早在20世纪80年代末, 美国电报电话公司 (AT&T) 贝尔实验室 (Bell) 已经提出了综合布线系统[1]这一概念, 较好地解决了当时传统布线方式存在的不同应用系统 (如电话、计算机系统) 布线独立、各类型线缆接口无法兼容、布线跟随办公布局及环境随时改变、维护不便以及改造十分困难等一系列问题。随着全球社会信息化的深入发展以及人们对计算机容量需求的日益增长, 综合布线这一概念得以在全球迅速推广, 并于20世纪90年代初开始进入中国市场。时至今日, 综合布线系统已经得到了很好的应用和发展, 成为智能化建筑 (即楼宇自动化、通信自动化和办公自动化) 中必不可少的组成部分[2]。但是, 传统的综合布线系统跳线的插接与标识管理大多是由人工操作完成的, 随着综合布线系统规模的不断扩大, 这些工作变得异常繁重, 这必然会导致系统出错的概率上升, 且相应的解决问题的及时性也会受到影响。此外, 目前的综合布线系统只能提供以太网口单一接口的连接功能, 无法为用户口、E1口、串口、群路口等其他类型接口提供连接功能, 无法在信息系统试验环境 (实验室) 中普及, 具有一定的局限性。

目前, 各试验环境 (实验室) 仍然采用传统的线缆直连方式, 这种方式存在许多问题。例如:针对不同试验要求, 所需的装备种类和数目均有所不同, 需要重复拉线布线临时搭建所需试验环境, 过度消耗人力、物力;使用线缆较多且易分散, 使试验现场显得杂乱无章;无法快速掌握在用装备以及装备之间的连接关系, 对日常装备管理造成一定的困难。为了解决这些问题, 本文对智能综合布线系统进行深入研究, 为各类装备间接口互连提供用户口、E1口、串口、群路口等多种类型接口的统一接入功能, 按接口类型将试验环境中的装备接入综合布线系统, 接入完成后只需变更布线系统内部跳线的连接关系即可相应改变装备之间的连接关系, 无须重新拉线布线, 大大减少了工作量。同时, 本文对传统综合布线系统中通过人工实现跳线连接和标识进行改进, 利用模拟开关[3]实现跳线的智能化通断, 通过软件控制跳线连接, 达到智能跳线连接的目的, 实现试验环境快速搭建、高效利用以及实时监控, 提高试验的时效性、便捷性、扩展性。

智能化综合布线系统主要由智能电子配线架 (以下简称“配线架”) 和管理服务器构成, 如图1所示, 若干个配线架通过控制口, 经局域网接入管理服务器, 服务器上运行系统管理软件远程监控各配线架。环境内所有装备均接入配线架, 通过变更配线架内部跳线的连接状态从而改变装备的连接关系。各配线架内部跳线的连接状态由管理服务器统一控制管理, 在服务器上安装系统管理软件, 实时监控各配线架内部跳线, 从而达到实时监控环境内所有装备连接情况的目的。

图1 智能化综合布线系统组成及连接方式   下载原图

配线架采用模块化设计, 可为联试环境中装备间接口互连提供用户口、E1口、串口、群路口等多种类型接口的统一接入功能。此外, 多个配线架通过控制口, 经局域网接入管理服务器, 在服务器上运行系统管理软件, 实时监控配线架内部跳线、接口连接设备的变化情况, 具有断电恢复, 工作单管理, 现场线路和设备的变更、追踪等一系列功能。智能化综合布线系统[4]具体功能如下。

多个智能配线架通过控制口, 经局域网接入管理服务器, 在服务器上运行系统管理软件, 可以对系统内所有配线架的跳线连接关系进行远程控制。

电子配线架可实时监控其跳线、连接设备的变化情况, 设备一旦接入配线架或离线即可实时发现。系统管理软件可以图形方式显示设备内部跳线以及物理层电缆的连接状态, 并可以预设各接口连接的设备信息, 据此显示当前网络拓扑图。

当有联试任务下达时, 管理员可以通过管理服务器预设任务所要求的网络拓扑结构, 系统管理软件则根据该拓扑结构自动生成工作单, 且以图、表的形式显示该工作单内容。随后, 管理服务器将该工作单下发到指定的配线架, 使配线架的跳线连接按照工作单内容进行相应的变更, 从而使网络拓扑结构与预期一致, 期间有任何异常情况发生都会告警提示。另外, 任务完成后管理服务器将会收到配线架上报的任务执行情况。

智能配线架能自动识别模块的类型, 同时生成相应模块的跳线数据, 并将这些数据以配置文件的形式上报给管理服务器, 服务器可以自动保存配置文件, 因此管理员可以通过读取配置文件快速进行网络开设。

当断电后重新通电, 配线架将自动检测当前跳线连接状态是否与故障前或断电前一致。若不一致, 管理服务器将收到配线架上传的连接出错信息, 并告警提示管理员是否恢复故障前或断电前的链路连接状态, 待管理员确认后, 管理服务器将向出现错误连接的配线架下发工作单, 以恢复到断电前或故障前状态。

智能配线架具有多级告警功能。当链路连接发生非法变更时, 配线架将实时发现, 通过LED灯告警, 并将告警信息上报给管理服务器, 管理服务器在收到该告警信息后采用图、文的形式显示告警内容, 同时进行语音提示, 提醒管理员及时处理。另外, 当配线架未能成功完成工作单指定的连接任务, 或者误操作导致跳线连接状态与工作单要求不一致时, 配线架将会告警, 并将该信息发送给管理服务器, 管理服务器将重新下发工作单给相应的配线架, 直至任务成功完成。

所有在管理服务器上完成的工作单生成、下发、配线架执行工作单后上报结果、非法操作以及误操作告警等动作都将以工作日志的方式记录下来, 并自动存储在数据库中。日志内容包括发生时间与动作信息描述两个方面, 管理员可根据时间或者动作关键词进行快速检索。

根据装备接口的类型, 配线架需提供用户口、E1口、串口、群路口等多种类型接口的统一接入功能。配线架设计如图2所示, 配线架采用模块化设计, 包括用户口电子配线插件模块、E1口电子配线插件模块、串口电子配线插件模块、群路电子配线插件模块、控制单元插件模块以及跳线模块。所有接口模块均与跳线模块相连, 通过改变跳线的连接情况来控制各接口的连接关系, 控制单元模块与跳线模块之间通过总线相连, 控制单元模块对管理服务器下发的工作单进行处理后生成对应的跳线控制信息, 并将控制信息通过总线传送至跳线模块以控制其内部跳线的连接状况。所有模块均插在统一规格的插槽中, 采用链路探测的方法实时监控链路状态并更新链路数据库。链路探测的工作原理是在普通的跳线里增加一根导线, 配线架可利用这根导线确定端口的连接状态。各类装备按照其接口类型接入到配线架, 通过变更配线架内部的跳线连接状态来改变各装备的连接关系。本文主要研究单个配线架内跳线自由连接的范畴, 暂时不考虑多个配线架级联的情况。

每个配线架配有10个插槽, 根据目前通信网络装备典型应用构成, 一般可按照用户接口板3个, E1接口板3个, 远传接口板2个。剩余2个接口板可按不同货架装备组成进行增加。群路口和串口使用较多的货架, 可将单个配线架全部安装串口板和群路接口板, 满足特殊需求。 (注:用户口——2芯, E1口——4芯, 串口——14芯, 群路口——19芯, 远传口——2芯)

各接口板接入跳线模块, 由管理服务器控制跳线模块根据需要进行线缆连接关系的配置。每个配线架配有1个管理口, 可接入局域网, 管理服务器通过局域网可远程控制配线架。

图2 配线架设计   下载原图

本文研究的难点在于跳线模块的设计实现, 需要确保跳线接通或断开的准确性以及可控性。模拟开关采用MOS管的开关方式实现对信号链路的关断或者打开来完成链路切换的功能。模拟开关利用模拟器件的特性实现类似开关的功能, 具有速度快、功耗低、使用寿命长和体积小等特点, 广泛应用于自动控制和计算机领域。因此, 本文采用模拟开关来实现跳线智能连接的功能。由于采用了MOS管的开断性能, 模拟开关回路可以实现很高的关断阻抗 (一般是兆欧姆以上) , 以及很低的导通阻抗 (一般为几个欧姆级别) , 因此可以很好地实现信号链路接通和断开隔离的作用, 这一点可以保证跳线接通或断开的准确性[5]。另外, 模拟开关的开关速度一般能达到兆赫兹的速度, 可以快速实现链路切换, 由此保证跳线接通或断开的快速控制。

本文主要对智能化综合布线系统进行了研究, 该系统由智能电子配线架和管理服务器构成, 配线架采用模块化设计, 具有用户口、E1口、串口、群路口多种接口模块, 可为联试环境中装备间接口互连提供多类型接口的统一接入功能。同时, 在管理服务器上安装系统管理软件, 实时监控配线架内部跳线、接口连接设备的变化情况, 具有支持身份认证, 断电恢复, 工作单管理, 现场线路和设备的变更、追踪等一系列功能。并且, 本文利用模拟开关实现跳线的自动连接, 可保证跳线连接的快速化、准确化、智能化, 大大减少了人工布线所带来的工作量大、易出错、人力浪费严重等问题, 对信息系统试验环境中的综合布线问题有着很重要的意义。

在本文的研究中只考虑了单个配线架内跳线自由连接的情况, 并没有考虑多个配线架级联, 具有一定的局限性。未来可以考虑多个配线架级联的情况, 配线架内的接口不仅可以与本配线架的接口互联, 还可与其他配线架的接口互联, 互相共享接口资源, 真正实现整个试验环境内部设备之间的互联。