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智能小区网络的组建方案及实施
摘要：智能小区是近年来产生并迅速崛起的一种新型住宅,它是建筑艺术、生活理念与
信息技术、电子技术等现代高科技的完美结合。智能小区为住户提供了一种更加安全、舒适、方便、快捷和开放的智能化、信息化生活空间,同时,它依靠高科技,实现了回归自然的环境氛围,促进了优秀的人文环境发展,并依托先进的科学技术,实现小区物业运行的高效化、节能化和环保化。它不仅成为一个国家经济实力和科学技术水平的综合标志之一,而且也是人类社会住宅发展的必然趋势。信息的传输已经成为智能小区建设考虑的重点。通过宽带接入,为人们打开了一扇了解世界的窗口,使得足不出户而知天下事成为可能。本文分析了智能小区的功能特点,根据智能小区网络的特殊性,对智能小区的网络系统进行了设计,并且重点介绍了智能小区局域网扩展方式的设计及实现。
关键词：智能小区；MA5100服务器；局域网
一、引言
随着科技的迅猛发展,人类进入信息化、智能化时代,智能小区的概念应运而生。所谓智能小区就是在良好的建筑设计与施工基础上,以科学技术为基础,依靠先进的设备和科学的管理,利用计算机及最新相关技术,将建筑技术与计算机技术、自动控制技术、通信与信息处理技术等先进技术相结合的高度综合的复杂系统,实现住宅小区基础物业管理、安防管理以及信息服务等方面的高度自动化,实现节约能源、降低运行成本、提高服务质量等目标,提供良好物业管理服务的居民住宅小区。智能小区的计算机网络是智能小区通信神经中枢,网络软、硬件选择得是否恰当,结构是否合理影响到小区控制和管理的可靠性和安全性,也影响到整个小区的运作效率。
二、智能小区网络功能分析
（一）智能小区的基本需求
小区住户可以自动实现安全防范、表具自动计量、住户家电控制、公共设施监控和公共信息管理。住户安防由系统布、撤防和报警两部分组成。为了使用户在不同的时间和地点都可以进行布、撤防设定,系统应该可以通过网站和电话以及无线进行布、撤防。表具抄送和报警检测都需要脉冲数据的采集和传送,这样就要求用户必须有一个通信终端为单片机和网卡芯片的集成模块用来采集数据和传输数据,本应用称它为HSC(家庭智能控制器)。
（二）小区网络系统必须满足两方面的要求
首先是通过局域网进行智能化控制、安全防范和小区管理。其次是普通网络的上网功能。因此智能小区计算机网络的整体设计要求比普通网络更高。随着住宅小区的规模
越来越大,一个小区可以容纳成千上万家住户。由于规模庞大,小区局域网的拓扑结构和扩展方式的选择对网络的设计显得尤为重要。
三、HFC宽带网络
（一） 频带划分及问题分析
HFC网络能够传输的带宽为750 MHz～860 MHz,少数达到1GHz。根据GY/T106—1999的最新规定，HFC的频带划分为：5 MHz～65 MHz用于上行传送模拟、数据及控制信号，87 MHz～108 MHz用于FM广播，108 MHz～550 MHz用于下行传送模拟、数据及控制信号，550 MHz～860 MHz用于数字信号下行（如：VOD、HDTV等）。
在此频带划分中划分给上行通道的频谱是5～65MHz，该段频率范围极易受到短波、家用电器和其他干扰源的干扰，并且由于用户端同轴分配网络采用的实树枝型结构中各分支用户共享上行通道，因此信道争用也是一个必须要解决好的问题。另外，传统的有限电视属于广播型业务，在进行交互式数据通信时安全性和可靠性的保障同样很重要。这些都是在HFC网络上实现双向通信需要解决的重要问题，而解决问题的关键就在于良好的接入技术。 （二）关键技术
HFC网络需要解决的技术包括数字压缩技术、宽带交换技术、有限制接受系统和HFC网络与LAN（局域网）互联4个关键技术。
（1）数字压缩技术：带宽一直是困扰通信界的大问题，尤其是传输数字化的运动图像。数字压缩编码这一新技术的出现给解决带宽问题提供了途径，主要有运用帧间预测、运动补偿预测、变换编码等技术制定的各种压缩图像标准JPEG（传真等）、PX64（会议电视、视频电话等）、MPEG（多媒体、CD2ROM、广播等）。
（2）宽带交换技术：交互式宽带业务种类繁多，而且要求交换速率高。为此，CCITT设计了一种新的信息交换方式，实时性很强。交换方式从STM（同步传输模式）发展到ATM（异步传输模式），可以说是交换技术的一次重大革命。
（3）有限制接受系统：该系统式根据用户的权限，对用户进行收视管理、账户管理及授权的网络管理系统。整个系统大致包括前端用户管理系统、加密系统及用户机上变换器的解密、授权系统等。目前大多数CATV网采用的是一种加解密智能卡。
（4）HFC网络与LAN互联：在ISO/OSI模型基础上，对物理层、MAC（媒体访问控制）层的协议做一些必要的修改，就可实施HFC网络互联。物理层是解决底层连接的电气特性问题，其中用户设备线缆调制解调器的国际标准目前已推出，其产品已上市；但MAC层协议IEEE802.14 标准尚未制定出来，以前的MAC层协议在运用于HFC广域网时都有各自的局限性。
（三）HFC网络系统的业务功能
CATV（有线电视）网具有高达860MHz的带宽及双向传输能力，除了使用CATV传达
大量电视节目外，还有充分的带宽资源可提供各种业务的应用。HFC是当前发展信息高速公路的最佳综合业务宽带接入网途径之一，该网络不仅可以提供传统业务、高速数据业务、IP话音/IP视频业务，还可以提供其他增值业务，包括远程教学、远程医疗、VPN（虚拟专网）、VOD、电视会议、远程办公、数字电视、提供小区内综合信息资源的共享通道、社区报警信息的传递、闭路电视监控系统图像的传输、访客对讲系统联网信息的传输、防盗报警信息的传输、公共设备信息的传输、车辆管理信息的传递等。HFC通过为各智能子系统（如三表远传、保安等系统）提供数据通道，能够实现整个小区网络布线的优化与集成。
四、HFC宽带网络的实现方案
HFC宽带网络能够提供的综合业务是单一的电话或电视传输网所不能承载的。目前，传统的电信网和有线电视网都在进行改造，力图实现“三网合一”的目标。但是，每个地方都有自身的条件和特点，有的地方是在电信网络的基础上进行，所以应根据不同的立足点确定不同的方案。 （一）有限电视网络上提供数据服务
有限电视网在进行广播性视频业务方面有丰富的经验，并一建设了广泛的入户同轴网络。有线电视网络可以将现有网络进行一定的双向改造。通过使用Cable Modem技术，在提供模拟电视服务时为用户提供高速数据通信服务（如图1）。
整个网络可以划分为前端（如县、市中心局）、干线传输网（光纤传输）、分配网络（同轴传输）三个部分。
前端设置在电信或广播中心局内，需配置的设备有交换机、路由器、副载波多路复用设备、光发射机、光接收机。交换机与PSTN公用电话网相连，用于普通电话通信。路由器与主干数据网络连接，用于双向数据通信。副载波多路复用设备对话音和数字数据进行射频调制，并与模拟电视信号混合后送到光发射机，同时，它还接受光接收机传
来的上行数据信息，解调后送往交换机或路由器。光发射机和光接收机完成光一电相互转换。前端还可以根据需要配置视频服务器、加解扰设备或计费系统等。光节点主要完成光—电和电—光变换。每个光节点对应一个服务区。每个服务区的大小可以根据具体情况确定，一般按500～2000户配置。对于农村地区可以考虑每个行政村设置一个光节点，对于城镇地区，可以根据住户密集程度确定每个光节点用户数，Cable Moderm包括前端和用户电缆调制解调器进行控制管理，如频率和带宽分配、初始化设置、远程故障查询和诊断、上行信道争用管理以及信息加密等，并与主干网络接口连接，具有一定 交换或路由功能，用户电缆调制解调器是用户端接入设备，具有标准以太接口，可以连接一个或多个用户，也可与局域网连接，如果是多个用户共享一个Cable Moderm相连，则需在Cable Moderm后，就可以在有线电视网络上提供双向高速数据服务，当然，这种HFC网络也能提供电话业务，这时，前端要增加数字局域设备（HDT）与PSTN连接，用户端也要增加网络设备（NIU）。反向链路由Cable Modern 将用户终端发出的信号调制复接送入反向信道，并由前端设备解调后送往网络。其中反向信道可以采用电话拨号的形式，也可利用经过改造的HFC网络的反向链路。 （二）电信网络上提供视频服务
电信网络具有强大的网络基础，已经完成了众多的基础设施建设和通信设备投入，具有丰富的电话和数据业务经验，并有着广泛的用户基础，电信网络紧跟通信技术的发展，不断采用新的设备和技术，比如SDH和ATM已经开始在电信网络中广泛使用。所以，电信网络的改造要兼顾现实的需要和未来的发展，可以考虑采用FTTC（光纤到路边）+HFC的方式，如图2所示。