现代以太网技术与智能建筑

摘要：本文总结了现代以太网技术特征，并与传统以太网技术比较。 内容着重论述与智能建筑的关系，提出了自己的观点。 1 概述 以太网发展至今已有20余年历程，作为局域网 组网的主要技术，一直长久不衰。在这期间，令牌环、令牌总线、FDDI、ATM等技术分别在不同的阶段冲击着以太网在局域网领域的盟主地位。但是以太网以其简单、价廉、高带宽、维护方便以及不断发展的特点牢牢地占领着局域网领域，并向着接入网和城域网领域发展。自从以太网技术由共享发展到交换后，星型结构、交换与高带宽三大因素形成了与传统以太网大不相同的现代以太网技术。 进入21世纪以来，IT界已经不再寻找替代以太网的技术，转而寻找增强以太网的功能和将它扩展到新领域的途径。现代以太网组网功能已经大大地超越了基本的以太网功能。 TCP／IP与以太网是开放性的强强组合，逐步渗透到建筑智能化领域的各个方面，给予智能建筑强大的生命力。在智能建筑领域，TCP／IP以太网不仅作为信息服务／管理／监控的网络平台，而且越来越成为视频／语音等应用的支撑平台。 可以认为，随着安防数字化进程的加速，目前市场上直接采用标准双绞线和专用以太网来构成某些安防子系统的产品已经出现。这样一来，出现基于以太网的多个子系统融合的、结构优化的、可靠的、—体化的安防系统已经不是一种方向性的讨论了。 在某些智能建筑的机电设备监控系统中，现场控制网络采用工业控制以太网已不是个别的案例了。 2 现代以太网技术特征 传统以太网（DIX）的核心思想是在共享的公共传输媒体上以半双工传输模式丁作，网络的站点在同一时刻要么发送数据，要么接收数据，而不能同时发送和接收。导致十双工传输模式工作的主要原因在于公共传输媒体上站点发送帧的碰撞。这种帧碰撞效应不仪限制了站点的传输带宽；而且还构成了束缚传输范围的碰撞域，大大影响了传输媒体（特别是光纤）的传输距离。随着以太网络技术的发展，交换型和全双丁以太网的出现，从而克服了传统以太网的共享公共传输媒体和半双工传输的弱点，实现了站点独占传输媒体并同时收发数据。 近20年来，随着网络技术及其应用的急剧发展，以太网技术及其标准不断更新和扩展。目前的以太网不仅在物理层（包括拓扑结构、传输率和传输媒体），而且在数据链路层上与原来的传统以太网DIX标准有了很大的变化。 随着以太网的发展及其标准的建立，到目前为止，以太网标准系列已扩展成20余个，其中几个主要标准由表1所示。 现代以太网技术特征主要包括以下几方面。 （1）高带宽；数据传输率从10Mbps经过100Mbps快速以太网和1Gbps千兆位以太网的发展， 日前10Gbps万兆位以太网已经开始应用在局域网的主干网上。特别在智能园区，包括大型校园、于业同区、开发区以及特大型的住宅区中．在局域网的主干网上选用万兆位以太网的案例已不是个别的。至于100Mbps和1Gbps以太网已经广泛地应用在智能建筑的局域网中。 （2）全光缆媒体的使用：在以太网发展的初期，传输媒体采用铜轴电缆，构成公共总线结构。当10baseT／F出现后，构成了星型结构的以太网，采用了双绞线和光缆作为传输媒体， 以后发展的100base和1000base均是如此。当10000base出现后，构成了全光缆以太网，在万兆位以太网上不再使用双绞线或其他铜缆。 （3）总线型—星型—环路结构：以太网从共享型发展到交换型，其拓扑结构从总线型发展到屋型。屋型结构的可靠性、可实施性、可维护性均优于总线结构，星型结构义推动了综合布线技术的发展。目前以太网已经可以构成环路结构，特别用于光纤主干回路，进一步提高了光纤主干回路数据传输的可靠性。 （4）单链路—聚合链路：交换机之间链路连接从单链路发展到目前的聚合链路。特别在光纤主干回路上，聚合链路一般可达8路，既大大扩展了链路带宽（平滑连续地扩展），又提高了链路连接的可靠性。 （5）交换技术的发展历程： ①共享—交换—全双工交换—时分复用全双工交换：从以太网第2层（L2）交换技术的发展和演变的历程来分析，目前已经出现了时分复用全双工交换技术。当以太网技术自共享演变到交换后，在半双工的传输媒体上仍旧会出现传输数据的碰撞现象。直到出现了全双工交换技术，此时的以太网技术完全摆脱了传统以太网CSMA／CD的约束，在全双工交换的以太网上再也不会发生传输数据的碰撞。在万兆位以太网上只支持了全双工交换。 在全双工交换的基础上，当每个站点所发送的定长帧按固定的时隙在媒体上传输时，这就发展成时分复用全双工交换技术，这种技术使以太网具有良好的实时性，高质量地传输语音和视频信号。 ②L2交换-L3交换-L4交换以及高层交换：对于以太网交换机，从面向帧交换的L2交换机发展到面向IP分组的L3交换机，继而又出现了面向数据流的14交换机，L4交换技术与网站上主服务器结合起来，可以获得访问主服务器的高速缓冲效应。目前市场上还出现了面向应用的高层交换技术。 （6）CoS／QoS服务： 目前绝大部分以太网交换机均支持1EEE802．1p，实现服务分类COS，把以太网上的传输的信息帧分成8级，需要实时处理的语音和视频信息帧安排在最高两级优先权。当以太网上要处理这些具有实时需求的帧时，为了保证服务质量QoS，在交换机上就要采用如带宽资源预留、时分复用、支持实时传输协议RTP等必要的技术措施。CoS／QoS服务确保以太网能够很好地实现多媒体信息的传输。 （7）虚拟局域网：目前以太网交换机均支持虚拟局域网IEEE802．1Q／p标准。在——个交换型的物理以太网上可以构成几十个，几百个乃至上千个逻辑上相互隔离的虚拟以太网。这种技术对建筑智能化系统的结构优化是很有用的。如果智能建筑子系统绝大部分是基于以太网，那么利用虚拟局域网技术后， 目前建筑智能化系统繁杂的结构一定会有所改观。 （8）以太网技术逐步渗入电信网领域：目前在接入网、城域网上已经使用了以太网技术，在一些新颖的中、小城市城域网上已经配置了高档的支持波分复用的L3光纤路由交换机构成城域主干网。在万兆位以太网标准IEEE802．3ae中已经支持了广域组网。以太网技术从局域网逐步进入接入网、城域网、乃至广域网领域是一个不可阻挡的趋势。 （9）无线局域网：近几年来，无线局域网的发展迅速，无线局域网又称无线以太网，在智能建筑中目前使用得越来越广泛，它作为以太网的补允汁用户在数十米范围内移动访问网络。无线局域网的传输速率日前的产品已达54Mbps，可以支持视频信息的传输。 （10）工控以太网：当前的以太网不仅满足信息领域的需求，而且可以实现工业控制，国内外市场—亡已有成熟的工控以太网交换机产品。在智能建筑领域中，使用以太网成功实现BAS已经不是个别的案例了。 （11）IEEE802．3af标准：该标准主要内容简述为：在RJ-45插头座连接的四对双绞线上，两对分别用于收、发信息；一对用于电源（正）；一对用于电源（负）。此标准为那些不需要自配电源的小型数宁化设备连接以太网提供了依据标准，推动了智能建筑数字化进程。标准公布后，在市场出现了更加小型灵巧的以太网设备，如无线局域网的接人点、网络摄像机、控制用的采集器和执行器等。 （12）IEEE802．3ah标准：该标准所包括的主要内容为以太网无源光网EPON。基于100M／1Gbps光纤以太网、时分复用全双工交换以太网、无源光分配器等技术的EPON，可以在以太网上实现了信息、语音、视象以及监控等多种信息的融合。EPON既可以用于接入网，又能用作智能建筑的驻地网，是智能建筑实现多网融合、高度集成、结构优化／简化的一种前瞻性技术。