第2章 智能楼宇信息传输网络基础(建筑通信及网络技术)

本章导读 智能建筑的信息传输网络是 建筑智能化 的基础 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 这就是本章的重点内容之一 其次 任何一个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Internet 连通外界的桥梁就要靠公用电信网 电信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电信网 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 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 2 1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 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智能建筑网络功能及传输对象 图2 1智能建筑的信息传输网络的分类 电话 信 网 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 智能化建筑内的电话网一般是以程控用户交换机PABX PrivateAutomaticBrancheXchange 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智能建筑网络的功能和分类 2 计算机网 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 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LAN 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 图2 2一个建筑内多个LAN并存 2 1 2智能建筑网络的传输对象与特征 第2章智能建筑信息传输网络基础原理2 1智能建筑网络功能及传输对象 图2 3智能建筑网络的传输对象 1 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 图2 4模拟控制信号传输特征 2 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 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100 300m 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 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 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1 2Mbps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智能建筑网络传输介质 图2 5狭义信道和广义信道 信道分类 信道容量C log2 1 S N bit s 传输损耗 2 2 2双绞线 第2章智能建筑信息传输网络基础原理2 2智能建筑网络传输介质 图2 6双纹线传输介质 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智能建筑网络传输介质 双绞线的应用 第2章智能建筑信息传输网络基础原理2 2智能建筑网络传输介质 1 3类线 传输频率1MHz 16MHz 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1MHz 100MHz 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1MHz 250MHz 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同轴电缆 第2章智能建筑信息传输网络基础原理2 2智能建筑网络传输介质 图2 7同轴电缆的基本结构 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 4光纤 第2章智能建筑信息传输网络基础原理2 2智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 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智能建筑网络传输介质 图2 10光纤传输模式示意图 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 2智能建筑网络传输介质 图2 11光纤信道的简化方框图 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 第2章智能建筑信息传输网络基础原理2 3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 图2 14电信网的基本组成 公用电信网的终端设备 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 公用电信网的传输设备 第2章智能建筑信息传输网络基础原理2 3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 公用电信网的交换设备 第2章智能建筑信息传输网络基础原理2 3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公用交换电话网PSTN 第2章智能建筑信息传输网络基础原理2 3通信网络技术 公用交换电话网PSTN PublicSwitchedTelephoneNetwork 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 因此电话网的传输质量与服务质量对于数据通信的发展影响甚大 1 市话通信网 第2章智能建筑信息传输网络基础原理2 3通信网络技术 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 第2章智能建筑信息传输网络基础原理2 3通信网络技术 图2 18多汇接局汇接网 2 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通信网络技术 图2 19国家三级电话网 本地电话网服务范围 第2章智能建筑信息传输网络基础原理2 3通信网络技术 图2 20本地电话网网路结构图 3 电话网开放的业务 第2章智能建筑信息传输网络基础原理2 3通信网络技术 图2 21电话网中开放的业务 2 3 3数据通信网 第2章智能建筑信息传输网络基础原理2 3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 第2章智能建筑信息传输网络基础原理2 3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 3数据通信网 2 数字数据网 DDN 第2章智能建筑信息传输网络基础原理2 3通信网络技术 2 3 3数据通信网 图2 22数字数据网 DDN 结构示意图 3 分组交换网PSPDN 第2章智能建筑信息传输网络基础原理2 3通信网络技术 2 3 3数据通信网 图2 23分组数据交换网PSPDN的组成 4 帧中继网 F R 第2章智能建筑信息传输网络基础原理2 3通信网络技术 2 3 3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 采用虚电路技术 适用于突发性业务的使用 不采用存储转发技术 时延小 传输速率高 数据吞吐量大 兼容X 25 TCP IP等多种网络协议