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应用宽带接入和TCP/IP 协议的数字化社区技术实现

深圳市交大科技实业有限公司 王大力


建筑在不断的增加科技含量,其目的是为了提高居住的安全、方便、舒适程度。为此,近几年智能化小区得到了发展,从模糊的智能化概念阶段,已经进入了有明确的市场需求的应用过程,应用各种技术的产品也不断的涌现市场。
值得注意的是以前的比较模糊的智能化小区概念,已经向更为明确的概念、更为丰富内容、更加适用的数字化社区(或信息化社区)的概念发展。由建设部、信息产业部等单位筹备的《城市建筑与住宅数字化应用的标准》编写委员会计划编写的国家标准,将推动数字化社区的市场发展,并带动信息化产业的发展。

  在智能化小区发展的初期,各种技术的产品为推动市场起到了积极作用,也为住户提供许多实用的功能,但是要满足更多更复杂的数字化社区的应用需求、显然是需要应用新技术、要能实现话音、数据、图像数据的统一平台,其中仍不乏有多种技术路线可以实现,但是我们认为基于宽带的物理链路和应用TCP/TP通讯传输协议的方案,具有综合优势,是实现适合中国特定的居住环境状况的具有高性/价比的实用性方案。我们认为对某种技术的选择不是因为该技术如何复杂、也不是该技术如何先进,要被市场接受根本上来说只有一个要素,那就是适用性。

一、技术要求

  按照智能化的概念和数字化社区的内容,概括为以下基本的技术要求:
1、 支持高速、大用量的通讯物理链路:这一方面要能满足大型社区多用户数的要求,另一方面要能支持数据、话音、图像的数据传输和处理。
2、 可以广泛连接的通讯传输协议,这种广泛是指实现远程的信息传输和对各种固定的和移动的通讯设备的直接连接支持。
3、 具有丰富的资源支持,这是指可以有大量的成熟的资源可以被利用,来缩短产品开发周期,同时要能够容易平滑升级实现对原有投资的保护。这一概念的另一涵义是指该平台要能支持系统方便的与INTERNET系统连接共享其上的大量信息和资源。
4、 可能得到市场认同的综合性价比,采用的技术不仅是要产品的成本低、而且是要在工程施工、管理和维护等的综合投资方面具有成本优势。
5、 非技术限制因素壁垒:非技术因素限制是客观存在的,因为实现信息传输是基于公共的网络、难免会涉及一些资源垄断的行业,所以尽量要回避需要准入证、许可证、入网证之类的限制。

二、各种方式比较

  当然能满足这些基本要求的绝不仅只有宽带技术,现已经使用的技术如:总线型、集散型的其他专网,其所采取的不同协议在一定程度上也能实现比较简单的要求。有代表型的是有以下几种:
  1、基于总线的RS-485方式:这是一个典型的总线性的方案,其特点是技术成熟、通讯协议简单,但是由于其技术的限制,通讯速率低、直接驱动的用户数有限,如要连接更多的用户只能采用分级的连接的方式,对于传送文字信息数据就已经很费力了,支持话音、图像则是不现实的。系统由于是总线型的,连接在总线上的一台设备如果出故障则对其他设备的正常使用会有影响,降低系统容错能力。
  2、基于现场工业控制的LONWORKS方式:这是一个非常好的工业标准、具有很强的实时控制能力,其结构是集散式的、通过网关可以实现与INTERNET连接,但是其根本结构仍然是总线型、虽然也能对于话音、图像数据提供支持、但是由于LONTALK协议的LICENSE和关键的神经元芯片价格不菲,难以在低成本的家庭终端中推广,近年来采用LONWORKS技术的智能化产品始终未能成为主流产品就是最好的说明。
  3、基于电话线方式:完全基于普通电话线方式的产品采用了调制解调器拨号上网的方式。这种方式不是实时在线的,不能满足安防报警的需要;采用XDSL技术数据传送方式本质上就是窄带向宽带过渡的一种方式,虽然这种方式支持TCP/IP通讯协议,具有远程通讯的能力,但这种方式要通过电信,需要电信部门的配合,且带宽也不足以支持较好质量的话音和图象的稳定传输,仍难以作为一种理想的通讯方式。
  4、基于有线电视的HFC宽带方式:完全支持TCP/IP通讯协议,理论上是可以满足要求的。但是由于物理层的连接设备复杂而且工程安装调试难度大,加上CABLEMODEM成本较高及与有线电视共同使用带宽资源,实际上只能共享上、下行分别的10M带宽。实际推广使用会受到限制。
  5、基于电力线载波:这是利用普通输电线路来实现通讯功能的方案。这种方案的着眼点仍是节省单独布线所带来的费用和省去另外布线所带来的工程难度。目前,这一技术仅在小范围内使用,且仅能构造一个共享信道的通讯系统,最先进的技术可实现信道带宽1M,也可以满足部分应用。由于电力线布设经过各种不同的环境,强电的磁场效应、尖峰效应等,均构成对数据信号较大的干扰,信号传输的质量较难保证。目前,这项技术仍处于试验阶段,仅有少量产品出现。尚未得到大量应用。
  6、基于以太网方式: 以太网是目前应用最为广泛的局域网络传输方式, 它采用基带传输,通过双绞线和传输设备, 实现10M/100M/1000M的网络传输。从最初的同轴电缆上的共享10M传输技术,发展到现在的在双绞线和光纤上的100M甚至1000M的交换技术。这种具有高带宽,采用TCP/IP的通讯协议的方式在技术方面无疑是最为理想的选择。
由于应用广泛,市场销售量大,产品生产厂家多,竞争激烈,使得以太网的互联设备价格已经很低了,形成很成熟的市场,应用单位在构建网络时的投入已被限制在较低的水平。现在的情况是宽带的应用已经成为住户所接受的消费,宽带接入已经成为多数小区的必要选择,这样在已经完成实现了宽带接入投资的情况下、选用以太网方式应是最省成本的选择。

  从工程实施的角度来说,目前已被广泛采用的综合布线系统为网络的实施提供了一整套规范的操作规程。按规范操作,系统的性能将得到完全保证,而系统的工程造价也是较为低廉的。随着广泛的应用和深入的研究,以太网技术已完全成熟,采用这种技术不存在任何技术风险和不稳定因素。总而言之,以太网是目前网络技术中先进成熟、实时性强、应用广泛、性能稳定、价格低廉的通讯技术,应用在智能小区中,可以为小区管理提供物管信息系统、保安监控系统、可视对讲系统、停车场管理系统、巡跟系统、电子公告系统等的通讯手段,在家庭通讯服务方面,可以提供INTERNET上网、家庭安防系统、水电气表远程抄收、火灾和燃气泄漏报警及家电控制系统的通讯手段。对于一个智能小区通讯系统,系统的稳定性、实时性和价格是需要重点考虑的因素,以太网从各个方面均满足要求,是智能小区通讯的理想手段。

三、数字化社区的数字终端产品开发的具体实现

  数字化或智能化社区的家庭终端(也称为智能控制器),实际上集多种功能为一体,包括通讯、数据采集、控制端口、人机界面等等,我们所说的宽带连接实际上是指数据通讯传输使用TCP./IP 通讯传输协议实现数据终端与社区中心和远程客户的(社区外的)通讯。TCP/IP协议相当于网络标准七层模型中的网络层和传输层。而家庭内部可以连接各种末端传感器接口、人机操作界面、被控设备等,均为应用层的功能,是基于TCP/IP协议之上的,可以根据应用需要而由开发者自行定义和选择。我们在产品开发的实践中是按照以下的原则来考虑系统结构的:
  1、 选取能够直接接入宽带的mac层接口,保证能够支持IEEE802.3介质访问协议,并要提供2个以上的RJ45通讯口。
  2、 系统考虑终端与主干的连接,在网络层和传输层采用TCP/IP通讯协议,这样可以直接和Internet上任何IP设备通讯。
  3、 考虑设计足够的端口,支持末端的传感器、控制设备。包括:数据模块:三表;红外探测器;气动或电磁阀门;扬声器或警号;无线报警;煤气泄露探测器;磁控锁舌等。接口采用模拟和数字兼容的接口、这样可以灵活方便的连接任意设备。
  4、 至少支持一种以上的家庭内部数据通讯接口(如RS-485),当用户需要的功能终端无法提供时,可以通过在扩展接口上提供相应的功能模块来实现。这样可以方便的扩展更多应用。象对家庭内部需要的红外数据接口、无线数据接口、甚至蓝牙标准都均可以通过内部数据接口进行扩展。此时,终端作为网关,通过TCP/IP转发各种数据。
  5、 要支持多种不同的人机操作交互界面,即支持键盘、语音提示、中文显示、图形图像等不同的方式的界面、这些界面是根据不同的应用需求和不同消费而选取的。
  6、 系统应具有一个管理中心,中心系统的软件应处理各种应用功能,为此,应具有TCP、IP、UDP及其它主要的网络协议的支持。从功能上来说,软件系统应具备系统管理、实时监控和信息处理、抄表管理、电话查询和处理、WEB管理和处理等多方面的应用处理模块,并为与其它系统的配合(如物业管理系统)提供丰富的API接口。
注:1. SCU为智能控制单元
2. NIU为通讯接口单元
3. RIU为扩展功能接口单元
7、 作为完整的产品必须充分考虑电源、后备电池、线缆连接在工程安装调试的方便性,要有合理的选择。
8、 必要的电磁兼容性、安全性的设计是保证产品的质量的基本措施,必须要在综合设计和反复实验中才能完成。

四、展望

  应用宽带和TCP/IP通讯协议方式作为家庭数字化的应用在美国和欧洲发达国家没有成熟的产品,这是由于这些国家和地区居住环境分散如同我们的别墅,没有大型居住的密集社区,不太可能在100米的宽带限制下建立宽带网。生活居住方式不同造成需求不同,在欧美很少有中国住宅小区这样的物业管理机构,也就不可能考虑开发这样的产品。欧美现有的类似功能的安防产品,大多都是利用电话拨号的方式,在国内已经很少应用了。但是在香港、韩国、台湾、新加坡和东南亚国家却有和我们相同的居住环境,这给我们提供了在中国和亚洲发展数字化社区的有利条件,这将使我们得到发展中国概念数字化产业的宝贵机会。

  随着小康社会的建设,建筑中的科技含量将进一步得到提高,必将促进更加丰富的应用,《城市建筑与社区数字化应用标准》的制定将规范产业发展的目标,也提出了更高的技术要求。数字化的要求,不只是针对现在的智能化(即家庭居住的一些具体的功能实现),而是提供一个综合的数字化信息平台。这个平台,可以涵盖现有的智能化所有的概念,而且直接提供信息和信息延伸的服务,使我们能够享受信息化的现代生活方式,真正地实现信息化的价值。这给宽带接入和TCP/IP通讯方式的产品提供了巨大的发展空间和增值业务应用。

  应用宽带接入和TCP/IP通讯协议实现小区数字化产品在国内还是处于少数厂家开发的阶段,但是由于其优越性已经为市场广为接受,已经在智能化产品市场上成为有代表性的主要的技术方式,并在国内许多小区得到了成功的应用,随着在数字化社区应用时代的到来,可以预料这种技术方式必将成为主要采用的应用方式。

  我公司是该项技术方式的倡导者,经过多年的努力和探索,已经形成了3个系列和十多款成熟产品。我们希望把我们在技术和市场方面的成功经验与同行分享,并愿意与各方面进行广泛合作,一同来促进这一技术方案的推广,共同推进技术进步,完成住宅领域的数字化革命。

   

   

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