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目前，寬帶接入技術(shù)主要有ADSL、HFC、以太網(wǎng)三種技術(shù)。隨著(zhù)我國寬帶智能小區建設速度的加快，越來(lái)越多的運營(yíng)商開(kāi)始采用FTTB+LAN的方式，即采用以太網(wǎng)＋雙絞線(xiàn)（UTP）綜合布線(xiàn)來(lái)構建小區寬帶網(wǎng)絡(luò )。由于許多家用智能電器設備都提供了以太網(wǎng)接口，可以通過(guò)以太網(wǎng)實(shí)現家用電器的智能化管理控制。在新建的小區中，越來(lái)越多的房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)商采用以太網(wǎng)＋雙絞線(xiàn)（UTP）綜合布線(xiàn)的方式來(lái)構建小區寬帶網(wǎng)絡(luò )。 一、以太網(wǎng)接入技術(shù) 1．以太網(wǎng)接入技術(shù)的結構 以太網(wǎng)接入通常采用二層以太交換機，它工作于數據鏈路層，提供數據流量控制、傳輸差錯處理、傳輸介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)控制等功能。它可以將多個(gè)局域網(wǎng)網(wǎng)段連接起來(lái)形成更大的局域網(wǎng)。以太網(wǎng)交換機能在端口之間建立多 個(gè)不同的點(diǎn)對點(diǎn)專(zhuān)用通道，它采用帶寬獨占模式，大大降低了網(wǎng)絡(luò )發(fā)生擁塞的可能性，顯著(zhù)提高網(wǎng)絡(luò )的傳輸效率。其特點(diǎn)包括： （1）在由以太網(wǎng)交換機構成的網(wǎng)絡(luò )中，任意兩個(gè)節點(diǎn)都能通過(guò)以太網(wǎng)交換機建立一條專(zhuān)用通道，其間通信獨占該專(zhuān)用通道； （2）使用虛擬局域網(wǎng)VLAN技術(shù)，可根據用戶(hù)的要求將網(wǎng)絡(luò )劃分成若干較小的獨立子網(wǎng)，隔離廣播風(fēng)暴，提高網(wǎng)絡(luò )的效率和安全性； （3）擴展網(wǎng)絡(luò )的覆蓋范圍，擴大了網(wǎng)絡(luò )的直徑； （4）通過(guò)以太網(wǎng)交換機能夠實(shí)現多種局域網(wǎng)互聯(lián)。 2．以太網(wǎng)接入技術(shù)的特點(diǎn) 小區接入直接面向個(gè)人用戶(hù)，要求能以盡可能低的價(jià)格構建小區網(wǎng)絡(luò )，并以該網(wǎng)絡(luò )為支撐平臺，開(kāi)展諸如安全管理、物業(yè)管理、用戶(hù)互聯(lián)、網(wǎng)上購物、視頻點(diǎn)播等多種社區智能服務(wù)。因此，該網(wǎng)絡(luò )應是一個(gè)具有高帶寬、高可靠性、低建設和維護成本的網(wǎng)絡(luò )。以太網(wǎng)以其良好的擴充性能、簡(jiǎn)便的施工和低廉的價(jià)格等優(yōu)勢完全可以滿(mǎn)足以上要求。與國外流行的傳統局域網(wǎng)方式的以太網(wǎng)有所不同，智能小區以太網(wǎng)接入是具有中國特色的寬帶接入方式，具有以下特點(diǎn)： （1）用戶(hù)隔離：保障小區用戶(hù)數據的安全，隔離攜帶用戶(hù)個(gè)人信息的廣播消息，如ARP、DHCP消息等，防止關(guān)鍵設備受到攻擊。因此，網(wǎng)絡(luò )要保證單播地址的幀只有指定用戶(hù)才能夠接收。對于廣播地址的幀，需防止被其他用戶(hù)接收，避免MAC/IP地址仿冒，并防止某些惡意廣播包影響用戶(hù)的正常通信。 （2）用戶(hù)管理：用戶(hù)必須進(jìn)行開(kāi)戶(hù)登記，通過(guò)運營(yíng)商對用戶(hù)進(jìn)行的認證、授權后，才能連接到Internet或小區的應用服務(wù)器；杜絕非法用戶(hù)接入網(wǎng)絡(luò )，占用網(wǎng)絡(luò )資源，影響合法用戶(hù)的使用，并根據用戶(hù)的屬性讓用戶(hù)享有不同服務(wù)等級和相應的權利。同時(shí)，在通信時(shí)進(jìn)行計費管理。 （3）帶寬管理和QoS保證：小區以太網(wǎng)具有帶寬控制能力，即保證用戶(hù)最低接入速率，限制用戶(hù)的最高接入速率；對于需要開(kāi)展語(yǔ)音、視頻組播等對帶寬有較高要求的業(yè)務(wù)，能夠提供業(yè)務(wù)的QoS保證。 （4）集中管理和維護：小區以太網(wǎng)具有集中管理功能，小區中心能夠監視網(wǎng)絡(luò )運行和用戶(hù)對網(wǎng)絡(luò )的使用狀況，避免用戶(hù)因出現誤操作或惡意攻擊對網(wǎng)絡(luò )正常運行帶來(lái)的影響，能夠及時(shí)發(fā)覺(jué)和處理出現的問(wèn)題。 小區的智能化主要體現在家庭交互信息寬帶化、安防自動(dòng)化和物業(yè)管理智能化等方面。采用以太網(wǎng)技術(shù)構建的小區智能網(wǎng)可以實(shí)現利用一個(gè)網(wǎng)絡(luò )將每個(gè)住戶(hù)的家庭終端連接起來(lái)，做到功能全、投資少、安裝和維護方便，便于進(jìn)行統一管理和監控。 二、小區以太接入網(wǎng)絡(luò )體系結構及實(shí)現方案 1．小區以太網(wǎng)體系結構 小區以太接入網(wǎng)由三級設備組成：樓宇內的樓宇交換機、小區機房的匯接交換機和中心交換機。 中心交換機主要實(shí)現網(wǎng)間路由，提供上層IP城域網(wǎng)和各服務(wù)器接口。匯接交換機由若干臺帶多個(gè)光接口的交換機組成，主要匯接樓宇交換機的數據流量，以節省上級中心交換機的端口數。樓宇交換機直接連接用戶(hù)。 以太網(wǎng)最早是作為一種局域網(wǎng)技術(shù)出現的，主要應用在企業(yè)網(wǎng)中以實(shí)現資源的自由共享，而這種資源的自由共享卻是運營(yíng)商不希望的。雖然目前較多的小區網(wǎng)絡(luò )是用Hub組成的局域網(wǎng)，但可以看到，這只是運營(yíng)商在初期階段采取的爭奪用戶(hù)的一個(gè)手段。隨著(zhù)市場(chǎng)的成熟以及用戶(hù)數的增加，運營(yíng)商要求的網(wǎng)絡(luò )必定是一個(gè)可運營(yíng)的電信級的網(wǎng)絡(luò )。因此直接將局域網(wǎng)技術(shù)應用到小區接入是不能滿(mǎn)足運營(yíng)商今后要求的，主要原因有以下方面： （1）局域網(wǎng)中的設備如Hub不能隔離廣播風(fēng)暴，當連接的用戶(hù)較多時(shí)，極易產(chǎn)生廣播風(fēng)暴而引起網(wǎng)絡(luò )的癱瘓； （2）由于局域網(wǎng)是共享式的網(wǎng)絡(luò )，因此各用戶(hù)之間的信息沒(méi)有相互隔離，用戶(hù)的數據安全得不到保障，易受到惡意訪(fǎng)問(wèn)或攻擊； （3）Hub沒(méi)有管理功能，不能對用戶(hù)進(jìn)行有效的管理，收費只能采用包月制，用戶(hù)可自己通過(guò)Hub連接更多的用戶(hù)，使運營(yíng)商失去部分收入； （4）將局域網(wǎng)技術(shù)應用到小區中時(shí)要解決的問(wèn)題有用戶(hù)管理、用戶(hù)信息隔離、集中管理和維護。 2．用戶(hù)管理 對于網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)商來(lái)說(shuō)，用戶(hù)的認證、計費等管理功能是首要的，為此，小區網(wǎng)絡(luò )必須具有認證、計費的功能。目前小區網(wǎng)絡(luò )主要采用包月的月租計費、用戶(hù)無(wú)認證策略。寬帶網(wǎng)絡(luò )與窄帶網(wǎng)絡(luò )不同，由于寬帶網(wǎng)業(yè)務(wù)傳送量較大，單位時(shí)間內網(wǎng)絡(luò )數據流量會(huì )出現較大區別，計費政策也應進(jìn)行相應調整。從長(cháng)遠看，隨著(zhù)用戶(hù)量發(fā)展，網(wǎng)絡(luò )規模不斷擴大，業(yè)務(wù)模式也在不斷變化，以符合ISP計費要求計費策略，即以時(shí)長(cháng)，流量和月租的綜合計費才能從根本上保護運營(yíng)商的投資和運營(yíng)利益。 為了實(shí)現用戶(hù)的認證以及時(shí)長(cháng)/流量的計費，小區網(wǎng)絡(luò )一般采用動(dòng)態(tài)注冊的認證方式。在動(dòng)態(tài)注冊認證的小區以太接入網(wǎng)中，網(wǎng)絡(luò )設備采用的是管理型二層交換機。這種管理型交換機與非管理型交換機相比增加了許多功能，如支持Rmon、標記VLAN、SNMP、IGMP、IEEE 802.1D協(xié)議、支持基于Web的管理、提供QoS保證等等。這些新技術(shù)的應用以及動(dòng)態(tài)注冊的認證方式使得小區以太接入完全能滿(mǎn)足網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)商的要求，達到電信級的運營(yíng)標準。 在該方案中，用戶(hù)之間的隔離通過(guò)劃分VLAN來(lái)實(shí)現。為避免部分用戶(hù)對網(wǎng)絡(luò )的盜用，在實(shí)現用戶(hù)認證時(shí)可以將MAC地址和交換機端口進(jìn)行綁定。同時(shí)網(wǎng)管中心也能密切監視該端口出現的各種數據流量。對于有大量廣播包出現的端口，被認為是惡意用戶(hù)或故障用戶(hù)，隨時(shí)關(guān)閉端口，以確保網(wǎng)絡(luò )的正常運行。小區中心是通過(guò)動(dòng)態(tài)注冊的方式來(lái)管理用戶(hù)的上網(wǎng)、計費。 用戶(hù)在每次使用網(wǎng)絡(luò )時(shí)，需向小區中心的認證服務(wù)器發(fā)起注冊，注冊成功后，根據其訪(fǎng)問(wèn)權限，用戶(hù)將被指定到中心的相應出口，同時(shí)開(kāi)始計費。計費過(guò)程中，注冊服務(wù)器將保持和用戶(hù)聯(lián)系，當出現設備死機或掉電情況時(shí)，計費系統自動(dòng)終止該用戶(hù)的計費。在此過(guò)程中，用戶(hù)的MAC地址與端口是綁定的，一個(gè)賬戶(hù)對應一個(gè)MAC地址。如果用戶(hù)更換了網(wǎng)卡，則需重新以初次上網(wǎng)用戶(hù)進(jìn)行登錄。中心交換機則用本次登錄的MAC地址代替以前的MAC地址，始終保證一個(gè)賬戶(hù)只能使用一個(gè)MAC地址，從而保證網(wǎng)絡(luò )的安全性。 3．用戶(hù)信息隔離 VLAN技術(shù)的出現使以太網(wǎng)可以劃分成多個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò )，各個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò )之間隔離廣播信息，有效防止了廣播風(fēng)暴，提高了網(wǎng)絡(luò )的可靠性和安全性。小區以太接入的安全主要考慮兩個(gè)方面：一是用戶(hù)之間的相互干擾和影響，另一種是因沖突域劃分不合理引起的廣播風(fēng)暴。合理劃分VLAN可有效解決以上兩個(gè)問(wèn)題，具體方法可采用VLAN + 子網(wǎng)的隔離方式。 （1）子網(wǎng)的劃分：匯接交換機一般都是通過(guò)一個(gè)上連接口連接到小區中心的三層交換機，從小區用戶(hù)的接入方式來(lái)看，每個(gè)接入到匯接交換機的用戶(hù)群可以設置在一個(gè)C類(lèi)子網(wǎng)中。這樣，對應于三層交換機端口上的一個(gè)IP地址，一個(gè)匯接交換機實(shí)際上最大可以連接254個(gè)用戶(hù)。 （2）VLAN的劃分：原則上一個(gè)VLAN一個(gè)子網(wǎng)。VLAN在不同的交換機上可復用。 VLAN+子網(wǎng)實(shí)現的用戶(hù)隔離可以較好利用子網(wǎng)的隔離屬性，也可節約大量的VLAN數量，最大隔離的用戶(hù)數量實(shí)際上與VLAN數量無(wú)關(guān)，而與子網(wǎng)的數量有關(guān)。當小區采用C類(lèi)子網(wǎng)進(jìn)行IP地址分配時(shí)，最大用戶(hù)數量可以達到6萬(wàn)戶(hù)，完全滿(mǎn)足當前小區網(wǎng)絡(luò )規模要求。 4．集中管理和維護 由于動(dòng)態(tài)注冊認證方式的小區以太網(wǎng)采用了管理型交換機，因此，對于網(wǎng)絡(luò )的集中管理和維護變得簡(jiǎn)單起來(lái)。 管理員可在網(wǎng)絡(luò )中心通過(guò)多種方式進(jìn)行遠程網(wǎng)絡(luò )設備的管理和維護，如Web登陸、SNMP協(xié)議以及成熟的網(wǎng)管系統。同時(shí)，管理員還能通過(guò)網(wǎng)絡(luò )遠程開(kāi)關(guān)用戶(hù)的端口，防止用戶(hù)端口發(fā)出的惡意信息影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò )。 三、用以太網(wǎng)絡(luò )構建小區智能化系統 小區智能化主要體現在家庭交互信息寬帶化、安防自動(dòng)化和物業(yè)管理智能化等方面。計算機網(wǎng)絡(luò )作為智能化系統的建設重點(diǎn)，必須要寬帶化。在寬帶網(wǎng)絡(luò )的基礎平臺上，可以構筑多種應用系統，例如Internet接入、物業(yè)管理、社區服務(wù)等。在考慮智能小區計算機網(wǎng)絡(luò )接入Internet的方案以及小區內網(wǎng)絡(luò )傳輸介質(zhì)的方案時(shí)，必須慎重考慮技術(shù)標準的發(fā)展以及可以利用的資源等因素。已經(jīng)發(fā)展了幾十年的以太網(wǎng)技術(shù)，其成熟性、可靠性和標準化程度都非常高，并且具有非常好的可擴展性，因此，以太網(wǎng)技術(shù)適用于在智能小區中構建寬帶接入網(wǎng)絡(luò )基礎平臺。以智能小區相當穩固的社區居民為依托，借助互聯(lián)網(wǎng)豐富的信息資源，小區管理者可以以小區名稱(chēng)申請域名，建立小區自己的網(wǎng)站，發(fā)布信息，創(chuàng )建智能小區獨特的社區文化。 在傳統的智能化小區中，信息網(wǎng)絡(luò )系統、安全防范系統和小區管理系統各自獨立，不但增加了不必要的投資，而且在管理、維護上都很麻煩。由于在小區智能化系統中，采用了以太接入技術(shù)構建了一個(gè)性能優(yōu)良的以太網(wǎng)寬帶接入平臺。這樣，信息網(wǎng)絡(luò )系統、安全防范系統和小區管理系統可以統一在一個(gè)網(wǎng)絡(luò )平臺上。 1．采用以太網(wǎng)接入技術(shù)的小區智能化系統的功能 小區中以太網(wǎng)絡(luò )的搭建為構建整個(gè)智能化小區提供了一個(gè)信息網(wǎng)絡(luò )平臺，可以實(shí)現以下功能。 （1）家庭交互信息寬帶化 包括高速上網(wǎng)、VOD點(diǎn)播、電子商務(wù)、遠程教育、遠程醫療保健、電子郵箱、網(wǎng)上娛樂(lè )、網(wǎng)上資訊、家庭辦公、聊天室等。 （2）安防自動(dòng)化和物業(yè)管理智能化 住戶(hù)管理可以采用家庭智能控制器來(lái)實(shí)現各種智能化管理目標，并通過(guò)現有的寬帶網(wǎng)絡(luò )傳輸介質(zhì)，實(shí)現與小區中心管理系統的互連，以減少投資和管理成本。小區中以太網(wǎng)絡(luò )的搭建為構建整個(gè)智能化小區提供了一個(gè)信息網(wǎng)絡(luò )平臺，它與家庭網(wǎng)絡(luò )子系統相連接，就可以實(shí)現家庭安防自動(dòng)化和物業(yè)管理智能化。家庭智能控制系統是一個(gè)基于以太網(wǎng)絡(luò )系統的智能住宅控制系統，包括樓宇防盜報警、災難報警、緊急求助、水電氣多表遠程自動(dòng)抄收、家用電器控制等功能的集中管理控制系統。家庭智能控制系統具有多個(gè)數字、開(kāi)關(guān)、脈沖量I/O端口，可用于住戶(hù)室內外的安全防盜報警系統、煤氣泄漏檢測、緊急報警和服務(wù)請求、水、電、氣表的數據記錄，控制用戶(hù)室內的門(mén)鎖及其它電氣開(kāi)關(guān)等多種用途；其鍵盤(pán)可用于布防、撤防的控制；中文液晶顯示屏可用于發(fā)布社區公告信息或住戶(hù)欠費信息，提請住戶(hù)注意。通過(guò)使用家庭智能控制器，可以實(shí)現家庭安防自動(dòng)化和物業(yè)管理智能化，提供遠程抄表、自動(dòng)抄錄電表、水表和煤氣表的讀數、住宅安保、家庭環(huán)境監控等。 2．家庭智能化控制系統的組成和功能 住宅智能化是將家庭中各種與信息相關(guān)的通訊設備、家用電器和家庭保安裝置，通過(guò)家庭總線(xiàn)技術(shù)連接到一個(gè)家庭智能化系統上進(jìn)行集中的或異地的監視、控制和家庭事務(wù)性管理，并保持這些家庭設施與住宅環(huán)境的和諧與協(xié)調。該系統包括家庭智能控制系統、三表遠程抄送系統、住戶(hù)報警及智能家電系統等。主要由住戶(hù)端的家庭智能控制器設備和小區中心的管理控制中心兩部分構成。家庭智能控制器的組成可分為家庭控制器主機、家庭通信網(wǎng)單元、家庭設備自動(dòng)化單元和家庭安全防范單元四個(gè)大部分。家庭控制器主機由中央處理器CPU、通信模塊組成。家庭通信網(wǎng)絡(luò )單元由計算機互聯(lián)網(wǎng)通信模塊組成。家庭設備自動(dòng)化單元由照明控制模塊、空調控制模塊、電器設備控制模塊和電表、水表、煤氣表數據采集模塊組成。家庭安全防范單元由火災報警模塊、煤氣泄漏報警模塊、防盜報警模塊和安全對講及緊急呼救模塊組成。 （1）家庭智能控制器系統 在每戶(hù)安裝一臺家庭智能控制器，以實(shí)現防盜報警和三表遠傳及家電控制等功能。家庭智能控制器系統可放在住戶(hù)家庭內，其中一個(gè)網(wǎng)絡(luò )接口同小區以太網(wǎng)絡(luò )連接，另一個(gè)網(wǎng)絡(luò )接口同住戶(hù)家中的PC機相連。家庭內的防盜報警系統、水/電/氣表的數據采集系統和家電控制系統均通過(guò)家居布線(xiàn)系統和家庭智能控制器連接，再由家庭智能控制器將所有的數據通過(guò)計算機網(wǎng)絡(luò )傳至管理控制中心。住戶(hù)端的家庭智能控制器所接收的信息均通過(guò)以太網(wǎng)絡(luò )傳往管理控制中心。管理控制中心是整個(gè)系統的控制中心和數據處理中心。各個(gè)系統的狀態(tài)信息、報警信息和水、電、氣表讀數信息均發(fā)到該中心，各系統的控制信息也由此發(fā)出，而且控制中心可以遠程進(jìn)行安防系統的布防、撤防及家電控制。管理控制中心主要由數據庫服務(wù)器和中心控制處理機組成。數據庫服務(wù)器用于存儲各系統的運行數據和原始資料。中心控制處理機是用于管理家庭智能控制器系統的中心監控計算機，采用一臺PC機，運行報警監控軟件和管理控制系統軟件。 （2）三表遠程抄送系統 三表遠程抄送系統主要由抄表單元和電/水/氣計量表、小區以太網(wǎng)絡(luò )平臺和小區管理中心抄表計算機組成。根據小區物業(yè)管理的要求在家庭控制器設置數據采集程序，可在某一特定的時(shí)間通過(guò)傳感器對電表、水表和煤氣表用量進(jìn)行自動(dòng)數據采集、計量，并將采集結果傳送給小區物業(yè)管理系統。抄表單元通過(guò)RS485總線(xiàn)與家庭智能控制器實(shí)現通訊，并經(jīng)由家庭智能控制器通過(guò)以太網(wǎng)與中心抄表計算機相連接。采用具有脈沖輸出功能的水表、電表、煤氣表，三表與智能控制器采取有線(xiàn)連接，其輸出的讀數可在智能控制器的液晶顯示器查看，同時(shí)傳送給中心端服務(wù)器。 （3）住戶(hù)報警系統 家庭安全防范主要包括防火災發(fā)生、防煤氣（可燃氣體）泄漏、防盜報警、安全對講、緊急呼救等。住戶(hù)報警系統主要由三部分構成。第一部分是由以家庭智能控制器為主要設備所組成的家庭數據采集、傳輸、處理的前端系統；第二部分是小區以太網(wǎng)絡(luò )平臺；第三部分是小區管理中心系統。放置于住戶(hù)內的家庭智能控制器通過(guò)小區以太網(wǎng)絡(luò )連接到小區管理中心系統的中心控制計算機；中心控制計算機可以實(shí)施對小區每一住戶(hù)內數據終端所傳送的所有數據的監控管理，并將所有住戶(hù)的相關(guān)信息保存到數據庫服務(wù)器。當有人非法闖入打開(kāi)門(mén)窗時(shí)，磁控開(kāi)關(guān)告警，并將告警信號傳送給智能控制器，智能控制器鳴叫告警并將告警數據上傳管理控制中心。當有人非法闖入紅外探測區域，紅外探測器告警，并將告警信號傳送給智能控制器，智能控制器鳴叫告警并將告警數據上傳管理控制中心。當住戶(hù)家中有緊急事情需幫助時(shí)，可按緊急求助按鈕，求助信號會(huì )傳送到管理控制中心，小區物業(yè)管理中心可迅速派人給予援助。當探測到室內煤氣濃度大于國家規定標準，探測器告警，并將告警信號傳送給智能控制器，智能控制器鳴叫告警并將告警數據上傳管理控制中心。 （4）住戶(hù)電器智能控制系統 住戶(hù)電器智能控制系統與住戶(hù)報警系統的三個(gè)組成部分相同，所不同的是家庭智能控制器提供開(kāi)關(guān)量信號的輸出，管理中心可進(jìn)行直接遠控。家庭設備自動(dòng)化主要包括電器設備的集中、遙控、遠距離異地的監視、控制及數據采集。按照預先所設定程序的要求對微波爐、開(kāi)水器、家庭影院、電動(dòng)窗簾等家用電器設備進(jìn)行控制。按照預先設定的程序根據時(shí)間、溫度、濕度等參數對空調機進(jìn)行監視、調節和控制。按照預先設定的時(shí)間程序分別對各個(gè)房間照明設備的開(kāi)、關(guān)進(jìn)行控制。 |
