1、 ，研究与设计微型电脑应用 年第 卷第期作者简介：彭雪海（），男，本科，工程师，研究方向为通信工程。文章编号：（）基于微粒群的高层建筑结构化综合布线系统彭雪海（上海电子信息职业技术学院，通信与信息工程学院，上海 ）摘要：为了提高布线方法的智能性与灵活性，设计了一种基于微粒群的高层建筑结构化综合布线系统。确定整体设计流程，做好设计前的相关工作；将工作区子系统与水平子系统作为设计重点，确定工作区类型与面积，选择插座种类与连接件数量；利用微粒群算法，设置合理的迭代次数，解决设备间与信息点之间的布线长度问题，保证交换节点与终端节点距离最小；明确垂直子系统、设备间子系统与管理间子系统在设计时的注意事项，
2、按照设计步骤完成系统整体设计。仿真实验证明，所提方法不但减少后期变更费用，还能提高线路信息传输质量，更好地服务于用户。关键词：微粒群算法；高层建筑；综合布线系统；通信质量；布线长度中图分类号：文献标志码：（，）：，：；引言信息时代背景下，高层建筑逐渐增多，其电气、通信系统日益复杂化，且线路密布。综合布线系统是现代化建筑的关键设施，已发展为必要的辅助工程。该系统可以与语音、图像等其他建筑管控设备连接，是一种高度集成化的传输形式，也是通过光缆发送数据的网络系统。其突出优势表现为如下几点：实用性，支持所有网络结构，可实现任意形式的信息传输，也能够对不同形式的信号统一标准；灵活性，不但实现灵活组网，还
3、能对跳线进行变位管理，满足不同形式的联网需求；模块化，系统内全部接插件均为积木式，此种设计理念方便系统管理与维护；扩充性，可随时对电气、通信以及计算机设备扩充。基于上述优势，布线系统就像建筑物的神经系统，保障信息的安全快速传输。因此，设计一个符合建筑物自身特点的综合布线系统势在必行。文献 提出利用最小树算法设计综合布线系统。建立查找表，便于快速查询信息；引入角点选择策略，通过障碍角点，确保布线方式可满足约束条件；利用精炼策略，使布线质量得到进一步提高。文献 提出基于改进算法的布线规划方法，利用附加因子代替估价函数来选取恰当的路径节点；通过刚性因子评估布线路径，在二维网格地图中进行路径规划，产生
4、合理的布线路径。但上述两种布线方式依然需要大量的人工参与，导致后期更改信息点时产生较多费用。为了完全实现计算机 辅助，本文提出基于微粒群的高层建筑结构化综合布线系统设计。微粒群也可叫做粒子群优化算法，该算法无需人工参与，布线最短与通信时间最少为约束条件，通过不断迭代获取最佳信息点，使布线方式更加合理。同时使用模块化设计原则，开发布线系统，最后本文通过实例验证了该系统的优势与性能。，研究与设计微型电脑应用 年第 卷第期基于微粒群的结构化综合布线系统设计 系统设计流程本文布线系统设计主要流程如图所示。在系统设计开始前，必须做好下述相关工作：（）全面掌握建筑物内所有用户的通信需求；（）分析布线的各类
5、通道与机房位置等环境信息；（）绘制建筑内每层楼平面图与系统图；（）列出全部布线系统所需材料。图系统设计流程图 系统模块化 工作区子系统子系统包括信息插座、数据终端的连接线与适配器，通常指某独立区域，例如办公室、教室等，子系统示意图如图所示。图工作区子系统图（）设计思想一个工作区域的面积大约为。明确系统中所需信息插座数量，并预留出余量；插座应具备一定开放性，且质量需符合相关安全标准。（）设计流程明确设计等级：根据信息点数量设计布线等级，并在定位前了解未来需求。计算工作区面积：结合建筑图即可获取所有楼层面积，将所有工作区面积相加即可求出整体工作区面积。区域划分：智能建筑的发展促使建筑物功能越来越多
6、样化，建筑类型大致包括商业、学校、住宅等。通常参考环境与场合确定每个区域的面积大小。不同区域面积要求如表所示。表工作区面积要求表工作区类型面积网管与信息中心办公区会展区 商场及娱乐场所 体育馆 工业生产区域 计算插座总数：假设代表整体工作区面积，表示任意一个工作区对应的服务面积，是每个区域的信息插座数量，则整体区域的信息点数量如式（），（）选择插座种类：用户可结合自身需求选择各类插座安装形式，一般情况下大多使用嵌入式插座，也可使用表面安装形式的插座。计算连接件数量：包括墙盒与面板。针对基本类型的配置要求，每个插座必须配置一个墙盒与面板；而增强型配置，两个插座可共同使用一个墙盒与面板。水平子系统
7、水平子系统以各子配线间为核心，将全部工作区的插座进行连接，主要包括用户插座、配线设施以及电缆。在建筑物中，水平子系统是信息传输到各信息点的最后一段，其综合布线的质量决定了信息传输的通畅性，作为系统的关键组成部分，本文设计将微粒群算法应用到水平子系统的综合布线中，以提高其配线的性能。水平子系统的拓扑结构为星型，且必须保证信息点与管理系统相连，距离小于，这也是设计布线系统过程中工作量最大的环节，目的是要保证链路性能。水平子系统也是配线子系统，通常指对每一层配线的单独设计。将此楼层全部房间的信息进行汇总，同时传输给其他楼层，达到综合布线目的。但是每个楼层结构并不会完全相同，如何做到因地制宜是水平子系
8、统设计的关键。本文利用微粒群算法，将布线最短与通信时间最少为目标完成对该系统的设计。对于水平子系统的设计问题可描述为：确保移动交换节点和终端之间的总距离最小。约束条件表示为：结合相关规定给出预留空间，交换节点和终端的距离不能超过，同时还需分析今后再次施工的可行性。逐层分析，计算每层设备间与信息点之间的布线长度与路径。利用微粒群算法解决该问题的流程如下。步骤一：对种群内的微粒做初始化处理，随机获取原始位置以及初始速度。如果终端设备与交换节点的数量分别为与个，同时设置 次迭代，且迭代次数最多不超过 次。任意给出某线路连接策略（），结合交换节点与终端距离约束来计算整体布线长度：（）（）（）步骤二：若
9、出现 ，则进行步骤三；反之结束算法，得出线路连接策略。步骤三：根据式（）和式（）完成微粒群迭代，生成交换节点与终端设备，设定（，），这时变量即为。，研究与设计微型电脑应用 年第 卷第期（）（）（）（）式中，代表微粒速度矢量，为微粒现阶段所处位置，、属于微粒群体认知系数，其中是（，）区间的随机数，、则是（，）区间随机数。步骤四：若不满足（），表示该策略满足要求，此时可以获取新的布线长度，且利用 替换 ，反之回到步骤三。步骤五：若整体布线长度满足，则再一次回到步骤三；若，表明新的布线方案合理，利用替换，转到步骤二。在上述过程中，值得注意的是会出现但的情况，也就是布线策略不同，但计算得出所需线总长度
10、相等。为解决此种问题，本文设置某随机数 ，只需满足 ，就接纳新的方案，利用替换，反之使用原有策略。由于水平子系统的目标较为明确，就是使建设成本最低，因此在获取最优方案之前，交换节点的数量允许发生改变。当交换节点数量不同时，布线的目标仍为路径最短，因此，对布线结果的影响可以忽略。微粒群算法的设计流程图如图所示。图微粒群算法 垂直子系统垂直子系统指管理间到设备间之间的配线架，一般利用室内光缆，设置在建筑物弱电竖井内，是必不可少的通信通道。对其设计时需注意下述几点：（）布线路由需结合建筑物特征选择最经济的方案，通常取决于电缆孔与电缆井的位置；（）拓扑结构多数使用星型和树形；（）为方便管理，电缆与光缆
11、的交接次数必须少于两次；图垂直干线子系统示意图（）采取点对点或分支递减方式连接；（）避免将线缆布置在电梯、供暖和供水竖井内；（）必须做好避雷等电气保护措施。设备间子系统设备间是指在建筑内部设置的网管与信息交换设备，主要包括配线架、主机等。这些设施能够分别设置，但不宜过远。设置步骤如下。（）明确注意事项结合用户实际需求设定设备间位置，通常在建筑平面的中心位置；设备间面积取决于线缆数量与规模；其全部配线必须用其它颜色划分；设备间环境需符合防尘、防火、防雷击等要求。（）计算面积利用下述公式确定设备间面积：（）式中，表示设备间的整体面积，是系数，通常取值为和，属于求和符号。（）配线架数量计算在综合布线
12、系统中一般使用快接式配线架，计算公式如下：（）（）式中，为配线架数量，为双绞线根数，描述配线架规格，此处 。应注意的是配线架必须取整数。管理间子系统该子系统的主要工作是对设备间、工作区的所有线缆、插座等设备，根据固定模式进行记录，有助于管理通信线路。每层配线间，是电缆的端接场所，方便用户对线缆进行管理与更改。其设计步骤如下：（）结合用户需求与实际状况设定线路数量，其中，基本型与增强型布线系统分别采用两对线与三对线的形式；（）结合布线系统设置情况合理选择交接硬件；（）预留出一定墙面位置，同时绘制墙面结构图。建筑群子系统该子系统包括布线线缆、配线设备与跳线。其实际原则包括：若两个建筑的距离不超过公
13、里，且将光纤作为传输介质，可采用架空方式，同时绕开动力线。将路由起点和终点当作施工的重中之重。其所在空间还需注意门窗、电源与照明等方面是否满足要求。仿真实验数据分析与研究为测试本文设计的综合布线系统性能，将某多功能大厦作为目标环境进行实验。该建筑属于高档现代化高层办公楼，整体占地面积为 ，建筑总面积为 ，楼层总数为 层。利用 仿真平台进行实验，输入该建筑的参数，交换机为 ，楼间采用 光纤接入，连接信息点采用 光纤，每楼层有 台 终端，采用台 口交换设备，设定交换节点为，迭代数最大为 。为了使建筑内的用户得到优质的语音、图像等信息传输服务，保证上网速度与可靠性。利用基于微粒群的综合布线系统设计方
14、法，为其设计一个高质量的综合布线方案，承载 ，研究与设计微型电脑应用 年第 卷第期大楼内所有类型的信息传输。同时也利用最小树算法与改进算法进行对比仿真，仿真实验将从如下几个方面进行。（）系统变更费用综合布线系统能够为建筑的管理者提供工具，降低因信息点位置改变而花费的修建费用。用户的某些业务请求，例如电话等设备增加或移动都可以在建筑期间实现，确保利用最少成本以最快速度满足用户需求。不同布线系统对于信息点的建设费用存在一定差异，因此根据工程报价信息给出三种布线系统每重建一次所花费用。表不同布线系统建设费用对比表信息点类型布线系统建设费用元微粒群算法最小树算法改进算法语音点 数据点 建筑自控点 系统
15、变更情况：将一个语音点从一个房间移动到另一个房间的变更费用为安装费恢复装修费，一般恢复装修费是安装费的 倍。最小树算法所需费用 元；改进算法所需费用 元；微粒群算法所需费用 元，远远小于对比方法，同时由于本文设定了设备间子系统，明确建筑内部设置的网管与信息交换设备，在非特殊要求情况下，是不需要重新变动的，只要将电话插头插入到新地点的插座上，再进行简单跳线即可实现。数据点、建筑自控点变化同理，可证明所提方法变动成本远远小于文献方法。（）信号衰减衰减表示信号传输的减弱程度，其产生原因较多，主要包括绝缘损耗、连接件电阻等，这些因素导致电能损耗进而使信号产生衰减。计算公式如下：（）式中，、与是公共参数
16、，表示连接件衰减，为绝缘损耗，代表电缆长度。由此可知，衰减值越低，系统链路质量越好。三种布线系统的信号损耗情况如图所示。图不同布线系统信号损耗图由图可知，本文设计的布线系统能够使传输信号损耗降到最低，提高信息传输质量。这是因为该系统采用模块化思想，将系统各部分功能明确划分，每个子系统之间连接件合理，且电缆长度设置合理，进一步减少损耗产生。（）近端串扰在综合布线系统中由于存在较多的线缆，因此容易出现近端串扰现象，该现象通常出现在发送端，与系统的设计工艺关系较大，串扰值计算公式如下：（）（）式中，代表信号功率，表示噪声功率。三种布线系统的近端串扰情况如图所示。图不同系统近端串扰值图显示，本文设计的布线系统产生的串扰较小，且在 的测试时间内，始终较为稳定。而其他两种方法由于管理间子系统设置不合理，对线缆规划不科学，会出现相互干扰现象，导致噪声功率较大。（）算法适应度通过上述三点对比能够看出微粒群算法存在一定优势，最后对不 同 方 法 的 收 敛 性 能 进 行 对 比，测 试 结 果 如 图所示。图微粒群算法收敛性测试曲线从图能够看出，微粒群算法在进化代数为 左右时，适应度值已经达到最高且持