智能化楼宇计算机网络设计方案.docx
《智能化楼宇计算机网络设计方案.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《智能化楼宇计算机网络设计方案.docx（19页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
智能化楼宇计算机网络设计方案
智能化楼宇计算机网络设计方案
第一章绪论
1.1引言
信息通讯技术的不断发展推动社会各行各业的迅速发展,而信息通讯技术与建筑技术的结合——智能建筑的出现第一次将人类带到了一个现代化的生存环境。
智能建筑，即具备智能系统的楼宇或楼宇群。
它集成了当今计算机网络技术、通信技术、自动控制技术、建筑技术、环境工程等技术的精华，不仅仅带给人们安全、高效、舒适的生活和工作环境，更重要的是将人们真正带到了信息的海洋中，智能楼宇中的用户可以利用先进的通信手段获得世界各地的信息，与世界各地的人交流，从而使得人与人之间的时空距离不断缩短，这时人们会体会到信息化给他们在工作、生活、学习上带来了极大的便利。
1.2智能建筑概述
智能建筑以建筑为平台，兼备建筑设备、办公自动化、通信网络系统，集结构、系统、服务、管理及它们之间的最优化组合，向人们提供一个安全、高服务、管理及他们之间的最优化组合，向人们提供一个安全、高效、舒适、便利的建筑环境。
主要包括建筑设备自动化系统（BuildingAutomationSystem）、通信网络系统（CommunicationNetworkSystem）、办公自动化系统（OfficeAutomationSystem）、综合布线系统（GenericCablingSystem）等。
在智能楼宇建筑，以综合布线为基本传输媒质，以计算机网络（主要是局域网技术，包括硬件和软件）为主要通信和控制桥梁；以此对通信自动化系统、办公自动化系统、建筑设备自动化系统进行协调控制。
可以这么说由综合布线为基本传输媒介，以计算机网络构成的信息网络系统是智能楼宇建筑的“中枢神经”系统；是智能楼宇建筑中必备的重要基础设施；是反映智能楼宇建筑的技术含量高低和智能化程度的标志之
建筑的用途不同，功能也不同，各类智能建筑，智能化系统集成的重点是不同。
所以智能建筑根据建筑的功能，可分为如下几类：
1）专用办公楼类。
包括政府机关办公楼；跨国大公司、企业；金融楼（银行、证券、期货、保险等）；商业楼；科教办公楼（研究院所、学校、医院等）。
2）出租办公楼类。
由房地产商投资兴建，然后出租、出售。
楼的公用设施一次建成，出租、出售的房间由使用者根据各自的需要进行二次装修。
3）综合型建筑类。
这是集办公、金融、商业、娱乐、生活于一体的多功能的建筑群。
4）住宅。
以生活起居为目的的多层、高层建筑。
1.3智能楼宇计算机网络
计算机网络是智能建筑中主要信息传输系统，它将建筑中所有计算机连成一起信息处理系统，犹如组成了智能建筑中的大脑。
智能建筑计算机网络与其他计算机网络类似，所使用的技术和设备小异，只是要求较高，其特点是智能建筑计算机网络是信息高速公路的网络节点，信息种类繁多，信息密度大，传输速率和质量要求高；智能建筑计算机网络作为建筑智能化系统的通信平台，对建筑智能化系统的影响很大，要求网络系统具有更高的可靠性、安全性和有效性；智能建筑计算机网络使用综合布线系统，网络配置、管理和维护更加方便、简单，其结构通常由主干网、各楼层局域网（LAN和外部网络互联设备组成。
先进的计算机网络可给大楼用户提供众多的业务，目前由于计算机技术日新月异，特别是多媒体计算机终端的出现，使网络成为较大规模局域网（LAN中
各种新型业务实现的瓶颈。
现在计算机网络技术正向着高速化方向发展。
第二章智能楼宇系统
2.1楼宇自控系统的概述
楼宇自控系统（BuildingAutomationSystem-BAS）是智能建筑中不可缺少的重要组成部分，在智能建筑中占有举足轻重的地位。
它对建筑物部的能源使用、环境及安全设施进行监控，它的目的是提供一个既安全可靠、节约能源、又舒适的工作或居住环境，同时大大的提高大厦管理的科学性和智能化水平。
楼宇自动化系统设计为集散控制系统，它是将计算机网络及接口技术应用于楼宇自控系统。
它通过系统的中央监控管理中心的集中管理和各现场控制器的分散控制实现对建筑物水、暖、电、消防、保安等各类设备综合监控与管理。
管理者可以通过中央监控管理中心上的可视化的图形界面对所有设备进行操作、管理、警报等，同时通过网络实时地获取各种设备运行状态的报告和运行参数，可以有效的提高管理水平和工作效率。
利用计算机网络和接口技术将分散在各个子系统中不同楼层的直接数字控制器连接起来，通过联网实现各个子系统与中央监控管理级计算机之间及子系统相互之间的信息通信，达到分散控制、集中管理的功能模式，即集散控制系统。
BAS是多种高科技技术的融合，是建筑技术、信息技术、计算机技术和自动控制技术有机结合的产物，使得整座建筑各独立系统能够高度集成，做到保安、防火、设备监控三位一体，以提高物业管理的效率和综合服务功能。
BAS功能和
作用在职能建筑中占有极为重要的地位，为人们的工作和生活带来了前所未有的高效、舒适和便捷的环境。
2.2楼宇自控系统的基本构成和基本功能
楼宇自控系统通常包括供电系统、照明系统、电梯系统、停车场系统、给排水系统、暖道空调系统、公共广播与背景音乐系统、门禁与防盗报警系统电视监控系统等子系统（如图2-2）。
BAS楼宇门动化系统
图2-2BAS楼宇自动化系统结构图
2.2.1楼宇自控系统的构成
（1）主控制器：
主控制器是整个系统中各离散化的现场控制器（DDC）的协调者，
其作用是实现全面的信息共享，完成现场控制器与中央监控管理中心之间的信息传递、数据存储、现场或远端报警等功能。
主控制器含有CPU存
储器、I/O接口、通过网络接口联接在一级网络上。
（2）现场控制器（即直接数字控制器DDC）:
现场控制器用于控制现场设备，与安
装在设备上的传感器件和执行机构相联，每个现场控制器都包含有CPU
存储器、I/O接口。
分设在现场，尽量靠近被监控点，通过网络接口连接在二级网络上。
（3）传感器件:
装设在各监控点的传感器，包括各种敏感元件、端点和限位开关，接收并传送信号。
（4）执行机构：
接收控制信号并调节被监控设备。
（5）各种软件：
包括基本软件和应用软件，支持系统完成本身运行和外部控制所需要的各种功能。
2.2.2楼宇自控系统的基本功能
（1）数据采集；
（2）各种设备启/停控制与监视;
（3）设备运行状况图象显示；
4）各种参数的实时控制和监视；
（5）参数与设备非正常状态报警；
（6）动力设备节能控制及最优控制；
（7）能量和能源管理及报表打印；
（8）事故报警报告及设备维修事故报告打印输出。
2.2.3楼宇自控系统设计的关键
一个成功BAS工程必须具有的要素：
（1）系统的可靠性：
BAS在应用中稳定可靠，发生故障概率降到最低可能限度。
（2）系统的可扩展性：
随着系统应用及技术的发展，BAS要为未来的发展留出可扩展的空间。
（3）系统的互操作性。
（4）系统能提供精确的、量化的控制模式，为大楼能源控制提供可靠保证。
任
一业主为大楼安装BAS直接动因就是能实现大楼能源消耗大幅度降低以达到节省大楼营运成本的目的。
这就要求BAS整个控制过程尽可能精确。
（5）系统的可监控性：
BAS的执行机构分散在各个楼层的不同位置，为使系统及操作人员能够监控到自动控制指令是否正常，应考虑一套独立的反馈传感器。
（6）系统的联动性。
2.3智能楼宇中的综合布线系统
综合布线系统是一种模块化的、灵活性极高的集成化通用传输方式，能连接语音、数据、图像以及各种用于楼字控制管理的设备与装置，是利用双绞线和光缆在建筑物或建筑群之间综合传输信息的网络系统。
在建筑中它是连接“3A''系统（通信自动化系统CAS安全自动化系统SAS管理自动化系统MAS各类信息的基础设施。
综合布线系统的配备，可以满足不断变化的用户需求，为高层建筑智能化提供了快速信息通道。
综合布线系统根据功能和实施区域的不同，可以划分成6个子系统（如图2-3）：
图2-3综合布线子系统分布图
（1）工作区子系统：
它主要由终端设备连接到信息插座的连线和设备组成，包括信息插座、连接器、装配连接线、适配器等。
其信息插座上连接的常用设备是机、计算机、工作站、数据终端、电视机、摄像头及监视器等。
（2）水平配线子系统：
即同一楼层的水平子系统，将配线子系统延伸到终端设备使用区（生活区、办公区等），从而实现由信息插座到楼层配线架之间的布线连接。
（3）垂直主干线子系统：
由交接间的配线架及眺线等组成，提供高层建筑的干线电缆路由，从而实现程控设备间控制中心与各管理子系统间的连接，常用介质是光缆或双绞线电缆。
（4）设备间子系统：
由设备间子系统（由电缆、连接器及支撑硬件等组成）与管理区子系统之间的布线组成，它是建筑物的基础主干线系统
（5）管理子系统：
其主要设备是配线架，可以利用配线架的跳线功能，从而使综合布线系统实现灵活多功能的能力。
由建筑物的进线设备、主机配线设备及相关配线保护设备组成。
（6）建筑群子系统：
是实现建筑群中建筑物之间的相互连接，即将一个建筑物中配线架引出的电缆延伸到其他建筑物中配线架连接的装备上。
建筑群主干布线宜采用光缆。
2.3.1设计要求
对于高层建筑来说，其部布线的设计应该是一个支持多种不同应用环境的、完善合理的综合布线系统。
设计的目标是为了实现在既定的时期（例如15年），允许在建筑物系统集成过程中，当提出更多新的用户需求时，可以对布线系统进行扩充和改进，而且不用再进行水平布线，仅在管理子系统中的配线架上就可解决，从而不影响高层建筑物的装饰美观。
一个设计合理的综合布线系统，是能够把高层建筑物、外的所有设备互连起来的。
在进行高层建筑综合布线系统设计时，应建立计算机信息管理系统。
可以将综合布线系统的设计、施工、测试及验收资料采用数据库管理起来，形成高层建筑集成化管理数据库，还可以创建一个配线管理子系统，以实现更加充分合理的利用线缆及相关连接件。
2.3.2设计步骤
（1）用户需求分析，即了解和评估高层建筑物房间和用户设备的网络需求。
（2）获取高层建筑各个楼层面的平面布置图，充分了解其建筑环境，包括弱电系统布线的水平与垂直通道、各设备机房位置等。
（3）根据前期的了解和评估，来制定最适合的综合布线系统结构设计方案。
（4）根据设计方案，完成高层建筑布线系统的路由设计图。
（5）按要求进行整个系统的可行性论证分析。
（6）绘制综合布线系统的施工图，包括高层建筑中各子系统施工图和系统图等。
（7）根据布线系统的设计方案，编制综合布线系统的设备材料清单。
2.3.3设计等级
高层建筑的综合布线系统，一般可分为三种不同的设计等级，分别是基本型、增强型和综合型。
其中基本型设计方案为：
每个工作区有一个信息插座；每个工作区的配线电缆为1条4对的双绞电缆，并采用夹接式相关连接件；每个工作区的干线电缆至少有2对双绞线。
增强型设计方案适用于中等配置标准的场合（建筑物），使用双绞电缆。
综合布线配置方案为：
每个工作区有2个或2个以上信息插座；每个工作区的配线电缆为2条4对的双绞电缆，采用夹接式或接插式相关连接件；每个工作区的干线电缆至少有3对双绞线。
综合型设计方案，适用于配置标准较高的场合（建筑物），使用光缆和双绞电缆或混合电缆，也就是在基本型和增强型综合布线的基础上增设了光缆及相关连接件配置。
三种不同的设计等级都能支持语音、数据服务等，并且能随着布线工程的需要转向更高功能的布线。
三者之间的主要区别在于两方面：
一是在移动和重新布线时实施线缆管理的灵活性有差别；二是各自支持语音和数据所采用的方式不同。
第三章智能楼宇的局域网设计
3.1智能楼宇局域网技术的概述
局域网-LAN（LocalAreaNetwork）是将小区域的各种通信设备互连在一起所形成的网络，覆盖围一般局限在房间、大楼或园区。
局域网一般指分布于几公里围的网络，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一一一种总线结构的LAN是目前发展最迅速、也最经济的局域网。
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。
3.2智能楼宇局域网技术的运用
局域网是将较小地理区域的各种通信设备连接在一起信网络，具有网络覆盖地理围有限、传输速率高、延迟小、误码率低、网络的管理权属单一组织所有的特点。
它常被用于连接企业、工厂和学校的一个楼群、一栋楼或一个办公室里的数据通信设备，以便共享资源和交换信息。
局域网是应用最为广泛的一类网络。
智能建筑系统是将大楼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。
自从1980年由DECintel和Xerox（DIX）共同制定了10Mbps以太局域网的物理层和链路层标准规开始，局域网开始了它的标准化的进程。
局域网的标准化极促进了局域网的应用与发展。
特别是以太网的应用越来越广泛，以太网很快就成为局域网的主流技术。
随着高性能快速处理器计算机的出现和新的计算机网络的应用，对网络的传
输速率要求远远超出现有局域网所能提供的，它们对网络带宽提出了更高的需求。
正是因为人们的应用对网络带宽的需求，网络工程师们开始研究高速局域网
技术。
局域网技术经历了共享传输信道，共享带宽的共享式局域网技术和发展到现在的交换式局域网技术。
在这局域网技术变革的浪潮中，更为先进、高速的交换局域网技术被开发，相继推出了异步传输模式ATMffi千兆以太网，其网络带宽最咼以达到1Gbps
图3-2计算机网络拓补结构图
3.3千兆以太网
千兆以太网提供1000Mbps数据传输速率的以太网。
千兆以太网是对10Mbps
和100MbpslEEE802.3以太网非常成功地扩展,它和传统以太网使用相同
IEEE802.3的CSMA/C协议、相同的帧格式和相同的帧大小（64字节~1518字节）。
千兆以太网与现有以太网完全兼容，仅仅是速度快，它的传输速度达到1Gbps。
千兆以太网支持全双工操作，最高速度可达到2Gbps。
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勺不断发展，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勺骨干，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100M1000M的围。
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。
目前，企业应用正不断升级，甚至要传输高分辨率的图形、视频和其他丰富的媒体，这已超出了快速以太网的容量，而Internet和Intranet应用也将产生了难以预测的任意点到任意点的流量形式。
网络边缘的交换将巨大的载荷放到聚合流量的主干上。
这种更高性能与工作效率、智能服务（如服务质量（QoS））的
新应用和投资保护等需求带动了千兆位以太网（lOOOMbpS的需求。
千兆位以太
网采用的加快有三方面原因：
（1）千兆位以太网具有经济高效的特点：
以太网是一种成熟的技术；网络中断最小化是因为能够避免协议变更；千兆位以太网可利用您的大部分现有基础设施。
（2千兆位以太网具有部署灵活性：
逐渐部署；能够在光纤连接上运行
1000BASE-X或在标准5类铜缆连接上运行1000BASE-T
（3）千兆位以太网具有相当大的网络性能优势：
服务质量；关键任务的可靠性；
利用端口聚合和全双工的性能，完全使用带宽。
随着计算机网络的普及和网络应用对高带宽的需求，千兆以太网技术的应用也越来越广泛。
由于千兆以太网不仅能够提供带宽，而且与ATM相比，它的技术比较简单，易于建设和管理好网络。
所以越来越多的网络工程师在构建园区网和企业网时都考虑使用以太网技术作为主干网技术。
图3-3千兆以太网拓补结构图
第四章智能楼宇的无线局域网设计
4.1无线局域网标准简介
无线局域网（WirelessLAN简称WLAN是计算机网络与无线通信技术结合的产物。
它不受电缆束缚，可移动，能解决因有线困难，电缆接插件松动，短路带来的问题。
并组网灵活，扩容方便，与多种网络标准兼容，保护用户已有的投资，应用围广等诸多优点。
WLAN既可满足各类便携机的入网要求，也可实现计算机局域联网，远端接人，图文传真，电子等多项功能。
随着无线通信技术的广泛应用，传统局域网络已经越来越不能满足人们的需求，于是无线局域网（WirelessLocalAreaNetwork，WLAN应运而生，且发展迅速。
无线局域网是无线通信技术与网络技术相结合的产物。
从专业角度讲，无线局域网就是通过无线信道来实现网络设备之间的通信，并实现通信的移动化、个性化和宽带化。
通俗地讲，无线局域网就是在不采用网线的情况下，提供以太网互联功能。
无线局域网是使用无线连接的局域网。
它使用无线电波作为数据传送的媒介。
传送距离一般为几十米。
无线局域网的主干网路通常使用电缆
（CABLE，无线局域网用户通过一个或更多无线接取器（wirelessaccesspoints,WAP）接入无线局域网。
无线局域网络是相当便利的数据传输系统，它利
用射频（RadioFrequency；RF）的技术，取代旧式碍手碍脚的双绞铜线（Coaxial）所构成的局域网络。
无线网络技术已有多年的发展历史，其间推出了HaperLAN、HomeR、F802.11和蓝牙等等，但在企业无线局域网络市场，IEEE802.11x系列尤为引人注目。
早在1990年，国际电子、电器工程师协会（IEEE）就专门成立了802.11工作组，着手制定无线局域网络技术标准。
1997年IEEE802.11工作组公布了第一代无线局域网标准802.11，它采用2.4GHz的ISM（工业、科学、医学）频段，最大支持2Mbps数据通信，由于与常规网络的带宽差距较大，因此并没有得到用户的青睐。
1999年802.11工作组又相继公布了802.11b和802.11a两个标准，其中802.11b仍然采用2.4GHz频段,与物理层最高支持11Mbps的通信速率，并在低速率场合（2Mbps和1Mbps与802.11兼容，而802.11a则工作在5GHz的U-NII（UnlicensedNational
InformationInfrastructure）频段，在物理层可支持高达54Mbps的传输速率,在传输层也支持25Mbps它提供25mbps无线ATM接口和10Mbps无线以太网接口。
由于802.11标准的连接成本较高，支持的产品较少，因而市场占有率较低,相比较而言，802.11b标准的带宽适中，支持的产品较多，价格相对适中，因而更容易被市场接受。
目前大多数无网络产品都使用802.11b标准，用户也都将
802.11b作为首选的无线局域网技术平台。
图4-1无线局域网拓补结构图
4.2无线局域网技术的优势
尽管目前无线局域网技术的带宽还不是很高（普遍应用11Mbps，但基本
能够满足中低速网络用户的需求，而且由于其采用高频无线电波作为传输介质，因此在许多方面有其独特的技术优势。
（1）灵活性和移动性：
在有线网络中，网络设备的安放位置受网络位置的限制，而无线局域网在无线信号覆盖区域的任何一个位置都可以接入网络。
无线局域网另一个最大的优点在于其移动性，连接到无线局域网的用户可以移动且能同时与网络保持连接。
（2）安装便捷:
无线局域网可以免去或最大程度地减少网络布线的工作量，一般
只要安装一个或多个接入点设备，就可建立覆盖整个区域的局域网络。
（3）易于进行网络规划和调整:
对于有线网络来说，办公地点或网络拓扑的改变通常意味着重新建网。
重新布线是一个昂贵、费时、浪费和琐碎的过程，无线局域网可以避免或减少以上情况的发生。
（4）故障定位容易:
有线网络一旦出现物理故障，尤其是由于线路连接不良而造成的网络中断，往往很难查明，而且检修线路需要付出很大的代价。
无线网络则很容易定位故障，只需更换故障设备即可恢复网络连接。
（5）易于扩展:
无线局域网有多种配置方式，可以很快从只有几个用户的小型局域网扩展到上千用户的大型网络，并且能够提供节点间"漫游"等有线网络
升级会员 