智能化住宅小區(qū)通信網(wǎng)絡(luò)平臺設(shè)計

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    隨著信息技術(shù)、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛發(fā)展和廣泛普及，越來越多的家庭通過Internet或Intranet來獲得信息和資訊。作為現(xiàn)代化的智能化住宅小區(qū)向社區(qū)內(nèi)的廣大住戶提供寬帶多媒體綜合信息資訊服務(wù)，是智能化住宅的重要體現(xiàn)，也是信息社會發(fā)展的客觀需要。

    智能化住宅小區(qū)通信網(wǎng)絡(luò)是小區(qū)內(nèi)綜合信息服務(wù)、小區(qū)與外界廣域網(wǎng)連接、小區(qū)智能物業(yè)管理的物理平臺。構(gòu)建小區(qū)通信網(wǎng)絡(luò)平臺，要考慮網(wǎng)絡(luò)提供綜合信息與資訊服務(wù)的能力，網(wǎng)絡(luò)的先進(jìn)性、擴(kuò)展性、性價比以及開發(fā)商（用戶）對投資費(fèi)用的承受能力。綜合考慮各方面因素，小區(qū)寬帶通信網(wǎng)絡(luò)平臺采用以大網(wǎng)或有線電視HFC網(wǎng)，也可采用兩者結(jié)合的方式。

    1. 以太高坡同構(gòu)建小區(qū)寬帶通信網(wǎng)

    1.1以太網(wǎng)技術(shù)

    以太網(wǎng)是目前應(yīng)用最為廣泛的局域網(wǎng)絡(luò)，它采用基帶傳輸，通過對絞線和傳輸設(shè)備，實(shí)現(xiàn) 10Mbps／100Mbps／1000Mbps的數(shù)據(jù)傳輸。由于應(yīng)用廣泛，各大網(wǎng)絡(luò)設(shè)備生產(chǎn)商均投入極大精力于這類技術(shù)產(chǎn)品的研究和開發(fā)，技術(shù)不斷創(chuàng)新，從最初的同軸電線上的共享10Mbps傳輸技術(shù)，發(fā)展到現(xiàn)在的在對絞線和光纖上的100Mbps甚至100OMbps的傳輸、交換技術(shù)。目前，大部分局域網(wǎng)絡(luò)均采用以太網(wǎng)，在大型網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的各個子網(wǎng)也多數(shù)構(gòu)成以太網(wǎng)。從應(yīng)用來看，辦公室自動化、證券、校園網(wǎng)、控制系統(tǒng)等各類應(yīng)用均以以太網(wǎng)為主要的通訊傳輸方式，應(yīng)用非常廣泛，而且仍保持很猛的發(fā)展勢頭，可以預(yù)見，將來的局域網(wǎng)仍將以以太網(wǎng)為主流技術(shù)?？傊蕴W(wǎng)是目前網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中先進(jìn)成熟，實(shí)時性強(qiáng)，應(yīng)用廣泛，性能穩(wěn)定，價格低廉的通訊技術(shù)，是智能化住宅小區(qū)通訊網(wǎng)的理想選擇。

    千兆以太網(wǎng)繼承了傳統(tǒng)以太網(wǎng)的特點(diǎn)，并極大地拓寬了帶寬，與10／1OOMbps以大網(wǎng)保持良好的兼容性，增加了對Qos的支持，以高帶寬和流量控制的策略來滿足應(yīng)用的需要，是智能化住宅小區(qū)局域骨干網(wǎng)的理想選擇。

    1.2智能化住宅小區(qū)局域以太網(wǎng)

    方案設(shè)計

    (1)功能說明和設(shè)計要求

    智能住宅小區(qū)局域網(wǎng)一般涵蓋若干標(biāo)用戶住宅樓、小區(qū)管理控制中心、小區(qū)公共會所、小區(qū)物業(yè)管理公司以及區(qū)內(nèi)各類集團(tuán)用戶，并通過一定的方式與小區(qū)智能控制網(wǎng)連接。

    網(wǎng)絡(luò)設(shè)計要求采用可靠、先進(jìn)、成熟的技術(shù)；所有信息點(diǎn)具有交換能力；支持虛網(wǎng)劃分;支持多媒體應(yīng)用；能進(jìn)行良好的網(wǎng)絡(luò)管理；具有良好的擴(kuò)充性和升級能力。

    （2）網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

    整個網(wǎng)絡(luò)包括廣域網(wǎng)（Internet、各專業(yè)網(wǎng)）接入、小區(qū)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及小區(qū)網(wǎng)絡(luò)智能控制中心。

    小區(qū)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)采用星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，分為系統(tǒng)中心（小區(qū)管理控制中心）、區(qū)域中心、住宅樓棟和用戶四級。根據(jù)小區(qū)的規(guī)模和用戶樓棟的分布情況，為便于網(wǎng)絡(luò)設(shè)計和管理，可將整個小區(qū)分成若干個區(qū)域，每個區(qū)域設(shè)一個區(qū)域中心，管轄若干個相近的樓棟。根據(jù)小區(qū)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計要求，小區(qū)局域主干采用千兆以太網(wǎng)，在系統(tǒng)中心設(shè)一千兆以太網(wǎng)核心交換機(jī)，在各區(qū)域中心設(shè)置工作組交換機(jī)，各工作組交換機(jī)配置1000Mbps FX上聯(lián)端口，通過光纖與核心交換機(jī)連接，構(gòu)成智能化住宅小區(qū)千兆以太骨干網(wǎng)。每個區(qū)域內(nèi)，在各樓棟設(shè)備間設(shè)置100／10Mbps交換式集線器，交換式集線器通過100Mbps TX上聯(lián)端口經(jīng)五類對絞線與工作組交換機(jī)連接，根據(jù)需要也可通過 100Mbps FX端口經(jīng)光纖連接。在樓內(nèi)，交換式集線器通過10Mbps TX端口經(jīng)樓內(nèi)5類綜合布線連接用戶計算機(jī)。這樣，核心交換機(jī)與工作組交換機(jī)之間可提供高達(dá) 1000Mbps的傳輸速率，工作組交換機(jī)向各樓棟提供100Mbps的傳輸速率，每個最終用戶可獨(dú)享10Mbps的通信帶寬。

    小區(qū)管理控制中心是整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的中心，系統(tǒng)的主要通信設(shè)備集中于此，除網(wǎng)絡(luò)核心交換機(jī)外，還包括與廣域網(wǎng)連接的路由器、各類服務(wù)器以及管理工作站等。

    小區(qū)局域網(wǎng)通過DDN專線或ADSL與Internet連接，隨著信息化的不斷發(fā)展，今后還可以通過155Mbps ATM或通過千兆IP城域以太網(wǎng)與Internet連接，以提高小區(qū)接入帶寬、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

    該系統(tǒng)具有良好的開放性和擴(kuò)展性，可根據(jù)小區(qū)的實(shí)際情況靈活組合與配置。區(qū)域中心可以包括若干棟單元樓，也可以只管轄一棟高層住宅，小區(qū)內(nèi)的集團(tuán)用戶、公共會所、物業(yè)管理公司以及各應(yīng)用子系統(tǒng)以適當(dāng)?shù)姆绞骄徒尤敫髯运诘膮^(qū)域中心網(wǎng)絡(luò)，形成一體化的統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)。

    （3）住宅綜合布線設(shè)計

    上文所述，在樓內(nèi)交換式集線器通過綜合布線與用戶計算機(jī)連接，綜合布線系統(tǒng)是智能化住宅的基礎(chǔ)設(shè)施，為住宅樓的通訊網(wǎng)絡(luò)提供高速信息通道。朗訊、西蒙、阿爾卡特、麗特等國際大公司都相繼推出各自的智能化住宅綜合布線產(chǎn)品。智能化住宅布線系統(tǒng)按功能區(qū)域分為三大部分：住宅單元子系統(tǒng)、樓層管理間和垂直干線子系統(tǒng)以及設(shè)備間子系統(tǒng)，各系統(tǒng)布線都采用5類以上對絞線，如圖2所示。

    住宅單元子系統(tǒng)

    在每一個住宅單元設(shè)置一個家庭布線系統(tǒng)接線箱，作為與戶外布線系統(tǒng)連接的界面，對戶內(nèi)外布線系統(tǒng)的變動帶來極大的方便。接線箱可安裝各種系統(tǒng)接線模塊，包括數(shù)據(jù)和語音通信模塊、家庭安防系統(tǒng)模塊、可視對講系統(tǒng)模塊等等，根據(jù)需要自由組合安裝。戶內(nèi)數(shù)據(jù)通信布線采用5類以上UTP（非屏蔽對絞線），信息插座采用RJ45制式接口。

    樓層管理間和垂直干線子系統(tǒng) 垂直主干布線采用新型拓?fù)浞椒?，由設(shè)備間主配線架敷設(shè)至各樓層管理間的干線電纜構(gòu)成，系統(tǒng)采用五類以上4對UTP作為系統(tǒng)主干電纜。樓層管理間設(shè)置橋式模塊板通過不同跳線實(shí)現(xiàn)水平線纜與垂直干線的連接。

    設(shè)備間子系統(tǒng)

    設(shè)備間子系統(tǒng)內(nèi)安置交換式集線器和主配線架，所有主干線纜都端接在主配線架上，通過跳線與交換式集線器連接。

    2、HFC網(wǎng)構(gòu)建小區(qū)信息傳輸網(wǎng)

    2.1HFC網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

    我國有線電視覆蓋范圍廣闊，用戶普及率高，是電信網(wǎng)之外的另一個資源大網(wǎng)。隨著技術(shù)的發(fā)展，有線電視網(wǎng)逐步發(fā)展為雙向HFC綜合信息網(wǎng)，除傳送常規(guī)的廣播電視信號外，還可以進(jìn)行高速的數(shù)據(jù)傳輸，傳送圖像、數(shù)據(jù)和語音等多媒體數(shù)據(jù)。HFC雙向混合光纖同軸電纜傳輸網(wǎng)從有線電視前端中心用光纖將信號送到各小區(qū)的光節(jié)點(diǎn)，從光節(jié)點(diǎn)處通過同軸電纜分配網(wǎng)與住戶連接。HFC網(wǎng)有效網(wǎng)絡(luò)帶寬為850MHz，具有豐富的頻帶資源，將42MHz以下頻段傳輸上行數(shù)據(jù)信號，SO—55OMHZ用于傳輸普通廣播電視信號， 55O—85OMHz用于傳輸下行數(shù)據(jù)信號。HFC網(wǎng)頻帶寬、速度快、性能可靠穩(wěn)定，是智能化住宅小區(qū)理想的信息傳輸網(wǎng)絡(luò)平臺。

    HFC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)主要由位于前端的CMTS、位于用戶端的Cable Modem（電纜調(diào)制解器cm）以及傳輸設(shè)備組成。其工作原理；CMTS從網(wǎng)絡(luò)接收的數(shù)據(jù)幀封裝在MPEG－2TS幀中，通過下行數(shù)字調(diào)制成RF信號輸出到HFC網(wǎng)，同時接收上行數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)換成以太網(wǎng)的幀傳送給網(wǎng)絡(luò)。用戶端的CM的基本功能是將上行數(shù)字信號調(diào)制成RF信號，將下行的RF信號解調(diào)為數(shù)字信號，從MPEG－2 TS幀中抽出數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換成以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)，通過10/100BaseT自適應(yīng)以太網(wǎng)接口輸出到用戶PC。在HFC網(wǎng)上采用頻分復(fù)用，在某一頻率上的信道則是多用戶共享，CM用戶在連接時并不占用一固定帶寬，而是與其它活動用戶共享，僅在發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的瞬間，使用網(wǎng)絡(luò)資源，它通過MAC控制用戶信道分配與競爭，支持不同等級的多媒體業(yè)務(wù)。

    2.2網(wǎng)絡(luò)設(shè)計方案

    基于HFC的智能化住宅小區(qū)信息傳輸網(wǎng)絡(luò)如圖3所示，有線電視臺控制中心總前端通過IP主干城域網(wǎng)與各個分前端連接，分前端通過光纖連接各光節(jié)點(diǎn)，光節(jié)點(diǎn)以下是雙向同軸電纜分配網(wǎng)連接到用戶端。若CMTS位于小區(qū)內(nèi)，則小區(qū)智能控制中心為有線電視的一個分前端，

    CMTS與CM之間是采用同軸電纜分配網(wǎng)進(jìn)行連接。

    在雙向HFC網(wǎng)上構(gòu)建小區(qū)寬帶信息傳輸網(wǎng)時，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在小區(qū)控制管理中心設(shè)置電纜調(diào)制解調(diào)器頭端系統(tǒng)（CMTS）和路由交換機(jī)，用戶端設(shè)置電纜調(diào)制解調(diào)器（CM），由此構(gòu)成雙向HFC網(wǎng)的用戶寬帶接入傳輸平臺。

    （1）HFC前端

    HFC前端主要包括路由交換機(jī)、CMTS。前端路由交換機(jī)通過光纖與千兆IP城域網(wǎng)連接。CMTS用于連接雙向HFC網(wǎng)和寬帶數(shù)據(jù)網(wǎng)，為用戶端的 CM提供控制、管理和數(shù)據(jù)傳輸功能，它提供動態(tài)帶寬管理、高速信息流量集中、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)資源的接入控制并保證數(shù)據(jù)服務(wù)質(zhì)量。每個CMTS

    可支持和管理2000個CM。

    （2）用戶端

    HFC網(wǎng)用戶端核心設(shè)備是電纜調(diào)制解調(diào)器（CM），用于完成HFC網(wǎng)與用戶PC之間的數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，使用戶PC通過HFC網(wǎng)絡(luò)與前端設(shè)備進(jìn)行全雙工的數(shù)字通信。CM通過標(biāo)準(zhǔn)的10／100BAS－T以太網(wǎng)自適應(yīng)接口與用戶的PC連接，通過F頭與HFC網(wǎng)連接。

    根據(jù)小區(qū)用戶的類型和需求，用戶的寬帶接入可采用不同方式，主要包括通過電纜調(diào)制解調(diào)器接入和局域網(wǎng)高速專線接入。

    l 對家庭用戶，用戶PC通過10-100BASE-T自適應(yīng)以太網(wǎng)接口直接連接CM，實(shí)現(xiàn)上行10Mbps，下行36Mbps傳輸速率的寬帶接入。也可多個用戶通過集線器的寬帶接入。也可多個用戶通過集線器共用一個CM，共享上、下行傳輸帶寬，以降低接入成本。

    2 對小型企業(yè)用戶，企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)通過集線器或路由交換機(jī)共用一個CM接入HFC網(wǎng)，以降低接入成本，這時局域網(wǎng)用戶共享上、下行傳輸帶寬。

    3 對小區(qū)內(nèi)的大型集團(tuán)用戶，可采用局域網(wǎng)高速專線接入，該方式可以看作寬帶IP城域網(wǎng)的延伸，通過100M或1000M以太網(wǎng)端口將企業(yè)內(nèi)部局域網(wǎng)連接至小區(qū)管理控制中心的路由交換機(jī)，實(shí)現(xiàn)集團(tuán)用戶與寬帶信息網(wǎng)的高速接入。

    局域以太網(wǎng)和HFC網(wǎng)是構(gòu)建智能化住宅小區(qū)通信網(wǎng)絡(luò)平臺的兩種主要方式，廣泛應(yīng)用于智能化住宅小區(qū)的建設(shè)，在這個通信網(wǎng)絡(luò)平臺上， 實(shí)現(xiàn)小區(qū)的智能控制、小區(qū)綜合信息服務(wù)以及Internet的寬帶接入，從而實(shí)現(xiàn)住宅小區(qū)的信息化和智能化。