楼宇自动化系统

办公自动化系统

通信自动化系统

智能建筑楼宇管理系统基本概念与发展方向

发展HFC宽带用户接入网实现三网合一

集成化安保管理系统方案设计探讨

HFC网络及其线缆调制解调技术

利用HFC网络进行多功能开发

基于HFC的宽带交互数据网

谈杭州新金都城市花园有线电视网络及VOD视频点播系统的实施体会

通过有线电视综合信息网的智能住宅小区的建设

上海21世纪居住小区智能化问题的探索

谈杭州新金都城市花园有线电视网络
及VOD视频点播系统的实施体会

1　概述

杭州新金都城市花园作为浙江省内第一家即将开通的，真正意义上的智能小区。笔者作为其总体规划及建设负责人，在这里向大家介绍其具体实施情况及体会。该小区通过有线电视网实现Internet浏览、小区联网及VOD视频点播等业务。利用社区双向有线电视网络组建小区局域网及VOD视频点播系统与传统PDS综合布线系统相比,具有网络投资低,系统先进性高,有利于最终实现三网(图象,数据,语音)合一及提供增值服务多等优点,是切实符合小区实际需求和有利与房开商合理投资的社区智能化网络方案.

笔者所在的杭州侨新公司通过与国际知名厂商及杭州电信的合作,经过长期的研究和开发，现已在有线电视网络接入技术和系统集成方面取得相当成果，推出许多商用化的成功案例和成熟产品。目前正致力于推广三网合一的系统集成方案，并且与杭州电信一起合作推广VOD视频点播业务。从而成为目前省内唯一能够向用户提供在有线电视网上同时实现三网合一、VOD视频点播、安防抄表等综合业务的专业系统集成公司。

同时，侨新公司利用自身在企业集成网络开发上的丰富经验,开发出一整套应用于小区物业管理、安防监控及社区服务的一体化集成软件—JOINHOME智能住宅小区管理软件。帮助小区物业管理部门提高现代化管理水平，并向小区住户提供更多更好的增值服务,从而提高住宅小区的整体档次和智能化水，符合未来信息科技发展的需要。

本次的技术说明书是根据目前住宅小区的功能需求和所提供的网络资源，参考了目前现有产品技术特点，以及宽带信息服务系统技术的发展趋势而制定的。

2　系统原理

所谓智能有线电视网络，是指通过在传统的传送模拟电视信号的有线电视网上，利用有线电视网络的空闲带宽传输数据、语音、图象等信号，实现INTERNET 浏览、社区联网、VOD视频点播、安防和电话等增值服务的网络。由于智能社区有线电视网是由光纤（到达社区的主干线）和同轴电缆（到达用户端的射频电缆）混合而成，所以国际上通常将其称之为HFC（Hybrid Fiber Coax）混合式光纤同轴电缆网，简称HFC网。

智能有线电视网络是通过对原有有线电视网络的改造来实现,如何实现网络改造的关键在于建立双向传输有线电视网.传统的有线电视网路是一种广播型的网路;一个头端对应上千上万个电视,一点对多点的架构.电视讯号传送的方向是单向的:讯号从头端传向电视,而没有讯号从电视传向头端，而且传送的传统电视信号为不经压缩的模拟信号.这种单向、模拟讯号、广播型的网路不适合数字讯号、双向的数字网路和高数目的点播图象信号的传送.那么如何在传送模拟讯号、单方向、广播型的有线电视网上同时传送双向的数字讯号以及多路点播图象信号,而且不影响现有的电视节目呢?

2.1频道的划分

首先来看同轴电缆的容量,其有效频谱可达1GHZ.不过一般只用到750MHZ,因为在往上去,讯号衰减很厉害,所需的仪器设备就变的非常昂贵.连接到家里的有线电视,只用到50MHZ-450MHZ的频宽.至于剩下450MHZ的频宽,就是可以发挥的空间.所以,只要频道不同,讯号两者之间是互相独立的.在不能影响现有的电视节目现有节目条件下,只要不碰50MHZ-450MHZ的频宽,而用50MHZ以下和450MHZ以上的频宽,就可以实现与现有节目的共存。通过切割某些频宽给一个方向,另外一些频宽给反方向可以解决双向的问题.由于在INTERNET网上,下行的资料量(从网路到自己的PC)远大于上行的资料量(从自己的PC到网路),所以5MHZ-50MHZ的频宽分给上行频道之用,450MHZ以上的频宽用做下行频道.下表表示了在本方案中，有线电视网上频带的利用情况：

2.2单向变双向

传送有线电视节目的同轴电缆本身在传送讯号上是没有方向的,只不过网路上的放大器传送处理信号是有方向的.要克服双向的问题,则所有的放大器必须双向.双向放大器内有两个组件:一个放大50MHZ-750MHZ的讯号,传输方向是下行;另一组件放大5MHZ-50MHZ的讯号,传输方向为上行,如此解决单向变双向的问题.

2.3模拟变数字

现有有线电视网传输的是模拟讯号,而数字讯号是不能和模拟讯号在同一电缆混合,否则将无法分辨.数字讯号必须转成某一频道的模拟信号,跟一般模拟电视讯号一样,通过有线电视网路传到接受端,通过滤波器取出此模拟讯号,再转换成原来的数字讯号.这种转换是通过一种叫做QAM的技术调制与解调来达成.其基本原理是利用模拟讯号的振幅和相位来表示一串数字,当接受端收到此模拟讯号时,可以通过判断模拟讯号的振幅大小和相位差来推断其所代表的数字讯号.在一个6MHZ的频道内,用64-QAM的方式(64种振幅和相位差),可以传送30Mbps除去干扰和误差,真正可用的达到27Mbps的速率.下面我们将介绍的有线电视调制解调器(Cable Modem)和VOD视频点播机顶盒就是利用该原理制成.

2.4点播图象信号的压缩

由于VOD系统采用QPSK数字调制技术，在一个传统的模拟频道上可以传输六个1.5M的码流，其中5个视频流，一个数据流，也就是说，传统的模拟图象信号压缩被成1.5M的数据码流后再在有线电视网上传送，从而提高频道资源的利用率，作到多路点播视频信号的同时传送，一般最多可以达到两百路。

3　系统主要功能

系统主要包括两个部分，CABLE MODEM系统和VOD系统，主要实现功能如下：

3.1CABLE MODEM 系统主要功能：

实现组建社区局域网，使得社区住户之间可以通过该局域网免费实现信息传递、资源共享、电子邮件以及网上游戏等服务。

通过局域网直接接入电信交换机，实现住户接入INTERNET国际互联网。享受INTERNET上的各种服务功能（INTERNET功能在此不详述）。由于主机直接接入电信交换机，接入速度是传统拨号上网的几百倍，而收费却可以省去近一半，只交信息流量包月费用，不交电话费。

3.2VOD系统主要功能：

个人视频点播。该方式下多人可以在不同时间看个人点播的不同影片或相同影片，该方式下的片源为电信所能提供的所有影片。该方式占用资源最多。此时，点播一部影片需交纳几元钱。

视频轮播。多人在不同的时间段点播较少的片源，一般是推荐的几部影片。但只能在几个相同的时间观看，如八点、八点半。申请轮播的住户每月只需交纳数十元钱。

丰富的个人点播对话界面，可以使用户事先了解点播影片的故事情节。

免费的股票信息与公共信息查询（天气、交通等）。

广告播放

今后电信将逐步开放在VOD的平台上进行远程购物、远程教学及信息浏览的应用。

3.3其它系统应用

利用有线电视网的空闲频带可以传送室内安防信号，完成在一个网上实现安防监控的目的。

利用有线电视网的空闲频带可以传送自动远程抄表信号的传送，达到远程抄表的目的。

利用有线电视网的空闲频带可以传送家居设备控制信号的传送，达到远程控制家庭电器、实现家庭自动化的目的。

3.4系统结构与接入方案

HFC系统通过双向有线电视网络和电信的光纤为用户提供高速非对称的数据通信业务和视频点播业务。它包括用户端的多个线缆数字调制解调器(Cable Modem)、VOD视频点播机顶盒、光端设备以及一个居于网络前端（设在就近的电信局内）的光端设备、线缆调制解调器（CABLE MODEM）局端设备和VOD的局端设备，在小区房开商同时上CABLE MODEM及VOD系统时，线缆调制解调器（CABLE MODEM）局端设备和VOD的局端设备由电信提供，房开商无须承担相应费用。其连接的不对称性为诸如网络浏览、Internet文件传送等在一个方向要求高速通信，而在相反方向只需较低速率的传送业务提供了理想的手段。

系统所用的线缆数字调制解调器(Cable Modem)极其局端设备与国际上的MCNS标准完全兼容。在上行和下行分别采用QPSK （正交相移键控）和64QAM（64级正交幅度调制）调制，分别提供2.56Mbps和30Mbps的数据传送速率。在前端，该系统与行业标准的路由器连接能够使用户的计算机接入本地服务器、广域网以及Internet。

系统所用的VOD视频点播机顶盒利用QPSK调制技术传送和MPEG压缩方法传送视频信号，同时利用双向有线电视网反向传送点播信号。该点播系统可以在电视上提供友好的人机对话界面，便于住户选择点播。VOD系统除提供个人视频点播和轮播外，还提供股票等信息查询。

系统接入原理图

如图，小区内部通过双向有线电视网、住户端的CABLE MODEM以及就近电信机房的CABLE MODEM 局端设备组成局域网。局端设备负责将以太网信号转换成MPEG数据流通过双向有线电视网传送至用户端的CABLE MODEM ，CABLE MODEM再将该信号还原成以太网信号传至用户PC。当全部使用时，局端设备可向线缆调制解调器提供30Mbps的下行数据通道和2.56MBPS*5的上行数据通道。最小配置的局端设备能够支持大约2500个线缆调制解调器。整个系统扩容性非常好，增加用户时十分方便。

如图，本地的WEB工作站、计费工作站通过CABLE MODEM接入本地双向有线电视网，然后通过光纤接入到电信机房的局端设备中，局端设备与电信网管中心的交换型集线器（SWICH HUB）相连，然后直接接到本地163机房的交换机上（3*10MBPS的接入速率），这样做就消除了传统局域网通过数据专线接入时，专线速率（64KBPS-2MBPS）会造成数据瓶颈的现象，大大加快了小区住户入网的速度。在电信机房设置CABLE MODEM 网管工作站，在该工作站上安装网管软件，它负责管理Cable Modem的修正和给Cable Modem分配时隙。

目前大多数智能小区都有组建小区网站的需求，但这样做，一是小区开发商投入大，一般需要配置诸如代理服务器、EMAIL服务器、计费服务器等多台服务器以及众多的正版软件；二是建成后的维护费用高、难度大，服务器需要水平较高的专业技术人员来维护，日常保养及日后升级费用都较高。为此，我们的方案在小区不设服务器，而是租用电信的虚拟服务器的一定空间（如图），这样做每年的租用费用远低于请专人进行维护的费用，而且小区开发商无须为日常硬件软件维护及正版软件的投入而花费大量的人力物力。从而在保证小区网站建设的基本需求的前提下，最大程度的降低开发商的投入和承担的风险。此时，小区只需要设置一台WEB工作站（而不是原来的三台服务器），定期将小区的网站数据上载到电信机房的虚拟服务器上就可以了。

如上文所述，由电信承担CABLE MODEM 局端设备相应费用的前提是小区必须同时上VOD视频点播系统。此时，电信采用光纤直接接入INTENET方式，否则电信只提供专线接入方式，而且需由房开商承担所有设备费用。

从图中可以看到，电信的VOD信号与CABLE MODEM信号混合后通过两根光纤（一收一发）送至小区中心，然后与有线电视、卫星电视等信号混合后一起传至每一个住户。小区住户通过购置的VOD机顶盒就可以点播自己喜爱的碟片了。在小区的网管中心设置了一台VOD计费工作站，它的任务是接收来至电信机房的VOD计费数据，然后通过换算向小区住户收取VOD点播的费用，这样做可以使物业管理部门获取一定的VOD使用费用差价，从而实现相关物业管理部门的盈利，注意此时小区管理部门需办妥相应的物价审核手续（详件后文的各阶段费用投入）。

4　系统施工方案介绍

4.1 设计原则

小区有线电视网络的拓扑结构和传统的有线电视网相同，为了避免上行“漏斗效应”，一般要求一个光接点下的用户数目不超过500个，当小区用户在500至1000户时，可以将小区分为2个布线区域以减少上行噪声积累。布线时尽可能采用星型拓扑已提高系统的抗破坏性。

为减少线缆损耗，干线电缆一般采用高屏蔽的铝管电缆，用户电缆则采用四屏蔽75-5的同轴电缆。

干线电缆放大器和楼栋放大器必须采用双向放大器，该放大器的反向放大器必须采用模块化设计（优先考虑进口放大设备）。

所有的分支、分配器以及用户端的用户终端盒均应采用高屏蔽的，以减少系统损耗。

4.2 楼内布线方案

1）原则上采用星型结构。

2）如采用室内穿管方式而且竖管在公共部位，为减少管子数量和管道直径可以采用树、星混合型结构，如下图。

3）如进一步简化同一住户内的用户合可以串接，该方式一般不建议采纳。

5　系统与其它方案比较

从上文可以看到，本系统的接入速度是传统电话线拨号上网所无法比拟的，而且其线路质量（光纤专线）和访问速度（直接接入电信163机房交换机）也超过了通过ISDN上网的效果。所以下文主要是将它与目前比较热门的PDS综合布线系统相比较。

5.1性能的比较

首先，我们来比较两者的性能。就局域网性能而言，目前实用的PDS系统的速度可以达到双向100MBPS，而有线电视网的速度为下行30MBPS、上行2.56*5MBPS，这个指标PDS要比有线电视网高，但是小区住户通常并不会象企业或是智能大楼的用户一样那么注重局域网的速度，因为目前为止，没有哪个小区的局域网会比INTERNET广域网更吸引住户，住户最在乎的还是访问INTERNET广域网的速度。那么，两者接入互联网的性能相比如何呢?

目前的PDS综合布线系统均是通过向电信部门申请专线来实现互联网接入的，目前电信部门开放的DDN数据网专线可以提供从64KBPS到2MBPS的接入速度。因此，此时PDS系统内部100MBPS的速度由于其出口最多只有2MBPS，而根本无法发挥。试想如果几百个住户同时通过PDS系统上网，共享最多2MBPS的速度并不比高速MODEM好多少，而且此时，住户（或房开商）承担的专线月租及信息使用费用会很昂贵，已经超过了通过电话线上网的费用。

我们推荐的方案又称为HFC（光纤、同轴电缆混合）接入方案，上文已说明，系统在小区内是通过双向有线电视网（同轴电缆网）组网，小区接入互联网则是直接通过电信的光纤接到电信机房的CABLE MODEM局端设备上，然后直接接入电信163机房的交换机上，住户上网就象是在电信机房里上网一样，此时如果住户访问的是电信自己的网站，那就跟访问住户自己家里的电脑一样的高速写意，如果住户访问的是国际互联网上的信息（163网），相信该方式也是目前国内电信部门所能提供的最快的接入方法了。

目前国际上许多著名网络设备公司，如CISCO、HAYES、MOTOROLA、GENERAL INSTRUMENT、COM21、PHASECOM等公司已经组成MCNS（多媒体有线网络）联盟，并推出DOCSIS（电缆数据服务接口标准），以促进HFC高速数据服务的实施。目前该联盟的标准已提交ITU-T审核，即将成为ITU-U的标准建议。据COM21市场副总裁BUCK GEE 表示“在今后的五年内，电缆调制解调器CABLE MODEM将成为家居用户和小型企业市场中占主流地位的高速INTERNET接入方案。”最近的几项调查，包括DATAQUEST和YANKEE GROUP与98年底公布的预测数据，表示电缆调制解调器（CABLE MODEM）用户数量在1999年将超过一百万，而截止2000年底，将会突破二百万。

因此，我们相信，有线电视网是最有发展前途的高速接入网络。在有线电视网上可以方便的实现诸如视频点播、安防监控、三表抄录、交互式电视、电视购物、远程医疗等增值服务。目前，在双向有线电视上开展视频点播、安防监控、三表抄录等业务都已成熟，而在PDS系统中实现相同功能则费用昂贵，图象点播的效果更是比不上有线电视网。所以，从一定意义上说，PDS是为了克服传统布线系统杂、乱、散、费等缺陷而脱颖而出的，但随着“三网合一”统一了智能建筑（小区）内部的线缆，其优越性将不再鲜明，若不能针对这一技术大趋势继续发展，则难免被淘汰。

5.2价格的比较

有线电视网同PDS 系统相比，不仅在性能上不处于劣势，而且其价格要比PDS系统便宜的多，这也是有线电视网最大的优势。我们认为，对于小区的开发商而言，最需要的是一套实用的、既能满足住户高速上网的需求、又能节约投入、而且在今后的维护实用过程中无须花费太多的人力物力、最好还能有所收益的系统，智能有线电视网的正是这样的系统。

它和PDS综合布线系统相比，由于它利用本来就有的有线电视网进行改造，无须投入资金额外增加一套布线系统，尤其是小区内大量的光纤费用，所以在网络布线费用上，有线电视网要比PDS系统便宜近一半的费用。 　

二是网络设备费用，由于智能有线电视网的主要局端设备由电信承担，服务器也是用电信的虚拟服务器，此时即使包括VOD系统的视频流的费用（见后文说明），组建智能有线电视网的设备费用还是要比组建传统PDS系统的设备费用节省近一半左右，而且还增加了VOD视频点播系统。

有线电视网络的运行维护成本也比PDS系统低，因为有线电视网络的维护可由有线电视台直接管理，不象PDS系统需要物业管理部门派经过培训的专人维护；而主要网络设备（虚拟服务器）和局端设备更无须物业部门操心。由我公司和电信部门负责维护，因此小区日常的维护开支几乎为零。

此时，房开商在减少投入的前提下，增加楼盘的卖点。而且通过增加计费工作站，物业管理部门可以向住户收取VOD的点播费用差价，从而获取一定的利益。

目前的CABLE MODEM的价格较贵，但是，和大多数计算机类产品一样将会随着计算机类产品价格的下调而下降。现在核心芯片的价格已经在下降，预计再过两年会降到高档MODEM的价格。而且，由于通过该系统，上网速度快费用低（后文会提到）相信真正爱上网的、且能买的起房子的住户也不会在乎接入设备的价格。

所以，我们认为社区智能有线电视网是目前条件下最符合房开商利益和社区上网实际需要的解决方案。

6　系统实施步骤

小区的开发商若要建立智能有线电视网（主要指通过有线电视网实现接入广域网和组建小区局域网）和VOD视频点播系统，可以按照以下步骤进行：

1）与专业公司签署《智能有线电视网络工程承包合同》，费用视具体情况而定（不包括CABLE MODEM和VOD机顶盒的费用）。此合同包括组建小区局域网、接入互联网和开通VOD视频点播系统的设备费用、软件费用、工程费用（具体见下文系统器件清单）和双向有线电视网的改造费用（只是建立双向网增加的费用，既布线费用）。具体如下：

布线费用。小区房开商与有线电视台原有的单向有线电视网工程承包合同不变，既一般每户一定的开户费。与专业公司签署双向有线电视网改造合同，该费用既为工程布线费用，包括增加反向放大器和改用四屏蔽同轴电缆及高屏蔽终端盒的费用。由专业公司负责对其双向网改造的技术监督。

接入互联网和开通VOD视频点播的光端机、计费及WEB工作站（采用工业控制计算机）、打印机、相关应用软件费用及工程安装调试费用。另外CABLE MODEM接入设备和VOD机顶盒可以由住户购买。

2）由专业公司在系统开通前一个月代办小区局域网入网事宜和VOD接入事宜。此阶段房开商需一次性向电信交纳VOD 接入占用资源费用，

3）在系统开通住户入住后，小区物业管理部门可以适当收取VOD开户费。费用标准可以由小区物业管理部门制定以弥补小区固定资产的投入。此时，住户还需向专业公司购买CABLE MODEM和VOD机顶盒。此时可以由我公司代办入网及开通VOD视频点播的相关手续，住户可以参照电信标准向我公司交纳INTERNET接入的开户费，当然，小区物业管理部门可以收取一定的差价。对于所有费用收取，小区管理部门应办理好相应的物价审核手续，专业公司应予以配合。

4）系统运行阶段，小区承担的局域网的运行维护费用主要是电信虚拟服务器的租用费用，对于一般要求的小区网站需求，网站内容以表格及文本为主，我们建议向电信申请10M的数据空间，该空间的年租费为3500元。如果小区网站要求较高（有较多的图象文件），则可以申请20M的数据空间，此时的年租费为6000元。该年租费物业管理部门可以已物业管理费名义向住户收取，可以适当增加已作为网络维护人员的工资，例如物业管理部门向住户收取每月10元，400个入网住户一年上缴48000元，除去3400元的年租费，剩下的可以用于一个网络维护人员的工资以及系统硬件损耗、电费等支出。

5）系统运行阶段，由于小区安装VOD计费工作站和计费软件。小区管理部门可以向住户收取VOD的服务费用差价。目前电信给小区物业管理部门的VOD服务费用为3元每部，而小区物业管理部门可以向住户收取每部4元的服务费（每月电信只向小区收取整个小区的服务费用），如果每月400个住户每户点了10部，那么一年小区收取差价为400*10*1*12=48000元，该费用可以作为物业管理部门的盈利或是作为开发商设备投入的回收。注意该费用的收取，小区管理部门应办理好相应的物价审核手续。

6）系统运行阶段，住户承担的费用包括VOD的点播费用和上网的费用，前者如上文所述，可以按照每部4元收取。上网的费用参照目前电信制定的包月制信息收费，不收取电话费用，和传统的拨号上网（电话线、ISDN）相比，相对费用省了一半，而效果（上网速度）却提高了几百倍。按照一个月上网30小时包月制为100元，本系统在大大提高上网速度的同时还能为住户省去一年30*4*12=1440元，如果考虑相同数据量，则省去的费用可以已万计。因此，对于真正有上网需求的住户来说，本系统可以为他们省去大量的费用。所以，我们认为用该费用去买CABLE MODEM 是值得的。

7）系统的维护由专业公司负责，专业公司提供全系统一年免费保修，终生维护。一年后专业公司只收取硬件的维护工本费用。系统软件享受专业公司的免费升级。

7　系统增值方案

如上文所述，通过有线电视网可以向开发商提供其它增值服务，如室内安防监控和三表自动抄录。其原理都是利用双向有线电视网的空闲频带，传输上述系统的控制信号和相关数据。用户端安装带各种安防传感器接口和智能仪表接口的调制解调器，中心则安装相应的调制解调器和处理终端及软件。目前一套用户端调制解调器可以接入六个防区的安防报警探测器和三个智能仪表（如脉冲式的水、电、煤表）。安防探测器中，红外探测器、烟雾探测器等的价格约为300元，门磁开关和紧急按纽的价格约为50-100元。而智能仪表的价格约为500-700元。

开发商可以根据实际需要决定是否要增加上述系统。上述功能也可以通过其它途径实现，安防系统可以通过电话线组网，三表抄录系统可以通过数据总线组网，具体方案可以参照本公司的其它技术说明书。