智能小区综合网络设计方案DOC

智能小区综合网络设计 摘    要 以全国最大的智能小区重庆渝北区加新沁园和富抱泉小区为例，小区共试点用电信息采集、小区配电自动化、电力光纤到户、智能用电服务互动平台、光伏发电系统、电动汽车充电桩管理、智能家居服务等10项业务。在这个智能小区中，无论你在哪里，只要通过网路平台，在公司里你就可以远程遥控电饭煲做饭，提前打开空调，如果家里有煤气泄漏等其他突发状况，安防系统将自动向物业管理系统报警。 在旁人的眼里，或许会认为这样的智能系统会更加耗电，使用更多的资源，但其实不然。与传统小区相比，智能化小区更为节点。在每个楼层的楼顶，具名都可以选择安装分布式电源，分布式电源的电能来自风能、太阳能、沼气等等。通过这样的发电设备，电能就源源不断进入用户电网内，屋外的智能电表上用电量很小，但家里的光亮一点不减。根据重庆大学输配电国家重点实验室副主任熊小伏介绍，一百平方米左右的太阳能电池板一天能发数十度电，足够一个家庭使用一天。不过，受外部环境限制，智能小区获取的发电量还是有限的，但有太阳能电的辅助，还是能在一定程度上为小区的居民们省电省钱。配合现在实施的分时电价，智能小区为居民剩下了不少开销，在低谷时用电，高谷时使用太阳能电，这个方法十分不错。 智能小区由于internet的信息和服务内容丰富，使得用户入网需求急剧增加。此外，住宅社区的智能化、网络化，不仅给社区开放商代带来新市场，也使他们的管理更加简单可视化，省去大量的人力监督巡视，通过网络也能为社区用户提供更多的增值服务，可谓是一个双赢的市场。 关键词：智能小区，网络设计，以太网 目    录 摘    要    I 1 智能小区调查和研究    1 1.1 智能小区概念功能    1 1.2 智能小区发展前景    2 1.3 智能小区实施环境    错误！未定义书签。 2 智能小区需求分析    3 2.1 智能小区需求    3 2.2 智能小区网络设备方案    4 2.2.1 ADSL接入方案    4 2.2.2 HFC接入方案    5 2.2.3 LAN接入方案    错误！未定义书签。 2.3 网络方案选取    7 3 智能小区网络技术    错误！未定义书签。 3.1 网络模型示例    错误！未定义书签。 3.2 网络协议选择    错误！未定义书签。 3.3 网络VLAN选择    错误！未定义书签。 4 网络设计图    8 4.1 网络图    8 4.2 拓扑图    9 5 总结    9 5.1 网络认识和了解    9 5.2 网络管理    错误！未定义书签。 1 智能小区调查和研究 1.1 智能小区概念功能 智能小区的概念是建筑智能化技术与现代居住小区相结合而衍生出来的。就住宅而言，先后出现了智能住宅、智能小区、智能社区的概念。我们可以这样认为：智能化住宅小区是指通过利用现代通信网络技术、计算机技术、自动控制技术、IC卡技术，通过有效的传输网络，建立一个由住宅小区综合物业管理中心与安防系统、信息服务系统、物业管理系统以及家居智能化组成的"三位一体"住宅小区服务和管理集成系统，使小区与每个家庭能达到安全、舒适、温馨和便利的生活环境。 智能小区与公共建筑中的智能建筑的主要区别是，智能小区强调住宅单元个体，侧重物业管理功能。智能小区包含的系统有综合布线系统、有线电视系统、电话交换机系统、门禁系统、楼宇对讲系统、监控系统、防盗和联网报警系统、集中抄表系统、小区能源管理系统、宽带网络接入、停车管理系统、公共广播系统、物业管理系统、小区电子商务系统等，少数智能小区的高层项目、会所、运动中心还应用了楼宇自控系统。真正意义的智能小区中的单元--单个住宅，应该安装智能家居（Smart home），这样智能小区的功能才得以有效运用，对大型社区来说，智能小区是智能家居运行的基础平台。 国家对智能小区有的定义，主要功能应有：用电信息采集，小区配电自动化，电力光纤到户，智能用电服务互动平台，光伏发电系统并网运行，电动汽车充电桩管理，智能家居服务，统一展示平台，自助缴费终端，水、气表集抄等。 1.2 智能小区发展前景 在当今社会科技的迅猛发展下，科技以人为本，越来越贴近人们的生活，科技发展所带来的便利可想而知，而如今住宅小区在满足场所和空间的同时，居住安全、信息互动以及人文科技所融合的智能化小区在中国各地已经陆续出现。智能小区给用户提供了一种安全、便利、舒适、高效、快捷的信息化世界，通过先进的技术管理，实现小区物业更高效的运作。 根据《2013-2017年中国智能小区建设行业深度调研与投资战略规划分析报告》数据分析，近年来，我国智能小区建设有了迅猛发展，各地房地产开发商所开发的住宅小区智能化项目普遍受到购房者的青睐。目前国内智能化小区的建设水平已有了长足的进步。智能小区在低碳、节能方面优势突出，同时为人们生活带来更多舒适体验。中国每年新增的建筑面积约20亿平方米，加之政府对小区智能化建设化、科学化的引导，小区智能化发展前景看好。 但从总体上来说，由于各地之间经济水平差别较大，同时居民的经济能力也有较大差异，目前国内多数的居民小区开发仍停留在科技含量较低的水平，还远未达到完全的智能化。我国住宅小区智能化的路途还十分漫长，另一方面也反映了我国智能小区建设的巨大市场空间。随着国民经济的快速发展，我国建设智能小区将是必然趋势，无论是开发商、系统集成商还是设备供应商，都将受益于其广阔的市场前景。 1.3 智能小区实施环境 假设M智能小区有二十栋建筑，其中有六栋小高层建筑（每栋楼有十六层实际用户数为90户）；两栋高层建筑（每栋楼有三十六层实际用户数210户）；以及十栋多层建筑（每栋多层住宅有七层实际用户数为42户）；同时还有配套的幼儿园一套，物业管理中心及小区会所用建筑一座，计算机主机房设在物业管理中心的二层。  为能给智能小区住户提供一个舒适、便利、安全的住宅环境，通过综合考虑小区的结构、系统、服务和管理以及它们之间的内在联系，设计出M智能小区的网络组建方案，满足用户需求，并充分做到经济、高速、稳定。 将该小区建筑划分为五个小型区域与核心的物业管理中心，五个小型区域分别为：  A区域由六栋多层住宅组成  B区域由两栋多层住宅和三栋小高层住宅组成 C区域由三栋小高层住宅组成  D区域由两栋多层住宅和两栋高层住宅组成  E区域由小区会所及物业管理中心一幢、幼儿园一幢组成  2 智能小区需求分析 2.1智能小区需求 智能小区网络针对的是所有居住在智能小区所有居民以及管理物业者，无论年轻人还是老年人都能便于管理住宅，实现资源共享，统一管理。 高科技智能小区具有很多复杂的功能，比如网络化、智能化、人性化和综合化，这些功能涵盖通信、安防、物业管理、家庭智能化等几大方面。可以说，智能化小区的发展迎来了物业管理展现价值的机会，同时也给物业管理增加了很多新的、技术含量较高的管理服务内容，如网络服务等等，只有物业管理的参与才能真正实现智能住宅小区的智能功能。 根据这些需求，架设在智能小区的网络必须有开放性和兼容性，在保证网络高速的同时，也要满足用户窄带、宽带、IPTV等需求。我们建设智能小区网络，对宽带接入网的要求是成本较低，升级空间大，同时易于管理。 2.2 智能小区网络设备方案 2.2.1 ADSL接入方案    这是基于PSTN的接入技术，即借助已有的电话线路，采用各种先进的调制技术和编码技术来提高铜线的传输数率，实现宽带(或准宽带)接入。 ADSL(Asymmetrical Digital Subscriber Loop)非对称数字用户环线，利用一对现有的电话线，为用户提供上、下行非对称的传输速率，理论上下传速率可达1.5Mbps~8Mbps，上行速率为640Kbps~1 Mbps，其实现时的具体差异主要由所用的ADSL Modem、局端ADSL设备性能、传输方式、传输介质(物理链路)的好坏及传输距离所决定。ADSL 在一对电话线上同时传送一路高速下行数据、一路较低速率数据、一路模拟电话。各信号间采用频分复用方式占用不同频带，低频段传送话音；中间窄频带传上行信道数据及控制信息；其余高频段传下行信道数据、图像或高速数据。 ADSL主要采用DMT 或CAP 调制方式。DMT 是离散多频调制，把全部频带划分为256 个子信道，根据子信道的瞬时衰耗特性、群时延特性和噪声特性，将输入数据动态分配给它们。自适应地分配各子信道速率，同时关闭被窄带噪声淹没的子信道，达到传输线的最佳利用，把误码和噪声减至最小，提高了系统传输容量。此外，ADSL 利用自适应滤波的新发展，如栅格编码及RS 码，提高抗噪声性能，采用非对称回波抵消技术以消除回波干扰。ADSL 系统分别在局端和用户端配置ADSL 调制解调器，采用DMT FFT，实现对信号处理及调制与解调。由电话网来的电话业务，通过普通电话业务（POTS）分离器用无源耦合方式接到普通电话线上。交换局（LEX）节点经过ADSL 调制解调器和POTS 分离器，分出与插入话音，与高速数据一起通过双绞铜线传到用户端，再经过用户端的分离器与ADSL 调制解调器，将信息送到用户的PC 机或电视终端。 由于ADSL的用户线路主要由电话线(一种低标准的UTP)组成，数字信息的衰减主要与传输和信号频率有关。在相同的传输速率下，线路衰减是影响ADSL性能的主要因素。随着传输速率的提高，ADSL的有效传输距离将随之缩短。在1.5Mbps的速率下，一对0.6mm线径的电话线传输距离可达6Km，而一对0.4mm线径的电话线的传输距离缩短为4.6Km。根据我国电话网络的实际情况；电话电缆的抗干扰性能较差(每米扭绞节数太少)易串音，线路转接头过多，线径不一致造成阻抗不匹配，故ADSL的实际应用通常在2Mbps速率以下、3.5Km范围以内。电信部门对一般家庭用户提供的多为512Kbps的速率。 由于ADSL技术是一种比较成熟的技术，在进行数据传送的同时，还保留着普通电话的业务，是一种“两网合一”(电话网、宽带网)、用户独享宽带的“在线”接入方式，也是当前欧美发达国家常用的宽带技术之一。ADSL 技术利用现有双绞线传输宽带业务，可保护投资；降低成本，特别适于大量分散的住宅用户。它被广泛用于Internet 接入、远端LAN 接入、视频点播（VOD）、远程教学、多媒体检索等宽带业务的接入与传输。目前ADSL 技术及其应用正不断发展，与之相应的ADSL 调制与处理芯片也大量推向市场，电信设备厂商也生产出不同类型的ADSL 调制解调产品并积极开拓市场，使ADSL 系统在接入网中不断拓宽应用。 VDSL(Very height data rate Digital Subscriber Loop)甚高速数字用户环线，是xDSL技术的新一代产品，它比ADSL有更高的带宽、使用上也更为简便。与ADSL一样，VDSL也采用频分复用方式，将POTS及VDSL的上、下行信号分配在不同的频带内传输，但它的传输速率却远高于ADSL，可以支持13Mbps~27Mbps的下行速率和3Mbps的上行速率。根据传输介质和速率的不同，VDSL传输距离可以从300m~1500m，从目前的设备状况来看，一般传播距离在500m以内。由于传播距离的限制，使得VDSL技术的应用受到一定的制约；另一方面VDSL尚未出台正式的国际标准。 2.2.2 HFC接入方案    该种组网方案是广电部门大力推荐的方案，HFC网由光纤干线和同轴电缆分配网络所组成。在住宅小区内，HFC网络拓扑基本上仍保留着原CATV网的结构形式，即为树形--分支型(总线式)同轴电缆网，而不是星形网络结构。HFC网络的频率带宽可达870MHZ，其中50MHZ-550MHZ频段用于模拟电视信号的传输，而550MHZ-750MHZ(也可达870MHZ)频段用于下行数据传输。我国一般采用北美标准，以16/64/256QAM调制方式传输数据，当采用64QAM调制方式时，传输速率为可达27Mbps，若采用256QAM调制方式时(此时要求高质量线缆)，传输速率可达40Mbps。上行传输则采用5-40MHZ频段，以QPSK调制方式上传数据，一般最高速率可达5Mbps，每个用户只要在原有电视终端插座上加插一个Cable Modem就可实现边看电视边高速上网。 然而需要指出的是，与电信的ADSL/VDSL方案不同，HFC网提供的27Mbps( 或40Mbps)下行速率和5Mbps的上行通道是由全体小区住户们共享的，小区住户上网人数越多，每个用户动态分配到的带宽就越窄、传输速率就越低，而电信方案中ADSL/VDSL提供的512Kbps(或640Kbps或1.0 Mbps)通道是独享的。此外，由于原有的CATV网络大多是单向传输(广播式)网络，不符合双向交互式服务的要求，必须进行双向HFC网改造。 在经过多年的研究和试验后，Cable Modem技术已趋于成熟，工业标准也已经完善，用HFC技术构造宽带接入网已经进入商业化推广应用阶段;在美国，到1999年底为止，大约有300万用户采用了双向HFC网提供的宽带服务。目前在我国，以HFC构造宽带接入网的成功案例并不多，这主要是由技术和经济两方面的原因引起的。一方面，双向HFC网的建设(或改造)需要较大的投资，使用户的宽带接入成本偏高且目前成本大幅度降低的趋势并不明显。其二，由于国情的不同，我国住宅小区的住户密度较高，使得树形--分支型(总线式)HFC网络的“固有”缺陷，下行共享带宽和上行的“漏斗效应”较为突出。此外网络本身的安全保障也还亟待加强(HFC网各用户间的隔离较差)，而且每周有半天无电视节目--用于设备维护，宽带接入服务也可能也会有“空白时段”。 2.2.3 LAN接入方案    LAN方式接入是利用以太网技术，采用光缆+双绞线的方式对社区进行综合布线。具体实施方案是: 从社区机房敷设光缆至住户单元楼，楼内布线采用五类双绞线敷设至用户家里，双绞线总长度一般不超过100米，用户家里的电脑通过五类跳线接入墙上的五类模块就可以实现上网。社区机房的出口是通过光缆或其他介质接入城域网。在住宅小区中，小区接入直接面向个人用户，要求能以尽可能低的价格构建小区网络，并以该网络为支撑平台，开展诸如安全管理、物业管理、用户互联、网上购物、视频点播等多种社区智能服务。因此，该网络应是一个具有高带宽、高可靠性、低建设和维护成本的网络。以太网以其良好的扩充能，简便的施工和低廉的价格等优势完全可以满足以上要求。 由于LAN多采用快速Ethernet组网方式，所使用的铜缆多数是五类或超五类甚至六类UTP (至少也是3类UTP) ，其数据传输性能和抗干扰能力远优于普通的电话电缆。若采用千兆位以太网组网技术，可轻松实现10Mbps到户100Mbps到楼的宽带接入服务，小区光纤的出口可直接至城域光纤主干网、ATM主干网或经相关网络设备接入Internet。 该方案的特点是： ① LAN能为每个家庭提供10BASE-T的端口，可达10Mbps速率。 ② LAN也支持小区物业管理信息平台。 ③ 网络端口数扩展和性能提升较方便。 ④ 因为采用共享式网络技术，有潜在的网络安全问 ⑤ 需要在小区实施PDS布线，初期投资成本相对较高。(但有较明显的降价空间) ⑥ 如果不能解决小区光纤的出口带宽，则无法保证整个小区的高速上网。 以太网技术成熟、成本低、结构简单、稳定性、可扩充性好; 便于网络升级，同时可实现实时监控、智能化物业管理、小区/大楼/家庭保安、家庭自动化（如远程遥控家电、可视门铃等）、远程抄表等，可提供智能化、信息化的办公与家居环境，满足不同层次的人们对信息化的需求，在由以太网交换机构成的网络中，任意两个节点都能通过以太网交换机建立一条专用通道，其间通信独占该专用通道； 而且使用虚拟局域网VLAN技术，可根据用户的要求将网络划分成若干较小的独立子网，隔离广播风暴，提高网络的效率和安全性，扩展网络的覆盖范围，扩大了网络的直径，并且通过以太网交换机能够实现多种局域网互联 。而且LAN的方式可以提供每户10Mbps的宽带接入服务，网络设备及线缆的降价趋势明显，所以是一种宽带升级潜力大、扩容成本低的宽带接入方式。 2.3 网络方案选取 经过上述分析的比较，在多种宽接入技术方案中，ADSL、HFC和LAN是目前较为实用的宽带接入方案，从接入成本上看，HFC的成本较高，它包括了双向HFC网改造、相关网络设备及用户Cable Modem的费用，且在短期内降价趋势不明显。ADSL的成本略低，但网络性能升级的空间不太大，但因每个用户独享1Mbps(或512Kbps)的带宽，仍较HFC网共享27Mbps的方式为优。近年来，由于布线线缆和网络设备的大幅降价和网络技术的成熟，以LAN方式组建的小区千兆以太网，正显示出较强的竞争力[8]。所以，最适合现在智能化小区网络接入的是具有易于管理等优点的LAN接入技术。所以本文后面的设计规划部分，就是使用的基于以太网技术的LAN接入技术。 3 智能小区网络技术 3.1 网络模型实例 图3-1 网络模型 3.2 网络协议选择 网络协议(Protocol)是一种特殊的软件，是计算机网络实现其功能的最基本机制。网络协议的本质是规则，即各种硬件和软件必须遵循的共同守则。网络协议并不是一套单独的软件，它融合于其他所有的软件系统中，因此可以说，协议在网络中无所不在。网络协议遍及OSI通信模型的各个层次，从我们非常熟悉的TCP/IP、HTTP、FTP协议，到OSPF、IGP等协议，有上千种之多。对于普通用户而言，不需要关心太多的底层通信协议，只需要了解其通信原理即可。在实际管理中，底层通信协议一般会自动工作，不需要人工干预。但是对于第三层以上的协议，就经常需要人工干预了，比如TCP/IP协议就需要人工配置它才能正常工作。 局域网常用的三种通信协议分别是TCP/IP协议、NetBEUI协议和IPX/SPX协议。 TCP/IP协议毫无疑问是这三大协议中最重要的一个，作为互联网的基础协议，没有它就根本不可能上网，任何和互联网有关的操作都离不开TCP/IP协议。不过TCP/IP协议也是这三大协议中配置起来最麻烦的一个，单机上网还好，而通过局域网访问互联网的话，就要详细设置IP地址，网关，子网掩码，DNS服务器等参数。 这里小区网络选择的是TCP/IP协议，TCP/IP 定义了电子设备如何连入因特网，以及数据如何在它们之间传输的标准。协议采用了4层的层级结构，每一层都呼叫它的下一层所提供的协议来完成自己的需求。 3.3 网络VLAN选择 借助VLAN技术，能将不同地点、不同网络、不同用户组合在一起，形成一个虚拟的网络环境，就像使用本地LAN一样方便、灵活、有效。VLAN可以降低移动或变更工作站地理位置的管理费用，特别是一些业务情况有经常性变动的公司使用了VLAN后，这部分管理费用大大降低。VLAN可以提供建立防火墙的机制，防止交换网络的过量广播。使用VLAN，可以将某个交换端口或用户赋于某一个特定的VLAN组，该VLAN组可以在一个交换网中或跨接多个交换机， 在一个VLAN中的广播不会送到VLAN之外。同样，相邻的端口不会收到其他VLAN产生的广播。这样可以减少广播流量，释放带宽给用户应用，减少广播的产生。因为一个VLAN就是一个单独的广播域，VLAN之间相互隔离，这大大提高了网络的利用率，确保了网络的安全保密性。企业在LAN上经常传送一些保密的、关键性的数据。保密的数据应提供访问控制等安全手段。一个有效和容易实现的方法是将网络分段成几个不同的广播组，网络管理员限制了VLAN中用户的数量，禁止未经允许而访问VLAN中的应用。 4 网络设计图 4.1 网络图 图4-1 网络图 4.2 拓扑图 图4-2 拓扑图 5 总结 5.1对网络的认识和了解 计算机网络是实现计算机之间互相通信的一系列设备，由于网络的诞生使得计算机能够实现资源的共享，网络是一次信息革命的标志。和所有新技术一样，还有很多局限性，有很多发展空间，目前网络已经深入到每个家庭，随着应用需求日益增大，网络必将是发展得最快的技术之一。 计算机网络的的主要功能是：   1. 数据通信，是计算机网络的的基本功能。它用来快速传递计算机与终端，计算机与计算机之间的各种信息。   2. 资源共享，指网络中的所有软件，硬件和数据资源可以被网络用户能够部分或全部的享受这些资源。   3. 分布处理，当某台计算机的负担过重，或该计算机正在处理某乡工作的时候，网络可将新任务转交给空闲的计算机来完成，这样处理能均衡个计算机的负载，提高处理问题的时时性！由此可见，计算机网络可以大大扩展计算机系统的功能，扩大其应用范围，提高可靠性，为用户提供方便！   4.计算机网络的分类：   按照规模大小和延伸范围分，可划分为局域网（LAN）和广域网（WAN）。 按交换方式分，线路交换网络和保温交换网络和分组交换网络 按网络拓扑结构分，星形拓扑结构大多利用HUB (还有其他的)。 计算机网络中的协议,Tcp/Ip协议非常成熟，因此它是占主导地位，协议是网络的灵魂。 从计算机网络提供的数据传输服务来看,早期的计算机网络提供非常简单的单点投递 (Unicast),即点到点的数据传输,后来,逐步扩大到点到多点的广播(Broadcast)方式,但 其本质还是利用点到点方式,只是形式上变成了客户/服务器工作模式。80年代早期的共 享式网络技术和相关协议提供的是尽力而为(Best effort)的服务,对所有的服务请求按 照同一个优先级处理,不能保证服务质量。90年代以后,大量实时多媒体应用在网上出现 ,如计算机视频会议等,需要网络能提供可靠的多点投递(Multicast)服务,即群组通信和 确保(Guarantee)的服务质量控制。ATM技术的出现,提出了效率更高、更加灵活的信元( Cell)交换方式,不仅提高了网络传输效率,也为多媒体通信提供了必要的等时服务,同时 发展了网络安全和管理的新途径。 5.2 网络管理 网络管理包括对硬件、软件和人力的使用、综合与协调，以便对网络资源进行监视、测试、配置、分析、和控制，这样就能以合理的价格满足网络的一些需求，如实时运行性能、服务质量等。网络管理常简称为网管。 网络管理 英文名称：Network Management 定义：监测、控制和记录电信网络资源的性能和使用情况，以使网络有效运行，为用户提供一定质量水平的电信业务。应用学科：通信科技（一级学科）；支撑网络（二级学科）网络管理概念解析　网络管理[1]，是指网络管理员通过网络管理程序对网络上的资源进行集中化管理的操作，包括配置管理、性能和记账管理、问题管理、操作管理和变化管理等。一台设备所支持的管理程度反映了该设备的可管理性及可操作性。　而交换机的管理功能是指交换机如何控制用户访问交换机，以及用户对交换机的可视程度如何。通常，交换机厂商都提供管理软件或满足第三方管理软件远程管理交换机。一般的交换机满足SNMPMIBI / MIB II统计管理功能。而复杂一些的交换机会增加通过内置RMON组（mini-RMON）来支持RMON主动监视功能。有的交换机还允许外接RMON探监视可选端口的网络状况。