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计算机网络长距离布线时双绞线的非标准应用(2)

  假设1:
  ①长度为100 m的五类非屏蔽双绞线;
  ②双绞线上传输速度为100 mb/s的信号;
  ③双绞线的等幅衰减的带宽为bhz(如图3):b=c-a。
  推导1:
  由于在传输速度为100 mb/s的以太网中,采用的编码方式是4b/5b(即为解决传输中的同步问题,实际使用5 b的码组来编码4 b的实际输入数据[3]),则通信线路上实际传输的方波信号每秒状态的变化次数为125m,即125m b/s。
  如果每秒信号变化125m次,则状态变化8次需要的时间为:8/125m s。
  根据傅里叶级数公式,一次谐波的周期t为:8/125m s;一次谐波的频率f为:125m/8 hz。
  方波信号(每秒状态变化次数为125m次)通过长度为100 m五类双绞线后,可以等幅衰减通过的谐波数量n1(个)为:
  
  结论1:
  因为假设1符合五类双绞线的布线标准,所以当等幅衰减通过的谐波数量为n1时,接收方设备可以识别。
  假设2:
  ①长度为大于100 m的五类非屏蔽双绞线;
  ②双绞线上传输速度为100 mb/s的信号;
  ③双绞线的等幅衰减带宽变窄为b/2 hz。
  推导2:
  可以等幅衰减通过的谐波数量n2(个)为:
  
  随着双绞线长度的增加,其等幅衰减频宽b变窄后,可以通过的等幅衰减谐波数量也将减少,如图2所示,当n2小于4时输出信号将难以被接收设备识别。
  然而在假设2下,很难保证等幅衰减通过足够的数量的谐波。
  根据公式n=b/f,当b减少时,只有降低f(即降低双绞线上信号的传输速度),才能保证n不变。
  假设3:
  ①长度大于100 m的五类非屏蔽双绞线;
  ②双绞线上传输速度降为10 mb/s的信号;
  ③双绞线的等幅衰减的带宽变窄为b/2 hz。
  推导3:
  在以太网协议中,10 mb/s与100 mb/s为最常见的数据传输速度,所以可以考虑将数据传输速度降为10 mb/s。
  在10 mb/s的以太网中,采用的是曼彻斯特编码(即为了解决传输中的同步问题,实际使用2 b的码组来编码1 b的实际输入数据),所以通信线路上实际传输的方波信号每秒状态的变化次数为20m,即20m b/s。
  如果每秒信号变化20m次,则状态变化8次需要的时间为:8/20m s。
  根据傅里叶级数公式,一次谐波的周期t为:8/20m s;
  一次谐波的频率f为:20m/8 hz。
  方波信号(每秒状态变化次数为20m次)通过此双绞线后,可以等幅衰减通过的谐波数量n3为:
 
  即使线缆长度增加导致了等幅衰减带宽变窄一半,但如果将数据传输速度降为10 mb/s,假设3下可通过的谐波数量n3将为假设1(正常情况)下n1的3.125倍。
   在此情况下,接收方设备完全可以识别信号。
   假设4:
  ①长度为大于100 m的五类非屏蔽双绞线;
  ②双绞线上传输速度为10 mb/s的信号;
  ③双绞线的等幅衰减的带宽变窄为b/k hz;
  ④等幅衰减通过的谐波数量n4=n1
   推导4:
 
  结论4:
  在假设4下即使线缆等幅衰减带宽下降为原来16%(1/6.25),只要降低数据通信的速度,也可以保证接收的谐波数量达到正常的情况(假设1)下的n1,即接收方可以正确识别。

3 结语

  根据以上的分析,笔者认为在设计一段距离为200 m以内的线路的时候,可以非标准的使用双绞线进行布线,但具体应采用以下方法:
  (1)为保证整体网络的速度,可以使用接口为10/100 mb/s自适应的交换机,但将与这条双绞线连接的交换机端口强制设为10 mb/s和全双工模式。
  (2)采用五类或超五类双绞线布线,提高施工工艺,尽量避开强干扰源,以减少线缆性能参数的下降。
  在实际工程中,对使用一段长度约200 m的双绞线进行连接的计算机进行测试:
  ①使用ie浏览器访问internet正常;
  ②使用ping程序进行测试,10 min丢包率为0%。结果证明以上基于傅里叶的分析是合理的。
  另外,本方法也可以适用于早期的3类双绞线或由于线缆品质低及布线工艺较差造成无法在10/100 m自适应网络中使用的情况,可以降低成本并减少重新布线的麻烦。当然如果双绞线的长度进一步增加,那么直流阻抗及其他参数对总功率的衰减,可能会造成接收设备无法检测到信号,所以这种依靠降低速度来实现通信的手段只能在一定的范围内使用。


参考文献

[1]张应中.数字通信工程基础[m].北京:人民邮电出版社,1987.
[2]andrewstanenbaum.计算机网络(第3版)[m].北京:清华大学出版社,1998.
[3]高传善.数据通信与计算机网络[m].北京:高等教育出版社,2000.

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