第二章 智能楼宇信息传输网络基础

第二章智能楼宇信息传输网络基础2.1智能楼宇网络功能需求及传输对象2.2智能楼宇网络传输介质2.3通信网络技术›（1）信息传递的历史进程：烽火台→马拉松长跑→用驿站传递信息（乘马传递曰“驿”）→信鸽和信猴→漂流瓶和信号树→邮政→明信片→快递→电子信使→电报→电话机→传真机→BP机→移动电话→广播→多媒体→电子计算机›古代信息传递方式少且慢›现代社会科技发展迅速，信息传递方式多且快›时代与科技发展决定了信息传输必须向便捷、快速、精确的方向发展（2）战争中的信息传递›朝鲜战争初期，中美之间“信息传递”失败，导致双方兵戎相见，损失惨重。（美国消耗了军费1000多亿美元，占了当年美国一年财政收入的1/3；我们消耗了8亿美元，占了年财政收入的1/7.）›上世纪50年代中后期，中美两国在双边冲突的处理中已逐步出现了一种特殊的“避战模式”。越战发生后，中方通过各种渠道一再向美方发出警示性信息，要求美国不得将战争无限制升级。美国决策者对此颇为重视，在己方战略制订中将对方的可能反应当作决策时必须考虑的最重要因素之一。（越战中，美国官方实际军费支出为1347亿美元，最高年份时占到了国内生产总值的3%）朝鲜战争式的中美直接军事冲突之所以没有在越南重演，究其原因“信息传递”的作用不应忽视。成功的信息传递挽回一场惨烈的战争（3）多种信息传输方式融合的需求›2013年3月4日，人大首场记者会开幕，傅莹为迟到会场道歉，自称为新手，找路不容易。人民大会堂到记者会的路径复杂，简单标志牌也是最好信号。举例说明智能大厦中常见的信号类型世界上最大的“鹿型”多功能大厦建筑类型信号类型信息传输要求如何设计(?)会议中心电话会：语音多方（3方）以上同时通话基本设备：电话机载体：电话线支持网络：电话网电视会：语音、图像多方同时通讯、实时性强电视和电话数字通信网网络会：语音、图像、各种数据音视频效果好，稳定性高PC、视频采集卡、摄像头、耳麦及相关软件局域网或互联网餐厅无线电信号（对讲机、广播）声音、光（火灾报警）控制指令（联动控制）、语音（119报警）提高服务质量---对讲机消防安全对讲机通讯消防联动控制音乐厅声-电信号音质优美声学系统设计（1）智能楼宇对信息传输的需求（基本功能）1)数据通信：楼宇自动化、办公自动化、系统集成等业务需求2)语音和视频图像通信：数据通信需求状况3)广域网及专用广域网连接：国际互联网、公用电话网、移动通信、电视传输、政府办公网等4）多种业务通信：多媒体通信等›目前的智能楼宇信息传输网络应用了多种网络技术，是一个通信网络集成系统，多网（电话网、计算机网、电视传输网）并存格局特征，既竞争又融合。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信号类型楼宇中的模拟控制信号信号变换信号特征模拟传输数字传输模拟控制信号温度、压力、流量、电压、电流、功率、照度、阀门开度、转速、湿度、烟尘含量、CO含量等经传感器或变送器转变成0~5V、0~10V电压信号或4~20mA电流信号频带范围：0~几百Hz•采用屏蔽抗干扰传输技术•就近传输几十米距离•带宽：几百Hz•现场总线，确定性传输•几百米至1km距离•带宽：最高12Mbit/s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现场仪表数字化信号类型楼宇中的模拟话音信号信号变换信号特征模拟传输数字传输模拟话音信号电话通信系统频带范围：300~3400Hz•双绞线上基带传输•4千米距离（模拟电话网）•带宽：4000Hz•PCM编码（ISDN）•压缩编码（VoIP）•带宽：64Kbit/s模拟话音信号传输方式，可参见教材P19，图2-6信号类型楼宇中的模拟音频信号信号变换信号特征模拟传输数字传输模拟音频信号广播音响系统频带范围：20~20kHz•双绞线上基带传输•1千米距离•带宽：20kHz•PCM编码（ISDN）•压缩编码（VoIP）•带宽：704Kbit/s信号类型楼宇中的模拟基带视频信号信号变换信号特征模拟传输数字传输模拟基带视频信号闭路监视系统一路基带视频信号的频带范围：6MHz•同轴电缆基带传输，300米距离•双绞线加调制/解调技术传输1k米•光纤传输可达20km•带宽：8MHz•MPEG-4压缩编码标准（IP网络）•带宽：2Mbit/s模拟基带视频信号传输方式，可参见教材P20，图2-7信号类型楼宇中的模拟复合视频信号信号变换信号特征模拟传输数字传输模拟复合视频信号有线电视网多套电视节目的复合视频信号的频带范围：300~860MHz•同轴电缆基带传输，100米距离•光纤传输可达20km距离•带宽：900MHz•不使用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。信号类型楼宇中的非实时数据信号变换信号特征模拟传输数字传输非实时数据块数据和文档数据实时性不高具有一定容量•双绞线加调制/解调技术传输（通过电话网）•带宽：4000Hz•IP网络•带宽：不明确，越高越好文件是数据的组织单元，而数据块是数据的存储单元。组织单元是从使用的观点来看得，存储单元只着眼于如何保存数据。因此，数据块可以看作打包的文件，数个文件作为一个整体保存。信号类型楼宇中的实时性数据信号特征模拟传输数字传输实时控制信号测控数字设备间的控制数据数据传输速率不高，对传输时延有确定要求不使用现场总线和工业以太网带宽：1Mbit/s，越高越好实时音频信号音频信号的数字传输及音频数据文档的在线播放实时性要求高不使用IP网络，压缩编码带宽：100Kbit/s实时视频信号视频信号的数字传输及视频数据文档的在线播放实时性要求高不使用IP网络，压缩编码(IPTV)带宽：2Mbit/s⒈信道分类⒉信道容量C=ω×log2[1+S/N]bit/s⒊传输损耗——衰减、延迟畸变和噪声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思考：如何区分屏蔽双绞线和非屏蔽双绞线？分类情况：•按电气性能划分为：1，2,3,4,5，超5,6，超6，7类共9种•类型数字越大，版本越新，技术越先进，带宽越宽，价格越贵用于模拟信号传输时›需要运用调制/解调技术，在有源传输时，最大距离可达1km。为构建模拟视频监控系统提供了一种廉价和方便的布线方案。用于数字信号传输时›信号衰减比较大，且产生波形畸变，只能用于较短距离的传输。目前主要用于局域网的传输，距离被限制在100m的范围内。分类：基带同轴电缆（阻抗为50Ω）和宽带同轴电缆（阻抗为75Ω）内导体绝缘层屏蔽层(外导体)外套内导体绝缘层屏蔽层（外导体）外套信号频率AirCell7宽带(dB/100m)RG58基带(dB/100m)RG213宽带(dB/100m)10MHz.3.192.36100MHz.7.9119.298.27432MHz.16.8939.8418.94500MHz.18.5843.3120.041000MHz.26.9765.5130.832000MHz.40.55105.0049.923000MHz.52.56141.6170.20单位长度衰减数据表单位长度衰减与长度的平方成反比基带同轴电缆（阻抗为50Ω）：细同轴电缆最大传输距离为180m，粗同轴电缆可达1000m宽带同轴电缆（阻抗为75Ω）:理论上最大传输距离可达到3Km基带同轴电缆（50Ω）›计算机网络一般选用RG-8以太网粗缆和RG-58以太网细缆宽带同轴电缆（75Ω）›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。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已实用化的多模光纤结构由直径为50-75微米的玻璃纤维芯线和适当厚度的玻璃包层构成。芯线的折射率略大于包层折射率，在芯与包层之间形成良好的光纤界面。光纤分类：多模光纤：光信号通过多个通路传播单模光纤：纤芯较细，使光纤能够直接发射到中心，为了消除脉冲展宽而制造的室外光缆室内光缆钢丝缆芯（内含多股光纤）护绳塑胶外层铠装护套光纤如何区分光缆类型？•室外光缆---利用标识区分，如光缆型号为：GYXTW-4B，字母B表示单模，A表示多模•室内光缆---利用外护套颜色区分，黄色是单模光纤，橙色是多模光纤，还有其他商定颜色室外光缆室内光缆光纤传输容量大（潜在带宽可达20THz,目前可达6400Gbps,400Gbps已商用）、损耗低(在光波长为1.55μm附近损耗仅0.2dB/km,是UTP的1/1000)、保密性能好、不受电磁干扰。信息源电发射机光发射机光接收机电接收机信息宿基本光纤传输系统光纤线路接收发射电信号输入光信号输出光信号输入电信号输出•在智能楼宇中，光纤可用来传输模拟信号（如多路视频信号）。•在计算机网络中，光纤主要用于构建网络的干线(用两根光纤,一来一去)传输系统。•宽带接入网技术领域，光纤接入（FTTx）已经是主流，PON无源光网络传输介质最大传输距离传输速率(bps)传输信号优点缺点适用场合双绞线非屏蔽模拟数字价格便宜、灵活易弯曲、易安装具阻燃性信号衰减较大抗干扰能力差误码率高10-5~10-6易被窃听适合结构化布线点到点或多点连接屏蔽几百米数字价格便宜安装较前者困难误码率为-8同轴电缆50Ω几公里数字高带宽抗干扰性好误码率低距离短误码率高－11高速的数据传输系统75Ω随传输的信号不同而不同模拟(数字)光纤单模2公里~模拟数字容量大、传输速率高损耗小、距离远抗电磁干扰性能强、误码率低、保密性好机械强度低。价格昂贵安装不易适用于长距离主干线多模~模拟数字频带窄、传输衰减大易于连接、价格便宜适用于中短距离主干网无线通信的介质是无线电磁波，存在于我们周围的空间。无线传输所使用的频段很广，可分为无线电波、微波和红外线。微波信道微波是指波长约从1米～1毫米之间（相应的频率约从300MHz到300GHz）的电磁波,具有类似光的传播特性。对于玻璃、塑料和瓷器，微波几乎是穿越而不被吸收。对于水和食物等就会吸收微波而使自身发热。而对金属类东西则会反射微波。技术标准有效距离频段最高速率调制技术IEEE802.1110m2.4GHz2MbpsFHSSIEEE802.11b200m2.4GHz11MbpsDSSSIEEE802.11a50m5GHz54MbpsOFDMIEEE802.11g200m2.4GHz54MbpsDSSSIEEE802.16a30～50km2～11GHz70MbpsLMDS无线局域网所使用的微波信道应用：在智能楼宇的无线局域网中，均使用微波信道来传输数据。卫星中继信道›卫星中继构成的信道可视为无线接力信道的一种特殊形式，它是以距地面35860km的同步卫星为中继站，实现地球上18000km范围内的多点之间的联接。但由于卫星距离地面很远，从一个地面站传输到另一个地面站的接收之间有一个约240~330ms的传播延迟，这