第 3 章通信网络系统

第3章通信网络系统

智能建筑通信网络系统CNS是保证楼内的语音、数据、图像传输的基础，它同时与外部通信网(如公共电话网、数据通信网、计算机网络、卫星以及广电网等)相连，提供建筑物内外的有效信息服务。智能建筑通信网络系统CNS是保证楼内的语音、数据、图像传输的基础，它同时与外部通信网(如公共电话网、数据通信网、计算机网络、卫星以及广电网等)相连，提供建筑物内外的有效信息服务。

3．1 通信网络系统的作用 通信网络系统提供的各类业务及其业务接口，目前通过建筑物内的综合布线及CATV同轴电缆引至各个用户终端。通信网络系统的设计，应满足办公自动化系统的要求，并能适应电信部门的通信公网向数字化、智能化、综合化、宽带化及个人化发展的趋势。考虑到接入网和综合业务数字网(1SDN)的发展，公网应向使用者提供快捷、有效、安全及可靠的信息通信服务，包括语言文本，图形、图像及计算机数据等多种媒体的通信服务。客户可自行定义服务通信方式，调整通信服务功能。

3．2 通信网络系统的组成与功能 智能建筑中的通信网络系统包括通信系统和计算机网络系统两大部分。通信系统目前主要由两大系统组成：用户程控交换机和有线电视网(CATV)。前者是由电信系统方面发展而来的，后者是广电系统方面发展至今的。计算机网络系统即智能建筑中的计算机局域网及其互联网、接入网。

CNS一般包括以下子系统： ①电话通信系统。是各类建筑物必须设置的系统。智能建筑中的电话系统交换设备一般采用PABX(用户程控交换机)，电话线路基于综合布线系统GCS。PABX不仅能提供传统的语音通信方式，还能满足用户对数据通信、计算机局域网互连、N-ISDN，通信的要求。

②有线电视系统。有线电视系统CATV也是智能建筑的基本系统之一。与传统CATV不同的是，智能建筑CATV要求电视图像信号双向传输，并为采用HFC(光纤同轴电缆混合接入网)打下基础。 ③视频会议系统。视频会议系统是利用图像压缩编码和处理技术、电视技术、计算机网络通信技术和相关设备、线路，实现远程点对点或多点之间图像、语音、数据信号的实时交互式通信。可大大节省时间、提高会议的效率、降低会议成本。

④广播电视卫星系统。通过架设在房顶的卫星地面站可直接接收广播电视的卫星信号。 VSAT(Very Small Aperture Terminal)卫星通信系统是20世纪80年代发展起来的一种新型的卫星通信系统，是具有小口径天线的智能化的地球站。这类地球站安装使用方便，非常适合智能建筑的数据传输。大量的这类小站(天线为几米甚至小到lm以下)协同一个大站(称主站)，构成一个卫星通信系统，可以单向、双向传输数据、话音、图像及其他综合电信和信息业务，适合于用户分散、业务量不大的专用或公用通信网。

⑤同声传译系统。同声传译系统是译员通过专用的传译设备提供的即时口头翻译，译员通过话筒讲话，听众通过耳机接收，这种翻译形式可同时有几种语富，如联合国大会就有6种语言的同声传译。

⑥公共/紧急广播系统。智能大厦和高级宾馆等现代化建筑物都设有广播音响系统，包括一般广播、紧急广播和音乐广播等部分。广播音响系统的设计则包括公共广播与客房音响二部分。公共广播用于公共场所，如走廊、电梯门厅、电梯轿厢、入口大厅、商场、酒吧、宴会厅等，通常采用组合式声柱或分散扬声器箱，平时播放背景音乐，当遇到火灾时作为事故广播，指挥人员的疏散。客房音响设置的目的是为客人营造一种欣赏音乐与休息的舒适环境。

⑦计算机局域网。包括智能建筑公共主干网，以及物业管理使用的局域网和购房/租房用户使用的业务局域网。主干网和楼层局域网主要采用以太网系列。

⑧用户接入网。从现代网络功能角度看，通信网由传输网、交换网和接入网3部分组成。电信网的接入网是指实现本地交换机与用户间连接的部分；有线电视的接入网是指从前端到用户之间的部分；而数据通信网的接入网是指通信子网的边缘路由器与用户PC之间的部分。用户接入网主要是解决智能建筑内部与外部世界的信息沟通。主流用户接入网目前有N-ISDN(窄带综合业务数字网)、HFC (光纤同轴电缆混合网)、ADSL（非对称数字用户线）、HTTB(光纤到楼)、DDN(数字数据网)。

3．3 程控电话系统 3．3．1 PABX及发展（1）PABX 智能建筑通信系统的控制中心是程控数字用户交换机PABX(Private Automatic Branch Exchange)系统。该系统将数字通信技术、计算机技术和微电子技术集成为一体，成为一个高度模块化设计的全分散控制系统。它不仅能向智能建筑中用户提供已有的模拟通信环境，而且还能向用户提供当前的数据通信、多媒体通信以及正在发展的ISDN综合业务数字网通信环境。

（2）PABX的发展 20世纪80年代中，国外智能建筑中已大多采用第3代程控数字交换机产品。 20世纪90年代初以来，随着现代数字交换技术、计算机技术和微电子技术飞跃发展，有力地推动着第3代数字交换机系统中采用更加先进的硬件和高级软件，并向第4代交换机技术发展和完善。正在发展的第4代程控数字用户交换机实际上是全数字综合业务交换机，它为智能建筑中实现办公室自动化及多媒体通信等提供强有力的支持。

3．3．2 PABX的功能 智能建筑中的PABX具有以下基本功能：（1）具有综合业务数据的传输功能，对每一用户可同时进行话音、数据、图像的多媒体通信。（2）实现办公室信息自动化的功能，对各个不同的用户终端设备提供码式、码速和协议转换。（3）构成计算机局域网(LAN)的功能。

3．3．3 PABX的分类 （1）旅馆型旅馆型程控数字用户交换机出入局话务量较大，不需要直接拨入功能；而话务台功能要强。为满足客人打长途电话的需要，应具有立即计费功能。为满足旅馆房间管理需要，应具有旅馆房间管理软件，该软件应提供房间控制、语音信箱（提供留言服务、客房状态、请勿打扰、自动叫醒、综合语音和数据系统等功能）。

（2）医院型 医院型程控数字用户交换机除具有旅馆型用户交换机的软件功能外，还应具有呼叫寄存、呼叫转移、病房紧急呼叫、热线电话、BP寻呼机或无绳电话、综合语音和数据系统等信息接口的功能。

（3）办公室自动化型 • 为了提高办公效率，用户能自动呼入呼出，避免话务员介入，以提高效率。 • 提供多种通信接口：X．25，N-ISDN，DDN，LAN，光通信。 • 传输用户电报、传真、静态图像、可视图像（可视电话）等。 • 支持计算机网络联网能力。 • 具有与语音信箱、传真信箱、电子信箱连接的接口并与上述信箱联网，可提高办公效率、提高对建筑物内用户信息通信的服务等级。

（4）银行型 银行程控数字用户交换机除具有办公自动化型功能外，还具有总行与分行间的台信联络、语言自动应答、警卫巡更线路、外线保留等功能。（5）专网型专网型程控数字用户交换机应具有组网功能，具有多位号码存储和转拨、直达路由选择、自动迂回、外线呼叫等级限制、远端集中维护管理及话务台集中设置等功能。

3．4 广播音响电视系统 见《建筑电气技术》

3．5 VSAT卫星通信系统 3．5．1 VSAT概念甚小口径终端VSAT(Very Small Aperture Terminal)，是20世纪80年代发展起来的一种新型的卫星通信系统，是具有小口径天线的智能化地球站。这类地球站安装使用方便，非常适合智能建筑使用。大量的小站协同一个主站，构成一个卫星通信系统，可以单向、双向传输数据、话音、图像及其他综合电信及信息业务。

3．5．2 VSAT系统结构 VSAT系统是由主站、卫星、小站(VSAT)组成。小站和主站是通过卫星转发器连成星形系统，小站和主站之间通过卫星能互通，而小站和小站之间不能互通，小站只能首先将信号送主站，再由主站送给另一小站实现互通，即通过小站——卫星——主站——卫星——小站的“双跳’’方式互通。

3．5．3 VSAT特点 一、VSAT的特点（1）设备简单、体积小、重量轻、耗电省、造价低、安装、维护和操作简便。（2）组网灵活，接续方便，网络部件模块化易于扩展和调整。（3）通信效率高，特别适用于传输数据。（4）可以直接面对用户，适合于用户分散、业务量不大的专用或公用通信网。

二、同地面通信网络相比，VSAT网络的优点 （1）能提供宽带的点对多点通信，比特率在2．4、4．8、9．6kbit/s至1．544Mbit/s的范围，而且扩容时经济灵活。（2）一个中心站可联接多个远地小站，由中心站管理整个星型网络。（3）独立性好，是用户拥有的专用网。（4）覆盖范围大，通信成本与距离无关，价格便宜、安装简单，维护操作方便。（5）组网灵活、接续方便、多种业务可在一个网内共存，可对所有地点提供相同的业务种类和服务质量。（6）通信质量好，比特误码率可达10-7—10-10，而地面线路仅为10-3-10-4。受灾害影响小，安全性好，不易窃听

三、与传统卫星通信网相比，VSAT具有如下特点三、与传统卫星通信网相比，VSAT具有如下特点（1）面向用户而不是面向网络，不像传统卫星通信网那样中间需经过电信网络后与用户设备进行通信。（2）天线尺寸小，一般直径为2．4m，小的只有0．5m。（3）安装方便，可安装在离用户非常近的地方，如屋顶、阳台等。（4）一般作专用网，而传统卫星通信网多用作公用网。（5）传输速率低，一般不大于2Mbit/s。

3．5．4 VSAT应用 VSAT网特别适用于工商、信息和管理部门的计算机通信业务。业已成熟的VSAT技术，除了为地面通信网提供数据和话音通道外，还能接入ISDN终端来满足将来发展的各种新业务。用户可以使用计算机、传真机、电话机来进行数据传输、高速传真、语音通信等，而且VSAT的通信技术质量均高于电话网。

3．6 智能建筑中的计算机网络 3．6．1 计算机网络在智能建筑中的作用和地位信息化社会可以说就是架构在计算机网络的基础之上。伴随社会信息化诞生发展的智能建筑要实现安全、高效、舒适、便利的建筑环境，同样必须依赖计算机网络，如智能建筑中的物业管理、办公自动化、内外通信、上因特网、系统集成、远程教育、网上娱乐、网上购物、网上证券、网上医疗等等，都离不开计算机网络的支撑。

（1）计算机网络是智能建筑OAS的必要基础。办公自动化系统发展到今天，不论是行政型、生产型或经营型OAS，也不论是事务型、管理型或决策型OAS，还是内部局域网型或Internet内外互连型OAS，无一不是建立在计算机网络基础之上的。（1）计算机网络是智能建筑OAS的必要基础。办公自动化系统发展到今天，不论是行政型、生产型或经营型OAS，也不论是事务型、管理型或决策型OAS，还是内部局域网型或Internet内外互连型OAS，无一不是建立在计算机网络基础之上的。

（2）计算机网络支撑智能建筑的物业管理。基于网络的智能建筑物业管理系统可节省大量人力、物力和财力，并显著提高工作效率和质量。如物管公司基于网络实现房产管理、公共设施管理、收费管理及公司内部管理等，用户可通过网络进行物业报修、查询物业收费信息、物管投诉、意外自动报警、求助呼叫等。（2）计算机网络支撑智能建筑的物业管理。基于网络的智能建筑物业管理系统可节省大量人力、物力和财力，并显著提高工作效率和质量。如物管公司基于网络实现房产管理、公共设施管理、收费管理及公司内部管理等，用户可通过网络进行物业报修、查询物业收费信息、物管投诉、意外自动报警、求助呼叫等。

（3）计算机网络是智能建筑CNS的核心内容之一。在智能建筑设计国家标准（GB／T50314—2000）中，将CAS规范称为CNS(通信网络系统)。其中规定：CNS应能为建筑物或建筑群的拥有者(管理者)及建筑物内的各个使用者提供有效的信息服务。诸如上因特网、VOD、远程教育、网上娱乐、网上购物、网上证券、网上医疗等信息服务，需要以计算机网络为平台才可能实现。（3）计算机网络是智能建筑CNS的核心内容之一。在智能建筑设计国家标准（GB／T50314—2000）中，将CAS规范称为CNS(通信网络系统)。其中规定：CNS应能为建筑物或建筑群的拥有者(管理者)及建筑物内的各个使用者提供有效的信息服务。诸如上因特网、VOD、远程教育、网上娱乐、网上购物、网上证券、网上医疗等信息服务，需要以计算机网络为平台才可能实现。

（4）计算机网络互连是智能建筑系统集成的必由之路。不论是各智能子系统内部的集成，还是各智能子系统之间的集成，其本质都是异构计算机网络的互连，关键是解决协议的转换。（4）计算机网络互连是智能建筑系统集成的必由之路。不论是各智能子系统内部的集成，还是各智能子系统之间的集成，其本质都是异构计算机网络的互连，关键是解决协议的转换。

（5）计算机网络与综合布线系统(GCS)的关系。智能建筑设计标准GB／T 50314--2000中说明：GCS是建筑物或建筑群内信息通信网络的基础传输通道。因此，GCS可作为计算机网络的有线介质通道，是计算机网络中的“路”。至于“路”上跑什么“车”、“车”上载什么“货”则应根据用户的应用需求，选择配置适宜的计算机网络，而相应的计算机网络协议则是“路”上的交通规则。

3．6．2 快速以太网 100Mht/s快速以太网的拓扑结构、帧结构及媒体访问控制方式完全继承了l0Mbit/s以太网的802．3基本标准。与l0Base-T类似，既有共享型集线器组成的共享型快速以太网系统，又有快速以太网交换器构成的交换型快速以太网系统。快速以太网的l0Mbit/s／100Mbit/s自适应技术可保证l0Mbit/s以太网能够平滑地过渡到100Mbit/s以太网。

快速以太网主要有3种类型： （1）100Base-TX。传输介质使用5类UTP，只用其中4根线（2根发送，2根接收），最长距离为100m，使用与10Base-T一样的RJ45连接器。可作为智能建筑的楼层LAN或主干网。

（2）100Base-FX。传输介质通常使用62．5／125μm的多模光纤，以及单模光缆。在全双工模式下，多模光缆段长度可达2km，而单模光缆段长度可达40km。单模光缆的价格比多模光缆高得多。适合用作智能大厦、智能小区的主干网。半径在2km范围内宜用多模光缆，否则必须用单模光缆。（2）100Base-FX。传输介质通常使用62．5／125μm的多模光纤，以及单模光缆。在全双工模式下，多模光缆段长度可达2km，而单模光缆段长度可达40km。单模光缆的价格比多模光缆高得多。适合用作智能大厦、智能小区的主干网。半径在2km范围内宜用多模光缆，否则必须用单模光缆。（3）100Base-T4。传输介质基于3类4对UTP。适用于原来采用8芯3类UTP布线的建筑物在不用更换线缆的情况下从10Mbit/s以太网升级到100Mbit/s以太网。

3．6．3 千兆以太网 千兆以太网和10Mbit/s以太网、快速以太网，具有相同的LLC(逻辑链路控制)层和MAC（媒体访问控制）层。

一、千兆以太网的类型 （1）1000Base-CX。使用一种短距离的屏蔽双绞线(25m)，这种双绞线不是符合ISO 11801标准的STP，而是一种150Ω的平衡双绞线对的屏蔽铜缆，并配置9芯D型连接器。它适用于一个机房内的设备互连，如交换器之间、千兆主干交换器与主服务器之间的连接，这种连接通常在机房的配线柜上以跨线方式连接。

（2）1000Base-TX。使用4对5类UTP(有的厂家的产品不行)和6类UTP，RJ-45（2）1000Base-TX。使用4对5类UTP(有的厂家的产品不行)和6类UTP，RJ-45 连接器，无中继最大传输距离100m。可作为智能建筑的主干网。（3）1000Base-LX。在收发器上配置了长波激光(波长一般为1300nm)的光纤激光传输器，可驱动62．5μm、50μm的多模光纤和9μm的单模光纤。在全双工模式下，多模光缆可达550m，单模光缆可达5km。（4）1000Base-SX。在收发器上配置了短波长激光(波长一般为800nm)的光纤激光传输器，只能驱动62．5μm和50μm多模光纤。在全双工模式下，前者最长距离为550m，后者为525m。

二、千兆以太网的主要特点 （1）完全采用交换方式。每端口独占1G带宽。（2）预留带宽。通过资源预定协议为特定的应用提供预留的带宽，可满足特定应用对带宽的需求。（3）提供优先级服务。通过采用新的协议，如IEEE802．1q和802．1p，为网络中的应用提供优先级和虚拟网络等服务。

（4）支持第3层交换。为避免网络互连设备成为网络瓶颈，千兆以太网支持L3交换，即千兆以太网交换机保持交换机的低时延性能，还具有路由器的网络控制能力。（4）支持第3层交换。为避免网络互连设备成为网络瓶颈，千兆以太网支持L3交换，即千兆以太网交换机保持交换机的低时延性能，还具有路由器的网络控制能力。（5）平滑过渡。千兆以太网保持了以太网的主要技术特征，如仍采用CSMA／CD介质访问控制协议，仍支持UTP，相同的帧长与格式，支持半双工和全双工方式等，保证了从以太网／快速以太网的平滑过渡。

3．6．4 智能建筑计算机网络的组网形式 智能建筑计算机网络的组网形式基本上有两类：一类是采用LAN组网（一般都采用这种方案），另外在有的情况下也可采用ISPBX(用户综合业务程控交换机)组网方案。 LAN的网段跨距（传输介质无中继距离）和系统跨距（系统中两站点间的最大距离），是组网需考虑的一个重要因素。主流以太网的网段跨距和系统跨距见P49表3．1。

3．7 因特网接入 随着全球信息业务的高速发展，用户需求已开始由传统的电话转向Internet(因特网)／Intranet(内部网)、视频点播、高清晰度电视、电子商务、局域网互联等高带宽业务，传统的传输模拟信号的铜缆用户接入方式(电话双绞线、CATV电缆)已无法满足社会发展的需求。作为直接连接千家万户、被称为信息高速公路“最后一公里”的用户接入网(简称接入网)，近年来在国内外得到空前的重视，技术发展较快。光纤接入、无线接入、N-ISDN(窄带综合业务数字网)、xDSL(数字用户线)和HFC等技术已被列入我国信息产业部“九五”计划和“2010年总体目标”，近年来在我国一些发达城市和地区得到了应用。

3．7．1 接入网及其分类 （1）按带宽分类。窄带接入网：数据带宽(传输速率)<2Mbit/s；宽带接入网：数据带宽(传输速率)>2Mbit/s。（2）按传输介质分类。有线接入网：双绞线、同轴电缆、光纤；无线接入网：微波通信、蜂窝通信、卫星通信和无绳电话通信。

3．7．2 N-ISDN接入技术 N-ISDN(简称ISDN)是一种提供端到端的数字连接、具有电路交换和分组交换、支持电话和非电话(传真、数据、图像、可视电话、桌面视频会议、Internet接入、局域网互联等)综合业务的通信网。基本速率接口提供3个通道：2个的64kbit/s的B通道和1个16kbit/s的D通道，即2B+D，适用于小型企业和家庭用户。2个B通道能传输2路数字化用户信息，D通道用于传输通信控制信号及其他信号(如报警、呼叫医生、水电气表数据的提取等)用户可利用1个B通道打电话，同时利用另一个B通道上因特网。

3．7．3 xDSL接入技术 xDSL是各种DSL(Digital Subscriber Line)接入技术的总称。xDSL采用现代数字信号处理技术和数字编码调制技术，利用双绞铜线的频带资源，实现话音和数字信号的双向点到点的高速传输(几Mbit/s至几十Mbit/s)。 xDSL按上、下行速率是否一样分为对称型DSL和非对称型DSL两类。对称型DSL（主要有HDSL、SDSL和MVL等）其上行与下行速率相同。非对称型DSL（主要有ADSL、VDSL、RDSL，等），通常下行信道速率要远大于上行信道速率，主要用于Internet高速接入、视频点播等下行速率远大于上行速率的应用。其中ADSL （Asymmetrical Digital Subscriber Line非对称数字用户线）技术目前最为成熟。

3．7．4 HFC接入技术 HFC(Hybrid Fiber Optic／Coaxial)是一种利用现有CATV网络的双向宽带接入网。典型HFC网络结构见P55图3．11。 HFC的馈线部分采用光纤，配线部分则使用现有CATV网中的树形分支结构的同轴电缆。

HFC频谱的分配： 5-42MHz为上行通道，主要用于传输语音和监测信号，可为500个用户提供电话服务； 54-550MHz为模拟广播电视信号的下行通道，可传输约60套模拟电视节目； 550—750MHz可用于视频点播、高清晰度电视和数据双向业务，可传送200路数字电视节目。目前HFC提供的业务除了电话、模拟广播电视业务外，还可提供N-ISDN业务、高速数据通信业务、视频点播、数字电视和各种数据信息服务业务。

3．7．5 光纤接入 作为接入网终极发展目标的光纤接入网，有着铜缆接入网无法比拟的高带宽、低损耗（0.05dB—0.2dB／km）、低误码率、不受电磁干扰、保密性好等优点，能承载现在与将来的所有业务。光接入网有以下情形：光纤到路边、光纤到大楼、光纤到家、光纤到桌面

3．7．6 无线接入技术 无线接入网具有受环境制约少、初期投资省、安装方便等特点，适用于山区、湖泊、海岛等特殊地理环境和广大偏远农村，以及移动接入和城市中的人口高密度地区(电信管道孔位紧张)等一些难以铺设有线线缆的地方，是现在和未来不可缺少的接入方式。无线接入网目前能提供话音、数据和传真业务，也有的能提供慢速图像等非话业务。

3．8 交互式可视通信系统 3．8．1 视频点播(VOD) VOD (Video On Demand)就是一种在观众和节目提供者之间具有交互能力的电视系统。它可以让观众从中心节目库中现场选择自己喜欢的节目，然后通过STB(机顶盒)在自己家中的电视机上观看。 VOD的重要特性就是交互性。VOD交互可以分为节目内交互和节目间交互两种。节目内交互允许用户在节目进行中实时地与系统进行交互，选择节目发展的方向、情节、结局等。它还可以实现交互购物、交互游戏和远程教学等功能。节目间交互就是让用户选择节目，然后播放。

第 3 章 通信网络系统