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目前，寬帶接入技術主要有ADSL、HFC、以太網三種技術。隨著我國寬帶智能小區建設速度的加快，越來越多的運營商開始采用FTTB+LAN的方式，即采用以太網＋雙絞線（UTP）綜合布線來構建小區寬帶網絡。由于許多家用智能電器設備都提供了以太網接口，可以通過以太網實現家用電器的智能化管理控制。在新建的小區中，越來越多的房地產開發商采用以太網＋雙絞線（UTP）綜合布線的方式來構建小區寬帶網絡。 一、以太網接入技術 1．以太網接入技術的結構 以太網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、傳輸介質訪問控制等功能。它可以將多個局域網網段連接起來形成更大的局域網。以太網交換機能在端口之間建立多 個不同的點對點專用通道，它采用帶寬獨占模式，大大降低了網絡發生擁塞的可能性，顯著提高網絡的傳輸效率。其特點包括： （1）在由以太網交換機構成的網絡中，任意兩個節點都能通過以太網交換機建立一條專用通道，其間通信獨占該專用通道； （2）使用虛擬局域網VLAN技術，可根據用戶的要求將網絡劃分成若干較小的獨立子網，隔離廣播風暴，提高網絡的效率和安全性； （3）擴展網絡的覆蓋范圍，擴大了網絡的直徑； （4）通過以太網交換機能夠實現多種局域網互聯。 2．以太網接入技術的特點 小區接入直接面向個人用戶，要求能以盡可能低的價格構建小區網絡，并以該網絡為支撐平臺，開展諸如安全管理、物業管理、用戶互聯、網上購物、視頻點播等多種社區智能服務。因此，該網絡應是一個具有高帶寬、高可靠性、低建設和維護成本的網絡。以太網以其良好的擴充性能、簡便的施工和低廉的價格等優勢完全可以滿足以上要求。與國外流行的傳統局域網方式的以太網有所不同，智能小區以太網接入是具有中國特色的寬帶接入方式，具有以下特點： （1）用戶隔離：保障小區用戶數據的安全，隔離攜帶用戶個人信息的廣播消息，如ARP、DHCP消息等，防止關鍵設備受到攻擊。因此，網絡要保證單播地址的幀只有指定用戶才能夠接收。對于廣播地址的幀，需防止被其他用戶接收，避免MAC/IP地址仿冒，并防止某些惡意廣播包影響用戶的正常通信。 （2）用戶管理：用戶必須進行開戶登記，通過運營商對用戶進行的認證、授權后，才能連接到Internet或小區的應用服務器；杜絕非法用戶接入網絡，占用網絡資源，影響合法用戶的使用，并根據用戶的屬性讓用戶享有不同服務等級和相應的權利。同時，在通信時進行計費管理。 （3）帶寬管理和QoS保證：小區以太網具有帶寬控制能力，即保證用戶最低接入速率，限制用戶的最高接入速率；對于需要開展語音、視頻組播等對帶寬有較高要求的業務，能夠提供業務的QoS保證。 （4）集中管理和維護：小區以太網具有集中管理功能，小區中心能夠監視網絡運行和用戶對網絡的使用狀況，避免用戶因出現誤操作或惡意攻擊對網絡正常運行帶來的影響，能夠及時發覺和處理出現的問題。 小區的智能化主要體現在家庭交互信息寬帶化、安防自動化和物業管理智能化等方面。采用以太網技術構建的小區智能網可以實現利用一個網絡將每個住戶的家庭終端連接起來，做到功能全、投資少、安裝和維護方便，便于進行統一管理和監控。 二、小區以太接入網絡體系結構及實現方案 1．小區以太網體系結構 小區以太接入網由三級設備組成：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。 中心交換機主要實現網間路由，提供上層IP城域網和各服務器接口。匯接交換機由若干臺帶多個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。 以太網最早是作為一種局域網技術出現的，主要應用在企業網中以實現資源的自由共享，而這種資源的自由共享卻是運營商不希望的。雖然目前較多的小區網絡是用Hub組成的局域網，但可以看到，這只是運營商在初期階段采取的爭奪用戶的一個手段。隨著市場的成熟以及用戶數的增加，運營商要求的網絡必定是一個可運營的電信級的網絡。因此直接將局域網技術應用到小區接入是不能滿足運營商今后要求的，主要原因有以下方面： （1）局域網中的設備如Hub不能隔離廣播風暴，當連接的用戶較多時，極易產生廣播風暴而引起網絡的癱瘓； （2）由于局域網是共享式的網絡，因此各用戶之間的信息沒有相互隔離，用戶的數據安全得不到保障，易受到惡意訪問或攻擊； （3）Hub沒有管理功能，不能對用戶進行有效的管理，收費只能采用包月制，用戶可自己通過Hub連接更多的用戶，使運營商失去部分收入； （4）將局域網技術應用到小區中時要解決的問題有用戶管理、用戶信息隔離、集中管理和維護。 2．用戶管理 對于網絡運營商來說，用戶的認證、計費等管理功能是首要的，為此，小區網絡必須具有認證、計費的功能。目前小區網絡主要采用包月的月租計費、用戶無認證策略。寬帶網絡與窄帶網絡不同，由于寬帶網業務傳送量較大，單位時間內網絡數據流量會出現較大區別，計費政策也應進行相應調整。從長遠看，隨著用戶量發展，網絡規模不斷擴大，業務模式也在不斷變化，以符合ISP計費要求計費策略，即以時長，流量和月租的綜合計費才能從根本上保護運營商的投資和運營利益。 為了實現用戶的認證以及時長/流量的計費，小區網絡一般采用動態注冊的認證方式。在動態注冊認證的小區以太接入網中，網絡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協議、支持基于Web的管理、提供QoS保證等等。這些新技術的應用以及動態注冊的認證方式使得小區以太接入完全能滿足網絡運營商的要求，達到電信級的運營標準。 在該方案中，用戶之間的隔離通過劃分VLAN來實現。為避免部分用戶對網絡的盜用，在實現用戶認證時可以將MAC地址和交換機端口進行綁定。同時網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，被認為是惡意用戶或故障用戶，隨時關閉端口，以確保網絡的正常運行。小區中心是通過動態注冊的方式來管理用戶的上網、計費。 用戶在每次使用網絡時，需向小區中心的認證服務器發起注冊，注冊成功后，根據其訪問權限，用戶將被指定到中心的相應出口，同時開始計費。計費過程中，注冊服務器將保持和用戶聯系，當出現設備死機或掉電情況時，計費系統自動終止該用戶的計費。在此過程中，用戶的MAC地址與端口是綁定的，一個賬戶對應一個MAC地址。如果用戶更換了網卡，則需重新以初次上網用戶進行登錄。中心交換機則用本次登錄的MAC地址代替以前的MAC地址，始終保證一個賬戶只能使用一個MAC地址，從而保證網絡的安全性。 3．用戶信息隔離 VLAN技術的出現使以太網可以劃分成多個虛擬網絡，各個虛擬網絡之間隔離廣播信息，有效防止了廣播風暴，提高了網絡的可靠性和安全性。小區以太接入的安全主要考慮兩個方面：一是用戶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暴。合理劃分VLAN可有效解決以上兩個問題，具體方法可采用VLAN + 子網的隔離方式。 （1）子網的劃分：匯接交換機一般都是通過一個上連接口連接到小區中心的三層交換機，從小區用戶的接入方式來看，每個接入到匯接交換機的用戶群可以設置在一個C類子網中。這樣，對應于三層交換機端口上的一個IP地址，一個匯接交換機實際上最大可以連接254個用戶。 （2）VLAN的劃分：原則上一個VLAN一個子網。VLAN在不同的交換機上可復用。 VLAN+子網實現的用戶隔離可以較好利用子網的隔離屬性，也可節約大量的VLAN數量，最大隔離的用戶數量實際上與VLAN數量無關，而與子網的數量有關。當小區采用C類子網進行IP地址分配時，最大用戶數量可以達到6萬戶，完全滿足當前小區網絡規模要求。 4．集中管理和維護 由于動態注冊認證方式的小區以太網采用了管理型交換機，因此，對于網絡的集中管理和維護變得簡單起來。 管理員可在網絡中心通過多種方式進行遠程網絡設備的管理和維護，如Web登陸、SNMP協議以及成熟的網管系統。同時，管理員還能通過網絡遠程開關用戶的端口，防止用戶端口發出的惡意信息影響整個網絡。 三、用以太網絡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、安防自動化和物業管理智能化等方面。計算機網絡作為智能化系統的建設重點，必須要寬帶化。在寬帶網絡的基礎平臺上，可以構筑多種應用系統，例如Internet接入、物業管理、社區服務等。在考慮智能小區計算機網絡接入Internet的方案以及小區內網絡傳輸介質的方案時，必須慎重考慮技術標準的發展以及可以利用的資源等因素。已經發展了幾十年的以太網技術，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，以太網技術適用于在智能小區中構建寬帶接入網絡基礎平臺。以智能小區相當穩固的社區居民為依托，借助互聯網豐富的信息資源，小區管理者可以以小區名稱申請域名，建立小區自己的網站，發布信息，創建智能小區獨特的社區文化。 在傳統的智能化小區中，信息網絡系統、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構建了一個性能優良的以太網寬帶接入平臺。這樣，信息網絡系統、安全防范系統和小區管理系統可以統一在一個網絡平臺上。 1．采用以太網接入技術的小區智能化系統的功能 小區中以太網絡的搭建為構建整個智能化小區提供了一個信息網絡平臺，可以實現以下功能。 （1）家庭交互信息寬帶化 包括高速上網、VOD點播、電子商務、遠程教育、遠程醫療保健、電子郵箱、網上娛樂、網上資訊、家庭辦公、聊天室等。 （2）安防自動化和物業管理智能化 住戶管理可以采用家庭智能控制器來實現各種智能化管理目標，并通過現有的寬帶網絡傳輸介質，實現與小區中心管理系統的互連，以減少投資和管理成本。小區中以太網絡的搭建為構建整個智能化小區提供了一個信息網絡平臺，它與家庭網絡子系統相連接，就可以實現家庭安防自動化和物業管理智能化。家庭智能控制系統是一個基于以太網絡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數字、開關、脈沖量I/O端口，可用于住戶室內外的安全防盜報警系統、煤氣泄漏檢測、緊急報警和服務請求、水、電、氣表的數據記錄，控制用戶室內的門鎖及其它電氣開關等多種用途；其鍵盤可用于布防、撤防的控制；中文液晶顯示屏可用于發布社區公告信息或住戶欠費信息，提請住戶注意。通過使用家庭智能控制器，可以實現家庭安防自動化和物業管理智能化，提供遠程抄表、自動抄錄電表、水表和煤氣表的讀數、住宅安保、家庭環境監控等。 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的通訊設備、家用電器和家庭保安裝置，通過家庭總線技術連接到一個家庭智能化系統上進行集中的或異地的監視、控制和家庭事務性管理，并保持這些家庭設施與住宅環境的和諧與協調。該系統包括家庭智能控制系統、三表遠程抄送系統、住戶報警及智能家電系統等。主要由住戶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、家庭通信網單元、家庭設備自動化單元和家庭安全防范單元四個大部分。家庭控制器主機由中央處理器CPU、通信模塊組成。家庭通信網絡單元由計算機互聯網通信模塊組成。家庭設備自動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 在每戶安裝一臺家庭智能控制器，以實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家庭內，其中一個網絡接口同小區以太網絡連接，另一個網絡接口同住戶家中的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家居布線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計算機網絡傳至管理控制中心。住戶端的家庭智能控制器所接收的信息均通過以太網絡傳往管理控制中心。管理控制中心是整個系統的控制中心和數據處理中心。各個系統的狀態信息、報警信息和水、電、氣表讀數信息均發到該中心，各系統的控制信息也由此發出，而且控制中心可以遠程進行安防系統的布防、撤防及家電控制。管理控制中心主要由數據庫服務器和中心控制處理機組成。數據庫服務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、小區以太網絡平臺和小區管理中心抄表計算機組成。根據小區物業管理的要求在家庭控制器設置數據采集程序，可在某一特定的時間通過傳感器對電表、水表和煤氣表用量進行自動數據采集、計量，并將采集結果傳送給小區物業管理系統。抄表單元通過RS485總線與家庭智能控制器實現通訊，并經由家庭智能控制器通過以太網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，同時傳送給中心端服務器。 （3）住戶報警系統 家庭安全防范主要包括防火災發生、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絡平臺；第三部分是小區管理中心系統。放置于住戶內的家庭智能控制器通過小區以太網絡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施對小區每一住戶內數據終端所傳送的所有數據的監控管理，并將所有住戶的相關信息保存到數據庫服務器。當有人非法闖入打開門窗時，磁控開關告警，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。當住戶家中有緊急事情需幫助時，可按緊急求助按鈕，求助信號會傳送到管理控制中心，小區物業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）住戶電器智能控制系統 住戶電器智能控制系統與住戶報警系統的三個組成部分相同，所不同的是家庭智能控制器提供開關量信號的輸出，管理中心可進行直接遠控。家庭設備自動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、開水器、家庭影院、電動窗簾等家用電器設備進行控制。按照預先設定的程序根據時間、溫度、濕度等參數對空調機進行監視、調節和控制。按照預先設定的時間程序分別對各個房間照明設備的開、關進行控制。 |
