智能小区局域网方案设计
摘要
随着高新科技的不断进步，计算机技术、通信技术和现代化建筑的发展，人们的生活水平不断提高，人们对生活环境的舒适性、方便性及安全性的要求提到了一个更为重要的位置，通过有效的传输网络，多元信息服务与管理、物业管理与安防、住宅智能化系统集成的智能化住宅迅速成长起来。
智能住宅小区是住宅建筑与计算机、通信、控制等技术有机结合的产物，它采用智能管理和控制的方法，将居室内各种安全设施、信息设备及家用电器，通过信息网络连接起来构成完整的智能化系统，并与小区物业管理系统互联，形成了开放式的小区管理体系。
本文在对智能住宅小区的内涵、特征以及国内外发展现状进行简要阐述后，给出了一个一般意义上的小区智能化系统组成框架。本文由智能化小区的发展概述入手，对智能小区的相关理论作了简单的介绍，并分析了智能化小区的构成和发展形式。智能小区是在智能建筑的基本含义中扩展出来的，它通过对小区建筑群四个基本要素（结构、系统、服务、管理以及他们之间的内在关联）的优化考虑，提供一个投资合理，又拥有高效率、舒适、温馨、便利以及安全的居住环境。介绍了局域网设计时要注意的先进性与成熟性，安全性和可靠性，开放性和可扩充性，经济性和实用性等几个重要原则。并且介绍了局域网的管理层、通信网络层和控制层等这几个组成结构。在构建局域网中，本文分析了多种局域网设计方案：基于以太网的局域网网络；基于FDDI的局域网网络；基于ATM的局域网网络；基于WLAN的无线局域网。通过这几种方案的分析比较，讨论了各方案的优点，缺点，从而可以根据实际情况选择最理想的方案。
关键词：智能小区;局域网;接入网;无线局域网
IntelligentCommunityLANDesign
Withthenewhigh-techadvancements,computertechnology,communicationtechnologyandthedevelopmentofmodernbuildings,people''slivingstandard,humanonthelivingenvironmentofcomfort,convenienceandsafetyrequirementsreferredtoamoreimportantposition,throughanefficienttransportnetwork,pluralisticinformationservicesandmanagement,propertymanagementandsecurity,domesticintelligencesystemintegrationofintelligentHousegrewrapidly.
Smartresidentialareaofresidentialbuildingsandcomputers,communications,controlproductincombinationwithothertechnology,whichusesintelligentmanagementandcontrol,theroomofvarioussecurityfacilities,informationequipmentandhomeappliances,informationnetworksconnectedbyacompleteintelligentsystems,andpropertymanagementsystemwiththeInternet,formingopencellmanagementsystem.
Inthispaper,thesmartresidentialdistrictofthecontent,featuresandcurrentdevelopmentstatusbrieflydescribed,thispapergivesageneralsenseoftheIntelligentSystemFrameworkof.ThispaperoutlinesthedevelopmentoftheIntelligentCommunitystartwiththetheoryofintelligentQuarterbrieflyintroducedandanalyzedtheIntelligentCommunityofthecompositionandformofdevelopment.Intelligentcommunityintheintelligentbuildingextensionsofthebasicmeaning,whichthroughthefourbasicelementsofresidentialbuildings(structures,systems,services,managementandtheintrinsiccorrelationbetweenthem)oftheoptimizationtoconsiderareasonableinvestment,butalsowithhighefficiency,comfort,warm,convenientandsafelivingenvironment.Introducedalocalareanetworkdesignshouldpayattentiontothenatureandmaturity,securityandreliability,opennessandscalability,economyandpracticabilityofseveralimportantprinciples.Andintroducedthelocalareanetworkmanagement,communicationsnetworklayerandcontrollayerstructure。Inbuildinglocalareanetwork,thepaperanalyzesthedesignofavarietyofLAN:Ethernet-basedLANnetwork;FDDI-basedLANnetwork;ATM-basedLANnetwork;WLAN-basedwirelesslocalareanetwork.Throughanalysisandcomparisonofthesetypesofprograms,theprogramsdiscussedadvantages,disadvantages,soyoucanchooseaccordingtotheactualsituationthebestoption.
Keywords:IntelligentCommunity;Localareanetwork;AccessNetwork；WirelessLAN
目录
第1章绪论 4
1.1智能小区的介绍 4
1.2智能建筑在国外 4
1.3智能建筑在国内 5
第2章智能小区局域网 6
2.1接入网 6
2.1.1.非对称数字用户线(ADSL)接入 6
2.1.2以太网接入 6
2.1.3有线电视网 6
2.2信息服务中心 7
2.3小区内部网络 7
第3章网络设计原则 8
3.1先进性与成熟性 8
3.2安全性和可靠性 8
3.3开放性和可扩充性 9
3.4经济性和实用性 9
3.5智能小区的三层网络结构 9
第4章智能化小区局域网设计 10
4.1基于以太网的局域网设计 10
4.2基于FDDI的局域网设计 11
FDDI-光纤分布式数据接口概述 11
4.3基于ATM的局域网设计 14
4.4基于无线网络的局域网设计 16
结论 18
致谢 18
参考文献 19
第1章绪论
1.1智能小区
随着全球信息化时代的不断升温，社会不断发展，物质生活水平不断提高，人们的生活方式、工作习惯也开始悄然飞跃。人们对千百年来赖以生存的住宅，也已不再满足于房屋结构、地理位置、交通绿化以及周边环境等传统条件。人们对现代化的装饰装修要求在不断提高，更加注重环境氛围、文化内涵、艺术质量等精神需求，于是现代的家居设计被赋予了更新的意义：“一是追求艺术，追求文化品味，追求个性化；二是尽可能多地使用高新技术，追求智能化；三是重视细部装饰，使住宅装饰更深入，更周到，更符合人性化原则，使生活更舒适，更方便。”[1]尤其是个性化与智能化，成为了新时代的更多更大的需求，成为21世纪家居生活方式的发展方向。
美国计算机与信息科学专家麦里森教授在他的《智能社区发展趋势》一文中所下的定义颇为确切：智能大厦，其内拥有居住、教育、医疗、娱乐等一切设施；大厦拥有内部电信系统，为大厦居住人员提供广泛的计算机和电信服务，大厦还拥有供暖、通风、照明、保安消防、电梯控制和进入大厦的监控等子系统，从而为大厦内的居住人员建立一个更加富有创造性、更高的效率和更为安全舒适的环境。
智能化建筑与家居的基本目标是为人们提供一个舒适、安全、便捷、高效率的生活空间。实际上就等于为家居环境、家电设备提供一个共享的接入中心,以实现家庭环境及设备的智能化管理、远程管理、集中管理和资源共享。所强调的是人的主观能动性,要求注重人与居住环境的协调,能随心所欲地控制居室环境,进而达到人本位的目的。当然,具体产品的不同组合,其实现的系统和功能也就不同。在这方面欧美及日本等发达国家已经走在了时代的前列,并在办公、辅助弱势群体等方面提供了可供借鉴的先例。
1.2智能建筑在国外
随着住宅科技的发展,科技为房地产业带来的效益已日渐明显。好像只要沾了智能化;有了宽带网,小区的销售就能够无往不胜,随便翻翻手边的房地产广告、楼书,“智能化小区”比比皆是。但宽带入户、可视门禁就是智能化吗?国外的智能住宅又是什么样?
美国
首先美国是世界上第一个出现智能建筑的国家,也是智能建筑发展最迅速的国家。早在上个世纪70年代末,美国就有了智能大厦的概念,1984年1月在美国的康涅狄格州哈特福德市出现了世界上第一座智能大厦,大楼内的空调、供水、防火防盗、供配电系统均由电脑控制,实现了自动化综合管理,而且客户不必自己添置设备,便可获得语言通讯、电子邮件、文字处理、市场行情信息、科学计算和情报资料检索等服务[3]。
美国自90年代以来新建和改建的办公大楼约有70%为智能化建筑,著名的IBM、DEC公司总部大厦等已是智能建筑。目前,美国有全球最大的智能化住宅群,其占地3359公顷,由约8000栋小别墅组成,每栋别墅设置有16个信息点,仅仅综合布线造价就达2200万美元。
日本
日本的智能建筑特点是开发、设计、施工规模化与集团化;以人为本,注重功能,兼顾未来发展与环境保护;大量采用新材料、新技术;充分利用信息、网络、控制与人工智能技术,住宅技术现代化。由于智能建筑发展迅速和具有自己的特色,日本被认为是在智能建筑领域进行全面的综合研究并提出有关理论和进行实践的最具代表性的国家之一。智能建筑上个世纪80年初在美国出现后,日本就很快跟了上来,并走出了自己的路。
日本智能建筑发展迅速,原因是多方面的,但主要有两条,一是日本大企业对智能建筑热情很高。其次是日本政府大力支持和积极推动。目前日本新建的建筑中80%以上将智能化,其中许多大城市建设了“智能化街区”、“智能化群楼”或“智能化城市”,横滨将建成“21世纪国际化信息城”。[4]日本的智能建筑主要达到四大目的:适应接收和发送信息,达到高效管理;确保在大厦工作的人感到舒适和方便;以期实现最小花费的最佳物业管理模式;在不同的模式中都能得到最快的经济回报。
1.3智能建筑在国内
随着信息技术的迅速发展和向建筑领域的相互融合、渗透,现代社会的家庭成员已把追求住宅智能化带来的多元化信息和安全、舒适与便利的生活环境作为一个理想的目标。我国把智能化的概念引入住宅的时间不长,但智能住宅在我国一直处于蓬勃发展的态势。据有关方面统计,目前我国智能建筑的投资约占建筑总投资的5%-8%,“十五”期间,全国用于智能化系统的投资将达到810亿元,前景十分可观。
尽管如此,我国智能化建筑与发达国家相比,还处在初级阶段。更令人担忧的是,许多智能化建筑尤其是商品房小区入住后,相继出现了许多问题。对智能住宅而言,每一系统都有一个基本的配置,不同的小区可选的配置不一样。为使不同类型、不同居住对象、不同建设标准的住宅小区,合理配置智能化系统建设,示范工程按功能要求、技术含量、经济合理性等因素综合考虑,划分为:一星级、二星级、三星级三种类型。目前,中国的很多楼盘仅仅是宽带入户就说是智能小区,宽带入户仅仅是智能化小区最基本的设施之一,但是绝不是智能化的全部。据有关专家介绍,目前国内智能化小区大多是一星级,称得上三星级的很少。
在中国,智能化住宅的发展也受到中国国情的影响。欧美国家人口密度小,其住宅智能化更注重环保、节能、高速信息网络以及家居智能控制。而中国人口密度大,通常是群居型,加上人们对社会治安比较注重,因此住宅的智能化多体现在安防上,特别是社区的安防上。如今许多社区实施二重防范、三重防范,戒备森严,其实这并非开发商或系统集成商的本意,实在是为了满足消费者在这方面的要求
据统计,上海智能化系统在物业管理中发挥作用的仅占20%,运行不正常、尚可使用的占45%,另有35%被遗弃。业主对室内安防、自动抄报系统以及停车管理系统的投诉一直居高不下;北京甚至在最基本的小区宽带接入、收费等方面也遇到了不少的麻烦。同时,我国新建住宅中的综合布线比发达国家落后很多,致使许多智能无法实现,如CATV系统布线为100%,但平均接口却只有1.9个,电话系统布线为100%,但平均接口只有2.1个,Internet网络接口为1.1个。可见,智能化还仅体现在一小部分上,仅解决了电视、电话系统和网络系统到“门口”,还未从真正意义上解决“到房间”、“到桌面”的问题,更谈不上具国际水平的先进技术应用。
由此可见,在建筑智能化方面,我们还有一大段路要走,还有许多工作要做,既不可盲从,只看眼前利益,盲目仿效,而忽视了智能化的根本含义,又不能停滞不前。好在发达国家给我们提供了许多有益的经验,国内开发商对智能住宅的追求也很旺盛,我们完全有理由相信,在不远的将来实现我们的“梦想”——建筑的智能化。进而让人们在工作和生活中,充分享受现代文明与技术所带来的安全、便捷与舒适的生活,提高生活的质量,使人性化的服务和实用化设计在建筑中得到完美的和谐与统一。
第2章智能小区局域网
在住宅小区智能化系统中，计算机局域网是实现“智能化”的关键，即应用计算机网络技术和现代通信技术，建立局域网并与Internet互联，为住户提供完备的物业管理和综合信息服务，是当前住宅小区应该追求的目标。小区局域网结构由接入网、信息服务中心和小区内部网络三部分构成[9]。
2.1接入网
指局域网与Internet的联接方式。众所周知，Internet是纵横全球无边无际的“网络的网络”，地区用户接入方式可以有多种选择，可以由电信局、有线电视台或其它ISP（Internet）提供该业务。
2.1.1.非对称数字用户线(ADSL)接入
非对称数字用户环路（ADSL--AsymmetricDigitalSubscriberLoop）能够在现有的铜双绞线，即普通电话线上提供高达8Mbit/s的高速下行速率，远高于ISDN速率；而上行速率有1Mbit/s，传输距离达3km----5km。其优势在于可以充分利用现有的铜缆网络(电话线网络)，在线路两端加装ADSL设备即可为用户提供高宽带服务，由于不需要重新布线，降低了成本，进而减少了用户上网的费用.1.2以太网接入
以太网是目前传物最为广泛的局域网传输方式,它采用基带传输,通过双绞线、光纤和传输设备能够实现加的网络传输以太网技术现在已经完全成熟,对于一个智能小区通讯系统,系统的稳定性、实时性以及成本是藉要重点考虑的因素,以太网从各个方面均能满足要求是智能小区通讯的首选方案。
2.1.3有线电视网
有线电视数据通讯目前技术构造的是一个基于同轴电缆的共享
式数据通讯系统,要实现真正意义上的数据传输需采用CABLEMORDEN技术,CABLEMORDEN和前端通讯控制器的市场告价都比较昂贵,而提供的性能又远远不如以太网,因此性能价格比较低。
2.2信息服务中心
信息服务中心是小区局域网的心脏，由交换机、路由器、防火墙、服务器组、数据备份设备、工作站等硬件设备和网络操作系统、Internet应用服务、数据库、网络管理、防病毒软件和防火墙等软件以及针对小区实际需要而二次开发的应用软件等组成。
路由器(Router):路由器一端接ISP网络，一端接局域网防火墙，运行路由器管理软件，是对局域网内外数据选择路径并进行包转发的桥梁。路由器工作于OSI(开放系统统互联)工作模型的第三层，即网络层，它负责LAN一LAN连接出现的交换和路由选择，还负责从节点到节点(而不是终端到终端)之间运送数据，并负责连接的建立、数据的转移和阻塞控制等。选择路由器时应采用能支持多种网络通信协议，配置适合ISP网络和局域网网络端口的路由器。
防火墙:防火墙是利用数据加密、用户认证、访问控制等手段保护局域网免受来自外部的侵害，同时也可防止内部用户对非法站点的访问。防火墙可由专用的防火墙设备来实现。有些防火墙具有代理服务器(ProxyServer)的功能，代理服务器的作用是可提高局域网用户对Internet的访问速率。
服务器:服务器的数量应根据小区的规模、业务量的大小来选择。对于业务数量不大的小区，可以选择一台作为综合信息和数据库服务器，也可以选择两台这样的服务器同时运行，双机备份;对于大型住宅小区，宜选用多台服务分别运行不同的应用软件和数据库软件，如Web服务器、E-mail服务器，FTP/BBS/NEWS服务器，SQL数据库服务器，资源服务器，媒体服务器等，选择服务器主要是考虑其性价比，即要求具有群集支持、容易扩展、无故障开机时间长、易于管理、配置合适、容错能力强等技术指标是否满足使用要求以及价格是否合适。
软件:一个局域网的成功与否，除了要求其硬件性能满足要求外，更重要的是取决于其软件的选择和开发是否成功。即操作系统软件是否适用，应用软件是否便于二次开发，开发工具软件功能是否强大以及日后维护是否方便等。其主要有网络操作系统软件、数据库软件、应用软件、网络管理软件、用户端软件等。
2.3小区内部网络
小区内部网络是将千家万户连接到信息服务中心的高速公路和运载工具。内部网络的构成可以有多种选择，如155Mbps—1.2Gbps的ATM，100Mbps的FDDI，两种快速的以太网，20Mbps的ARCnet，16Mbps的令牌环等等技术。
为实现智能小区，结构化综合布线及智能小区局域网的设计是至关重要的。
1结构化综合布线
结构化综合布线是由小区结构化综合布线系统及家庭综合布线系统两部分组成，小区结构化综合布线主要是各楼宇之间采用多模光纤连接，并连接到小区网络机房或小区模块局。家庭综合布线系统主要是楼内综合布线，它包括设备间子系统、水平子系统、垂直子系统、各子系统采用５类大对数电缆或超５类线连接。
２智能小区局域网
为使多种信息（如三表、物业、消防、楼控等）得以快捷传输，小区需要一个传输多媒体的网络。为了满足住户多种信息（数字、文本、图像）的需求，小区也要一个能传输多媒体信息的网络。因此，智能小区首要的是要建设一个能传输媒体种类多；信元信宿相对分布；所传输的媒体满足一定实时要求的网络，这样的网络将是一个宽带的、低延迟的、高速率及高可靠性的多媒体通信的计算机网络，即局域网。
第3章网络设计原则
网络系统设计的主要工作是完成网络系统的结构和组成设计，确定网络方案和设计可能很复杂，也可能很简单。事实上，网络系统的设计工作早在了解情况的时候就开始了，在这个过程中，已经对网络系统应该是一个什么样子有了一定程度的选择。也就是说，信息收集过程和系统设计过程之间往往没有十分明确的界限，现在需要做的是将信息进行分析，然后将分析的结论细化和量化，最终落实到文字上，让用户能够很清楚地了解未来自己所应用的无线局域网是什么样子。
网络系统设计需求分析阶段，这个阶段主要是完成对所收集数据的分析。要进行网络系统的设计，必须拥有关于所有网络需求的详细说明，并根据优先级的高低将这些网络需求进行分类。可以把网络需求分为强制性要求以及希望达到的要求和可能达到的要求。强制性要求是指为保证网络的有效运行必须满足的网络要求;希望达到的要求是指可以改善网络有效刁一予以考虑:可能达到的要求是可帮助网络用户提高个人生产率的要求，但个人生产率的小幅度提高可能需要较大的费用，并可能导致其他有关方面投入的提高，应慎重考虑。当然，这些要求要经过网络设计人员与网络未来的管理使用者进行不断的沟通与确认，最终由网络设计人员以文字描述和图解的方式来实现，分析结果应尽可能地细化和量化。
在进行网络设计的时候，需要把握以下几个重要的原则，这些原则之问有些地方可能存在矛盾，需要我们在实际操作中根据用户的需求和资源进行权衡比叫。
3.1先进性与成熟性
要保证整个网络系统具有足够的带宽，网络结点具有足够的通信处理能力，以确保网络用户的响应时间。建设一个局域网需要花费大量的人力、物力和财力，对于大型的和复杂的局域网更是如此。这种投入对于小区来说是一笔不小的开支，必须保证设计选择的方案在技术上是比较先进的，所选择的设备和技术在数年内不落后。同时，要尽量保证选用技术的标准性和成熟性，符合国际标准化的设备和技术可保证多种设备的操作互补性、兼容性、可维护性和对前期投资的保护。正在研制的最新技术和设备可能为用户提供较高的性能，但如果无线局域网技术和下程设计在将来不能成为工业标准或事实上的工业标准，就会被很快被淘汰掉，这样会对已经建成的网络产生无穷的后患，如厂家的维护服务、备品备件提供以及其他设备的互操作性等问题。
3.2安全性和可靠性
安全性对于网络的运行和发展至关重要，如采用具有良好网络安全性的网络设备和网络操作系统，采用具有较小的误码率和较好抗干扰能力的通信线路，采用一定的加密设备等。在这里安全性有两种含义:网络系统的安全性和应用软件系统的安全性。贯彻安全性原则，以防止来自网络内部和外部的用户对于网络资源的非法访问和破坏。根据需要，我们应该考虑购置必需的网络安全软件和硬件，如防火墙、防病毒的软硬件，系统应具有较强的容错和故障恢复能力。开发的应用软件系统应具有严格的分级权限管理，防止非法用户越权使用系统资源。可靠性是指系统设计时，应考虑系统是否要长期不间断地运行，所采用的设备必须保证很高的稳定性和可用性，必要时可考虑数据是否需要双机备份或分布式存储，以及故障后恢复的措施等。
3.3开放性和可扩充性
一方面，必须保护现有硬件投资，对某些应用状况良好的应用软件可加以保护，并尽可能利用公有的和现有的通信资源组建广域网，避免在通信线路上的大量投资。另一方面，由于网络设备更新换代的周期短，应用需求的变化也十分频繁，故在网络设计时，应尽可能防止网络设备的迅速淘汰。由于应用需求的发展和网络规模的扩大，网络应采用具有良好的开放性和可扩充性的方案，以保证网络结点的增加、业务量的增长、网络延伸距离的扩大和多介质的应用。例如，可采用标准的接口和协议，采用具有良好扩充性的网络设备和网络拓扑，尽可能采用结构化布线的方法等。网络设计及网络设备选型遵从国际标准及工业标难，使网络具有高度的开放性，并考虑到与今后的投资中所提供的设备在技术上的兼容性。同时，网络的设计必须在充分考虑当前情况的同时，也必须考虑到今后较长时期内业务发展的需要。另一方面，还必须为网络规模的扩展留有充分的余地，选择具有良好的互联性、互通性及互操作性的设备和软件产品，应用软件开发时应注意与其他产品的配合，保持一致性。无线局域网技术的标准更新很快，新产品也不断涌现，在对无线局域网系统进行设计和规划的同时，要考虑其兼容性、互操作性和未来新技术的发展对现行系统的影响，以保证向将来新技术的平滑过渡，保护前期的投入。
3.4经济性和实用性
经济性即有较高的性能价格比。除非业务的需要，否则不盲目追求最新的技术和设备，因为新技术的性能和价格变化非常快，在花费上会很不合算。每天传输的信息容量可按小时进行分解，这样可以帮助设计者确定高峰信息流量。高峰信息流量可以帮助发现设计中存在的问题，选择合适的设备。绝大多数网络都是基于平均信息流量，而不是高峰信息流量设计的。对大多数单位来说，按高峰信息流量设计和购买网络所花的费用是不合算的，因为高峰信息流量只在很少时间内发生，在其他时间内造成网络传输能力的浪费。另外，不同的用户对于无线局域网的应用程度也有很大的不同。很多情况下，设备的利用率会很低，因此强调购买能满足需求的设备，不买多余的设备，提高设备利用率。实用性是指我们所构建的无线局域网目的在于应用而不是试验，所以设计必须注重实用，分阶段建设，建成就可使用，无须追求最新和过多的“花架子”。同时，系统应具有良好的可管理性，使得网络管理人员能方便维护网络设备，并及时地掌握诸如网络拓扑结构、网络性能统计、网络故障等信息，能简便地对网络进行配置和调整，确保网络工作在良好状态。
虽然局域网的组网方式并不复杂，但是备选设备种类繁多，遵循网络设计的原则，保证了网络设计的合理性。
3.5智能小区的三层网络结构
本系统以太网(Ethernet)技术组建计算机网络系统，通信协议采用TCP/IP协议组，拓扑结构采用总线型(Bus)和星型(Star)相结合，使故障不会影响多于一台工作站，可保证网络系统各工作站的独立运行。在网络布线的基础上，安装TCP/IP协议，连接小区内各自分散的管理模块，在其上架构更高一层的信息共享与通信平台，并将网络端点延伸到住户，且连接Internet，实现整个小区的信息交换与对外交流[5]。系统硬件结构由管理中心服务器、交换机、路由器、集线器、个人PC组成。
小区系统网络结构分为三个层面:管理层、通信网络层和控制层[6]。
(1).管理层
管理层对小区的通讯和控制信息实施综合管理，使系统信息得到高效、合理的分配和共享。管理层既是小区网络管理系统的中枢，又是小区与外界进行网络通信的桥梁，一方面通过代理服务器连入Internet，一方面进行内部网络域名解析。
(2).通信网络层
连接家庭用户计算机和小区管理中心计算机的线路。通信网络层为控制层实现其功能提供通信网络，为管理层提供现场设备的状态信息和数据。通信网络层包括工作区子系统、水平子系统、管理子系统、垂直子系统、设备间子系统、建筑群子系统。由于小区面积大，距离远，主干线路采用光纤，其他线路采用5类双绞线，可为用户提供可靠、高速的线路连接。
(3).控制层
控制层可以用来监视和控制闭路电视监视系统、周界探测系统、出入口控制系统、保安照明系统等[7]管理员可以用监控软件对智能小区里的传感器等进行检测，并将报经合故障信息入库，以便在管理平台上能进行查询。
第4章智能化小区局域网设计
4.1基于以太网的局域网设计
小区网络系统采用星型拓扑结构，分为系统中心(小区管理控制中心)、区域中心、住宅楼栋。根据小区的规模和用户楼栋的分布情况，为便于网络设计和管理，可将整个小区分成若干个区域，每个区域设一个区域中心，管辖若干个相近的楼栋。根据小区网络设计要求，小区局域网主干采用千兆以太网，在系统中心设一千兆以太网交换机，在各区域中心设置工作组交换机，各工作组交换机配置1000Mbps，通过光纤与核心交换机连接，构成智能化住宅小区千兆以太骨干网。每个区域内，在各楼栋设备间设置100/10Mbps集线器，集线器通过100Mbps经五类双绞线与交换机连接，根据需要也可通过100Mbps交换机连接。在楼内，通过集线器连接用户计算机。这样，核心交换机与工作组交换机之间可提供高达1000Mbps的传输速率，工作组交换机向各楼栋提供100Mbps的传输速率，每个最终用户可独享10Mbps的通信带宽[8]。
该系统具有良好的开放性和扩展性，可根据小区的实际情况灵活组合与配置。区域中心可以包括若干栋单元楼，也可以只管辖一栋高层住宅，小区内的集团用户公共会所物业管理公司以及各应用子系统以适当的方式就近接入各自所在的区域中心网络，形成一体化的统一网络。
.图4-1智能小区局域网
4.2基于FDDI的局域网设计
FDDI-光纤分布式数据接口概述
FDDI的英文全称为“FiberDistributedDataInterface”，中文名为“光纤分布式数据接口”，它是于80年代中期发展起来一，它提供的高速数据通信能力要高于当时的以太网（10Mbps）和令牌网（4或16Mbps）的能力。FDDI标准由ANSIX3T9.5标准委员会制订，为繁忙网络上的高容量输入输出提供了一种访问方法。FDDI技术同IBM的Tokenring技术相似，并具有LAN和Tokenring所缺乏的管理、控制和可靠性措施，FDDI支持长达2KM的多模光纤。FDDI网络的主要缺点是价格同前面所介绍的相比贵许多，且因为它只支持光缆和5类电缆，所以使用环境受到限制、从以太网升级更是面临大量移植问题。
编码方式FDDI采用编码方式为NRZ-I.和4B/5B，4B/5B可使效率提高到80%当数据以100Mbps的速度输入输出时，在当时FDDI与10Mbps的以太网网相比性能有相当大的改进。但是随着快速以太网和千兆以太网技术的发展，用FDDI的人就越来越少了。因为FDDI使用的通信介质是光纤，这一点它比快速以太网及现在的100Mbps令牌网传输介质要贵许多，然而FDDI最常见的应用只是提供对网络服务器的快速访问，所以在目前FDDI技术并没有得到充分的认可和广泛的应用。
访问方法FDDI的访问方法与令牌环网的访问方法类似，在网络通信中均采用“令牌”传递。它与标准的令牌环又有所不同，主要在于FDDI使用定时的令牌访问方法。FDDI令牌沿网络环路从一个结点向另一个结点移动，如果某结点不需要传输数据，FDDI将获取令牌并将其发送到下一个结点中。如果处理令牌的结点需要传输，那么在指定的称为“目标令牌循环时间”（TargetTokenRotationTime，TTRT）的时间内，它可以按照用户的需求来发送尽可能多的帧。因为FDDI采用的是定时的令牌方法，所以在给定时间中，来自多个结点的多个帧可能都在网络上，以为用户提供高容量的通信。
FDDI可以发送两种类型的包：同步的和异步的。同步通信用于要求连续进行且对时间敏感的传输（如音频、视频和多媒体通信）；异步通信用于不要求连续脉冲串的普通的数据传输。在给定的网络中，TTRT等于某结点同步传输需要的总时间加上最大的帧在网络上沿环路进行传输的时间。FDDI使用两条环路，所以当其中一条出现故障时，数据可以从另一条环路上到达目的地。连接到FDDI的结点主要有两类，即A类和B类。A类结点与两个环路都有连接，由网络设备组成，并具备重新配置环路结构以在网络崩溃时使用单个环路的能力；B类结点通过A类结点的设备连接在FDDI网络上，B类结点包括服务器或工作站等。
LAN技术光纤分布数据接口(FDDI)是目前成熟的LAN技术中传输速率最高的一种。这种传输速率高达100Mb/s的网络技术所依据的标准是ANSIX3T9.5。该网络具有定时令牌协议的特性，支持多种拓扑结构，传输媒体为光纤。使用光纤作为传输媒体具有多种优点：
1、较长的传输距离，相邻站间的最大长度可达2KM，最大站间距离为200KM。
2、具有较大的带宽，FDDI的设计带宽为100Mb/s。
3、具有对电磁和射频干扰抑制能力，在传输过程中不受电磁和射频噪声的影响，也不影响其设备。
4、光纤可防止传输过程中被分接偷听，也杜绝了辐射波的窃听，因而是最安全的传输媒体。
由光纤构成的FDDI，其基本结构为逆向双环。一个环主环，另一个环为备用环。一个顺时针传送信息，另一个逆时针。当主环上的设备失效或光缆发生故障时，通过从主环向备用环的切换可继续维持FDDI的正常工作。这种故障容错能力是其它网络所没有的。
FDDI使用了比令牌环更复杂的方法访问网络。和令牌环一样，也需在环内传递一个令牌，而且允许令牌的持有者发送FDDI帧。和令牌环不同，FDDI网络可在环内传送几个帧。这可能是由于令牌持有者同时发出了多个帧，而非在等到第一个帧完成环内的一圈循环后再发出第二个帧。
令牌接受了传送数据帧的任务以后，FDDI令牌持有者可以立即释放令牌，把它传给环内的下一个站点，无需等待数据帧完成在环内的全部循环。这意味着，第一个站点发出的数据帧仍在环内循环的时候，下一个站点可以立即开始发送自己的数据。FDDI标准和令牌环介质访问控制标准IEEE802.5十分接近。FDDI的局域网是一种比较成熟的局域网，它是智能建筑领域中应用比较早且比较成熟的网络技术。由于FDDI通常采用双环结构，具有故障自动愈合功能，因此具有很高的可靠性；FDDI数据传输速率为100Mbps,可以满足宽带业务传输需求；[8]同时FDDI采用定时令牌结构，比较适合对时间要求严格的应用场合。网络结构如图１所示：
基于FDDI的小区局域网采用双环FDDI62.5/125μm多模光纤作主干网，各种服务器通过100Mbps端口与主干网连接。根据目前小区实际信息通信流量，一般情况下，可以为住户提供平均2Mbps的端口速度即可满足多媒体通信要求。根据这一标准，结合小区楼宇的规模，可以为每幢楼选一台和多台100Mbps、10Mbps以太网交换机。并根据每层楼的住户信息点数量选择一台或两台10Mbps以太网交换机。对于低层别墅式住宅，可以用一台10Mbps以太网交换机／100Mbps快速以太网交换机为多层楼房服务。每户住宅要求至少预留２对不同数据信息点。在带宽要求严格的情况下，可以使每户两个信息点共享10Mbps带宽。在要求不是很高的情况下可以考虑６~１０个信息点共享10Mbps带宽。从主干网交换机到住户信息点，采用分级树型结构，便于系统安装、调试和维护，并具有较高的系统可靠性。
一方面由于FDDI采用高速令牌环的一个超集，在MAC级的优先级控制方面可以对实时数据赋予高优先级，区别与常规数据的传递；另一方面，FDDI支持一种同步通信交换，即所谓延迟受限的通信，它将保证传输延迟的最大限制。因此，FDDI可以良好地支持多媒体通信，也特别适合于小区多媒体网络传输要求，即视频、音频等多媒体信息传输要求。该结构一般应用在智能小区较大的场合
4.3基于ATM的局域网设计
ATM是AsynchronousTransferMode（ATM）异步传输模式的缩写
ATM是一项数据传输技术，是实现B-ISDN的业务的核心技术之一。ATM是以信元为基础的一种分组交换和复用技术，它是一种为了多种业务设计的通用的面向连接的传输模式。它适用于局域网和广域网，它具有高速数据传输率和支持许多种类型如声音、数据、传真、实时视频、CD质量音频和图像的通信。
ATM是在LAN或WAN上传送声音、视频图像和数据的宽带技术。它是一项信元中继技术，数据分组大小固定。你可将信元想像成一种运输设备，能够把数据块从一个设备经过ATM交换设备传送到另一个设备。所有信元具有同样的大小，不像帧中继及局域网系统数据分组大小不定。使用相同大小的信元可以提供一种方法，预计和保证应用所需要的带宽。如同轿车在繁忙交叉路口必须等待长卡车转弯一样，可变长度的数据分组容易在交换设备处引起通信延迟。
ATM采用面向连接的传输方式，将数据分割成固定长度的信元，通过虚连接进行交换。ATM集交换、复用、传输为一体，在复用上采用的是异步时分复用方式，通过信息的首部或标头来区分不同信道。
ATM真正具有电路交换和分组交换的双重性:
ATM面向连接,它需要在通信双方向建立连接,通信结束后再由信令拆除连接。但它摈弃了电路交换中采用的同步时分复用，改用异步时分复用，收发双方的时钟可以不同，可以更有效地利用带宽。
ATM的传送单元是固定长度53byte的CELL（信元），其中5B为信元头，用来承载该信元的控制信息；48B为信元体，用来承载用户要分发的信息。信头部分包含了选择路由用的VPI（虚通道标识符）/VCI（虚通路标示符）信息，因而它具有分组交换的特点。它是一种高速分组交换，在协议上它将OSI第二层的纠错、流控功能转移到智能终端上完成，降低了网络时延，提高了交换速度。
交换设备是ATM的重要组成部分，它能用作组织内的Hub，快速将数据分组从一个节点传送到另一个节点；或者用作广域通信设备，在远程LAN之间快速传送ATM信元。以太网、光纤分布式数据接口（FDDI）、令牌环网等传统LAN采用共享介质，任一时刻只有一个节点能够进行传送，而ATM提供任意节点间的连接，节点能够同时进行传送。来自不同节点的信息经多路复用成为一条信元流。在该系统中，ATM交换器可以由公共服务的提供者所拥有或者是组织内部网的一部分。
在ATM网络中引入了两个重要概念：VP（虚通道）和VC（虚通路），它们用来描述ATM信元单向传输的路由。一条物理链路可以复用多条虚通道，每条虚通道又可以复用多条虚通路，并用相同的标识符来标识，即VPI和VCI。VPI和VCI独立编号，VPI和VCI一起才能唯一地标识一条虚通路。相邻两个交换节点间信元的VPI/VCI值不变，两节点之间形成一个VP链和VC链。当信元经过交换节点时，VPI和VCI作相应的改变。一个单独的VPI和VCI是没有意义的，只有进行链接之后，形成一个VP链和VC链，才形成一个有意义的链接。在ATM交换机中，有一个虚连接表，每一部分都包含物理端口、VPI、VCI值，该表是在建立虚电路的过程中生成的。
ATM用作公司主干网时，能够简化网络的管理，消除了许多由于不同的编址方案和路由选择机制的网络互连所引起的复杂问题。ATM集线器能够提供集线器上任意两端口的连接，而与所连接的设备类型无关。这些设备的地址都被预变换，例如很容易从一个节点到另一个节点发送一个报文，而不必考虑节点所连的网络类型。ATM管理软件使用户和他们的物理工作站移动地方非常方便。
通过ATM技术可完成企业总部与各办事处及公司分部的局域网互联，从而实现公司内部数据传送、企业邮件服务、话音服务等等，并通过上联INTERNET实现电子商务等应用。同时由于ATM采用统计复用技术，且接入带宽突破原有的2M，达到2M-155M，因此适合高带宽、低延时或高数据突发等应用。
ATM的局域网是一种高性能网络，它主要用于主干网的建设。
基于ATM的小区局域网主干网采用ATM交换机构成，并采用网状结构，保证系统的可靠性。主干网传输介质采用62.5/125μm多模光缆，主干网速度为155Mbps。各幢楼可以采用10Mbps/100Mbps以太网交换机，也可以采用令牌式交换机。各楼层可以采用堆叠式集线器方式。建筑物布线系统可以采用62.5/125μm多模光缆，水平布线系统可以采用62.5/125μm多模光缆，也可以采用５类ＵＴＰ线缆。网络结构如图２所示:
由于ATM网采用定长短信元和面向连接的技术，综合了电路交换和分组交换的优点，具有延迟小、吞吐量大、速度快、带宽利用率高等特点，特别适合于传输诸如视频、音频等多媒体信息，因此，是智能小区多媒体通信局域网的理想选择。当然，也应看到基于ATM的局限性，ATM网的系统造价限制了ATM网络在局域网中的应用。所以，尽管基于ATM的局域网具有很好的性能，但在目前条件下智能小区普遍采用该网络经济上还存在一定困难，投资较大。
4.4基于无线网络的局域网设计
目前，无线局域网技术的新发展表现为更高的速度、更好的互操作性以及安全性。无线局域网具有的高灵活性和可靠性，可以立竿见影地提高生产率，在各行业的广泛应用取得了引人瞩目的成果，展示了极为广阔的市场前景，它将创造崭新的生活和工作风尚。随着时代的不断发展，人们由对网络的需求也日益增加。应此，需向无线局域网络转型。
灵活性和移动性在有线网络中，网络设备的安放位置受网络位置的限制。因而，用无线局域网代替，无线局域网在无线信号覆盖区域内的任何一个位置都可以接入网络。并且无线局域网，可移动。接到无线局域网的用户可以移动且能同时与网络保持连接
2.便捷无线局域网可以免去或最大程度地减少网络布线的工作量，一般只要安装一个或多个接入点设备，就可建立覆盖整个区域的局域网络
3.进行网络规划和调整对于有线网络来说，办公地点或网络拓扑的改变通常意味着重新建网。重新布线是一个昂贵、费时、浪费和琐碎的过程，无线局域网可以避免或减少以上情况的发生
4.定位容易有线网络一旦出现物理故障，尤其是由于线路连接不良而造成的网络中断，往往很难查明，而且检修线路需要付出很大的代价。无线网络则很容易定位故障，只需更换故障设备即可恢复网络连接
5.扩展无线局域网有多种配置方式，可以很快从只有几个用户的小型局域网扩展到上千用户的大型网络，并且能够提供节点间"漫游"等有线网络无法实现的特性
6.降低网络的管理维护成本
有线网络扩容升级时，尽管电缆本身并不贵，可是技术人员设计和实施布线的成本不可低估，所以对用户，进行简单的，无线网络管理维护，是必要且实用的
方案介绍
系统拓扑
如图4-4所示，每台?AP?设备都具备完全的射频控制，终端接入，认证，加密，权限控制，二层漫游，Qos?等等特性，每个?AP?都可以独立工作，以支撑本区域的无线覆盖；所有的无线?AP?均按设计好的预规划，单独的配置安全策略和访问控制；通过网络中心的网管软件对所有?AP?进行统一的管理和监控。各个楼层整体无线设备布置网络拓扑图如：楼层无线设备布置网络拓扑图
致谢
首先，我要向我的导师冯相忠老师表示衷心的感谢和敬意！在我写论文期间，冯老师给我的论文很多帮助和指导，使我在理论知识，实际操作上受益匪浅。在本课题研究中，自己的各项能力大大的提高了。
同时，我要感谢参加实习的工作单位，在那里，我通过对局域网的建设，了解了很多这方面的知识，并且有很多实际操作的机会。
最后，向所有帮助和关心我的老师和同学表示衷心的感谢！
参考文献
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[7]Intille，5.5.，“Designingahomeofthefuture”，IEEEpervasiveComputing，Volumel
Issue，APril一June2002，Page(s):76一82
[8]张红艳.智能小区计算机网络系统设计.山西电子技术.2002(2)
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[10]王群李馥娟叶清扬无线局域网[M]北京:人民邮电出版社2001
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11期18卷，P23一27。
东海科学技术学院机电系本科生毕业论文
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图4-4基于无线网络的局域网网络拓扑图
无线AP
无线AP
网络管理服务器
视频服务器
WEB服务器
无线AP
无线AP
以太网交换机
100Mbps
以太网交换机
100Mbps
以太网交换机
10Mbps
防火墙/VPN
图4-3基于ATM交换机的局域网网络结构图
防火墙/VPN
堆叠式集线器
令牌式集线器
堆叠式集线器
以太网交换机
以太网交换机
155Mbps
155Mbps
ATM主干网
155Mbps
网络管理服务器
视频服务器
WEB服务器
FTP服务器
图4-2基于FDDI的局域网网络结构图
网络管理服务器
视频服务器
WEB服务器
集线器
10Mbps
集线器
10Mbps
以太网交换机
100Mbps
以太网交换机
100Mbps
以太网交换机
10Mbps
防火墙/VPN
以太网交换机
10Mbps
集线器
10Mbps
集线器
10Mbps
以太网交换机
10Mbps
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