楼宇智能化全光融合解决方案最新版本.doc

楼宇智能化全光融合解决方案XX省电信有限公司XX市分公司2007年4月目 录一.前言3二.需求分析3三.各类楼宇弱电子系统43.1.典型弱电系统举例43.1.1.门禁系统43.1.2.可视对讲系统53.1.3.视频监控系统63.1.4.其他弱电系统63.2.功能实现特点73.3.组网特点73.4.通信接口及支持的协议8四.无源光网络简介94.1.技术简介94.2.EPON设备介绍9五.全光融合解决方案115.1.拓扑结构及通讯方式115.2.带宽能力及应用领域125.3.所支持的接口125.4.如何融合125.4.1.融合的范畴125.4.2.融合的基础135.4.3.解决方案13（1）额外开销15（2）末端接入16（3）安全机制16六.融合成本控制16七.成功案例177.1.案例介绍177.2.效益分析17一. 前言楼宇智能化是现代通信技术和计算机技术相结合的产物。简单来讲，楼宇智能化即指以楼宇综合布线为基础，通过系统集成方法，将通信技术与计算机技术进行有机的结合，实现对楼宇智能化设备和信息资源的管理，实现楼宇与楼宇使用者之间的互动，最终为楼宇使用者提供舒适、便利、灵活、高效和安全的居住、工作环境的一项综合化系统集成技术。楼宇智能化涵盖了以下三个方面：办公自动化系统（OAS）、通信自动化系统（CAS）和楼宇自动化系统（BAS），本文讨论的范围仅仅是限于在后两个系统的范畴内进行的。二. 需求分析楼宇智能化的需求普遍存在，例如楼宇或者小区安全防范的需求在物管公司和广大业主看来都认为是不可或缺的。而视频监控、可视对讲、门禁、电子巡更、红外线对射安防、一卡通、有线电视、IPTV、无线网络等弱电系统都是构建楼宇智能化的重要组成。楼宇智能化同时可以为开发商提高自身楼盘档次，为楼盘增值，增加楼盘在竞争日益激烈的市场中的受关注程度，从而进一步拓展市场份额。但是随着线缆原材料价格的不断攀升，诸多的弱电系统在楼宇内一次又一次的重复布线，导致实现楼宇智能化的成本急剧上升。数量繁多的网络布线也给楼宇管理维护带来极大的不便，并且为以后网络系统的升级以及追加新的弱电子系统等扩容工程埋下隐患。从维护管理的角度来看，令人眼花缭乱的布线系统使得故障发生后无从下手去查判原因和解决问题；从利用现有资源的角度来看，由于大多数弱电系统各走各网，无法利用已经建好的综合布线系统，最后导致整栋楼宇的管网资源不足，需重新铺设管线，无形中增加了扩容子系统的投资，也影响了楼宇内部的美观整洁。楼宇智能化让投资者望而却步，进而纷纷对智能化是否能够真正有效的实现提出了质疑。随着光进铜退的大势所趋，近年来越来越多的楼宇都实现了光纤到户，大有取综合布线系统而代之的势头，许多弱电系统集成所遇到的数据流量瓶颈问题、众多的网络难以实现集中管理维护等问题得以找到有效的解决途径。实现基于全光网络的弱电系统融合解决方案迫在眉睫。三. 各类楼宇弱电子系统3.1. 典型弱电系统举例3.1.1. 门禁系统门禁系统一般由以下几部份组成：前端读卡器、控制器、控制软件，属于“分立设置、软件集成”的系统结构。目前主流的门禁系统分为两种：一种是现场总线型的门禁系统，其特点是以现场总线为基础，如CAN、RS485等，可以控制大量的信息，并实现远程数据传输，且支持TCP/IP协议；另一种是基于局域网的门禁系统，其特点是系统容量扩充方便，对局域网的依赖性强，完全兼容以太网络。前者需独立布放控制总线，后者可利用已有的综合布线系统。门禁系统的组网示意图如下：3.1.2. 可视对讲系统目前市面上的可视对讲系统按演进的历程可分为模拟方式和全数字化方式两种。模拟方式（总线型）的可视对讲系统属于第二代对讲系统，于90年代中后期得到迅速发展。此类可视对讲系统在楼宇内的控制网络技术主要采用了单片机以及现场总线技术（如RS485等），系统主要由终端设备、音/视频线缆、数据总线以及控制设备组成，终端设备（如门口机、用户机等）与控制设备之间的通信是通过两套布线来实现的。而全数字化（局域网型）的可视对讲系统，为新兴的第三代对讲系统，全程采用TCP/IP协议，其数字室内机实现了数字、语音、图像通过一根网线传输，从而不需要再布防音、视频线和数据总线。模拟方式可视对讲系统的网络拓扑结构可以用下面的示意图来表示：3.1.3. 视频监控系统视频监控系统又分为模拟监控系统和数字监控系统两种类型。视频监控系统主要由前端监控设备、传输线路以及监控中心三大部分组成。对于模拟视频监控系统而言，传输线路部分除了视频线缆以外，可能还需另外布放云台控制线缆，以实现监控中心对前端摄像枪云台的转向控制。而对于全数字化的监控系统而言，则仅需要提供以太网接口即可，既其网络布线可利用到楼宇的综合布线系统。模拟摄像枪也可以通过编解码设备将模拟的视频信号转换成数字信号，然后通过转换设备所提供的以太网接口实现数字传输。3.1.4. 其他弱电系统其他弱电系统还有：UPS系统、一卡通系统、红外线对射安防系统、电子巡更系统、停车场系统、电子公告板系统、电子点餐系统、电梯层控系统、广播系统、智能家电系统、楼宇自控（BA）系统和有线电视系统以及IPTV系统等等。3.2. 功能实现特点上述子系统的共同特点就是都有各自的主控设备，利用单片机技术或计算机技术负责控制各系统的终端与终端之间、主控设备与终端之间的数据和控制信号的传输，整个系统功能的实现无外乎以下几个方面：主控设备接受外部指令，想系统内部的相关终端发送指令，使其执行一系列指定的动作，如打开门锁、开启摄像头并上传音/视频信号等；终端设备接受外部操作，向主控设备发送相关数据和请求，主控设备接收到数据及请求后，按照事先定制的流程进行处理，然后将结果及指令发往发出请求的终端或者其他终端，要求终端完成一系列的动作，如可视对讲门口机在输入密码后自动开启门锁、红外线对射设备在检测到入侵之后上报控制中心触发警报等。3.3. 组网特点从上述对各类典型弱电系统的介绍看来，对于采用传统总线方式实现控制的弱电系统，根据其拓扑结构的特点，可将整体系统分为三个主要组成部分（如下图所示）：一，终端接入部分；二，数据及控制信号传输网络部分；三、控制管理部分。对于传统的弱电系统组网方式，可以将其第二部分，也就是数据及控制信号传输网络部分完全可以抽离出来，通过其他更先进的传输网络进行替代，来实现数据的融合统一传送，通过实现终端接入部分和控制管理部分的协议转换来建立二者间的连接并实现弱电系统内部的控制和通讯。3.4. 通信接口及支持的协议弱电系统一般采用现场总线组网方式，如CAN、RS485等。部分弱电系统也支持TCP/IP协议并提供标准以太网接口。目前市面上有较丰富的并且应用较为广泛的RS232/RS485/RS422转10/100Base-T的协议转换设备，为弱电系统的终端设备接入以太网络提供了条件。下面简单介绍一下RS485串行通信技术的特点：1. RS485的电气特性：逻辑“1”以两线间的电压差为+（26）V表示；逻辑“0”以两线间的电压差为-（26）V表示。接口信号电平比RS-232-C降低了，就不易损坏接口电路的芯片， 且该电平与TTL电平兼容，可方便与TTL 电路连接。 2. RS485的数据最高传输速率为10Mbps。3. RS485接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗共模干能力增强，即抗噪声干扰性好。 4. RS485接口的最大传输距离标准值为4000英尺，实际上可达 3000米，另外RS232-C接口在总线上只允许连接1个收发器， 即单站能力。而RS485接口在总线上是允许连接多达128个收发器。即具有多站能力,这样用户可以利用单一的RS485接口方便地建立起设备网络。 因RS485接口具有良好的抗噪声干扰性，长的传输距离和多站能力等上述优点就使其成为首选的串行接口。 因为RS485接口组成的半双工网络，一般只需二根连线，所以RS485接口均采用屏蔽双绞线传输。 RS485接口连接器采用DB-9的9芯插头座，与智能终端RS485接口采用DB-9（孔），与键盘连接的键盘接口RS485采用DB-9（针）。四. 无源光网络简介4.1. 技术简介无源光网络（即PON）是一种点到多点的光纤接入技术，其经典组网结构中一般有下列三类组成构件：局端的光线路终端（OLT）、用户端的光网络单元（ONU）以及唯一“无源”的局间设备光分配网络（ODN）。无源光网络之所谓“无源”则即指此最后一类设备，ODN中不含任何有源电子元器件，包括电源，而是全部由光分路器（Splitter）等无源器件组成。局端的OLT和用户端的ONU则均为有源设备。PON网络中，数据传输一般下行采用时分复用（TDM）广播方式，而上行则采用时分多址接入（TDMA）方式，可以灵活的组成树型、星型以及总线型等拓扑结构，其中树型为较典型的应用拓扑结构。PON技术自提出到如今，经历了十数年的技术革新，从窄带PON到BPON（ATMPON）再到EPON进而发展到GPON，其技术的标准化得到了ITU-T（国际电信联盟远程通信标准化组）的支持，推出了一系列的标准化建议，而近年来IEEE（美国电气及电子工程师学会）也表现活跃，推出了802.3ahEPON标准。PON技术发展到今天，主要是基于G/EPON的应用，二者之间的差异以及各自的优劣在此不作赘述，从下一章开始我们将以EPON为例，用上述PON网络经典拓扑结构和基本组成构件来讨论楼宇智能化全光融合的解决方案。4.2. EPON设备介绍用户端FTTH室内型终端ONU设备数据终端类：D400： 410 /100M兼容接口 D500： 410 /100M兼容接口 +2 POTS接口综合终端类（后期提供）：D50x：多业务家用终端，12V DC供电接口： 14FE14POTS可选12CATV接口可选 WLAN接口可选 Bluetooth接口局端C220/C600 OLT设备概述中等容量产品以太网L2/L3交换容量140G单框40/80个PON，相当于接入(1280/2560ONT）支持EPON、GPON等，提供完善的综合光接入能力，支持FTTC、B、H、O的应用与平滑演进单板与C200兼容互换五. 全光融合解决方案EPON作为光纤接入网的最优方式，成为建设FTTx（包括FTTB、FTTH甚至FTTD等）的重要技术，其提出的初衷是为了解决现有基于DSL或者LAN（基于电缆传输介质）的接入方式无法满足更高带宽需求的问题，如用户对IPTV、高清晰视频会议、视频聊天等数据流量巨大的应用的需求。而其实EPON的能力在解决这些问题后还有充分的应用空间。当一栋楼宇利用EPON技术实现了光纤到户（FTTH）之后，善用无处不在的ONU作为各种楼宇智能化弱电系统的接入层，一方面可以有效的避免上一章中所提到的各类繁多的弱电系统在楼宇中的重复布线，节省投资；另一方面也可以有机整合各弱电系统于一体，提供统一的管理平台，节省运行成本。全光网络的带宽承载能力趋于无限，理论上可以无限叠加更多的弱电系统，当然，这里暂不考虑终端接入成本和后台控制的二次开发成本。5.1. 拓扑结构及通讯方式EPON组网结构为树型拓扑，以OLT为根结点，ONU作为各叶子结点，ONU可以通过级联的方式实现多级组网。EPON网络的通信是采用的下行TDM广播/上行TDMA方式，ONU与ONU之间没有直达的通信线路，所有数据均为先送往根结点OLT之后再以广播的方式下发到各叶子结点，OLT在网络中承担着数据交换处理的重担，也是整个系统中最为复杂也最为重要的构件。OLT除了负责整个网络中的数据传输的控制和处理之外，作为核心构件，OLT也担负着外接数据源（如有线电视信号源、IPTV流媒体源等）、控制源的重任。EPON的基本拓扑结构如下：5.2. 带宽能力及应用领域由于全程光纤组网，EPON网络双向至少可达到1G甚至以上的带宽速率，物理上传输速率可以得到充分的保障，在完成传统意义上的诸如有线电视、IPTV、视频会议等高带宽的应用传输后，系统还有丰裕的带宽空间可以利用。5.3. 所支持的接口EPON网络的局端设备OLT支持V5、PRI、ATM、E1以及GE/FE接口，用户端设备ONU可提供FE、POTS、CATV视频接口等。5.4. 如何融合5.4.1. 融合的范畴本文所讨论的全光融合解决方案对于弱电系统的终端以及后台控制设备的取电问题不作考虑，因为即使是号称“无源”的PON网络，其作为融合解决方案中接入层的构件ONU本身都需要解决供电问题。各弱电系统的终端如何接入PON网络，其各自的数据流和控制信号的传送如何以PON网络为承载网，后台控制管理如何有机的整合等才是本文所谓“融合”的范畴。5.4.2. 融合的基础全光网络的另一个优势在于，与传统组网中的铜介质线缆传输性质不同，组网应用中将不再存在距离超长、信号干扰等问题。由于带宽及传输质量可以得到充分的保障（EPON网络甚至可以支持QoS），由EPON技术实现的FTTH所布设的无所不在的光纤网络可完全替代所有弱电系统的传统布线部分，以全光传输网为承载网，实现所有弱电系统的集成，具有极大的融合度和可扩展性。楼宇智能化全光网络融合解决方案的基础在于两个方面：其一，就是解决弱电系统中的数据流/控制信号将如何通过ONU接入并在网络中进行传输的问题；其二，就是解决弱电系统中控制部分如何通过OLT对各接入终端进行控制（如可视对讲系统、门禁系统和一卡通系统等），或者弱电系统中数据源如何通过OLT实现接入并实现向各终端设备进行内容推送（如CATV、IPTV等）以及控制信号传递的问题。5.4.3. 解决方案首先，在一栋楼宇没有实现FTTH的之前，楼宇智能化将在整栋楼中规划许多张管网，以供不同的弱电系统传送数据流/控制信号，各网络间相互独立，无法进行有效的融合，增加了许多重复投资，也增加了今后的维护管理复杂度，成为真正实现智能化的羁绊。在没有全光网络作为融合基础网的情况下，楼宇智能化的情形如下图所示：然后，当楼宇内实现了FTTH之后，楼宇智能化将得到真正的实现，本文在这里提出全光融合解决方案的三层结构：第一层，也就是上文中多次提到的“接入层”，是作为弱电系统各类终端设备接入光网络的界面，其主要构件就是ONU设备；第二层，就是无源光网络，称为“承载层”，负责进行组网以及光信号的传输，其主要构件就是ODN设备；第三层，称之为“应用层”，担负集成弱电控制平台、外接数据源的重任，它的主要构建则是OLT设备。我们可以从下图看到，整栋楼宇中仅存在一张管网（物理网络），并且直到每一个接入端之前，整张网络中的传输均在“无源”的情况下进行，极大的降低了故障点数量和故障发生率。各弱电系统的终端设备通过EPON网络的用户端ONU设备进行接入，各自的控制中心/数据源则通过局端OLT设备进行有机整合统一，真正意义上实现了弱电系统的全面融合，使得楼宇智能化更具有实用性和方便性。由上图我们看到，在接入层，各弱电系统的终端设备与EPON网络的ONU设备间的对接采用的是以太网协议。本文第二章中提到过的各类弱电系统数据流/控制信号的接口，都分别可以通过模数转换、接口转换设备转换成以太网接口，然后通过ONU所提供的数字接口（如FE口）进行数据的接收和上传处理。在应用层，OLT可通过丰富的接口（E1、FE等）外接各种数据源，同时实现控制源的接入，可以有机的将各类弱电系统的管理控制部分整合统一为一个中心平台，实现对各类终端的统一控制以及对数据流进行分别处理。（1）额外开销可以看到，无论接入层还是应用层的接入，除了本身具备数字网络接口的弱电系统终端（如数字摄像枪，其设备自身即提供RJ45接口）以外，均需要增加转换设备的额外开销，不过由于目前市面上存在诸多的诸如RS232/RS485/RS422转10/100Base-T协议转换等设备，并且价格并不昂贵，这部分的开销尚可预知和控制。（2）末端接入当然，所谓全光融合解决方案也并不排除在最后几米或者几十米的接入采用传统的铜质线缆传输方式，由于是在末端实现，并不影响光网络融合的初衷，而仅仅作为末端接入的补充手段，有时反而可以使得终端接入显得更加灵活。（3）安全机制EPON采用的是点到多点的传输模式，下行采用的是广播方式发送数据给OLT下挂的所有ONU，任何一个ONU均可以收到实际上是发送给某些ONU的数据包，而这一点对于