基于宽带城域网接入层的智能小区建设模式

  随着智能化住宅小区的普及和宽带接入技术的发展，各种基于宽带技术的应用服务也日益被人们所熟悉。在宽带城域网接入层中采用各种智能通信网络系统是实现小区智能化和信息化最有效的模式之一。在宽带城域网接入层中采用各种智能通信网络系统可实现住宅小区的智能化和信息化。

一、智能小区系统通信网络结构
  智能小区系统是由智能小区综合布线系统和基于该系统人性化的多媒体应用所组成。智能小区系统一般包括以下几个硬件系统：智能化的物业管理系统、现代化的通信系统、智能化的电表集抄系统、门禁系统和家居智能管理系统。图1即为智能小区系统通信网络结构示意图。
  图1中，在小区中心机房，电话模块局利用光缆上联到PSTN电话网，下行通过电话主干电缆到电话交接箱，电话交接箱通过电话胶缆下联到室外综合箱中的室外高频交接配电箱；室外综合箱中的BAN设备S2403F交换机一方面可通过综合光缆100Mbit/s上联至ZAN点宽带接入设备MA5200的100Mbit/s光口板上，另一方面既可通过五类线10Mbit/s下联至小区网接入HUB，又可通过五类线10Mbit/s下联至室外高频交接配电箱；小区网接入HUB可用来连接住宅户的NDT、单元或配电房的IP电表、门禁终端和物业终端等网络设备；室外高频交接配电箱将住宅户的电话双绞线和10Mbit/s宽带上网五类线重新进行跳接，利用10Mbit/s宽带上网五类线中的一对线来传电话语音就可满足住宅用户边打电话边上网的需要；在住宅用户端，五类线分出的RJ11头接入电话机，RJ45头接入计算机；在小区中心机房，ZAN点宽带接入设备MA5200通过光缆1000Mbit/s上行至南京电信宽带城域网，小区内部局域网交换机通过两条百兆链路绑定上联至宽带接入设备MA5200的百兆电口板上，采用两条链路的目的在于一方面可将上行带宽增至200Mbit/s，另一方面可做到冗余备份；小区内部局域网交换机通过电口可接家居智能管理服务器和管理终端、物业管理系统服务器和管理终端、门禁系统服务器和管理终端以及电表集抄服务器和管理终端等，这些服务器和管理终端可对各自的信息点采集终端进行管理；小区网站计算机通过BAN点设备S2403F交换机的10Mbit/s口接入宽带网，可供用户访问。实际上，图1中的室外综合箱的数目应根据小区住宅户的多少而定，为简单起见，图1中仅给出了单个室外综合箱、单个住宅户和单个各种设备终端。

二、智能小区系统的组成和功能
  智能小区系统由宽带网络设备、窄带网络设备、综合布线系统设备、各种多媒体应用系统服务器和终端组成，通过这些设备的相互配合来完成小区的智能化管理和应用。由于窄带通信网络系统和综合布线系统比较简单，下面将主要介绍其他系统的组成和功能。
  （1）网络智能控制数据终端（NDT）系统
  NDT系统是一个基于计算机网络系统的智能住宅控制系统，它包括住宅楼宇防盗报警、灾难报警、紧急求助、水电气暖多表远程自动抄收、家用电器控制等，通过计算机网络线路构成整个住宅小区的集中管理控制系统。NDT网络智能控制数据终端示意图如图2所示。
  NDT网络智能控制数据终端简称NDT智能终端，具有多个数字、开关、脉冲量I/O端口，可用于住户室内外的安全防盗报警系统、煤气泄漏检测、紧急报警和服务请求、水电气表的数据记录等多种用途；键盘可用于查询显示当前水、电、气三表读数及费用；具有液晶显示屏，可用于发布公告信息、提请住户注意、及时通知住户交纳各种费用等。每个NDT作为数控终端，置放于住户室内，可通过宽带城域网接入层设备、小区内部局域网设备和家居智能管理系统中的服务器通信；家居智能管理系统中的服务器可以实施对每个NDT的监控和管理，并保存有住户的相关数据库。系统通过电话语音卡，可实现电话远程家电控制、报警信息查询等。
  NDT智能终端介质访问协议为IEEE 802.3，网络传输协议为TCP/IP。水表和煤气表可以提供脉冲信号，通过信号线连接到NDT智能终端的脉冲量输入口；住宅用户电表为IP电表，上联到NDT智能终端的下联网络口；NDT智能终端的上联网络口通过五类线连接到16口HUB的某一口上，NDT智能终端和住宅用户电表均设有IP地址。
  栌蠭P地址的单元、弱电井和配电房IP电表，连同接在NDT智能终端上的住宅户IP电表均受电表集抄系统中的服务器控制和管理。通过电表集抄系统中的管理终端可及时了解每个电表的读数。
  （2）宽带城域网接入层设备系统
  宽带城域网接入层设备由ZAN点宽带接入设备MA5200和BAN点设备S2403F交换机组成，再加上小区网接入HUB、小区内部局域网交换机共同构成智能小区通信网络系统。
  MA5200多业务宽带接入设备是一种以太网接入处理系统，是宽带城域网上分布式BAS（宽带接入服务器）。它采用先进的网络处理技术和交换式总线技术，具有强大的硬件转发能力和灵活的协议处理能力。可以提供智能小区的以太网解决方案，为用户提供高速上网、视频点播、网络互连等多种业务，能对用户进行有效管理，并提供多种计费策略和认证策略，可以对用户的业务流进行流量限制，对用户的访问目的地址进行限制，并对用户进行二层的隔离和受控互访，充分保证网络的安全。MA5200 支持静态或动态的IP地址分配，采用虚模板方式配置接入用户的IP地址网段。MA5200在用户侧提供百兆以太网接口，通过以太网交换机为用户提供10Mbit/s以太网电接口，支持VLAN用户接入方式。
  S2403F交换机是一种高性能、低成本、功能强大的面向工作组的以太网交换机。它提供24个10Mbit/s以太网端口，3个自适应快速以太网交换端口，所有端口都支持全双工的通信方式，支持即插即用，提供VLAN功能。
  小区网接入HUB是S2403F交换机的端口扩展设备，可提供16个以太口，以供NDT和其他智能终端使用。小区内部局域网交换机是一种以太网交换机，它提供24个以太网端口，用来连接各种服务器和管理终端。
  （3）门禁系统
  门禁系统主要由门禁终端、门禁服务器和门禁管理终端组成。用于东、南、西、北四个小区进出大门的防范。在小区大门上安装门禁系统,在门框上边中央位置安装一对门磁,小区人员可用钥匙正常打开大门。当系统处于设防状态时,如果发生撬门,则会发出报警信号,通过门禁终端将信号传至小区物业管理中心的门禁系统服务器上,即显示出哪一个门发生何种类型报警,值班人员即可调度保安人员现场处理。而对于每个住宅户的门禁系统则是通过NDT智能终端，由家居智能管理系统进行管理控制。
  （4）物业管理系统
  物业管理系统主要由物业终端、物业服务器和物业管理终端组成。物业终端主要有IC卡读卡机、摄像监控机等。小区车辆的出入及收费、购物消费以及其他休闲消费均采用物业管理系统中IC卡管理系统来进行收费管理。就小区车辆而言，对长期用户可用月卡,对来访车辆可用临时IC卡,所有IC卡均经读卡机自动收费。在小区出人口设置摄像监控机，对来往车辆进行自动监控,并把车辆的资料(车牌号码、颜色等)传输到物业管理系统中心软件中。当车辆进库时,在IC卡读卡机检测到有效卡片后,闸门机上升开启,车辆进库,当车辆驶过感应器线圈时,闸门机自动放下关闭。当有车辆离开时,司机所持的IC卡必须和电脑资料一致,包括车辆的资料(车牌号码、颜色等)一致，才能升杆放行。
  以上简要介绍了智能小区系统的组成和功能，为保证各个组成部分能可靠运行，下面将讨论智能小区系统的运行机理。

三、智能小区系统网络运行机理
  智能小区系统网络配置包括VLAN划分和IP地址分配。配置是否合理直接关系到通信网络是否能稳定运行。
  （1）VLAN划分
  VLAN划分包括用户正常上因特网的VLAN划分、各种智能终端的VLAN划分以及小区网站的VLAN划分，各种服务器和管理终端均无VLAN划分。VLAN的划分由宽带接入设备MA5200和S2403F交换机完成，小区网接入HUB下的设备的VLAN号由上联S2403F交换机端口的VLAN号决定。
  MA5200每槽位100Mbit/s光口板下可接8台S2403F交换机，S2403F交换机的一部分端口可接因特网用户，另一部分端口下联至HUB可接智能终端。为保证MA5200同一槽位下每台S2403F交换机的每个接因特网用户端口有单独的VLAN号，一般约定，接因特网用户端口的VLAN号在1～250之间，下联HUB的交换机端口的VLAN号在251～500之间。通常，每个住宅户均安装有NDT智能终端和IP电表，如所有的智能终端均在同一VLAN下，势必在网络上产生过多的广播包，如给每个智能终端一个VLAN号，势必造成VLAN号的浪费。系统建议100个智能终端划分在同一VLAN下，相应地下联同一VLAN智能终端的HUB上联不同交换机的不同端口应具有相同VLAN号。需指出的是，如连HUB的S2403F交换机的端口具有相同VLAN号,则S2403F交换机应上联至MA5200同槽位的100Mbit/s光口板端口上。
  （2）IP地址分配
  IP地址分配包括上因特网用户的地址分配、小区网站的地址分配和各种终端、服务器、管理终端的地址分配，其中IP地址的配置由MA5200来完成。由于MA5200支持静态或动态的IP地址分配，采用虚模板方式配置接入用户的IP地址网段，所以可通过设置单独的虚模板来为上因特网的用户和小区网站分配合法IP地址，上因特网的用户可通过动态获取IP地址、Web页面RADIUS认证上网，小区网站可通过静态地址、MA5200本地认证接入因特网。另外，可通过设置单独的虚模板来为同一VLAN下的智能终端分配保留地址，每个智能终端通过静态地址、MA5200本地认证和各自的服务器进行通信。最后，MA5200通过百兆电口板的两个百兆电口和各服务器、管理终端通信，建议两个百兆电口做成TRUNK的形式。通过在相应的接口下配置一段保留IP地址，可满足各服务器和管理终端对IP地址的需要。
  通过上述设置，上因特网的用户能PING通各服务器，可访问服务器上的信息，可访问小区网站。小区物业可在网站上发布信息，供小区用户获取。家居智能管理服务器给NDT发信息时，先给同一VLAN的代理NDT发信息，然后由代理NDT给同一VLAN下的NDT广播信息，从而避免了由智能终端服务器给每个NDT发信息，减少流量。NDT能定时将脉冲信息传给家居智能管理服务器。系统内其他终端和服务器将按照同样的法则进行通信。