楼宇智能化技术第二章 许锦标

1、第第2 2章章 智能建筑信息传输网络基础原理智能建筑信息传输网络基础原理 第2章 智能建筑信息传输网络基础原理2.1 智能建筑网络功能及传输对象2.1.1 智能建筑网络的功能和分类2.1.2 智能建筑网络的传输对象与特征2.2 智能建筑网络传输介质2.2.1 信道与传输损耗2.2.2 双绞线2.2.3 同轴电缆2.2.4光纤2.2.5 无线信道2.2.6 传输介质的选择2.3 通信网络技术2.3.1 公用电信网简介2.3.2 公用交换电话网PSTN2.3.3数据通信网 本章导读 智能建筑的信息传输网络智能建筑的信息传输网络是是“建筑智能化建筑智能化”的基础，的基础，它有什么需求？有什么功能？它

2、有哪些传输对象？有它有什么需求？有什么功能？它有哪些传输对象？有什么特征？这些问题是我们首先要搞清楚的。这就是什么特征？这些问题是我们首先要搞清楚的。这就是本章的重点内容之一。本章的重点内容之一。 其次，任何一个其次，任何一个智能建筑的信息传输网络都不能孤立智能建筑的信息传输网络都不能孤立地运作，它必须与外界进行通信（通常要连到地运作，它必须与外界进行通信（通常要连到Internet）。连通外界的桥梁就要靠公用）。连通外界的桥梁就要靠公用电信网电信网。电信电信网的用户遍及世界各地，各个国家的公用电信网络互网的用户遍及世界各地，各个国家的公用电信网络互连提供国际通信业务，因此，我们有必要了解公用

3、电连提供国际通信业务，因此，我们有必要了解公用电信网。这也是本章的重点内容之一。信网。这也是本章的重点内容之一。 第2章 智能建筑信息传输网络基础原理 2.1 2.1 智能建筑网络功能及传输对象智能建筑网络功能及传输对象 第2章 智能建筑信息传输网络基础原理 (1)能与全球范围内的终端用户进行多种业务的通信功能。支持多种媒体，多种信道，多种速率，多种业务的通信。比如，（可视）电话、互联网、 传真、计算机专网、VOD、IPTV、VOIP等等。(2)完善的通信业务管理和服务功能。比如，可以应对通信设备增删、搬迁、更换和升级的综合布线系统，保障通信安全可靠的网管系统等。(3)信道冗余，在应对突发事件

4、、自然灾害时通信更加可靠。(4)新一代基于IP的多媒体高速通信网、光通信网是未来新的通信业务支撑平台。2.1.1 2.1.1 智能建筑网络的功能和分类智能建筑网络的功能和分类 第2章 智能建筑信息传输网络基础原理 2.1 2.1 智能建筑网络功能及传输对象智能建筑网络功能及传输对象 电话(信)网公用网现场控制网、集中管理网、消防网、安防网.公用信息网、音视频网.模拟传输网计算机网数字传输网内部专用网保密网公用电话网计算机互联网专用广域网公安金盾网、海关金关网、政府办公网.VOIP智能建筑通信网络图2-1智能建筑的信息传输网络的分类 1.1.电话电话( (信信) )网网 第2章 智能建筑信息传输

5、网络基础原理 2.1 2.1 智能建筑网络功能及传输对象智能建筑网络功能及传输对象 智能化建筑内的电话网一般是以程控用户交换机PABX(Private Automatic Branch eXchange)为中心构成一个星形网，为用户提供话音通信是其基本功能。建筑内的用户之间是分机对分机的免费通信。它既可以连接模拟电话机，也可以连接计算机、终端、传感器等数字设备和数字电话机，不仅要保证建筑内的语音、数据、图像的传输，而且要方便地与外部的通信网络如公用电话网、公用数据网、用户电报网、无线移动电话网等网络连接，达到与国内外各类用户实现话音、数据、图像的综合传输、交换、处理和利用。 2.1.1 智能建

6、筑网络的功能和分类 2.2. 计算机网计算机网 第2章 智能建筑信息传输网络基础原理 2.1 2.1 智能建筑网络功能及传输对象智能建筑网络功能及传输对象 智能化建筑内的计算机网是通信系统的核心，是大量的信息传输、交换、处理的基础。计算机网的实质内涵是高速的数据通信网，由于TCP/IP己经是计算机网的传输标准，因此，我们又称之为IP网络。智能化建筑内的计算机网络技术是局域网（LAN），传输速率最大可达10Gbps,目前的技术主流可保证到端点的传输速率为100Mbps，因此，智能化建筑内的计算机网络是一个高速的IP网络。 2.1.1 智能建筑网络的功能和分类 智能化建筑内实际上构建了多个智能化建

7、筑内实际上构建了多个LAN LAN 第2章 智能建筑信息传输网络基础原理 2.1 2.1 智能建筑网络功能及传输对象智能建筑网络功能及传输对象 2.1.1 智能建筑网络的功能和分类 公用信息网Intranet办公保密网楼宇控制,安防,消防专网视频监控专网互联网政府办公网中央控制室图2-2 一个建筑内多个LAN并存 2.1.2 2.1.2 智能建筑网络智能建筑网络的传输对象与特征的传输对象与特征 第2章 智能建筑信息传输网络基础原理 2.1 2.1 智能建筑网络功能及传输对象智能建筑网络功能及传输对象 模拟数据(信息)数字数据(信息)控制信号电压信号电流信号音频信号话音信号全频信号视频信号基带视

8、频信号复合视频信号高清视频信号控制数据非实时数据C/S,B/S应用数据块文件数据大容量文档数据实时数据音频流数据视频流数据图2-3智能建筑网络的传输对象 (1)(1)模拟控制信号传输特征模拟控制信号传输特征 第2章 智能建筑信息传输网络基础原理 2.1 2.1 智能建筑网络功能及传输对象智能建筑网络功能及传输对象 2.1.2 智能建筑网络的传输对象与特征 温度、压力、流量.传感器变送器0-5V电压4-20mA电流现场总线直流到几百Hz低频范围数字方式传输控制单元屏蔽抗干扰传输技术短距离范围(几十米)温度、压力、流量.传感器变送器控制单元距离范围大(1000m)A/D现场仪表数字化图2-4模拟控

9、制信号传输特征 (2)(2)模拟音频信号传输特征模拟音频信号传输特征 第2章 智能建筑信息传输网络基础原理 2.1 2.1 智能建筑网络功能及传输对象智能建筑网络功能及传输对象 传输特征：话音信号既可以模拟传输，也可以数字传输。通常采用模拟传输方式，在一对0.4mm线径的双绞线上，传输4km大约衰减7dB,这个数值大致和我国电话网用户线路允许最大衰减值相当。在采用数字传输方式时，一路电话不经压缩时需要64kbps的传输带宽。 音频数据采用模拟传输方式时，信道的带宽要达到20kHz,3类双绞线可以很好地传输音频数据，传输1km衰减低于6dB。音频数据采用数字传输方式时，按44KHz/16Bit采

10、样，则不经压缩时需要704kbps的传输带宽。 2.1.2 智能建筑网络的传输对象与特征 (3)(3)模拟视频信号传输特征模拟视频信号传输特征 第2章 智能建筑信息传输网络基础原理 2.1 2.1 智能建筑网络功能及传输对象智能建筑网络功能及传输对象 传输特征：基带视频信号通常采用模拟传输方式，信道的带宽要达到8MHz, 用同轴电缆一般可传输100300m,距离再长就需要增加信号放大器。如果用光纤传输，则可达20km。基带视频信号采用数字传输方式时，一般需要数据压缩，如采用MPEG-4编码标准传输速率可下降到1Mbps的带宽。复合视频信号通常采用模拟传输方式，信道的带宽要达到900MHz, 用

11、同轴电缆一般可传输100m,距离再长就需要增加信号放大器。干线通常采用光纤传输，无需信号放大可达20km距离。复合视频信号目前不能直接用数字方式传输，需要先将各个频道的视频信号先分离出来之后，再利用单路视频信号数据压缩传输的方法，分时传输。例如，IPTV就是这种方式。 2.1.2 智能建筑网络的传输对象与特征 (4)(4)非实时数据传输特征非实时数据传输特征 第2章 智能建筑信息传输网络基础原理 2.1 2.1 智能建筑网络功能及传输对象智能建筑网络功能及传输对象 从信息传输的角度来分析, 系统运行的方式有B/S和C/S两种,系统主要是实时性要求不高的块数据和文档数据，数据大小不超出兆字级，每

12、个用户终端对计算机网络传输速率要求不高,有1Mbps的传输容量即可满足需求,系统负担集中在服务器端以及靠近服务器的干线上。理论上,干线的传输速率最大值是所有下属端线需求之和,服务器干线的传输速率最大值是所有端线需求之和。实际运行中, 各用户的应用是异步和突发的,因此干线的传输速率远小于所有下属端线需求之和,一般有15%20%的容量即可。 2.1.2 智能建筑网络的传输对象与特征 (5)(5)实时数据传输特征实时数据传输特征 第2章 智能建筑信息传输网络基础原理 2.1 2.1 智能建筑网络功能及传输对象智能建筑网络功能及传输对象 音频和视频数据的传输需求有两个方面：其一是音频和视频信号的数字传

13、输，其二是音频和视频数据文档的在线播放（即视频点播）。这时对计算机网络系统的传输有实时性要求。每传输一路DVD品质的视频数据流, 采用MPEG-4编码标准传输速率大致在12Mbps的带宽。传输一路电话数据流, 大约只需8kbps的带宽。对于音乐数据，达到高品质CD效果的传输速率只需要大约100kbps带宽。 2.1.2 智能建筑网络的传输对象与特征 2.2.1 2.2.1 信道与传输损耗信道与传输损耗 第2章 智能建筑信息传输网络基础原理 2.2 2.2 智能建筑网络传输介质智能建筑网络传输介质 图2-5 狭义信道和广义信道 信源发送装置传输介质接收装置受信者狭义信道广义信道 信道分类信道分类

14、 信道容量信道容量 C=log2 1+S/N bit/s 传输损耗传输损耗 2.2.2 2.2.2 双绞线双绞线 第2章 智能建筑信息传输网络基础原理 2.2 2.2 智能建筑网络传输介质智能建筑网络传输介质 图2-6 双纹线传输介质 无屏蔽双绞线UTP屏蔽双绞线STP塑料外壳色标塑料绝缘层铜导线铜导线塑料外壳金属屏蔽层5类UTP6类UTP5类STP7类STP3类大对数UTP各类双绞线的衰减极限数据表各类双绞线的衰减极限数据表 第2章 智能建筑信息传输网络基础原理 2.2 2.2 智能建筑网络传输介质智能建筑网络传输介质 双绞线的双绞线的应用应用 第2章 智能建筑信息传输网络基础原理 2.2

15、2.2 智能建筑网络传输介质智能建筑网络传输介质 (1)3类线：传输频率1MHz16MHz，用于语音传输及最高传输速率为10Mbps的数据传输。 (2)5类线：传输频率1MHz100MHz，用于语音传输和最高传输速率为100Mbps的数据传输，主要用于100BASE-T和10BASE-T网络。这是最常用的以太网电缆。也可以用于闭路监视系统中的视频信号传输。(3)超五类线：超5类具有衰减小，串扰少，并且具有更高的衰减与串扰的比值和信噪比、更小的时延误差，性能得到很大提高。超5类线主要用于100Mbps的数据传输和千兆位以太网（1000Mbps）。(4)6类线：该类电缆的传输频率为1MHz250M

16、Hz，它提供2倍于超五类的带宽。6类布线的传输性能远远高于超五类标准，最适用于1000Mbps的数据传输。 2.2.3 2.2.3 同轴电缆同轴电缆 第2章 智能建筑信息传输网络基础原理 2.2 2.2 智能建筑网络传输介质智能建筑网络传输介质 图2-7 同轴电缆的基本结构 外套屏蔽层（外导体）绝缘层内导体内导体绝缘层屏蔽层（外导体）外套在智能建筑中，同轴电缆主要用于有线电视网的传输介质，在它上面可以开通视频图像通信和交互式信息服务。在闭路电视监控系统中，也大量使用同轴电缆传输视频信号。 2.2.42.2.4光纤光纤 第2章 智能建筑信息传输网络基础原理 2.2 2.2 智能建筑网络传输介质智

17、能建筑网络传输介质 图2-8 光纤的结构 光纤具有传输容量大（目前可达6400Gbps）、损耗低、线径细、重量轻、不受电磁干扰等优点，在智能建筑中，光纤是计算机网络的干线传输介质。 单芯光纤4芯光纤分散型多芯光纤光纤缓冲层抗拉线外壳抗拉线外壳纤芯纤芯剥皮线抗拉线外壳光在光纤中的传播第2章 智能建筑信息传输网络基础原理 2.2 2.2 智能建筑网络传输介质智能建筑网络传输介质 图2-10 光纤传输模式示意图 包层包层（n2)包层包层包层芯(n1)芯芯ABCDABCA单模光纤多模变率光纤多模光纤折射率折射率折射率n1n2a图2-9 光在光纤中的传播 光纤信道第2章 智能建筑信息传输网络基础原理 2

18、.2 2.2 智能建筑网络传输介质智能建筑网络传输介质 图2-11 光纤信道的简化方框图 光源光调制器光纤线路调制电信号电信号处理电信号输入光检测器解调电信号电信号处理电信号输出光发射机1光发射机2光发射机N合波器光接收机12N光功率放大（BA）光线路放大（OA）光线路放大（OA）分波器光前置放大（PA）12N12N12N.发送端接收端光接收机光接收机图2-13 光纤传输中的光波分复用技术 光纤应用及特点 第2章 智能建筑信息传输网络基础原理 2.2 2.2 智能建筑网络传输介质智能建筑网络传输介质 光纤具有下列优点：较大的带宽;尺寸小而重量轻;较低的衰减;电磁隔离;较大的转发器间距.在智能建

19、筑中，光纤用于构建计算机网络的干线传输系统，也用于多路视频信号的干线传输介质。由于光纤的传输距离长（10Gbps/10km）,用它作为干线所组成的一个计算机网络，在逻辑上仍然是一个LAN，但是其覆盖的区域可以是一个建筑群、一个园区，己经不是传统意义上一LAN了。 2.2.5 无线信道 第2章 智能建筑信息传输网络基础原理 2.2 2.2 智能建筑网络传输介质智能建筑网络传输介质 无线通信的介质是无线电波，存在于我们周围的空间。无线传输技术对于连接不同建筑物内的局域网是特别有用的。这是因为很难在建筑物之间架设电缆，无论是地上或电线杆上，特别是所通过的空间属于公共所有时更困难。而无线技术只需在每个

20、建筑物上安装设备。 2.2.6 传输介质的选择 第2章 智能建筑信息传输网络基础原理 2.2 2.2 智能建筑网络传输介质智能建筑网络传输介质 传输介质的选择是由许多因素决定的。它受网络拓扑结构的约束。其他因素也将起作用，例如：容量 支持所期望的网络通信量。可靠性 满足可用的要求。支持的数据类型 根据应用特定的。环境范围 在所要求的环境范围内提供服务。传输介质的选择是设计信息传输网络整个任务的一部分。 2.3.1 2.3.1 公用电信网简介公用电信网简介 第2章 智能建筑信息传输网络基础原理 2.3 2.3 通信网络技术通信网络技术 至今为止，最大的交换网络还是公用电信网。电信网的用户遍及世界

21、各地，各个国家的公用电信网络互连提供国际通信业务。尽管当初设计和建造这些网络是为模拟电话用户和数字电报用户服务的。但在其上已连接了许多的DTE终端设备开通数据通信业务，并且这种网络正逐渐变为数字网络。因此，我们有必要了解公用(公众)电信网。 公用电信网的组成公用电信网的组成 第2章 智能建筑信息传输网络基础原理 2.3 2.3 通信网络技术通信网络技术 电信网是由传输、交换、终端设备和信令过程、协议以及相应的运行支撑系统组成的综合系统，它使得网内位于不同地点的用户可以通过它来交换信息。 汇接局端局端局端局用户用户用户用户用户用户用户用户用户用户用户图2-14 电信网的基本组成 公用电信网的公用

22、电信网的终端设备第2章 智能建筑信息传输网络基础原理 2.3 2.3 通信网络技术通信网络技术 构成电信网的设备主要有三类:终端设备、传输设备和交换设备。 终端设备一般装在用户处，例如电话机、传真机、计算机等，它们将语音、文字、图像和数据等原始信息转变成电信号发送出去，或把接收到的电信号还原成可辨认的信息。对终端设备的一个重要要求，是必须符合进网的接口规定，否则就不能与网络连接。 公用电信网的公用电信网的传输设备第2章 智能建筑信息传输网络基础原理 2.3 2.3 通信网络技术通信网络技术 构成电信网的设备主要有三类:终端设备、传输设备和交换设备。 传输设备包括通信线路设备在内，是信息传递的通

23、道。它将用户终端与交换系统之间或交换系统之间连接起来，形成网路。其作用是将电信号以尽可能低的代价,即以最有效的方式来保持尽可能低的失真，从一地传至另一地。 公用电信网的公用电信网的交换设备第2章 智能建筑信息传输网络基础原理 2.3 2.3 通信网络技术通信网络技术 交换设备是为了使网络的传输设备能为全网用户所公用而加入的，处于电信网路枢纽位置，是各种信息的集散中心，是实现信息交换的关键环节。它包括各种电话交换机、电报交换机、数据交换机、移动电话交换机、分组交换机、宽带异步转移模式（ATM）交换机等。通过它可根据用户的需要将两地用户间的传输通路接通，或者为用户的传送信息选择一条通路。加入交换设

24、备后，就可以大大提高网络中传输设备和通信线路的利用率。对于交换设备来说，基本要求是处理速度快、可靠，不带来信号的附加失真，同时应使网络内资源得到合理的利用。 2.3.2 2.3.2 公用交换电话网公用交换电话网PSTN PSTN 第2章 智能建筑信息传输网络基础原理 2.3 2.3 通信网络技术通信网络技术 公用交换电话网PSTN( Public Switched Telephone Network )是规模最大的通信业务网，而且是各种通信业务的基础，例如电话网和电报网可以直接被利用来开放数据传输业务。事实上，在未出现专用于数据业务的公用数据网以前，大量的数据业务均集中在电话网上，因此电话网的

25、传输质量与服务质量对于数据通信的发展影响甚大。 1.1.市话通信网市话通信网 第2章 智能建筑信息传输网络基础原理 2.3 2.3 通信网络技术通信网络技术 用户用户用户用户用户用户用户用户用户用户用户用户用户远端模块远端模块远端模块PABX中继线交换机长话局长途线路用户用户用户用户用户用户用户用户用户用户远端模块远端模块远端模块中继线交换机长话局长途线路用户用户用户用户用户用户用户用户用户远端模块PABX中继线交换机用户用户用户用户用户用户用户用户用户远端模块PABX中继线交换机图2-15 单局制电话网络 图2-16 多局制电话网络 汇接局相连成为网状网汇接局相连成为网状网 第2章 智能建筑

26、信息传输网络基础原理 2.3 2.3 通信网络技术通信网络技术 图2-18 多汇接局汇接网 用户用户用户用户用户用户用户用户远端模块远端模块用户用户用户用户用户用户远端模块中继线端局端局汇接局用户用户用户用户用户用户用户用户远端模块PABX中继线用户用户用户用户用户用户用户用户远端模块PABX中继线端局端局汇接局用户用户用户用户用户用户远端模块端局汇接局用户用户用户用户用户用户远端模块远端模块端局2.2.国家电话网结构国家电话网结构 第2章 智能建筑信息传输网络基础原理 2.3 2.3 通信网络技术通信网络技术 图2-19国家三级电话网 长途网本地网A省B省本地网1本地网2本地网3本地网4DC

27、1 省际交换中心DC2 省内交换中心本地网汇接局本地网端局至国际出入口局本地电话网本地电话网服务范围服务范围 第2章 智能建筑信息传输网络基础原理 2.3 2.3 通信网络技术通信网络技术 图2-20本地电话网网路结构图 本地电话网长途交换中心端局用户长途交换中心端局用户汇接局本地电话网（a）由若干个端局组成（b）由若干个端局和汇接局组成长市中继线局间中继线用户线3.3.电话网电话网开放的业务开放的业务 第2章 智能建筑信息传输网络基础原理 2.3 2.3 通信网络技术通信网络技术 图2-21电话网中开放的业务 公用电话网电话传真可视电话ADSLModem互联网,数字数据业务网.SERVER数

28、据终端低速高速无线移动通信网2.3.32.3.3数据通信网数据通信网 第2章 智能建筑信息传输网络基础原理 2.3 2.3 通信网络技术通信网络技术 数据通信网是为提供公用数据通信业务而组成的通信网。数据通信：计算机与计算机之间或计算机与终端之间的通信称为数据通信，通信中传送的是数据信号。 1.数据通信网数据传输业务数据传输业务 第2章 智能建筑信息传输网络基础原理 2.3 2.3 通信网络技术通信网络技术 (1)电路交换数据传输业务：在数据终端设备间传送数据之前必须先建立电路交换连接。该项业务可在电路交换公用数据网和综合业务数字网（ISDN）的电路交换部分提供。(2)分组交换数据传输业务：以

29、带有寻址信息的形式进行数据传送。该项业务可在分组交换网、帧中继网和综合业务数字网（ISDN）中的分组交换功能部分提供。(3)租用电路数据传输业务：提供公用网的一条或多条电路给用户进行数据传送。该项业务可在数字数据网中提供。 2.3.32.3.3数据通信网数据通信网2.2.数字数据网（数字数据网（DDNDDN） 第2章 智能建筑信息传输网络基础原理 2.3 2.3 通信网络技术通信网络技术 2.3.32.3.3数据通信网数据通信网图2-22数字数据网（DDN）结构示意图 骨干节点机接入节点机数据终端设备（DTU或Modem)骨干层接入点层终端接入层至省DDN网接入节点层骨干层网络管理中心3.3.

30、分组交换网分组交换网PSPDN PSPDN 第2章 智能建筑信息传输网络基础原理 2.3 2.3 通信网络技术通信网络技术 2.3.32.3.3数据通信网数据通信网图2-23 分组数据交换网PSPDN的组成 分组拆装设备主机X.25 终端DDNDTUDDNX.25 终端DTUX.25 终端PSTNModemModemModem至省分组网网络管理中心分组交换机远程集中器异步终端异步终端异步终端Modem分组拆装设备模拟专线4.4.帧中继网（帧中继网（F.R.F.R.） 第2章 智能建筑信息传输网络基础原理 2.3 2.3 通信网络技术通信网络技术 2.3.32.3.3数据通信网数据通信网帧中继网以帧为单位，在网路上传输，并将流量控制等功能全部交由智能终端设备处理的一种新型高速网路接口技术。帧中继网的特点：按需分配带宽，网络资源利用率高，网路费用低；采用