基于以太网的住宅小区智能化解决方案

　一、智能小区的背景及需求
　　1．1智能小区的起源
　　智能小区的概念和思路来源于智能建筑。世界上第一座智能建筑是美国UTBS公司于1984年1月在康涅狄格州所建成的“城市广场”大厦(City Plaza)。该大厦以当时最先进的技术控制空调设备、照明设备、防灾和防盗系统、电梯设备、通信和办公自动化等。通过计算机网络通信技术、计算机控制技术以及自动化的综合管理，该大厦实现了方便、舒适及安全的办公环境，并具有高效运转和经济节能的特点。此后，智能大厦在世界各地蓬勃发展。
　　我国在八十年代末开始引进智能建筑，首先出现于北京、上海，随后在广州、深圳、杭州等地的新建筑中也部分或全部考虑实现智能化。
　　1．2智能大厦   
　　根据第一座智能大厦设计目标和智能建筑业数年来的发展和实践，对智能大厦的含义和构成目前已基本上有了公认的标准和规范。美国智能大厦研究机构认为：智能大厦是指通过将建筑物的结构、系统、服务和管理四项基本要求以及它们之间的内在关系进行最优化，来提供一个投资合理的，具有高效、舒适、便利环境的建筑物。智能大厦的构成一般公认包括以下三项基本内容：办公自动化(OA)、通信自动化(CA)和建筑自动化(BA)，即通常所说的3A。在智能大厦的系统构成中，建筑自动化包括了设备自动化管理、消防报警自动化和安全保卫自动化。它通过设备的自动化管理为大厦提供了一个方便、舒适、高效、节能和安全的办公及居住环境。
　　智能大厦的各种自动化系统的基本构造模式都是采用集散式系统。即，具有一个集中的控制中心，也有独立的控制终端、执行机构、传感器等等，各模块通过布线系统互连在一起。办公自动化系统以计算机网络系统为基础，计算机网络系统在物理拓扑结构上也是一个以布线系统为基础的星型结构。因此，作为智能大厦各个系统的基础，结构化综合布线系统是最基础的设施。
　　1．3智能住宅
　　智能住宅具有更为广泛的需求基础。随着住房商品化程度的不断提高，住宅的智能化功能变得愈加迫切。自从九十年代中期智能化住宅小区的概念在我国提出以来，各地智能小区得建设和发展渐成气候，智能住宅已成为楼市亮点。与智能大厦相比，智能住宅小区的系统构成更注重于满足住户在安全性、居住环境舒适性、社区服务便利性以及社区管理、网络通信等方面的实现和个性化需求。智能住宅小区的自动化系统构成的重点在于安全防范、物业管理及社区服务、网络通信。传统的住宅小区的弱电配套系统包括电话网和有线电视系统(CATV)，在安全防范方面也可采用电视监控系统以及门铃对讲等。智能住宅小区的系统构成有这样的特点：首先采用先进的、符合标准的技术和设备；同时所有的系统均采用集散式的构造方式，既具有分散于各个住户的终端或设备，又通过网络集中到一个管理或控制中心，中心提供公共信息资源，或者对各个住户提供集中安全监控；最后，所有的智能系统既可独立，又可在计算机网络的基础上实现集中管理。根据系统构成的划分，智能住宅小区应提供的功能如下：
　　1.3.1住户管理
　　住户家中阳台、门窗的红外监控和防盗报警；煤气泄漏报警；火灾烟感报警；紧急求助；水电气等耗能表自动抄收；家电控制。
　　1.3.2园区管理
　　园区电视及红外监控报警；电子巡更管理；停车场管理；出入口管理；公共设施集中监控。
　　1.3.3计算机网络
　　高速宽带数字网络；接入互联网及E-社区服务；“一卡通”(IC卡应用)系统；智能物业管理。   
　　智能小区的开发商可根据项目定位来决定究竟采用那些智能子系统，以及功能实现的档次和技术路线。在住宅智能系统的规划和建设中，我们认为要重点考虑以下几个要素：
　（1）计算机网络系统应该作为智能化系统的建设重点，并且要宽带化。在宽带网络的基础平台上，能够构筑多种应用系统，如国际互联网接入、物业管理、社区服务等。计算机网络系统具有非常好的可扩充性和可扩展性，可以实现投资保障。在考虑小区计算机局域网接入互连网的方案以及小区内网络传输介质方案时，要慎重考虑今后可以获得的资源支持、技术标准的发展和限制。
　（2）小区内连接各个住户和办公室的网络传输介质包括电话布线系统、有线电视布线系统(光纤电视网)、电源布线系统和计算机网络布线系统，这些传输介质应该作为小区的基本传输介质。
　（3）根据功能实现位置的分布，应该尽可能采用集中管理的应用系统。园区安全管理除了电视监控系统之外，电子巡更、停车场管理和出入口管理可以采用一个安全管理系统来实现。住户管理可以采用一种设备来实现各种智能化管理目标，并通过现有的宽带网络传输介质(计算机网络布线、HFC、ADSL等)实现与中央管理系统的互连，以减少投资和管理成本。目前我们推荐一种基于宽带网络连接网管中心的数字终端设备——楼宇住宅网络智能控制数据终端NDT来实现住户的安防报警、三表抄收等功能。
　（4）尽可能采用先进的、成熟的和标准化的技术和高质量的产品，尽量避免重复投资，避免增加管理上的不便和增加维护成本。

　　二、基于以太网的小区智能系统解决方案
　　该方案以我们实施的某住宅小区智能化系统建设设计为蓝本加以介绍。小区智能系统主要包括宽带数据网络系统、安全防范系统、小区管理系统三个部分。
　　2．1宽带数据网络系统
　　宽带数据网络系统的建设，主要包括小区综合布线及内部局域网、INTERNET接入、小区网络中心三部分。系统的结构如下图：

　　2.1.1小区网络系统
　　小区的网络系统采用星型网络，分为系统中心、区域中心、住宅楼和用户四级。
　　系统中心安装所有网络通讯中心设备、网络服务器、路由器及其它中心通讯设备。
　　系统中设置多个区域中心，根据地理位置，小区的所有楼宇从逻辑上划分为若于个区域，每个区域设置一个区域中心，区域中心采用光纤与系统中心实现连接，与各个住宅楼宇采用五类双绞线实现连接。
　　住宅楼系统是所在住宅的中心系统，与相应区域中心相连，并与各住户实现通讯连接。
　　用户系统为用户室内的网络接口，通过该接口，各个用户室内与通讯有关的各类设备和用户的电脑均可连接并上网。
　　2.1.2 INTERNET接入
　　一般情况下有多种方式，究竟采用哪一种要看小区上网用户规模、当地互联网接入资源。数字专线DDN、ADSL以及ISDN都是可以选择得方式。小区住户可以实现与电话拨号上网完全相同的功能，却省去了拨号的麻烦，上网访问的速度也更快。
　　初期可以申请128K的DDN，当用户数增至一定规模后可加大数字带宽，也可采用多条ISDN捆绑方式增加信道带宽。
　　借助互联网丰富的信息资源，以居住区相对稳固的社区居民为依托，有关电子商务可以寻得发展的广阔空间。智能化小区的管理者以小区名申请互联网域名，建立小区自己的网站，发布信息，提供衣食住行、医疗、教育、证券投资等方面的服务，创造小区独特的社区文化。
　　2.1.3小区网络管理中心
　　是整个数据通讯系统的中心，系统的主要通讯设备和管理人员均集中在这里。网络中心的建设主要包括一个中心机房的建设和通讯设备的安装调试。中心机房的装修应考虑采用防静电地板，安装标准接地线，并考虑合理分布电源、网络、电话等设备的走线。对于重要的设备，应使用UPS电源进行保护。网络通讯的配线和通讯设备应采用配线柜方式进行合理安放。
　　网络管理中心还需安装局域网服务器、INTERNET接入服务器、自办网页的WEB服务器、物业管理及相关子系统工作站，以及打印机等设备。
　　2．2安全防范系统
　　安全防范系统从范围上可分为园区安全防范系统和住宅安全防范系统。
　　2.2.1园区安全防范系统
　　　主要包括园区周界封锁、多媒体电视监控以及自动巡更系统。
　　园区周界封锁一般采用红外线对射，一旦有人想通过翻越围墙来进入园区，系统控制中心会发出报警，及时通知管理人员进行处理。多媒体电视监控主要针对园区大门、主通道、隐蔽处安装若干数量的电视摄像头，将监测场面图象传送至网管中心。
　　自动巡更系统是对保安人员实施管理的一种手段。依据预先为保安人员规定好的巡逻路线、时间要求，将巡更系统接口安装在保安员需要通过的路线上，保安员通过在接口上的简单操作，登记其通过指定地点的时间。这样做可督促保安人员尽心尽责，也便于在发生事故时分析有关人员的责任。
　　2.2.2住宅安全防范系统
　　居民住宅安全防范系统主要指安装在住户室内的防盗、防灾及楼宇对讲系统。推荐采用由我公司自行研制开发的，唯一同时荣获国家级火炬计划项目和国家重点新产品的“楼宇住宅网络智能控制数据终端（NDT）”来实现上述功能（有关NDT的介绍另行撰文）。采用这一系统后，住户家中的任何意外情况都可以通过网络系统迅速通知网管中心，从而采取应对措施。
　　楼宇对讲系统主要实现对来访者的身份识别及对单元门的控制，目前这一系统自成体系，有许多产品可供选择。随着宽带网络的发展，将对讲功能整合到控制终端是发展趋势，这样家庭智能化功能几乎就可在宽带网络下实现“一网打尽”。
　　2．3小区管理系统
　　小区的管理事务通常包括物业管理、水电气等耗能表的自动抄收、小区信息发布等。
　　小区的物业管理工作有许多内容，为加强规范管理，可采用成熟的、功能完备的软件系统来实现。对于建立了内部局域网的小区来说，可充分利用内部网络进行查询、维修申请及处理等，提高服务效率。
　　水电气等耗能表的自动抄收需采用可发送电子脉冲信号的新型表，采用“楼宇住宅网络智能控制数据终端（NDT）”进行数据采集和计算。该系统可以将多耗能表的读数通过网络系统自动传送到系统的控制中心，从而达到足不出户实现抄收、统计和计费等功能，既减少了烦琐的管理工作，又避免了对住户的干扰。
　　小区的信息发布除在小区内建立公告栏等外，还提供另外两种手段。其一是通过小区自办的网页向小区内外发布信息。其二是通过每户安装的网络智能控制数据终端（NDT）的LCD汉字显示屏幕，向各住户发布信息。

　　三、方案的优点及与其它方案的比较
　　目前实现智能小区通讯系统主要采用的方法有：（1）以太网系统；（2）CATV系统；（3）ADSL或ISDN；（4）电力载波。
　　这几种方式中，CATV技术在大量用户使用时没有较为成功的范例，且CATV必须采用双向系统，这与目前我国大多数地区仍为单向系统的实际尚有差距。全国性的网络改造仍需时日，总体投资的优越性仍需论证。ADSL或ISDN是一种利用电话系统的方案，走的是语音与数据同网的路线，所以对电信的依赖性较强，而且由于ADSL和ISDN受到电信局设备和费用的限制，初期投资较大。电力载波系统技术据说目前已较为成熟，但其应用还没有跟上，国内成功的实例很少，接受尚有一定的难度，且数据传输的质量和速度均较有限，目前还不宜大量采用。以太网自出现至今已发展了二十余年，为目前最为流行的局域网络技术，其速度也远高于上述几种方案，由于使用广泛，采用该方案的各种材料和设备均价格低廉，应是考虑实际应用的最佳选择之一。
　　对于小区的安全系统和管理系统，目前可见到的均为实现单独功能的系统，如实现水、电、气三表抄收的系统、报警系统等。本系统采用的是以网络智能控制数据终端（NDT）为中心产品的一套方案，由于该产品集中了防盗、防灾、求助、三表抄收、信息发布和家电控制等功能，因此系统集成度高，设计简化，成本大为降低。