家庭和智能小区的网络技术.docx
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家庭和智能小区的网络技术
家庭和智能小区的网络技术
智能小区的核心是网络。
在以“.COM”为标志的网络社会中，宽频已成为一个小区智能化程度的代表性标志，目前，宽频通道主要有两种方式，一种是综合布线，即在小区专设局域网，此局域网通过城市主干网与Internet直接相联，二是对家庭中现有的为有线电视铺设的光缆改造，需将目前有线电视光缆单向通道改为双向互动（HFC）。
用这两种方式替代电话上网，都能实现网上直播电视节目、下载电影等“高难度动作”，不过由于多种原因，目前有线电视网尚不可能普及与Internet的连接，因此多数新建小区都采用了综合布线系统来铺设宽频网。
但未来HFC与综合布线，哪一个会发展得更快，目前尚难预料。
智能小区的信息通信服务功能，应保证小区住户具有连网能力和多种多样的接入服务；除可让住在新型小区的居民用户深切地体验到用宽频通道上网与用电话上网时的巨大差别外，还可把小区内各家各户的电脑同物业管理中心连接起来，实现新型物业管理，也可以通过ADSL高速专线等接入Internet，使小区居民真正实现\网上教育、网上购物、IP/TV、多媒体娱乐、网上交易、网上交费、VOD视频点播和家中办公等，还能实现对家电的远距离控制以及一卡通、可视对讲、三表自动抄表、防盗/防火监控、停车场管理等多种应用。
小区信息网络系统
小区信息网络系统建设的总目标和规划
（1）建成小区网络系统，为小区提供公用设备管理、物业管理、房屋智能管理及安防系统的信息基础设施和运行环境。
（2）网络主干可选用较为先进的千兆以太网/ATM网络技术，满足目前和未来应用对带宽的需求。
提供到住户的10/100Mbps独享带宽。
（3）通过网络中心连接Internet网，满足小区住户获取丰富信息的追求。
（4）提供点对点协议PPP（Point to Point Protocol）接入服务，为远在异地的住户同小区的沟通或上网服务提供方便。
（5）建立以信息交换、信息发布和查询应用为主的计算机网络应用基础环境，为满足住户间信息交流、物业公司的管理等提供先进的支持手段。
（6）在物业管理处建成网络中心，实现网络运行中心（NOC）和网络信息中心（NIC）。
（7）建立社区运行中心、物业管理系统，实行有效的社区管理、物业管理、安全管理、计费管理等。
小区网络系统的总体结构
（1）小区主干网：
小区网络系统的主干网是数据信息流动的动脉，同时担负着信息流动的总调度任务。
可采用千兆位交换机组成核心网络交换主干。
主干网从功能上来看，包括四个方面：
A：
为子网间互联提供高速路由，实现核心高速路由交换。
B：
连接全网共享的高性能服务器，如VOD、intrarnet服务器。
C：
实现全网的系统管理和安全管理。
D：
实现国际互联网络的连接，拨号接入。
（2）远程访问——提供电话拨号访问功能，使得异地住户也可以访问社区网络系统。
远程工作站通过拨号接入，采用点对点的协议。
（3）Internet接入——实现社区网络与其它网络的互联，使信息交换的范围扩展到整个Internet上。
（4）子网——小区的网络不仅为用户提供服务，同时还连接着公用设备管理，房屋智能管理和安防系统，所以从逻辑上即可划分为这四个子网。
（5）工作组——在各子网下连接的个体或个体群组成了工作组。
采用工作组级交换机作为底层网络交换机。
智能小区通信网络平台方案
综合考虑各方面因素，智能小区宽带通信网络平台可采用以太网或HFC网，也可以采用两者结合的方式。
大型小区应采用各级交换机为核心的网络系统
整个小区分成若干个区域，每个区域设一个区域中心，管辖若干个相近的楼宇。
该方案采用千兆以太网为局域网主干，在系统中心设一个千兆以太网核心交换机，在各区域中心设置工作组交换机，各工作组交换机配置100M FX上网端口，通过光纤与核心交换机连接，构成智能小区千兆以太骨干网。
每个区域内，在各楼宇设备间设置100/10 M交换式集线器，交换式集线器通过100M TX上联端口经5类双绞线与工作组交换机连接，根据需要也可通过100M FX端口经光纤连接。
在楼内，交换式集线器通过10M TX端口经楼内5类综合布线连接用户计算机。
这样，核心交换机与工作组交换机之间可提供高达1000M的传输速率，工作组交换机向各楼宇提供100M的传输速率，每个最终用户可独享10M的通信带宽。
小区管理中心内除网络核心交换机外，还包括与广域网连接的路由器、各种服务器、管理工作站等网络通信设备。
小区局域网通过DDN专线或ADSL与Internet连接，今后还可通过155ATM或通过千兆IP城域以太网与Internet连接，以提高小区接入带宽。
中小型小区通过小区局域网实现上网方案
稍有规模的居住小区均应建立小区局域网，其作用有二个方面，一是为小区住户提供高速Internet接入服务，二是建立小区网站，通过小区内部网向小区内的住户提供多种多样的信息“服务”，如网上图书馆、网络游戏、VOD点播、信息查询等等，并且大多是免费的。
小区计算机局域网结构如图2所示。
用宽频通道上网与用电话上网的巨大差别主要反映在上网速度上，通过代理服务器或路由器高速宽带上网，要比通过电话线上网快上百倍。
目前，宽频通道主要方式是综合布线加在小区专设局域网，此局域网与Internet直接相联。
基于HFC网的智能小区通信网络 其基本结构是有线电视台控制中心的总前端机通过IP主干城域网与各个分前端机连接，分前端机通过光纤连接各光接点。
光接点以下是双向同轴电缆分配网连接到用户端。
在双向HFC网上构建小区宽带信息传输网时，需在小区管理中内设置CMTS和路由交换机，用户端设置CM。
由此构成双向HFC网的用户宽带接入传输平台。
HFC前端机主要包括路由交换机、CMTS、光发射/接收机。
HFC网用户端核心设备是电缆调制解调器，用于完成HFC网与用户PC之间的数据格式转换，使用户PC通过HFC网络与前端设备进行全双工的数字通信。
CM通过标准的10/100BASE－T以太网自适应接口与用户的PC连接，通过F头与HFC网连接。
用户的宽带接入可有CABLE MODEM接入和局域网高速专线接入等不同的方式。
系统结构见图3。
未来，对任何小区而言，网络都是一个必然的配置，其外部连接城市光缆，内部可能还是以小区局域网加综合布线系统方案居多。
智能小区网络的接入网技术
智能小区的通讯接入网是建立智能化家庭、小区综合管理中心以及与外界广域网进行信息交互的纽带，小区通讯接入网是智能小区最基本的投资项目之一，关系到小区开发商的投资费用、小区通讯与网络方面的现代化程度、以及提供综合信息与资讯服务的能力。
小区通讯接入网的建设应充分考虑到不同住宅小区的实际情况，包括住宅小区的等级档次，所面向用户的知识层次等等。
宽带接入提供更快的速率、使小区住户能够接受服务商提供的增值服务，现已成为小区智能化的主要标志。
在中国，光纤到小区与结构化布线相结合是一种典型的宽带接入方式。
一般说来，小区通讯接入网的建设可以通过两种方式来实现。
一种是在现有家庭通讯接入网的基础上，提升和完善现有接入网的技术性能，来满足用户传输中、低速数据和图象的需求，此即FTTC/双绞线或FTTB/UTP铜缆方案。
这种方案的最大优点是当前投入少，但后期的升级费用大，该方案可实现用户对低速数据和图象的需求，而用户对高速数据和图象的需求则需要以技术的更新和系统的升级为代价来实现。
另一种是控制网络和数据网络各自单独设网，在建设小区的同时高质量地建设控制信息和数据信息的传输和处理系统，现多采用园区网技术来建立小区局域网。
在保证系统高度可靠的基础上，留有满足未来需求的发展数量，虽然一次性投资较大，但未来运行期间不需要再有较大的设备，也不需要进行系统的升级，较好地保护了用户的投资。
小区通讯接入网按传输介质划分可分为如下5类：
1. 纯双绞线铜线接入技术
双绞铜线通过异步拨号Modem和ISDN是传统接入方式，新的铜缆用户线技术主要有非对称数字用户线系统ADSL，它利用一对双绞用户线对，非对称传输信号，下行信道可提供1.5~6Mbps的分配业务，传输距离可达3~5Km；上行信道为64Kbps双工传输数据或话音。
也可采用甚高速数字用户线VDSL，但需要提高传输距离。
2. 混合光纤/双绞线铜缆网（FTTC/双绞线铜缆或FTTB/UTP方案）
具有很好的发展潜力，普遍的做法是采用FTTC（光纤到路边）、FTTR（光纤到远端节点）、FTTB（光纤到大楼）等与铜缆混合，是铜缆向纯光纤网过渡的理想方案。
目前，FTTB/UTP方案在国内应用较普遍。
3. 光纤/同轴电缆混合网HFC（Hybrid Fiber－Coax）
混合光纤/同轴电缆网是采用频率分割、数字压缩、调制解调等技术，在有线电视HFC网上，除传送常规的广播电视信号外，还可以进行高速的数据传输，将计算机、电话机、电视机有机地结合在一起，实现图象、数据和语音“三线合一”、共网传输的目的。
采用有线电视的HFC网络作为智能住宅小区的信息传输网，不仅在功能上能完全满足要求，而且大大地简化了小区布线，节省了资金。
由于其频带宽，基本上能保证该小区内的信息传输网不用更新，是最理想的小区用户接入网。
目前HFC多为750MHz系统，其中：
5MHz~40MHz用于传送上行信息；
50MHz~550MHz用于传送模拟CATV信号；
550MHz~750MHz用于传送下行数字信息，包括电话、数据、数字图象信号。
从物理连接上看，HFC与FTTC、FTTR很相似，但实际上有本质的区别，HFC主要传送模拟信号，采用树型——分枝型结构；而FTTC、FTTR传送的是数字信息，主要采用星型结构。
HFC技术可广泛应用于智能建筑领域的各个弱电子系统中，可向用户提供全双工数字交换式的网络传输功能，并能实现智能化和管理的系统集成。
在卫星有线电视系统、电话程控交换通讯系统、三表出户管理系统、计算机互联网络系统、VOD电视点播系统、电视会议系统、办公自动化系统、监控安保报警系统以及教育和网上购物。
4. 纯光纤网（FTTH）
纯光纤网是指传输介质全部采用光纤连接到用户的网络，即FTTH（光纤到家）、FTTO（光纤到办公室），是长远的发展方向和最终接入网解决方案。
5. 无线接入网（WLL）
采用公用移动网技术如FDMA、TDMA、CDMA等以及无绳电话技术，主要用于人口密度低、有地理障碍和急需电话用户线等地区，其特点是经济灵活，发展前景看好。
移动网络由于实现了真正的跨越时空，具有信息沟通的灵活性、无缝隙覆盖的普遍性，将会成为未来最具吸引力的通信方式。
屈时，无线网络的接入设备会包括笔记本电脑、PDA、HPC以及具有简单Internet接入功能的移动电话等等。
智能小区的综合布线
智能化社区的综合布线要求在每户住宅中必须满足语音、数据和有线电视的功能，以便满足小区局域网、将来推出的小区VOD点播、网上购物、远程教学等新兴小区服务和家庭智能化的升级。
在设计小区布线系统时，除能支持话音、数据和图象传输，及适应ATM（异步传输模式）外，最好也能满足楼宇自控系统、报警监控系统、出入口控制系统、及多媒体会议电视等系统的传输要求。
普通小区的布线系统
为保证合理投资，智能小区布线系统可简化为由两个子系统组成，即工作区子系统和干线子系统。
（1）工作区子系统由各个住宅区域构成，数据点为五类配置，以支持100M的数据通讯（包括155M ATM应用）。
在每户客厅，书房各设一数据点；客厅，书房，卧室各设一语音点；每户设一配线架以便各点的连接管理。
数据系统全部采用超五类信息插座，可任选90度或45度两种安装方式，接口形式全部为RJ45，其触点采用镀金工艺，是按100Mbps标准生产的，满足高速数据的传输并支持155Mbps的ATM。
语音系统采用的模块，接口形式为RJ11。
数据传输采用工作区用户软线连接用户设备；话音设备采用话机自备带RJ11接头的用户线即可。
标准信息座均为墙面暗装，底边距地30厘米。
为使用方便，要求每组信息座附近应配备220V电源插座，以便为数据设备供电，安装位置距信息座不小于15厘米，否则需做屏蔽处理。
（2）干线子系统由每栋公寓的管理间到小区管理中心之间的电缆构成，公寓各信息点至小区管理中心平均距离不超过150米。
数据系统传输都采用五类100欧姆高性能多芯双绞线电缆，并预留光纤。
这些电缆可把楼宇内信息，高速传送到小区的管理中心，它们可以支持100Mbps TP－PMD和155.5Mbps的ATM，与其他元件连接时，该线可支援622Mbps ATM并行传送技术。
高档小区的布线系统
对高档小区，每户的信息点数量可定在10个左右，以支持电话，电脑和电视，传输介质，例如可采用IBDN PLUS超五类四对双绞线和RG6U同轴电缆。
社区中心和每栋楼之间都采用6芯多模室外光缆进行连接。
也可以选用IBDN的PIC CAT.5电缆。
PIC这种高性能双绞线电缆能用于连接光纤节点和用户，并可以为每一户用户提供高达52Mbps（3300英尺）或26Mbps（5000英尺）的传输性能。
每一个节点可服务多达600个家庭，既可为实现视频点播提供通路，又可大大节省费用。
整个小区通过丽特（Nordx/CDT）公司的RUN智能家居综合布线系统，形成了一个有机的整体，保证了现今的功能，同时也为将来新的社区服务打下良好的基础。
家庭网络与智能小区网络的层次性结构
家庭网络有两种不同的类型，一种是家庭内多台计算机互连并接入因特网进行通信和家庭娱乐的高速网络，另一种是控制家庭内各种电气设备的低速率网络。
家庭网络的兴起，特别是电话线连网家庭网络的普及，使通信效率和家用电器控制自动化程度大为提高，同时也促进了家庭连网产品的发展。
家庭网络的构成方式主要有两类，一是通过家庭所在小区的局域网，费用低廉。
二是通过公用电话网或者是经过双向改造的有线电视网。
家庭网络的前端是连接因特网的网关，其组成要素可包括电缆调制解调器、非对称数字用户线调制解调器、卫星接收机或无线收发信机。
通过网关对家庭传送电话、电视、CD、DVD、MP3，也传送来自监视摄像机的图像，传送控制家用电器的指令以及来自因特网的多媒体信息流。
通过家庭网络还可实现对用户家庭的远程自动抄表。
小区局域网传输平台采用ATM或SDH，以窄带模拟电话、窄带ISDN及CATV为主，但支持宽带数据接入和宽带LAN互联。
小区网用户端设备可提供多种UNI接口，有PSTN、DDN、ISDN、ATM、LAN、LONWORKS（用于三表）、ADSL。
而每个家庭内的终端设备被看作是小区网的一类UNI接口对象，这样从接入网的角度就可以把包括电话、图像和控制统一纳入到一个接入平台中。
如图4所示。
利用家庭网络可分享国际互联网、打印机和文档，把掌上电脑用于工作，玩多媒体电脑游戏，发布视频图像等，因此家庭网络近年成为新的关注点和应用主流。
而体现网络运行速度的宽带技术自然也就成为了热点。
消费者平台的变化是从家用电脑发展到互联网电脑再发展到宽带电脑，新型的键盘将具有搜索、快速上网、电子邮件、电子商务四项功能。
电话线路和电视线路是每一个家庭都具有的两种接入网形式。
家庭单独上网的接入方式
在不具备小区局域网情况下，应充分利用现有家庭通讯接入网的资源，提升和完善接入网的技术性能。
目前每一个家庭基本上都具有电话线路和电视线路这两种接入网形式，因此应充分利用现有的这两种接入网形式，并在具体实施时提升和完善这两种接入网的技术性能。
一方面应改善电话线路接入网，使之达到128Kbps的传输速率，具有传输中、低速数据和图像的能力，满足现代家庭在使用ISDN、一次群速率、可视电话和三表自动数据采集与传输等信息与数据交互上的需求；另一方面，将每一住宅楼内原单向CATV系统设计更改为双向（860MHz）CATV系统，并将约200户TV终端划分为一个组合（或为光纤节点FN）、为今后实施HFC做好物理上的预留接口和网络拓扑结构的设置。
1. 通过电话线将家庭电脑与因特网相连，是目前大多数家庭上网的途径，见图5。
虽然理论传输速度可达每秒56K，但实际最高只能达到50K。
这种传输速度对于发送电子邮件或浏览文字新闻资料较为合适，但对于从网上下载应用程序或者发送图像则不理想。
家庭电话线连网的缺点是它不能传送高速数据，如2~4Mbps的MPEG－2压缩标准的视频节目、3~8Mbps的DVD视频节目或19Mbps的高清晰度电视。
但从理论上而言，通过使用家庭网络电话线的2~30MHz频段的某些部分，可以实现传送100Mbps的数据，为此ITU正在为家庭网络制定超高速数字用户线（VDSL）标准。
2. 采用ISDN一线通线路，见图6。
它可以连接原有的模拟电话机和通过Modem接计算机上网，实现同时两路通信，具有一定的优点。
窄带ISDN下传速度可达到128Kbps，但上传的传输速率只能达到64Kbps，具有传输中低速数据和图像的能力，可满足家庭的基本使用需求，但还满足不了宽带接入的要求。
对于某些网上业务，不尽人意。
3. 利用区域电话网的ADSL，图7。
可以拓宽双绞线的传输带宽，使之在几公里范围内速率达到8Mbps，比有线宽带网快一倍多，还可进行视频点播，是一种理想的网络载体，但相应的安装成本较高，每条用户线必须在用户端和交换局分别装一个适配器。
4. 用有线电视接口上网。
与拨号上网不同的是，用户要使用电缆调制解调器（Cable Modem）将计算机与有线电视接口相连，再通过广电网上网。
为此需将每一住宅楼内原单向CATV系统设计更改为双向（860MHz）CATV系统。
一旦条件成熟，即可实施HFC方案。
这样，每个家庭用户都可以通过HFC网络提供双向多媒体信息服务/即VOD点播、电视会议、远距离学习和在家工作模式SOHO等各种双向高速数据通讯业务。
同时也可以使得INTRENET接入成本下降，并大大提高接入的速度。
若采用有线电视双向光缆网，因其有带宽优势，下行速度最好可达到36Mbps，上行传输速率最高能达到10Mbps，用户上网时，其实际工作速度也可达到下行速度3Mbps~10Mbps，上行200Kbps~2Mbps。
5. 美国微软公司正投资以新技术利用电插座让电气产品和国际网络连接，并以11Mbps的速率传送资料、语音、视讯，进而实现家庭自动化网络，用电脑遥控和管理整个家庭。
家庭电源线连网有电源插座接入系统、电源线扩频传输、电源线通信卡三种方式。
家庭电源线连网所要解决的问题是消除噪声干扰、抑制信号衰减和阻抗变化。
为此家庭网络行业制定了开放式标准CEBus，来规定使用电源线、5类UTP、同轴电缆、无线和红外进行通信的技术和参数。
（1）电源插座接入系统是指利用电源线在家中的不同部位之间进行通信。
电源插座接入系统一般由控制盒和几个模块组成，并有不同的代码。
控制盒可以插入家庭中任何地方的电源插座，通过控制盒的代码以及相应的指令用以控制家用电器。
目前适合电源线控制和通信的CEBus产品已经面市。
（2）电源线扩频传输是利用扩频技术来传送高速数据，也被称为正交频分复用（OFDM）技术，它可以通过多个付载波传送数据，理论上可以实现100 Mbps的数据传输。
（3）电源线通信卡用于低速数据传输。
6. 无线家庭联网，是发展迅速的数据和话音通信技术，可以在家庭网络和家庭办公环境中提供便利和成本低廉的联网方式。
目前，无线作为接入技术的规范有IEEE802.11he和共享无线接入协议SWAP、“兰牙”技术等几种。
家庭网络与Internet Home
家庭网络的通信功能主要在物理层和链路层进行，除此之外，它还需要操作系统来解释信息和与应用程序接口，支持各种控制功能。
目前，家庭网络使用最多的操作系统是LonWorks。
LonWorks的物理层载波侦听多路访问协议，并独立于所使用的传输介质，可用于电话线、5类UTP、电源线、无线连网方式，并支持各种控制功能。
LonWorks协议现已嵌入称为“神经元”的相应芯片之中，可以装在家庭连网模块中，实现控制、数据采集、检测、监视等功能。
家庭网络使用的服务器是超小型装置，功能强大但价格低廉。
它能够传送文件、收发E－mail等，并有可防止黑客骚扰的防火墙功能。
从家庭网络的发展而言，无线连网和电话线连网将是主要的连网方式，以其实现高速网络，而电源线连网则用在低速网络中。
家庭网络在通信方面将继续发展，但最大的应用将是控制家用电器、包括控制取暖、通风、空调、照明、水泵、消防和保安等，出现了互联网家居（Internet Home），显示出互联网技术如何深入到我们的日常生活之中，改变着我们的工作、生活、娱乐和学习的方式，给家庭生活带来巨大的变化。
住户可以根据不同的时间段来自动设置家庭内的整体环境，也可根据每天的活动日程以及个人的喜好，将室内灯光和温湿度调节到预定的设置值。
作为家庭的安全防范措施，可以对房屋的不同区域设置或解除相应的密码，可以监视家庭区域内的活动。
这样，安防、通信、设备控制这几种最主要的家庭功能都建立在互联网上，住户可以从任何连接到互联网的地方进行这些工作，使住户能更好地管理互联网家居中的生活。
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