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1、第第6 6章章 智能建筑通信自动化系统智能建筑通信自动化系统认识智能建筑通信自动化系统认识智能建筑通信自动化系统6.1通信自动化系统的相关设备和基本功能通信自动化系统的相关设备和基本功能6.2计算机网络通信自动化系统计算机网络通信自动化系统6.3其他网络相关技术其他网络相关技术6.4知识目标知识目标（1）了解通信自动化系统的组成。）了解通信自动化系统的组成。（2）掌握通信自动化系统的相关设备及功能。）掌握通信自动化系统的相关设备及功能。（3）掌握智能楼宇中通信自动化系统的相关技术）掌握智能楼宇中通信自动化系统的相关技术知识知识。（4）了解物联网系统的相关技术和应用。）了解物联网系统的相关技术和
2、应用。能力目标能力目标（1）能够认知通信自动化系统设备的构成。）能够认知通信自动化系统设备的构成。（2）能够理解和运用通信自动化系统的相关技术。）能够理解和运用通信自动化系统的相关技术。（3）能够运用物联网的相关技术。）能够运用物联网的相关技术。6.1 6.1 认识智能建筑认识智能建筑通信通信自动化自动化系统系统 智能建筑的通信系统，大致可以划分为三个部分组成：1、以程控交换机为主构成的语音通信系统；2、以计算机及综合布线系统为主构成的数据通信系统；3、以电缆电视为主构成的多媒体系统。这3个部分既互相独立，又相互有关联。一个智能楼宇是以通信网络为基础，通过系统集成，将这几个系统结合在一起的。一
3、个智能楼宇，除了有电话、传真、空调、消防与安全监控等基本系统外，各种计算机网络、综合服务数字网络都是不可缺少的，只有具备了这些基础通信设施，才能使楼宇构成一个名副其实的智能建筑。6.1 6.1 认识智能建筑认识智能建筑通信通信自动化自动化系统系统6.2 6.2 通信通信自动化自动化系统的相关设备和基本功能系统的相关设备和基本功能6.2.1 程控交换机程控交换机 “交换”和“交换机”最早起源于电话通讯系统（PSTN），我们知道，传统意义上的电话交换系统必须由话务接线员手工接续电话，这被称为人工电话交换系统，而我们所指的程控交换机是在人工电话交换机技术上发展而来。图6-1人工交换机 程控交换机是将
4、用户的信息、交换机的控制、维护管理等功能，采用预先编制好的程序存储到计算机的存储器内。当交换机工作时，其控制部分将自动监测用户的状态变化和所拨号码，并根据其要求来执行相关程序，而达到完成各种功能。图6-2程控交换机6.2.1 程控交换机程控交换机 程控交换机的分类：1）按交换方式分类：市话交换机、长话交换机、用户交换机。2）按信息传送方式分类：模拟交换机、数字交换机。3）按接续方式分类：空分交换机、时分交换机。6.2.1 程控交换机程控交换机 程控模拟交换机主要采用电路交换的方式处理来自电话网络的模拟话音信号，而程控数字交换机则可采用分组交换的方式处理经过数字化后的数字话音信号。现在，分组交换
5、的使用比电路交换更加的广泛，因为它的效率更高，资源占用更少。图6-3电路交换和分组交换6.2.1 程控交换机程控交换机6.2.2 用户交换机用户交换机 用户交换机：是一种只在一个单位或企业内部使用的专用交换机，它的特点是外线资源可以共用，而内部通话时不产生费用。用户交换机在技术上的发展趋势是采用程控用户交换机，而且使用新型的程控数字用户交换机不仅可以交换电话业务，并且可以交换数据等非话音业务，做到多种业务的综合交换与传输。电话交换机的基本呼叫类型：（1）主叫用户对本局中的另一个用户发起的呼叫（即主、被叫用户都连接在同一交换机上）称为本局呼叫。图6-4本局呼叫6.2.2 用户交换机用户交换机 电
6、话交换机的基本呼叫类型：（2）当被叫用户不是本局的用户，交换机需要将呼叫接续到其他的交换机时，即形成出局呼叫。图6-5出局呼叫6.2.2 用户交换机用户交换机 电话交换机的基本呼叫类型：（3）相应地，从其他交换机发来的信号，呼叫本局的一个用户时，则为入局呼叫。图6-6入局呼叫6.2.2 用户交换机用户交换机 电话交换机的基本呼叫类型：（4）如果从其他交换机发来的信号，呼叫的不是本局的一个用户，由本局交换机又接续（交换）到其他的交换机，本局交换机只提供汇接中转的功能，则形成转移呼叫。图6-7转移呼叫6.2.2 用户交换机用户交换机 6.2.3 程控数字交换机的基本功能和特点程控数字交换机的基本功
7、能和特点1.程控交换机的系统功能及用户功能 （1）来话可多次转接及保持。（2）一般可以对分机进行计费。（3）可作呼叫转移。（4）电脑话务员或人工应答。（5）分机服务等级限制。（6）分机弹性编号。（7）分机免打扰。（8）分机分组代答。（9）特权分机可直接拨外线。（10）多方通话。（11）可锁定特殊号码。6.2.3 程控数字交换机的基本功能和特点程控数字交换机的基本功能和特点2.程控数字交换机的优点 （1）体积小，重量轻，功耗低。（2）能灵活的向用户提供众多的新业务服务功能。（3）工作稳定可靠、维护方便。（4）便于采用新型共路信号方式。（5）易于与数字终端，数字传输系统联接，实现数字终端，传输与交
8、换的综合与统一。6.2.3 程控数字交换机的基本功能和特点程控数字交换机的基本功能和特点3.未来程控交换技术的发展趋势 （1）研制大规模集成电路，进一步减少体积、降低成本、增强功能、提高可靠性。（2）提高控制的分散，灵活程度和可靠性。（3）采用CCITT建议的高级语言，提高软件水平和模块化速度。加强支援系统的开发，建立强大的软件生成系统。（4）积极推行共路信号系统。6.2.3 程控数字交换机的基本功能和特点程控数字交换机的基本功能和特点 （5）逐步引入非话业务，开发相应的接口，构成综合信息交换系统。（6）增强程控交换系统与其他类型通信网（如传真网、分组交换网或公用数据网、计算机局域网等）的接口
9、连接与组网能力。（7）为适应高速信息业务日益增长的需求和光纤通信的发展，开展宽带综合业务数字网（B-ISDN）环境下的通信。6.2.3 程控数字交换机的基本功能和特点程控数字交换机的基本功能和特点6.2.4 图像通信图像通信 图像通信是指传送和接收图像电信号（或数据信息）的通信。它与语音通信方式不同，传送的不仅有声音，而且还有图像、文字、图表等信息，所以说图像通信是利用视觉信息的通信，或称它为可视信息的通信。图像信息按照其内容的运动状态，可划分为静止图像和活动图像两大类。静止图像包括黑白二值图像（文字、符号、图形、图表等），黑白或彩色照片（人物像、风景像、X光片等），高分辨率照片（航空摄影照片
10、、气象卫星云图等）。活动图像包括电影、普通电视、电缆电视、可视电话、会议电视或高清晰度电视（HDTV）等。6.3 6.3 计算机网络通信系统计算机网络通信系统在智能建筑中，网络系统是通信网络、办公自动化网络和建筑设备自动化控制网络的总称，是智能建筑的基础。网络系统对于智能建筑来说，犹如神经系统对于人一样重要，它分布于智能建筑的各个角落，是采集、传输智能建筑内外有关信息的通道。6.3.1 智能建筑网络系统的发展过程智能建筑网络系统的发展过程 智能建筑的发展过程，在功能上是一个从监控到管理的过程，在技术上是一个以计算机技术、控制技术和通信技术等现代信息技术为基础的多学科的发展史。智能建筑的早期：由
11、于技术条件的限制，采用模拟信号的一对一布线，网络系统是传输模拟信号的模拟电路网络，大型建筑内的设备只能在中央监控室内采用大型模拟仪表集中盘对少数的重要设备进行监视，并通过集中盘来进行集中控制，形成所谓的“集中监控，集中管理”的模式，此时的建筑仅仅可以称为“自动化建筑”。6.3.1 智能建筑网络系统的发展过程智能建筑网络系统的发展过程20世纪80年代：由于微电子技术和信号处理和通信技术的发展，智能建筑的中央控制系统也开始发生了变化，在布线上不再全部采用一对一的布线，而且传输数字信号的数据网络在楼宇设备控制系统中也开始得到运用。但由于当时现场数据处理器的价格昂贵，功能也不够完善，大部分系统的运算和
12、处理功能仍需在中央控制室的主机进行，网络系统仍然采用以模拟信号为主的模拟、数字混合系统，即仍没有脱离“集中监控，集中管理”的模式，此时的建筑只是功能上“增强的自动化建筑”。6.3.1 智能建筑网络系统的发展过程智能建筑网络系统的发展过程20世纪90年代中期：随着低价格、高处理能力的现场处理器的出现，以前由中央监控主机完成的功能可以分散到各现场处理器来完成了，形成具有先进体系结构的“分散控制，集中管理”的模式，即所谓的DCS系统，被称为集散控制系统。该模式的网络系统仍存在局部的一对一布线，并未形成整个网络系统的数字化，仍为模拟/数字混合网络系统。但该模式实现了智能建筑的绝大部分功能，此时的建筑基
13、本上称为“智能建筑”。6.3.1 智能建筑网络系统的发展过程智能建筑网络系统的发展过程6.3.2 智能建筑网络系统的结构智能建筑网络系统的结构 智能楼宇的计算机网络系统可以分为内网和外网两部分，原则上，内网和外网是彼此分开的，物理上不应该有相互联系，这是出于安全性能上的考虑，但无论内网或外网，都可以划分为三个部分：用于连接各局域网的骨干网部分、智能楼宇内部的局域网部分、以及连接Internet网络的部分。1用于连接各局域网的骨干网部分 骨干网是通过桥接器与路由器把不同的子网或LAN连接起来形成单个总线或环型拓扑结构，这种网通常采用光纤做骨干传输。骨干网是构建企业网的一个重要的结构元素。它为不同
14、局域网或子网间的信息交换提供了传输路径。骨干网可将同一座建筑物、不同建筑物或不同网络连接在一起。通常情况下,骨干网的容量要大于与之相连的网络的容量。6.3.2 智能建筑网络系统的结构智能建筑网络系统的结构 注意与智能楼宇区别的是，在广域网中，人们通常把城市之间连接起来的网称为骨干网，这些骨干网是国家批准的可以直接和国外连接的互联网。我国现有九个属于国家级别的Internet骨干网络。相比之下，智能楼宇内的骨干网仅局限于一座建筑物内部，它的作用就是完成将楼宇中的多个网络链接在一起,也完成将广域网的与本建筑物内的局域网络连接到一起。6.3.2 智能建筑网络系统的结构智能建筑网络系统的结构图6-8智
15、能楼宇内部骨干网的拓扑结构2、智能楼宇内部的局域网部分在智能楼宇内，可以一个楼层配置一个或多个局域网网段，也可以几个楼层合用一个局域网，这需要根据楼层用户的布局和需求来确定。为了便于管理，一般以一个楼层单独构建一个局域网为宜，并且在保证当前用户接入需求的前提下，站点数量应当留有可扩充的余地。目前，大部分局域网采用的网络结构为总线型的以太网络、令牌环为主，传输介质以双绞线、同轴电缆为主，也可采用光纤。6.3.2 智能建筑网络系统的结构智能建筑网络系统的结构3、连接Internet网的部分智能楼宇与外界的连接，主要借助于公用网络，如PSTN、DDN、xDSL、ATM、X.25网等。当然，如果楼宇处
16、于特殊地理位置，如较偏远地区，或者由于与外界联络的特殊需要，也可以架设微波卫星通信网络，但对于这种接入，是受到国家管控的，需要履行特别的手续才能架设。6.3.2 智能建筑网络系统的结构智能建筑网络系统的结构6.3.3 宽带通信网的相关技术宽带通信网的相关技术1、综合业务数字网（ISDN）ISDN：是基于现有的电话网络来实现数字传输服务的标准，与后来提出的宽带B-ISDN相对应。传统的ISDN又被称为窄带ISDN即N-ISDN，简称ISDN。ISDN又称“一线通”，即可以在一条线路上同时传输语音和数据，用户打电话和上网可同时进行。ISDN的出现，使Internet的接入方式发生了很大的变化，极大
17、地加快了Internet在我国的普及和推广。1、综合业务数字网（ISDN）（1）ISDN的组成包括终端（TE）、终端适配器（TA）、网络终端设备（NT）、线路终端设备和交换终端设备。ISDN的终端分为标准终端（TE1）和非标准终端（TE2）两种。TE1通过4根、2对数字线路连接到ISDN网络。而TE2连接ISDN网络要通过TA。1、综合业务数字网（ISDN）（1）ISDN的组成ISDN终端与网路的连接如下图：1、综合业务数字网（ISDN）（2）ISDN的接口标准化的ISDN用户-网络接口有两类：基本速率接口（BRI）和一次群速率接口（PRI）。基本速率接口：由两个B信道和一个D信道构成（即2B
18、+D）一次群速率接口：根据用户对通信的不同要求可以有多种组合，典型的结构是30B+D、23B+D，分别对应于2.048Mbit/s（E1系统）和1.644Mbit/s（T1系统）的基群速率。1、综合业务数字网（ISDN）（3）ISDN的功能ISDN的功能是为用户提供一系列综合的业务，这些业务分为承载业务、用户终端业务和用户补充业务3大类。6.3.3 宽带通信网的相关技术宽带通信网的相关技术2、ADSL技术 DSL（数字用户线路）：是一种以传统电话线为传输介质来传输数据信息的传输技术组合，它包括HDSL、SDSL、VDSL、ADSL和RADSL等，一般称之为xDSL。ADSL技术是xDSL系列的
19、之一，ADSL技术即非对称数字用户环路技术，就是利用现有的一对电话铜线，为用户提供上、下行非对称的传输速率。6.3.3 宽带通信网的相关技术宽带通信网的相关技术2、ADSL技术 ADSL能够提供8.192Mbit/s下行速率和16640kbit/s的上行速率。图6-10ADSL接入示意图6.3.3 宽带通信网的相关技术宽带通信网的相关技术3、光纤接入技术光纤通信具有通信容量大、质量高、性能稳定、防电磁干扰、保密性强等优点，在干线通信中，光纤扮演着重要角色；在接入网中，光纤接入也将成为发展的重点。光接入网是发展宽带接入的长远解决方案。图6-11光纤接入示意图6.3.3 宽带通信网的相关技术宽带通
20、信网的相关技术3、光纤接入技术光纤接入可以分为三种方式：光纤到家（FTTH）、光纤到路边（FTTC）和光纤到大楼（FTTB）。1）光纤到家（FTTH）：光网络单元ONU安装在用户家里，由用户专用。图6-12FTTH6.3.3 宽带通信网的相关技术宽带通信网的相关技术3、光纤接入技术2）光纤到路边（FTTC）：光网络单元ONU放置在路边的人孔或分线盒处，也可设置在交接箱FP处，但一般都设置在DP处，ONU到用户终端之间仍然采用铜线传输。FTTC适合于居住密度较高的住宅区。3）光纤到大楼（FTTB）：结构与FTTC类似，区别仅在于ONU放置在大楼内，从ONU仍然以双绞线引出业务电信号，传送至楼内各
21、用户。FTTB特别适合给一些智能化办公大楼提供高速数据机视频会议等业务。6.3.3 宽带通信网的相关技术宽带通信网的相关技术4、以太网技术在智能建筑的计算机网络系统中，以太网技术的应用无处不在，不管采用哪种线路引入信号，最后几乎都会采用以太网的形式连接每个用户。以太网已成为最具兼容性和未来发展性的一种网络技术。6.3.3 宽带通信网的相关技术宽带通信网的相关技术4、以太网技术1）交换式以太网图6-13交换式以太网6.3.3 宽带通信网的相关技术宽带通信网的相关技术4、以太网技术2）快速以太网图6-14百兆/千兆以太网架构6.3.3 宽带通信网的相关技术宽带通信网的相关技术4、以太网技术3）以太
22、网接入技术目前，全球企事业用户有80%以上都采用以太网接入，它已成为企事业用户的主要接入方式。以太网接入中最常用的技术手段是“FTTx+LAN”方式，即在光纤到大楼或者小区后，直接与大楼内已经组建好的局域网相连就可以了。6.3.3 宽带通信网的相关技术宽带通信网的相关技术4、以太网技术 图6-15“FTTx+LAN”式宽带接入6.3.3 宽带通信网的相关技术宽带通信网的相关技术5、无线局域网无线局域网（WLAN）是不使用任何导线或传输电缆连接的局域网络，使用无线电波作为数据传送媒介，传送距离一般只有几十米，信号在穿墙后，会产生较大的衰减。无线局域网的主干网路通常使用有线电缆，而在用户接入这一块
23、则是通过一个或多个无线接入点（AP）将用户终端设备接入局域网。现在，无线局域网已经广泛用在写字楼、大学校园、机场、饭店、商场及其他公共区域，极大地满足了人们对网络的需求。6.3.3 宽带通信网的相关技术宽带通信网的相关技术5、无线局域网 图6-16无线局域网接入6.3.3 宽带通信网的相关技术宽带通信网的相关技术6、下一代网络在当今，我国通信网上的数据业务量已超过话音业务量，传统电话网将不可避免地过渡到以IP业务为中心的数据业务融合的下一代网络（NGN）。下一代网络是以业务驱动为特征的网络，让电话、电视和数据业务灵活地构建在一个统一的开放平台上，构成可供电信网、计算机网、有线电视网互通的新一代
24、网络。6.3.3 宽带通信网的相关技术宽带通信网的相关技术智能建筑通信自动化应满足的原则1）先进性2）普遍性3）统一性4）可扩充性5）安全性及可管理性6）经济性6.4 6.4 其他网络相关技术其他网络相关技术6.4.1 有线有线电视系统电视系统CATV CATV是指传输双向多频道通信的有线电视，也称为共用天线电视系统，或称有线电视网、闭路电视系统等。6.4.1 有线有线电视系统电视系统CATV1、CATV的传输介质CATV的传输介质是同轴电缆，它也像双绞线一样由一对导体组成，但这对导体是按照“同轴”的形式构成线对。图6-17同轴电缆6.4.1 有线有线电视系统电视系统CATV1、CATV的传输
25、介质常用的同轴电缆有两类：一种是阻抗为50的基带同轴电缆；另一种是阻抗为75的宽带同轴电缆。阻抗为50的基带同轴主要用于传输数字信号，曾在计算机局域网中广泛使用；另一种阻抗为75的宽带同轴电缆主要用于视频信号传输，它是有线电视系统CATV中的标准传输电缆，所以也称为CATV电缆，其传输带宽可达1GHz。2、CATV的主要结构6.4.1 有线有线电视系统电视系统CATV3、CATV的功能特点1）CATV可以同时传送多个电视节目CATV是以宽带同轴电缆来连接电视台及电视机，同轴电缆具有传送宽带带域信号的特性，一般常用的同轴电缆可传送70270MHz的频率信号，而一路普通电视信号所需的带宽为4MHz
26、，因此可以同时传送许多频道。6.4.1 有线有线电视系统电视系统CATV3、CATV的功能特点2）CATV具有将频带分割的多重通信能力图6-19频分复用FDM6.4.1 有线有线电视系统电视系统CATV3、CATV的功能特点3）CATV具有双向通信的功能频带分割的另一个作用是可以使CATV系统实现双向通信。例如，在频带中特别分出1060MHz的频带作为用户向电台方向的传送（可称为现场转播），剩下的70260MHz则保留作为电台向用户方向的传送。6.4.1 有线有线电视系统电视系统CATV4、CATV的发展同轴电缆不仅可以传输电视的视频信号，也可以传输数字信号，因此，我们可以使用现有的CATV同
27、轴电缆网络接入Interne，其优势如下：传输媒质覆盖面广；同轴电缆传输带宽大；可充分利用现有的基础设施，降低建设成本；是“三网融合”的一种有效手段。6.4.1 有线有线电视系统电视系统CATV5、光纤同轴混合网（HFC）HFC光纤同轴混合网，基于CATV网，以模拟频分复用技术为基础，综合应用模拟和数字传输技术、光纤和同轴电缆技术、射频技术以及计算机技术，是一种经济实用的综合数字服务宽带网接入技术。6.4.1 有线有线电视系统电视系统CATV5、光纤同轴混合网（HFC）1）HFC系统结构图6-20HFC系统结构6.4.1 有线有线电视系统电视系统CATV5、光纤同轴混合网（HFC）2）HFC的
28、特点传输容量大，易实现双向传输；频率特性好，在有线电视传输带宽内无需均衡；传输损耗小，可延长有线电视的传输距离，25公里内无需中继放大；光纤间不会有串音现象，不怕电磁干扰，能确保信号的传输质量。6.4.1 有线有线电视系统电视系统CATV5、光纤同轴混合网（HFC）3）HFC的频带划分HFC采用860MHz的同轴网络，既要支持传统有线电视的传输，又须支持数字通信双向信息的传输。HFC的频带划分如下：50MHz以下用于上行非广播业务（数据通信）；50550MHz用于普通广播电视；550MHz750MHz为下行数字通信，用于传输数字电视；750MHz1000MHz为保留频段，为其他通信方式预留。6
29、.4.2 卫星通信技术卫星通信技术智能建筑也可以在楼顶安装卫星收发天线和VSAT通信系统，与外部构成语音和数据通道，实现远距离通信。1、卫星通信系统的特点1）下行广播，覆盖范围广；2）工作频带宽；3）通信质量好；4）网络建设速度快、成本低；5）信号传输时延大；6）控制复杂。6.4.2 卫星通信技术卫星通信技术2、卫星通信系统的组成图6-21卫星通信系统6.4.2 卫星通信技术卫星通信技术3、通信过程图6-22卫星通信过程6.4.3 物联网技术及应用物联网技术及应用物联网是一个有“感觉”、有“反映”的网络，具有全面感知、可靠传递、智能处理等特点。它将各种传感器嵌入到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、
30、建筑、供水系统、大坝、油气管道等各种物体中，或者利用RFID等技术来获取物体实时的状态信息，然后通过通信接口将物联网与现有的互联网整合起来传送物体信息，让所有物品与网络相连，并通过相应的软件进行监控和管理，实现对“万物”高效、节能、安全、环保的“管、控、营”一体化服务。1、智能建筑与物联网从建筑的作用来说，建筑是物体安装、布置的基本平台，物体状态的变化发生在建筑空间之中。因此，采集物体状态数据是智能建筑的必备功能，而物联网技术是实现这一功能的极佳手段。在智能建筑技术的发展过程中，处处体现着“物联”的理念，物联网的部分定义、数据交换标准及体系架构都来源于智能建筑技术和理念，反之，物联网的技术和理念又对智能建筑的发展起到了提升的作用，两者之间相互融合、相互推进、相互影响。6.4.3 物联网技术及应用物联网技术及应用2、物联网的结构 6.4.3 物联网技术及应用物联网技术及应用物联网体系结构由感知层、传输层和应用层三层结构组成。所以，在物联网中，信号的运行主要包含了“感知、传送、处理”3个过程。图6-23物联网系统的构成3、物联网技术在智能建筑中的应用物联网对智能建筑技术的影响无处不在，现在很多智能建筑的子系统都可以说已经是物联网形态了，智能家居系统就是其中一种很典型的应用。厨卫系统；照明系统；空调系统；消防、安防系统。6.4.3 物联网技术及应用物联网技术及应用