智能楼宇网络设计毕业设计论文.docx

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智能楼宇网络设计毕业设计论文

目　　录

1概述

1.1楼宇智能化技术概况

随着经济的发展，人们对生活环境的安全、高效、舒适提出了要求，应运而生的楼宇智能化技术目前在我国各类建筑中得到了广泛应用，它是集建筑技术、计算机技术、自动化技术、通信技术以与系统集成技术为一体的一个新兴但发展又十分迅猛的技术领域。

网络技术发展更是突飞猛进，计算机网络技术已广泛应用于工业、商业、金融、科研、教育、农业与日常生活等方面，已经在影响并逐步改变人们的工作生活方式。

智能建筑在国际上又称为3A建筑，它包括以下几个部分：

BAS（BuildingAutomationSystem）为楼宇自动化系统、CAS（CommunicationAutomationSystem）为通信自动化系统、OAS（OfficeAutomationSystem）为办公自动化系统，通过SCS（StructuredCablingSystem）结构化综合布线系统把上述三个系统有机结合起来。

中国国家标准《智能建筑设计标准》（GB/T50314-2000）中智能建筑（IB）的定义是：

它是以建筑为平台，兼备建筑设备、办公自动化与通讯网络系统，集结构、系统、服务、管理与它们之间的最优化组合，给人们提供一个安全、高效、舒适、便利的建筑环境。

楼宇自动化系统是智能建筑中最基本和最重要的组成部分，它利用计算机与其网络技术、自动控制技术和通信技术构建的高度自动化的综合管理和控制系统，将大楼内部各种设备连接到一个控制网络上，通过网络对其进行综合的控制，这些设备包括空调、照明设备、电梯、消防设备、安防设备等等。

它确保建筑物内的舒适和安全的办公环境，同时实现高效节能的要求。

1.2楼宇智能化技术中网络技术的概况

智能建筑系统是将大楼内的若干个既相对独立又相互关联的系统组成具有一定规模的大系统。

这其中计算机通信网络是智能建筑系统的神经系统，它把现有的分离设备、功能、信息组合到一个相互关联的、统一的、协调的系统之中，实现语音、数据、图像的综合传输、交换、处理和应用。

由于局域网具有全开放、成本低、带宽高、稳定性和可靠性高、应用广泛、共享资源丰富等优点，将其应用到工业网络己经成为国内外工业控制领域研究的热点。

工业局域网可以利用互联网技术，给工业自动化领域中的每台设备赋予一个IP地址，将现场设备通过各种途径连接在互联网上。

这些设备可以通过网络互相传递信息和数据，因而具有了远程维护功能并能从Internet获取信息。

近年，企业、科研机构都在研究开发各种带局域网络接口的现场设备，并且这些网络接口已应用于生产现场。

很自然，局域网络技术也同样进入了楼宇自动化系统的研究领域。

目前，局域网多用于基于现场总线的楼宇自控网络集成到智能建筑信息管理网络这一环节，即Ethernet总线技术。

在一些新开发的楼宇自控系统中，局域网直接进入了控制层，如北京楼宇自动化中心开发的基于局域网的ENC-20011P智能建筑测控系统。

在楼宇自动化系统中采用局域网的优点是实现了从管理层到现场设备控制层通信协议的兼容和统一，这样，系统扩展起来也比较方便，与智能建筑中其它系统（通信自动化系统和办公自动化系统）集成起来也更加容易。

但它也存在缺点：

首先，目前开发基于局域网的控制系统产品的难度较大，开发费用和成本相对较高，用户可以选择的厂商也很有限，垄断利润较高，研发成本还没有被消化，这些都导致产品价格过高；其次，局域网的实时性、可靠性等方面还有待进一步完善。

1.3研究目标

为了实现我们的研究目标，在此将采用理论和实际相结合的原则。

在理论方面，我们需要掌握和分析局域网的核心技术VLAN技术，例如为什么要采用该项技术，它存在哪些优缺点，以与整个智能楼宇通信系统在实际当中是如何规划和实现的；在实际应用中，需要将技术理论同实际情况相结合，根据具体的实际需求合理的分配有限的资源，力争达到最优的组网效果。

最后，还要运用现已掌握的技术手段，对硬件系统进行合理的优化配置，尽最大努力使之实际运行效果接近理论值，也就是利用华为公司所提供的数据通信设备实现最佳的系统性能。

除此之外，还需要在研究过程中不断的发现问题，解决问题，在具体的实践当中寻找“捷径”，提高我们的工作效率，寻找更有效的研究方法。

在此将采用华为技术有限公司提供的数据通信设备，如二层、三层交换机，路由器，进行智能楼宇的组网设计，通过对数据通信技术原理和设备硬件知识的研究，根据实际的用户需求，合理的对硬件系统进行配置，提供最优的方案来解决实际的组网设计问题。

2局域网技术

2.1局域网的定义

由于连接介质的不同，通信协议的不同，计算机网络的种类划分方法名目繁多。

但一般来讲，计算机网络可以按照它覆盖的地理范围，划分成局域网和广域网，以与介于局域网和广域网之间的城域网（MAN，MetropolitanAreaNetwork）。

本部分重点介绍局域网。

局域网-LAN（LocalAreaNetwork）是将小区域内的各种通信设备互连在一起所形成的网络，覆盖范围一般局限在房间、大楼或园区内。

局域网一般指分布于几公里范围内的网络，局域网的特点是：

距离短、延迟小、数据速率高、传输可靠。

标准（standard）是广泛使用的、或者由官方规定的一套规则和程序。

标准描述了协议的规定，设定了保障网络通信的最简性能集。

IEEE802.X标准是当今居于主导地位的LAN标准。

目前我国常见的局域网类型包括：

以太网（Ethernet）、异步传输模式（ATM，AsynchronousTransferMode）等，它们在拓扑结构、传输介质、传输速率、数据格式等多方面都有许多不同。

其中应用最广泛的当属以太网——一种总线结构的LAN，是目前发展最迅速、也最经济的局域网。

2.2以太网技术

2.2.1以太网的应用

以太网设计的初衷，就是把一些计算机联系起来进行文件共享和数据库记录的传输。

到目前为止，在计算机互连这个领域，以太网仍然是最活跃的技术，但已经不再局限于这个领域，在其他一些领域，以太网也大显身手，表现不俗。

下面是以太网的主要应用领域：

计算机互连：

这是以太网技术的主要目标，也是最成熟的应用范围。

最开始的时候，许多计算机通过同轴电缆连接起来，互相访问共享的目录，或访问在同一个物理网段上的文件服务器，各个计算机（不论是服务器还是客户机）在网络上的地位相同。

随着应用的发展，这种平等的结构逐渐不适应实际的需要，因为网络上的大部分流量都是客户机跟服务器之间的，这种流量模型必然在服务器上形成瓶径。

当全双工以太网和以太网交换机引入以太网之后，这种情况有所改变，取代的是把服务器连接到以太网交换机的一个告诉端口（100M）上，把其他客户机连接到以太网交换机的低速端口上，这样就暂缓了瓶颈的形成。

现代的操作系统提供分布式服务和数据仓库服务，基于这些操作系统的服务器除了跟客户机通信之外，还要跟其他服务器交换大量的信息进行数据的同步，这样传统的100M快速以太网就不能满足要求了，于是1000M以太网应运而生。

高速网络设备之间互连：

随着INTERNET的不断发展，一些传统的网络设备，比如路由器，之间的带宽已经不能满足要求，需要更高更有效率的互连技术来连接这些网络设备构成INTERNET的骨干，1000M以太网成了首选的技术。

传统的100M也可以应用在这些场合，因为这些100M的快速以太网链路可以经过聚合，形成快速以太网通道，速度可以达到100M——1000M的范围。

城域网中用户接入的手段：

用户通过以太网技术接入城域网，实现上网，文件下载，视频点播等业务，已经变得越来越流行。

之所以用以太网作为城域网的接入手段，是因为现在的计算机都支持以太网卡，这样对用户来说，不用更改任何软件和硬件配置就可以正常上网。

可以看出，以太网技术已经覆盖了网络的方方面面，从骨干网到接入网，从计算机网络到工业应用，无处不见以太网的影子。

2.2.2以太网物理层

根据ISO的OSI七层参考模型，物理层规定了两个设之间的物理接口，以与该接口的电气特性，规程特性，机械特性等内容，以太网的物理层也不外乎这些内容，它主要的功能是提供一种物理层面的标准，各个厂家只要按照这个标准生产网络设备就可以进行互通。

下面从介绍这些物理层标准开始，来分析一下以太网的物理层基础结构。

从以太网诞生到目前为止，成熟应用的以太网物理层标准主要有以下几种：

10BASE2、10BASE5、100BASE-TX、100BASE-T2、100BASE-T4、100BASE-FX、1000BASE-SX、1000BASE-LX、1000BASE-CX、1000BASE-TX，在这些标准中，前面的10，100，1000分别代表运行速率；中间的BASE指传输的信号是基带方式；后边的2，5分别代表最大距离，比如，5代表50米，2代表200米等；TX，T2，T4，FX，SX，LX，CX等应用于双绞线以太网和光纤以太网，含义如下：

100BASE-TX：

运行在两对五类双绞线上的快速以太网；

100BASE-T4：

运行在四对三类双绞线上的快速以太网；

100BASE-T2：

运行在2对三类双绞线上的快速以太网；

100BASE-FX：

运行在光纤上的快速以太网，光纤类型可以是单模也可以是多模；

1000BASE-SX：

运行在多模光纤上的1000M以太网，S指发出的光信号是长波长的形式；

1000BASE-LX：

运行在单模光纤上的1000M以太网，L指发出的光信号是短波长的形式；

在这些标准中，10BASE2，10BASE5是同轴电缆的物理标准，现在已经基本被淘汰，10BASE-T和100BASE-TX都是运行在五类双绞线上的以太网标准，所不同的是线路上信号的传输速率不同，10BASE-T只能以10M的速度工作，而100BASE-TX则以100M的速度工作，其他方面没有什么两样。

100BASE-T2，100BASE-T4现在很少用，所以我们这里只选择比较有代表性的100BASE-TX进行叙述。

100BASE-TX是运行在两对五类双绞线上的快速以太网物理层技术，它除了规定运行的介质是五类或更高类双绞线外，还规定了设备之间的接口以与电平信号等。

该标准规定设备和链路之间的接口采用RJ-45水晶头，电瓶采用+5V和-5V交替的形式。

五类双绞线的8跟线压入水晶头的8个线槽中，这样可以很容易的插入网络设备的网卡。

实际上，在进行数据的传输时仅仅用了五类双绞线的两对（四根）线，其中一对作为数据接收线，一对作为数据发送线，在进行数据接收和发送的时候，在一对线上传输极性相反的信号，这样可以避免互相干扰。

需要注意的是，在连接两个相同的网络设备时（比如网卡），需要把线序进行交叉，因为线路两端的设备（比如网卡）的收发顺序是相同的，而两端设备要进行直接连接，其收发必须进行交叉，于是，必须在线路上进行交叉才能达到目的，如图2-1所示：

图2-1RJ45交叉线示意图

但在跟不同类型的网络设备互连，比如终端计算机跟HUB或以太网交换机连接时，却不需要这样，因为这些网络设备的接口上已经做了交叉，也就是说，这些设备的网络接口跟普通计算机的收发顺序是不一致的，因而只要把五类双绞线直接按照原来顺序压入水晶头，就可以把两端的设备正常连接。

跟传统的同轴电缆不同的是，100BAST-TX（10BASE-T）的数据发送和数据接收使用了不同的线对，做到了分离，这样就隐含着一种全新的运做方式：

全双工方式。

在这种方式下，数据可以同时接收和发送而互不干扰，这样可以大大提高效率，不过这需要中间设备的支持，现在的以太网交换机就是这样一种设备。

在基于双绞线的以太网上，可以存在许多种不同的运做模式，在速度上有10M，100M不等，在双工模式上有全双工和半双工等，如果对每个接入网络的设备进行配置，则必然是一项很繁重的工作，而且不容易维护。

于是，人们提出了自动协商技术来解决这种矛盾。

需要注意的是，自动协商只运行在基于双绞线的以太网上，是