目前,寬帶接入技術(shù)" title="接入技術(shù)">接入技術(shù)主要有ADSL、HFC、以太網(wǎng)" title="以太網(wǎng)">以太網(wǎng)三種技術(shù)。隨著我國寬帶智能小區(qū)" title="智能小區(qū)">智能小區(qū)建設(shè)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(wǎng)+雙絞線(UTP)綜合布線來構(gòu)建小區(qū)寬帶網(wǎng)絡(luò)。由于許多家用智能電器設(shè)備都提供了以太網(wǎng)接口,可以通過以太網(wǎng)實現(xiàn)家用電器的智能化管理控制。在新建的小區(qū)中,越來越多的房地產(chǎn)開發(fā)商采用以太網(wǎng)+雙絞線(UTP)綜合布線的方式來構(gòu)建小區(qū)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(jié)構(gòu)
以太網(wǎng)接入通常采用二層以太交換機,它工作于數(shù)據(jù)鏈路層,提供數(shù)據(jù)流量控制、傳輸差錯處理、傳輸介質(zhì)訪問控制等功能。它可以將多個局域網(wǎng)網(wǎng)段連接起來形成更大的局域網(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(wǎng)絡(luò)發(fā)生擁塞的可能性,顯著提高網(wǎng)絡(luò)的傳輸效率。其特點包括:
(1)在由以太網(wǎng)交換機構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)中,任意兩個節(jié)點都能通過以太網(wǎng)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(wǎng)VLAN技術(shù),可根據(jù)用戶的要求將網(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)通過以太網(wǎng)交換機能夠?qū)崿F(xiàn)多種局域網(wǎng)互聯(lián)。
2.以太網(wǎng)接入技術(shù)的特點
小區(qū)接入直接面向個人用戶,要求能以盡可能低的價格構(gòu)建小區(qū)網(wǎng)絡(luò),并以該網(wǎng)絡(luò)為支撐平臺,開展諸如安全管理、物業(yè)管理、用戶互聯(lián)、網(wǎng)上購物、視頻點播等多種社區(qū)智能服務(wù)。因此,該網(wǎng)絡(luò)應(yīng)是一個具有高帶寬、高可靠性、低建設(shè)和維護成本的網(wǎng)絡(luò)。以太網(wǎng)以其良好的擴充性能、簡便的施工和低廉的價格等優(yōu)勢完全可以滿足以上要求。與國外流行的傳統(tǒng)局域網(wǎng)方式的以太網(wǎng)有所不同,智能小區(qū)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:
(1)用戶隔離:保障小區(qū)用戶數(shù)據(jù)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(guān)鍵設(shè)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(rèn)證、授權(quán)后,才能連接到Internet或小區(qū)的應(yīng)用服務(wù)器;杜絕非法用戶接入網(wǎng)絡(luò),占用網(wǎng)絡(luò)資源,影響合法用戶的使用,并根據(jù)用戶的屬性讓用戶享有不同服務(wù)等級和相應(yīng)的權(quán)利。同時,在通信時進行計費管理。
(3)帶寬管理和QoS保證:小區(qū)以太網(wǎng)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(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(qū)以太網(wǎng)具有集中管理功能,小區(qū)中心能夠監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)運行和用戶對網(wǎng)絡(luò)的使用狀況,避免用戶因出現(xiàn)誤操作或惡意攻擊對網(wǎng)絡(luò)正常運行帶來的影響,能夠及時發(fā)覺和處理出現(xiàn)的問題。
小區(qū)的智能化主要體現(xiàn)在家庭交互信息寬帶化、安防自動化和物業(yè)管理智能化等方面。采用以太網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建的小區(qū)智能網(wǎng)可以實現(xiàn)利用一個網(wǎng)絡(luò)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(tǒng)一管理和監(jiān)控。
二、小區(qū)以太接入網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)及實現(xiàn)方案
1.小區(qū)以太網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)
小區(qū)以太接入網(wǎng)由三級設(shè)備組成:樓宇內(nèi)的樓宇交換機、小區(qū)機房的匯接交換機和中心交換機。
中心交換機主要實現(xiàn)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光接口的交換機組成,主要匯接樓宇交換機的數(shù)據(jù)流量,以節(jié)省上級中心交換機的端口數(shù)。樓宇交換機直接連接用戶。
以太網(wǎng)最早是作為一種局域網(wǎng)技術(shù)出現(xiàn)的,主要應(yīng)用在企業(yè)網(wǎng)中以實現(xiàn)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(qū)網(wǎng)絡(luò)是用Hub組成的局域網(wǎng),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(shù)的增加,運營商要求的網(wǎng)絡(luò)必定是一個可運營的電信級的網(wǎng)絡(luò)。因此直接將局域網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到小區(qū)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(wǎng)中的設(shè)備如Hub不能隔離廣播風(fēng)暴,當(dāng)連接的用戶較多時,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),因此各用戶之間的信息沒有相互隔離,用戶的數(shù)據(jù)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(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到小區(qū)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(wǎng)絡(luò)運營商來說,用戶的認(rèn)證、計費等管理功能是首要的,為此,小區(qū)網(wǎng)絡(luò)必須具有認(rèn)證、計費的功能。目前小區(qū)網(wǎng)絡(luò)主要采用包月的月租計費、用戶無認(rèn)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,單位時間內(nèi)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量會出現(xiàn)較大區(qū)別,計費政策也應(yīng)進行相應(yīng)調(diào)整。從長遠看,隨著用戶量發(fā)展,網(wǎng)絡(luò)規(guī)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(xiàn)用戶的認(rèn)證以及時長/流量的計費,小區(qū)網(wǎng)絡(luò)一般采用動態(tài)注冊的認(rèn)證方式。在動態(tài)注冊認(rèn)證的小區(qū)以太接入網(wǎng)中,網(wǎng)絡(luò)設(shè)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(biāo)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(yīng)用以及動態(tài)注冊的認(rèn)證方式使得小區(qū)以太接入完全能滿足網(wǎng)絡(luò)運營商的要求,達到電信級的運營標(biāo)準(zhǔn)。
在該方案中,用戶之間的隔離通過劃分VLAN來實現(xiàn)。為避免部分用戶對網(wǎng)絡(luò)的盜用,在實現(xiàn)用戶認(rèn)證時可以將MAC地址和交換機端口進行綁定。同時網(wǎng)管中心也能密切監(jiān)視該端口出現(xiàn)的各種數(shù)據(jù)流量。對于有大量廣播包出現(xiàn)的端口,被認(rèn)為是惡意用戶或故障用戶,隨時關(guān)閉端口,以確保網(wǎng)絡(luò)的正常運行。小區(qū)中心是通過動態(tài)注冊的方式來管理用戶的上網(wǎng)、計費。
用戶在每次使用網(wǎng)絡(luò)時,需向小區(qū)中心的認(rèn)證服務(wù)器發(fā)起注冊,注冊成功后,根據(jù)其訪問權(quán)限,用戶將被指定到中心的相應(yīng)出口,同時開始計費。計費過程中,注冊服務(wù)器將保持和用戶聯(lián)系,當(dāng)出現(xiàn)設(shè)備死機或掉電情況時,計費系統(tǒng)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(yīng)一個MAC地址。如果用戶更換了網(wǎng)卡,則需重新以初次上網(wǎng)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(wǎng)絡(luò)的安全性。
3.用戶信息隔離
VLAN技術(shù)的出現(xiàn)使以太網(wǎng)可以劃分成多個虛擬網(wǎng)絡(luò),各個虛擬網(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(qū)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(fēng)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(wǎng)的隔離方式。
(1)子網(wǎng)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(qū)中心的三層交換機,從小區(qū)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(shè)置在一個C類子網(wǎng)中。這樣,對應(yīng)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(wǎng)。VLAN在不同的交換機上可復(fù)用。
VLAN+子網(wǎng)實現(xiàn)的用戶隔離可以較好利用子網(wǎng)的隔離屬性,也可節(jié)約大量的VLAN數(shù)量,最大隔離的用戶數(shù)量實際上與VLAN數(shù)量無關(guān),而與子網(wǎng)的數(shù)量有關(guān)。當(dāng)小區(qū)采用C類子網(wǎng)進行IP地址分配時,最大用戶數(shù)量可以達到6萬戶,完全滿足當(dāng)前小區(qū)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模要求。
4.集中管理和維護
由于動態(tài)注冊認(rèn)證方式的小區(qū)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單起來。
管理員可在網(wǎng)絡(luò)中心通過多種方式進行遠程網(wǎng)絡(luò)設(shè)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(tǒng)。同時,管理員還能通過網(wǎng)絡(luò)遠程開關(guān)用戶的端口,防止用戶端口發(fā)出的惡意信息影響整個網(wǎng)絡(luò)。
三、用以太網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建小區(qū)智能化系統(tǒng)
小區(qū)智能化主要體現(xiàn)在家庭交互信息寬帶化、安防自動化和物業(yè)管理智能化等方面。計算機網(wǎng)絡(luò)作為智能化系統(tǒng)的建設(shè)重點,必須要寬帶化。在寬帶網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)平臺上,可以構(gòu)筑多種應(yīng)用系統(tǒng),例如Internet接入、物業(yè)管理、社區(qū)服務(wù)等。在考慮智能小區(qū)計算機網(wǎng)絡(luò)接入Internet的方案以及小區(qū)內(nèi)網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)的方案時,必須慎重考慮技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(qū)中構(gòu)建寬帶接入網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)平臺。以智能小區(qū)相當(dāng)穩(wěn)固的社區(qū)居民為依托,借助互聯(lián)網(wǎng)豐富的信息資源,小區(qū)管理者可以以小區(qū)名稱申請域名,建立小區(qū)自己的網(wǎng)站,發(fā)布信息,創(chuàng)建智能小區(qū)獨特的社區(qū)文化。
在傳統(tǒng)的智能化小區(qū)中,信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、安全防范系統(tǒng)和小區(qū)管理系統(tǒng)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(qū)智能化系統(tǒng)中,采用了以太接入技術(shù)構(gòu)建了一個性能優(yōu)良的以太網(wǎng)寬帶接入平臺。這樣,信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、安全防范系統(tǒng)和小區(qū)管理系統(tǒng)可以統(tǒng)一在一個網(wǎng)絡(luò)平臺上。
1.采用以太網(wǎng)接入技術(shù)的小區(qū)智能化系統(tǒng)的功能
小區(qū)中以太網(wǎng)絡(luò)的搭建為構(gòu)建整個智能化小區(qū)提供了一個信息網(wǎng)絡(luò)平臺,可以實現(xiàn)以下功能。
(1)家庭交互信息寬帶化
包括高速上網(wǎng)、VOD點播、電子商務(wù)、遠程教育、遠程醫(yī)療保健、電子郵箱、網(wǎng)上娛樂、網(wǎng)上資訊、家庭辦公、聊天室等。
(2)安防自動化和物業(yè)管理智能化
住戶管理可以采用家庭智能控制器來實現(xiàn)各種智能化管理目標(biāo),并通過現(xiàn)有的寬帶網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì),實現(xiàn)與小區(qū)中心管理系統(tǒng)的互連,以減少投資和管理成本。小區(qū)中以太網(wǎng)絡(luò)的搭建為構(gòu)建整個智能化小區(qū)提供了一個信息網(wǎng)絡(luò)平臺,它與家庭網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)相連接,就可以實現(xiàn)家庭安防自動化和物業(yè)管理智能化。家庭智能控制系統(tǒng)是一個基于以太網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的智能住宅控制系統(tǒng),包括樓宇防盜報警、災(zāi)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(tǒng)。家庭智能控制系統(tǒng)具有多個數(shù)字、開關(guān)、脈沖量I/O端口,可用于住戶室內(nèi)外的安全防盜報警系統(tǒng)、煤氣泄漏檢測、緊急報警和服務(wù)請求、水、電、氣表的數(shù)據(jù)記錄,控制用戶室內(nèi)的門鎖及其它電氣開關(guān)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(fā)布社區(qū)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(xiàn)家庭安防自動化和物業(yè)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(shù)、住宅安保、家庭環(huán)境監(jiān)控等。
2.家庭智能化控制系統(tǒng)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(shè)備、家用電器和家庭保安裝置,通過家庭總線技術(shù)連接到一個家庭智能化系統(tǒng)上進行集中的或異地的監(jiān)視、控制和家庭事務(wù)性管理,并保持這些家庭設(shè)施與住宅環(huán)境的和諧與協(xié)調(diào)。該系統(tǒng)包括家庭智能控制系統(tǒng)、三表遠程抄送系統(tǒng)、住戶報警及智能家電系統(tǒng)等。主要由住戶端的家庭智能控制器設(shè)備和小區(qū)中心的管理控制中心兩部分構(gòu)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(shè)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(wǎng)絡(luò)單元由計算機互聯(lián)網(wǎng)通信模塊組成。家庭設(shè)備自動化單元由照明控制模塊、空調(diào)控制模塊、電器設(shè)備控制模塊和電表、水表、煤氣表數(shù)據(jù)采集模塊組成。家庭安全防范單元由火災(zāi)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(tǒng)
在每戶安裝一臺家庭智能控制器,以實現(xiàn)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(tǒng)可放在住戶家庭內(nèi),其中一個網(wǎng)絡(luò)接口同小區(qū)以太網(wǎng)絡(luò)連接,另一個網(wǎng)絡(luò)接口同住戶家中的PC機相連。家庭內(nèi)的防盜報警系統(tǒng)、水/電/氣表的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和家電控制系統(tǒng)均通過家居布線系統(tǒng)和家庭智能控制器連接,再由家庭智能控制器將所有的數(shù)據(jù)通過計算機網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)傳往管理控制中心。管理控制中心是整個系統(tǒng)的控制中心和數(shù)據(jù)處理中心。各個系統(tǒng)的狀態(tài)信息、報警信息和水、電、氣表讀數(shù)信息均發(fā)到該中心,各系統(tǒng)的控制信息也由此發(fā)出,而且控制中心可以遠程進行安防系統(tǒng)的布防、撤防及家電控制。管理控制中心主要由數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和中心控制處理機組成。數(shù)據(jù)庫服務(wù)器用于存儲各系統(tǒng)的運行數(shù)據(jù)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(tǒng)的中心監(jiān)控計算機,采用一臺PC機,運行報警監(jiān)控軟件和管理控制系統(tǒng)軟件。
(2)三表遠程抄送系統(tǒng)
三表遠程抄送系統(tǒng)主要由抄表單元和電/水/氣計量表、小區(qū)以太網(wǎng)絡(luò)平臺和小區(qū)管理中心抄表計算機組成。根據(jù)小區(qū)物業(yè)管理的要求在家庭控制器設(shè)置數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)采集、計量,并將采集結(jié)果傳送給小區(qū)物業(yè)管理系統(tǒng)。抄表單元通過RS485總線與家庭智能控制器實現(xiàn)通訊,并經(jīng)由家庭智能控制器通過以太網(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連接,其輸出的讀數(shù)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(wù)器。
(3)住戶報警系統(tǒng)
家庭安全防范主要包括防火災(zāi)發(fā)生、防煤氣(可燃?xì)怏w)泄漏、防盜報警、安全對講、緊急呼救等。住戶報警系統(tǒng)主要由三部分構(gòu)成。第一部分是由以家庭智能控制器為主要設(shè)備所組成的家庭數(shù)據(jù)采集、傳輸、處理的前端系統(tǒng);第二部分是小區(qū)以太網(wǎng)絡(luò)平臺;第三部分是小區(qū)管理中心系統(tǒng)。放置于住戶內(nèi)的家庭智能控制器通過小區(qū)以太網(wǎng)絡(luò)連接到小區(qū)管理中心系統(tǒng)的中心控制計算機;中心控制計算機可以實施對小區(qū)每一住戶內(nèi)數(shù)據(jù)終端所傳送的所有數(shù)據(jù)的監(jiān)控管理,并將所有住戶的相關(guān)信息保存到數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。當(dāng)有人非法闖入打開門窗時,磁控開關(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(shù)據(jù)上傳管理控制中心。當(dāng)有人非法闖入紅外探測區(qū)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(shù)據(jù)上傳管理控制中心。當(dāng)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(qū)物業(yè)管理中心可迅速派人給予援助。當(dāng)探測到室內(nèi)煤氣濃度大于國家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn),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(shù)據(jù)上傳管理控制中心。
(4)住戶電器智能控制系統(tǒng)
住戶電器智能控制系統(tǒng)與住戶報警系統(tǒng)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(guān)量信號的輸出,管理中心可進行直接遠控。家庭設(shè)備自動化主要包括電器設(shè)備的集中、遙控、遠距離異地的監(jiān)視、控制及數(shù)據(jù)采集。按照預(yù)先所設(shè)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(shè)備進行控制。按照預(yù)先設(shè)定的程序根據(jù)時間、溫度、濕度等參數(shù)對空調(diào)機進行監(jiān)視、調(diào)節(jié)和控制。按照預(yù)先設(shè)定的時間程序分別對各個房間照明設(shè)備的開、關(guān)進行控制。