《家庭网络部署研究（论文）》

家庭网络的部署及应用分析报告TOC\o"1-3"\h\u摘要 1第一章家庭网络的构成 21.1家庭网关 21.2智能设备 3第二章家庭网络组网方案设计 42.1需求分析 42.2组网目标 42.3网络结构设计 52.3.1网络结构 52.3.2家庭网络布线 72.4设备选型方案 7第三章家庭网络组网实施 83.1网络基本架构 83.1.1核心层 83.1.2汇集层 83.1.3接入层 83.2综合布线 93.2.1确定网络点位 93.2.2网络线材选购 103.3智能家庭技术分析 103.3.1智能家庭网关结构及功能 103.1.2智能家庭网关应用分析 133.4网络软件安装配置 133.4.1服务器配置 133.4.2防火墙配置和软件实施 14第四章结语 14致谢 15参考文献 16第一章家庭网络的构成1.1家庭网关家庭网关是家庭网络的核心实体,网络和外部广域网之间的集线器。从本身上讲，家庭网关可以通过蓝牙，ZigBee等模块可以连接到智能设备，或通过光纤连接到电视和通信网络。在传输层和应用层，家庭网关是通过UPnP协议与智能设备通信，TCP/IP，HTTP，SIP等协议与WLAN通信。路由器在当前传送中的作用是类似光传送设备的一个站的输出装置，它可以支持许多协议，端口可以是光纤连接，也可以访问网络电缆，更好的相容性和传送方法和光传送减少了许多中间节点，这便于维护人员精确地定位硬件问题。当然缺点是光路的失败，这需要一些时间来计算备份路由，所有服务必须有一个网线路由器连接。光收发器是一个由共同的网络管理系统进行操作，及时进行服务监控，对不同厂商设备之间的动态网络维护和互操作性，以其良好的都包容性和超前的传送方法。图1.1家庭网络的构成图1.2智能设备智能设备具体产品包括安防设备、照明控制设备、多媒体设备、环境控制设备等。这些设备都将集中在这个系统上，通过系统的通信协议，使各个子系统相互连接、信息互通，操作上可以相互控制。如果各个子系统都是独立运行缺乏集中控制的产品，用户使用起来会相当麻烦。家庭娱乐的多媒体平台运用先进的微电脑技术、无线遥控技术和红外遥控技术，在程序指令的精确控制下，把机顶盒、DVD、电脑、影音服务器、高清播放器等多路信号源，能够根据用户的需要，发送到每一个房间的电视机、音响等终端设备上,实现一机共享客厅的多种视听设备。对收藏海量高清电影自动分类、整理本地播放的影片，通过局域网可随时将媒体中心的内容同步进行无线自由操控。智能安防设备可以进行室内防盗、防劫、防火、防燃气泄漏以及紧急救助等功能，全面集成语音电话远程控制、定时控制、场景控制、无线转发等智能灯光和家电控制功能；无需重新布线，即插即用，轻松实现家庭智能安防；预设防盗报警电话；质量可靠，性能稳定，无需再担心家的安全，财产的安全，生命的安全。第二章家庭网络组网方案设计2.1需求分析某用户其房间类型如下图所示：图2.1用户房型图由于装修问题，书房只有电源线，没有其他电线，启用路由模式在A点放置了一个无线路由器以在家中提供无线覆盖，到B点有两条5类电缆，其中一根当前已打开IPTV服务，到D和E信息点分别只有一条5类线，但是信息点没有电源接口。主卧C信息点仅是布料放置了有线电视电缆，由于主卧室和次卧室中的无线电信号很差，经常掉线，所以用户对家里的现有网络状况不满意，需要重新组建家庭网络，以维持较好的网络访问服务。针对用户的家庭网络的优化需求，实施智能网络必须应用于无线网络技术，POE反向功率技术和EOC技术。需要满足整个家庭使用无线信号并且稳定的需求，并且客厅IPTV服务不会受到影响。2.2组网目标无线组网方法包括WLAN，红外和蓝牙，家庭智能联网主要使用WLAN技术也就是无线局域网，WIFI网络技术主要用于家庭网络。使用家用无线路由器，无线AP和其他无线设备进行无线连接，涵盖了整个家庭网络。无线网络模式有两种：路由模式和网桥模式。路由模式启用路由功能并打开子网本身设备充当子网的网关。通常用户应该在子网中启用DHCP服务器，需要NAT才能将子网中设备的IP数据包转发到上行链路。桥接模式分为有线桥接模式和无线桥接模式，有线桥接模式使用网络电缆有线连接到网关，类似于交换机的操作模式；无线桥接模式使用直接WIFI，而网关使用无线连接来启用WDS功能，这是AP的中继和桥接功能。无线访问使用无线媒体通过空中发送各种信号，从而有效解决有线网络出现的一些问题。在一些小单位在智能家居中，无线局域网或路由器通常用于构建无线局域网。用户在家中可以连接台式计算机和互联网，SSID必须在整个房屋内统一，用户可以实现在家中漫游的自动信号切换。2.3网络结构设计2.3.1网络结构图2.2OSI参考模型与TCP/IP五层模型示意图应用程序层是最接近用户的层。它为计算机用户提供应用接口，并为用户直接提供各种网络服务。我们常见的应用层网络服务协议有：HTTP，HTTPS，FTP，POP3，SMTP等。表示层为应用层数据提供各种编码和转换功能，确保一个系统的应用层发送的数据可被另一个系统的应用层识别。如果有必要，该层可以提供一个标准表示形式，用于将计算机内的各种数据格式转换为通信中使用的标准表示形式。数据压缩和加密也是表示层可以提供的转换功能之一。会话层负责建立，管理和终止表示层实体之间的通信会话。这一层通信由不同设备中的应用程序之间的服务请求和响应组成。传输层建立主机的端到端链路。传输层的作用是为上层协议提供端到端可靠和透明的数据传输服务，包括处理错误控制和流量控制问题。该层将上层与底层数据通信的细节屏蔽开来，使得高层用户只能看到两个传输实体之间的主机到主机，用户控制和可设置的可靠数据路径，我们通常说TCP/UDP就在这一层。图2.3TCP/IP协议示意图网络层通过IP寻址建立两个节点之间的连接。对于源传输层发送的数据包，根据地址选择合适的路由和交换节点并正确地传输到目的传输层。它通常被称为IP层。这一层就是我们经常称之为IP协议层的东西。IP协议是互联网的基础。数据链路层将比特组合成字节，将字节组合成帧，使用链路层地址（以太网使用MAC地址）访问媒体，并执行错误检测。它分为两个子层：逻辑链路控制（LLC）和媒体访问控制（MAC）。MAC子层处理CSMA/CD算法，数据错误检查，成帧等。LLC子层定义了一些允许最后一个协议共享数据链路层的字段。在实际使用中，LLC子层不是必需的。物理层实现实际的最终信号传输。比特流通过物理媒体传输。指定级别，速度和电缆引脚。常用设备包括（各种物理设备）集线器，中继器，调制解调器，网络电缆，双绞线电缆和同轴电缆。这些是物理层传输媒体。网络拓扑是指网络中各节点间相互连接的方式，掌握和控制网络的状态，用二层的物理连接拓扑和三层逻辑图来描绘所有的网络设备的连接关系，以适当的比例映射到这个拓扑图上。用精心设计的各种图标来表示各种网络对象，而这些图标又往往涂上不同颜色来表示相应设备的不同状态。使管理员能够通过拓扑图就可以很及时的了解到网络运行情况。树型结构实际上是星型结构的一种变形，它将原来用单独链路直接连接的节点通过多级处理主机进行分级连接。这种结构与星型结构相比降低了通信线路的成本，但增加了网络复杂性。网络中除最低层节点及其连线外，任一节点或连线的故障均影响其所在支路网络的正常工作。2.3.2家庭网络布线（1）网络布线的媒介由于光纤媒质所具有的传输带宽大、传输损耗低，抗干扰能力强等特点，使光通信技术始终在通信基础网络建设中占据着主导地位，并承载着通信网络中80％以上的信息流量。光通信方式的核心就是光纤材料的运用，这样的通信方式具有比之前的通信容量更大，传播的速度更快，抗干扰性更强的优势特点，给人们的生活带来了巨大的便捷性。光纤通信最主要的核心就是其用光来作为信息的载体，其通信的方式自然就是用光纤作为渠道来进行传输。光纤通信是由之前的电通信演变而来的，就是把电的信号转变成为光的信号，然后通过光纤这一传输的方式将光信号进行传输。光纤通信具有传输速度快、传输的容量大以及抗干扰性强等特点，成为在社会最为先进的传输信息的方式，并且在未来会得到更大程度的发展。光纤通信在进行信息传输的过程中，是通过光波进行信息的传输，而光的信号具有被限制性，被限制在光波导的结构之中，所以一般情况下不会发生光信号的泄露现象。相邻的光纤之间也不会互动，不会有互相的干扰现象的发生。而且光纤通信具有很大的容量，在传输过程中所发生的消耗比较低，同时光纤通信跨越的中继距离变得更加的长，这样的情况下就会使得光纤通信的复杂程度变得低起来，也会使得其成本的降低，这就是光纤通信所具有的优势。2.4设备选型方案需要购买一台千兆无线路由器，一台4端口POE交换机，两个POE电源AP面板，1套EOC设备，千兆无线路由器替换原来的无线路由器，并将其放在客厅的B信息点的位置，可以保持原始IPTV服务网络不变，第二条网线连接到千兆位无线路由器，另一端连接到点光猫宽带端口，无线交通信号灯覆盖整个生活区域。POE交换机上游端口连接到光猫，次卧室E信息点等每个信息点添加1个AP面板，通过网络电缆连接到POE，无线信号覆盖了餐厅和次卧室区域;具有WiFi功能的EOC终端被添加到主卧室的信息点中，通过光纤连接到信息点A，通过EOC前端连接到互联网端口，主卧室中的无线信号解决了覆盖问题。通过现有线路访问Internet，并且无线信号覆盖了调查区域；所有无线SSID与密码设置完全相同，两者都设置为桥接模式，因此用户可以在家中实现自动信号切换漫游。第三章家庭网络组网实施3.1网络基本架构3.1.1核心层核心层由传输核心节点组成，核心节点是传输网格的核心部分，主要负责在核心节点和传输节点之间提供高容量的服务规划和多业务传送功能，具有较高的安全性和可靠性。核心层网络仅包含各服务的核心节点，负责骨干节点和需要骨干节点发送服务的聚合层之间的大规模服务调度。核心层的网络结构应该是环形网络结构，网络中的骨干节点不应过多，通常可以使用3〜6个节点。核心层负责大颗粒服务的调度，这需要很大一部分服务的交叉和聚合能力，这使得网络非常可扩展。核心网络：它由高速网络交换机组成，提供核心交换功能并部署安全和应用优化设备，以确保数据安全和系统性能。管理区域：管理区提供相关的网络，服务器，安全管理系统，通过实时图形化管理终端，安全终端，相关控制。DMZ区域：部署外部服务的应用系统，如网站，信息发布平台等。3.1.2汇集层组合层由汇聚节点和核心节点之间的网络组成，汇聚层节点主要包括业务网络中的基站控制和中心节点。汇聚层是服务区域内所有接入网络的汇聚中心，它连接传输和汇聚区域中所有业务接入点的线路，提供更大的业务交叉和汇聚能力，使网络具有良好的可扩展性，在连接核心层以提高带宽利用率方面发挥着重要作用。汇集层节点负责将接入层服务连接到核心节点，也是承载大规模服务的平台。与核心层一起，它构成了本地传送网络的骨架，这是运营商的主要网络。3.1.3接入层接入层主要包括商用网络中的基站组织传送网络和业务汇聚节点，使用多种访问技术来支持多种服务的访问和交付，访问层具有快速的创建速度、可靠性好、成本低以及服务质量有保证的特点。接入层包括所有需要接入的本地服务节点，主要包括移动无线网络的基站类接入服务和移动互联网实现的各种数据接入服务。接入层的网络结构受特定服务点的位置影响较大，其结构应以环，星和树等其他结构为补充。网络具有良好的可扩展性和适应变化需求的能力，服务类型多也需要对各种服务设备有不同的需要和灵活的配置，接入层设备具有高度的灵活性和适应性。3.2综合布线通过一个总管理箱将电话线、有线电视线、宽带网络线、音响线等被称为弱电的各种线统一规划在一个有序的状态下，以统一管理居室内的电话、传真、电脑、电视、影碟机、安防监控设备和其他的网络信息家电，使之功能更强大、使用更方便、维护更容易、更易扩展新用途.实现电话分机，局域网组建，有线电视共享等。3.2.1确定网络点位家庭网络光纤接入包括远端设备——光网络单元和局端设备——光线路终端，它们通过传输设备相连。系统的主要组成部分是OLT和远端ONU。它们在整个接入网中完成从业务节点接口（SNI）到用户网络接口（UNI）间有关信令协议的转换。接入设备本身还具有组网能力，可以组成多种形式的网络拓扑结构。同时接入设备还具有本地维护和远程集中监控功能，通过透明的光传输形成一个维护管理网，并通过相应的网管协议纳入网管中心统一管理。OLT的作用是为接入网提供与本地交换机之间的接口，并通过光传输与用户端的光网络单元通信。它将交换机的交换功能与用户接入完全隔开。光线路终端提供对自身和用户端的维护和监控，它可以直接与本地交换机一起放置在交换局端，也可以设置在远端。ONU的作用是为接入网提供用户侧的接口。它可以接入多种用户终端，同时具有光电转换功能以及相应的维护和监控功能。ONU的主要功能是终结来自OLT的光纤，处理光信号并为多学生宿舍用户提供业务接口。ONU的网络端是光接口，而其用户端是电接口。因此ONU具有光/电和电/光转换功能。它还具有对话音的数/模和模/数转换功能。ONU通常放在距离用户较近的地方，其位置具有很大的灵活性。网络区主要是网络服务供应商的设备、分组交换和传统电路交换设备以及有线电视供应商的设备。中心局端的主要功能是容纳光线路终端（OLT）和光纤配线架（ODF），并提供必要的供电，有时，中心局端里也会有一些核心网络区的设备。馈线网络位于中心局端和配线网络之间，因此，馈线网络中的馈线光缆主要指从中心机房引出至光分配点的光缆，其相关配件组成包括光缆接续盒、光交接箱、光配线箱和光配线架（ODF）等。配线网络中的配线光缆指光分配点至入户光纤配线点之间的光缆，其相关配件组成包括配线光缆、光缆连接配件、光分路器等部分组成。光纤网络最后通过用户端的架空引入光缆进入到用户家中，为了维护方便，架空引入光缆一般只接入到用户门口的接线盒中，然后再由一根室内引入光缆接入到家庭。3.2.2网络线材选购通信介质直接影响到网络中心的安全稳定以及传输速率等，因此通信介质的选择至关重要。家庭网络用户总免不了上网下载、即时通讯、实时访问、网络游戏等等的项目，所以一般的家庭都采用光纤，这里所采用的是20兆的光纤，为保证网络系统的稳定性和高效运行，因此可以采用主流的网络产品，在当今众多的网络设备厂商中，综合考虑各家公司的发展状况、技术实力、市场占有率、产品的丰富完整等各方面因素，根据预算要求，主要选择CISCO公司的网络设备。在家庭网络部署中需要通过网络优化检测频率分配、站点参数调整等不断优化无线网络的性能，因此在完成无线局域网设计后需要进行网络测试。为了保证测试的准确性，必须要将覆盖盲区以及切换区等进行测试，以此保证测试数据的全面性。通过对整个房间重点覆盖区域的检测，检测区域的无线信号强度平均在﹣70dBm以上，网内丢包率小于1%，可见从整体上无线覆盖率要优于设计标准。3.3智能家庭技术分析3.3.1智能家庭网关结构及功能（1）远程访问家电远程控制与智能控制实现如下功能：例如，我们在利用灯进行照明时，简单来说，就是设定多种模式，好像电影模式时智能家居系统自动识别关闭一些强光的灯，以达到最佳的观看效果等。还能够通过软件远程控制家电。例如，下班在路上就可以通过软件启动厨房的做饭家电，这样到家后就有煮好的晚饭可以享用了。同时还可以使用遥控器来控制家中灯光，热水器，电动窗帘，饮水机，空调等设备的开启和关闭;通过这支遥控器的显示屏可以在一楼(或客厅)来查询并显示出二楼(或卧室)灯光电器的开启关闭状态;同时遥控器还可以控制家中的红外电器诸如:电视，DVD，音响等红外电器设备。电话远程控制,高加密(电话识别)多功能语音电话远程控制功能，当出差或着在家外边办事，您可以通过手机，固定电话来控制家中的空调和窗帘，灯光电器，使之提前为制冷或制热或进行开启和关闭状态，通过手机或固定电话知道家中电路是否正常，各种家用电器，还可以得知室内的空气质量(屋内外可以安装类似烟雾报警器的电器)从而控制窗户和紫外线杀菌装置进行换气或杀菌，此外根据外部天气的优劣适当的加湿屋内空气和利用空调等设施对屋内进行升温。主人不在家时，也可以通过手机或固定电话来自动给花草浇水、宠物喂食等。控制卧室的柜橱对衣物、鞋子、被褥等杀菌、晾晒等。图3.1智能家庭网络示意图在办公室，在出差的外地，只要是有网络的地方，都可以通过Internet来登陆到家中，在网络世界中通过一个固定的智能家居控制界面来控制家中的电器，提供一个免费动态域名。主要用于远程网络控制和电器工作状态信息查询，例如出差在外地，利用外地网络计算机，登陆相关的IP地址，就可以控制远在千里之外您自家的灯光，电器，在返回住宅上飞机之前，将家中的空调或是热水器打开。还有视频监控功能在任何时间、任何地点直接透过局域网络或宽带网络，使用浏览器，进行远程影像监控，语音通话。另外还支持远程PC机、本地SD卡存储，移动侦测邮件传输、FTP传输，对于家庭用远程影音拍摄与拍照更可达成专业的安全防护与乐趣。（2）智能家居1）智能家居的功能随着人工智能和网络技术的不断发展，智能家居已经成为当今社会的热门话题，智能家居更是迎来发展的最佳时期。家居智能化，是通过智能家居管理系统的设施来实现家居安防，舒适，各种家居之间的信息交互和通讯的能力。其主要包括3个组分，一是家庭设备自动化；二是家庭安全防范；三是家庭通讯。如今的互联网发展迅速，网络已经实现始终在线，所以智能家居得到不断发展。安全防范：如果有非法分子入侵家里，或者是家里出现火情、漏水等情况，智能安防可以在第一时间发出警报，并通过智能终端提醒到系统的所有人，而且智能安防让相关电器进入应急联动状态。例如，出现明火时，智能洒水灭火器就会工作，安全防范实际上是主动防范。环境自动系统：主要针对家庭采光系统以及空调系统使用的智能化系统；佳通信息服务：用于完成和小区物业之间的联系；家庭理财服务：利用互联网就可以选择理财产品并完成整个消费过程；自动维护功能：智能家电可以在联网状态下，自行从制造商网站下载所需要的驱动，用以完成家电自身的故障诊断以及修复。2）智能家居的发展趋势智能家居未来的发展趋势将会进一步强化设备互联性，从目前已有的智能家居来看，虽然可以达到智能控制等技术，但是各种智能家居的信息交互能力不强，这是有待优化的一个因素；其次，语音功能逐渐承接智能家居市场。目前市场上智能家居的控制大多数都是通过智能终端或者蓝牙对智能家居执行指令控制，所以语音控制会是以后智能家居控制的一大亮点。除了智能音箱外，电视机也会成为重要的智能家庭设备入口，将会有超过半数的智能电视配备语音助手，能够直接识别语音指令并动作，而且智能电视所提供的服务会越来越丰富，越来越人性化，人们使用智能电视的频率会在短时间内迅速提升。同时，越来越多的自动化设备应用到家庭中，智能化设备不仅便利了人们的生活，还提高了生活质量和生活安全度，智能门锁、插座以及摄像头将会成为居家必备品。从用户角度来看，智能家居的费用在可接受的额范围内，并且实际使用率较高，能够明显改善生活。这样的产品绝对可以引起用户的购买欲。从商家角度来看，智能家居的研发成本和生产成本都较低，特别是对IT厂家而言，这是进入智能家居市场中更容易布局的一类领域。智能家居将来会和酒店、智能大厦等展开深度合作，智能家居深入商用市场进行合作，一方面提升客户的满意度，另一方面也能够给IT厂家提供线下体验区域，反哺消费市场的需求拉动。除此之外，智能家居未来还会和养老项目合作，不断拓展智能家居的市场和应用领域，促进自身发展的同时也促进合作企业发展。随着社会的高速发展，高新科技日新月异，家居智能化也随着5G的普及慢慢进入大家的视线，家居智能化进入家庭也是大势所趋，更是整个社会的必然走向。智能家居的研发，测试，以及推广，将成为推动家居智能化的一大推手。随着社会生活水平的提高，提高产品的舒适度，降低产品能耗，提升产品的可操作性，提升产品观赏性成为市场竞争的关键因素。3.1.2智能家庭网关应用分析个人电脑充当了整个智能家居的控制中心。不仅因为笔记本电脑的功耗不高，而且由于其强大的处理和计算能力，能够满足智能家居中各种终端设备数据传输和数据处理的需求。家电或大型设备需要自己的处理器，不仅要实现自己的智能，还要更好地实现与控制中心的信息交换，满足数据处理速度和数据存储容量的要求。WIFI通信模块内置无线网络协议IEEE802.11协议栈和TCP/IP协议栈，用户可以实现无线网络间的串口或TTL电平数据转换。在手持设备上的应用越来越广泛，智能手机也是其中的一部分。与之前在手机上使用的蓝牙技术不同，WIFI通信具有更大的覆盖范围和更高的传输速率，可以通过控制器发送AT命令来控制，以实现各种功能。3.4网络软件安装配置3.4.1服务器配置服务器指一个管理资源并为用户提供服务的计算机软件，通常分为文件服务器、数据库服务器和应用程序服务器。运行以上软件的计算机或计算机系统也被称为服务器。相对于普通PC来说，服务器在稳定性、安全性、性能等方面都要求更高，因此CPU、芯片组、内存、磁盘系统、网络等硬件和普通PC有所不同。（1）域控制器首先，配置好服务器的网络环境，配置IP地址、俺码等。并将首选DNS服务器地址设置为本服务器地址，然后开始安装域域控制器，对于长远发展域控制器是不错的选择。（2）DNS服务器域名系统为Internet上的主机分配域名地址和IP地址。用户使用域名地址，该系统就会自动把域名地址转为IP地址。域名服务是运行域名系统的Internet工具。执行域名服务的服务器称之为DNS服务器，通过DNS服务器来应答域名服务的查询。（3）web服务器web服务器主要功能是提供网上信息浏览服务。随着互联网应用的不断深入发展，网站已经发展成为对外的重要窗口，通过网站可以让用户更全面地了解外面的世界。3.4.2防火墙配置和软件实施防火墙指的是一个有软件和硬件设备组合而成、在内部网和外部网之间、专用网与公共网之间的界面上构造的保护屏障。防火墙的配置与路由的配置基本上都是一样的，首先要配置两个端口eth0（外网）与eth1（内网）的地址，根据安全要求，要对防火墙设置成入侵包检测，不过内网地址接口一定要与R1S1/0相对应，外网的要与R2的接口相对应。还要设置成内网可以ping到外网地址，再做相应的安全配置。最后在个人电脑上安装防木马软件与微软补丁自动更新，最大限度地保护了个人电脑安全。第四章结语经过基于家庭网络的设计得出结论，分层设计包括两个方面：网络架构层和应