱电竖井设计也应尽可能地靠近大楼 水平长度的1/2处，计算机和电话主机房应尽可 能地放在大楼高度的1/2处，同时尽量将设备间和楼层配线间设置在紧靠近弱电竖井旁。这一结 论也正好符合通常的一个设计理念即负荷中心原 则。例如建筑物主干布线子系统的垂直主干路由 和管理区域应力求使干线电缆的长度最短，主干 路由应选在该管辖区域的中间，使楼层管路和水 平布线的平均长度适中，有利于保证信息传输质 量和减少管线设施的费用。又如在强电设计时将 楼层配电箱尽可能设在该层用电负荷的中心位 置。交接间或楼层配线架 F

6、D和综合布线系统的弱 电竖井也应尽可能设在该楼层信息插座分布的中 心位置，即一般取在建筑平面的中心位置较理想。按规范要求，综合布线系统主干与分支干线 的总和不能超过 90m,超过90m应加有源Hub,以 保证采用铜缆传输的信号产生尽可能少的衰减， 不会出现误码。那么在较高的楼宇中，中心点位 置是兼顾四方的有利位置， 不但可以减少信号衰 减，一定时候又可以因减小综合布线系统主干与 分支干线的总和长度，而节省设备投资。在具体实施时，比较理想的位置设置是：(1) 把建筑群配线间尽量设计在建筑群的中 心位置，这样从建筑群配线间到各栋楼的线缆最 短，较容易满足线缆极限长度限制的要求，保证 信号传输的真实

7、性，同时也便于施工等。(2) 把计算机房、交换机房、设备间等设计在楼宇中间楼层的同一楼层中，这样既便于管理、又节省投资。我们可以将从建筑群子系统引进的 信息传输介质通过弱电竖井接至楼宇的这一中心 位置，而不是通常大楼的较低层所在位置。(3) 弱电竖井尽可能设在该大楼的水平楼层 的中心位置，这样更容易满足水平线缆极限长度 限制的要求，保证信号传输的真实性。(4) 布线进入每个房间时，如采用将大型电 缆接至房间内，然后由适配器转换成许多小的电 缆再端接在工作位置的插座上时，也可以将适配 器设置在房间天花板上或地板下的中心点，由此 向四周的信息插座辐射接入。但这种用大型电缆 接至房间内则必须在每个房

8、间至少装一个适配器。一般水平布线采用小型电缆接至房间内，即 一个信息插座配一根水平电缆线。3综合布线系统设备间位置优化的原则和方法3.1环境优先原则环境优先原则5是指在设计设备间的位置时 优先考虑环境因素。环境因素主要包括：温度、湿 度、尘埃、噪声、电磁干扰、承重、供电及消防 等。设备间的位置设计对环境的要求是非常严格 的。环境温度过高会使电子元器件失效率急剧增 加，使用寿命缩短；环境温度过低又会使磁介质发 脆断裂；温度波动产生的“电噪声”会使微电子设 备无法正常运行。并且，环境的影响具有长久、 稳定的特性。一般来说，综合布线的使用周期为 16年。在整个使用周期内，环境对设备间的影响 不会在短

9、时间内消失或者减弱。而且，环境一旦 确定了，要想再改变是很困难的。 即使可以改变, 投入也是巨大的。因此，在确立设备间位置时应 首先考虑环境优先原则。在优化设计时，根据环境优先原则，设备间 应远离高温源、潮湿源、易燃源、电磁干扰源等。 同时，注意考虑设备间的空间大小、光照、楼板 承重等诸多方面的因素。只有在环境基本符合设 计要求或者相对每个节点都是相同的情况下，才 可以再考虑其它的设计要求。3.2网络总长度最短原则首先，网络测试的主要性能指标衰减与链路 的长度成正比，即设备间与其子节点长度的总和 越小衰减越小，从而网络性能越超群；其次，工程 所消耗的联接介质等材料直接与该设备间所辖链 路的总长

10、度成正比，即设备间与其子节点长度的 总和越小，所消耗的连接介质等材料和工作量越 少。基于上面原因，设备间位置的优化应考虑网 络总长度最短原则。网络总长度最短原则，就是要求设备间到其 每个子节点链路总长度和最小，从而转化为求一个图的中位点问题。即：空间节点群G=(V, E)，共有二个节点x2, x3,人，试从中找到某n一节点x，使得S =E dq = d(xi, xj)表示两个节点xj,%间的距离；S为节点 洛到其余节点距 离和。根据空间节点群 G具体的特性，本文采用以 下两种方法进行寻找务。具体的方法是：3.2.1中间节点法如果空间节点群G都在同一条直线上，则n +1人(i二)即为所求。2现分

11、n为奇数和偶数两种情况分别证明 ：情形1： n =2k 1为奇数(k为整数)n +1此时，=k 1恰为位置上处于中间的2点，这里简记为x0，如下图:图2中间节点法中各点位置的表示Figure 2 Prese ntati on of the positi on of various points of cen ter node method 则节点x0到其余节点距离和可用式（1-1）表示：2k 1k2k 15 =送Xj =送（Xo Xj） + 送（xj x0） （1-1）j丄j土半而对除上述X0之外的任一点简记为Xm（不防限定n 1m :. Hk 1,相反的情形可类似证明），相2应的和式如式（1

12、-2）:2k+Sm =送 X _ Xjj 1m 12k 1八区-为） （Xj - Xm） （1-2）j 1j 日 1k2 k 1八（X。一Xj） （Xj 一X。）j 4j 土 2k2 k 1八（X -冷-Xm 一Xj） *（Xj -Xm，Xm X）j 1j 2kk2k 12k 1=11 （X Xm） +送（Xm Xj） +送（Xj Xm） + 送 佑X） j 1j +j da；2j dk 2k2k 1= k（X-Xm）- k（XmXo）亠二（Xm- Xj ）亠二（XjXm）jmj土H2k2k 1 （Xm Xj） （Xj - Xm）j 1j i 2（由于 m : k 1,故 m 1 ： k）m

13、1k2k 1二、（Xm -为）V （Xm 一Xj）7 （Xj -Xm）j 1j 廿j =k 2（又当j m时，Xj Xm ）m2k 1:、 （Xm -Xj）亠二（Xj Xm） =Sm 证毕。j -1j=m 1情形2： n = 2k为偶数此时，我们在中间（即第Xk点和第Xk *点之间） 另外添加一点x0，从而成为情形1，进而在这n 1个点中由情形1知X0即为所求点。现将其平移到Xk点，易见点X）到其左侧各点距离之和缩短了k（l Xk）。故而xk（k =：=：生）即为所2 2 2求。综上所述，对于这种空间节点群G都在同一条直线上或近似在同一条直线上的情形而言，若 节点个数为n,则设备间的理想位置为

14、第 口 个2节点处。3.2.2距离矩阵法当空间节点群 G没有规律的分布在一个空间 区域内时，可以采用距离矩阵法【7来寻找满足要求的点。算法如下：给出n个节点的距离矩阵 D = （dj）n坏计算该矩阵的各行和：nSi 八 dij，（i =1,2,，n）比较，找出最小的 s，则节点N即为所求的中位点，即设备间的理想位置。3.3极小球调整原则当采用网络总长度最短原则对设备间位置优化后，发现该位置到个别节点的链路长度超标（计算机网络布线时每条链路长度都要小于等于90m）或者该位置处不适合做设备间时，这时就需要对 设备间位置进行调整，可采用极小球调整原则 8。 极小球调整原则指以节点q为中心，以远远小于

15、其中最长链路的长度R为半径做球，沿着最长链路的方向并且在球内的节点可以做设备间位置。 对于在设计后期，由于具体情况改变而需要对设 备间位置进行调整的情况下，极小球调整原则是 一个快速方便的调整方法。极小球调整原则设计思想的简要说明：设备间调整后的最终位置为 p节点。球心q节点到p 节点的链路长度小于 R。又因为R非常小，因此p 节点可以近似的映射为 q节点。即p节点到其余 节点链路总长度和近似等于q节点到其余节点链路总长度和。这样做缩短了最长链路的长度，更 加适合作设备间使用。当然，在节点群G中可能存在更好的节点，因此，P节点只是设备间优化后 的一个好位置，而不能说是最优位置。研究也具有一定的

16、启示作用。 相信在不久的将来，4 结论在综合布线设计中， 关于设备间位置的优化， 本文提出了三个基本原则，着重论述了网络总长 度最短原则 , 三个原则有着紧密的联系和约束关 系。环境优先原则是首要的，只有满足了这条原 则才可考虑其他原则。 而在综合布线系统设计中， 还必须考虑网络传输的稳定性和节省网络连接介 球调整原则。可见，三个原则之间是紧密联系又 相互约束的关系。在实践中，这三个原则应用广泛，效果也较明显。网络总长度最短原则对其它的布线方案和 智能建筑综合布线设备间位置的优化问题一定能 够在综合布线行业被普遍关注，也一定能给综合 布线行业带来巨大的经济和社会效益 !质的预算，所以必须既满足

17、规范上对设备间位置 的要求，还必须满足网络总长度最短原则。在满足了前两个原则以后，由于链路长度超标可能需要对设备间位置进行调整，此时还需要运用极小参考文献1 薛颂石.智能建筑与综合布线系统MD,北京：人民邮电出版社，20022 Lucent Technologies.SYSTIMAX STRUCTURED CABLING SYSTEMS DESIGN AND ENGINEERING R , 1 9973 The Siemon Company.Standards Update:Category 6 & 7 and Small Form Factor (SFF) Fiber Connectors.

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