智能建筑的信息传输网络基础

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电话(信)网公用网现场控制网、集中管理网、消防网、安防网...公用信息网、音视频网...模拟传输网计算机网数字传输网内部专用网保密网公用电话网计算机互联网专用广域网公安金盾网、海关金关网、政府办公网...VOIP智能建筑通信网络图2-1智能建筑的信息传输网络的分类1.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公用信息网Intranet办公保密网楼宇控制,安防,消防专网视频监控专网互联网政府办公网中央控制室图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模拟数据(信息)数字数据(信息)控制信号电压信号电流信号音频信号话音信号全频信号视频信号基带视频信号复合视频信号高清视频信号控制数据非实时数据C/S,B/S应用数据块文件数据大容量文档数据实时数据音频流数据视频流数据图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温度、压力、流量...传感器变送器0-5V电压4-20mA电流现场总线直流到几百Hz低频范围数字方式传输控制单元屏蔽抗干扰传输技术短距离范围(几十米)温度、压力、流量...传感器变送器控制单元距离范围大(1000m)A/D现场仪表数字化图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源发送装置传输介质接收装置受信者狭义信道广义信道⒈信道分类⒉信道容量C=ω×log2[1+S/N]bit/s⒊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双纹线传输介质无屏蔽双绞线UTP屏蔽双绞线STP塑料外壳色标塑料绝缘层铜导线铜导线塑料外壳金属屏蔽层5类UTP6类UTP5类STP7类STP3类大对数UTP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外套屏蔽层（外导体）绝缘层内导体内导体绝缘层屏蔽层（外导体）外套在智能建筑中，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。单芯光纤4芯光纤分散型多芯光纤光纤缓冲层抗拉线外壳抗拉线外壳纤芯纤芯剥皮线抗拉线外壳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包层包层（n2)包层包层包层芯(n1)芯芯ABCDABCA单模光纤多模变率光纤多模光纤折射率折射率折射率①②③n1n2θψθa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光源光调制器光纤线路调制电信号电信号处理电信号输入光检测器解调电信号电信号处理电信号输出光发射机1光发射机2光发射机N合波器光接收机12N光功率放大（BA）光线路放大（OA）光线路放大（OA）分波器光前置放大（PA）12N12N12N......发送端接收端光接收机光接收机图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：⑴较大的带宽;⑵尺寸小而重量轻;⑶较低的衰减;⑷电磁隔离;⑸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：⑴容量支持所期望的网络通信量。⑵可靠性满足可用的要求。⑶支持的数据类型根据应用特定的。⑷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