由于建筑智能化系统（又称弱电系统）涉及的技术和产品非常庞杂，在大型项目设计和工程实施中时常遇到协议种类多、互通性差、带宽不足、布线复杂等问题。近几年各智能化系统厂商陆续推出了基于TCP/IP架构的产品和解决方案，由于TCP/IP网络在带宽、协议开放及标准化等方面有着突出优势，已经逐渐发展成为行业应用主流趋势，这使建筑智能化系统IP网络融合承载成为可能。

文/郑敏

为了更深入的研究一套物理IP网络如何稳定、可靠、安全的融合承载多套建筑智能化系统，并进一步提高弱电承载网的投资利用率，降低能耗，降低管理及运维成本，H3C与清华同方启动了建筑智能化系统IP网络融合解决方案最佳实践合作项目，并联合业内多家知名弱电厂商参与了本次合作*。清华同方、H3C及各厂商的技术专家经过近两年的协同工作，通过技术研讨、需求分析、流量采集、实验验证等多种形式的工作，共同分析及验证如何对多个IP化的建筑智能化子系统进行有效的IP网络融合承载，并保障各子系统业务稳定、可靠、安全的运行。

由于建设需求多样、建筑智能化系统和协议种类繁多、各系统对网络的要求各异，本合作项目选定了一个典型场景为应用模型并在此基础上进行了分析和验证。以下将从典型应用场景、业务特点、网络方案、测试情况等方面对本次建筑智能化系统IP网络融合最佳实践*的情况进行介绍。为了充分考察验证本次最佳实践的融合承载方案是否能满足典型应用场景中各弱电子系统对于网络传输的要求，网络设备是否能承载各弱电子系统并发产生的流量冲击，在测试验证阶段采用实际系统引入流量、测试仪器按典型应用场景1：1比例产生模拟业务流量等多种手段相结合的方式，并在H3C鉴定测试中心搭建了高度仿真的测试模型，从可靠性、安全性、服务质量保障、承载性能等多方面进行了测试验证，通过对广播播音、门禁报警、视频调用等常用业务进行操作及对各子系统网络运行指标进行观察，各种业务场景运行完全正常，并根据各网络设备对弱电系统流量的承载能力科学的指导了交换机的资源选型及配置，有效验证了建筑智能化系统IP网络融合最佳实践解决方案在融合承载能力、可靠性、网络安全、服务质量保障策略等方面的设计切实有效。

一、 典型应用场景说明

1. 应用场景及主要建筑智能化系统

此应用场景为一个建筑面积69,343平米，地上35层，地下2层的单体建筑。根据目前建筑智能化系统的IP化程度及业务应用特点，本次选择了五个建筑智能化子系统（公共广播与背景音乐、门禁、楼宇自控、视频监控、多媒体信息发布）进行IP网络融合承载，

2. 各建筑智能化子系统点位规模

该建筑内每个楼层为一个消防分区，每楼层设置一路公共广播，部分楼层设有广播分控服务器可自行广播播音。

门禁系统共部署了224个单/双门门禁控制器。

楼控系统共有2000多监控点，主要对送/排风机、空调/采暖、走道照明等机电设备进行监视、控制，全楼使用2台Lonworks路由器实现TCP/IP网络与LonWorks网络的互通。

视频监控系统设置了346个监控摄像头，其中部分为高清摄像头。

多媒体发布系统布有76个多媒体信息接收终端，其中有2个多媒体信息接收终端可用于高清直播。

3. 功能区划分和整体部署

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图1 建筑智能化系统IP网络融合最佳实践整体部署示意图

如图1所示，结合智能建筑设计与工程实施的相关标准及用户的使用需求，对典型应用场景进行了如下功能区划分和整体部署。

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智能化机房设在B1层，门禁/楼控/监控/多媒体信息发布系统服务器、网管服务器、核心交换机均放置在其内，各服务器通过千兆电口直连在核心交换机上；监控中心视频监控解码器、电视墙、监控客户端也放置在智能化机房内，和同少量的门禁/楼控/多媒体信息发布系统工作站连接在智能化机房接入交换机上，智能化机房接入交换机上行双千兆连接到核心交换机；楼控Lonworks路由器放置于智能化机房，直连到核心交换机上。

http://www.h3c.com.cn/res/201112/20/20111220_1307703_01_736169_30008_0.GIF  消控机房

为了便于与消控系统对接，广播系统主控服务器、调音台、寻呼话筒等设备均放置在F1的消控机房内；广播系统主控服务器与消控中心接入交换机连接，消控中心接入交换机上行双千兆与智能化机房的核心交换机相连。

http://www.h3c.com.cn/res/201112/20/20111220_1307703_01_736169_30008_0.GIF  弱电竖井

服务各楼层的广播系统网络适配器、视频监控编码器、门禁控制器一般位于各楼层建筑智能化系统竖井间，通过电口连接到楼层接入交换机，楼层接入交换机通过光纤与核心交换机互联；一体化的门禁控制器也可直接部署在楼层办公区，需要从楼层接入交换机接出网线提供网口；服务各楼层的楼控设备较为特殊，一般放置在强电机房，楼控路由器与各楼层楼控DDC之间通过专用线缆连接，不通过以太网连接。

http://www.h3c.com.cn/res/201112/20/20111220_1307703_01_736169_30008_0.GIF  电梯厅

多媒体信息发布系统可根据用户需求在部分楼层电梯间放置多媒体信息接收终端及显示屏，多媒体信息接收终端需要占用楼层接入交换机的以太网口。

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广播系统根据用户需求在部分楼层还会存在分控服务器及广播寻呼话筒；部分楼层会放置视频监控客户端供领导或管理员调用监控图像，需要占用楼层接入交换机的以太网口。

二、 主要业务分析：

本次最佳实践所涉及的五个建筑智能化子系统的主要业务如表1所示。

表1 建筑智能化系统IP网络融合最佳实践各子系统主要业务

不同的系统、不同的业务对应的流量流向、流量大小、网络要求、业务重要性均不相同，对承载网络的要求也各不相同。例如监控系统会产生对网络冲击较大的实况流、存储流、回放流等数据流量，实况流、回放流需要保障图像的显示效果，对网络的抖动、时延、丢包要求较高，存储流涉及事后查证，因此需要保障尽量不丢包；广播系统流量虽然较小，但由于广播系统承担了消防告警的重任，因此需要始终受到最优先的服务质量保障；门禁系统一般情况下流量较小，但当网络故障恢复或网络检修完成后会将网络中断期间门禁控制器本地存储的流量集中发向服务器，造成较大突发流量，设计时需要为这部分流量预留资源；楼控系统中存在重要的隧道维护报文，是楼控系统数据发送的基础，因此需要重点保障；多媒体信息发布系统的视频直播业务，会产生持续较大的多媒体业务流量，需要预留所需的网络资源，但由于多媒体信息发布系统的业务特点其服务质量保障优先级相对较低。

因此在进行融合承载网络设计前除了要明确建筑规模、各弱电系统规模及功能区部署等信息外，还需要明确各系统存在哪些具体流量，继而深入的分析各业务系统的应用要求和流量特点。

三、 承载网络设计

针对典型应用场景规模、功能区划分、业务流量特点等需求，承载网络采用扁平结构设计，即采取接入层交换机直联核心层的组网方式，取消汇聚层，减少由多层网络设备带来的延迟，组网如图2所示。

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图2 建筑智能化系统IP网络融合最佳实践组网图

由于弱电系统承担了建筑物内安防、温控、火灾报警等多种重要应用，网络是弱电业务承载的基础平台，因此本次最佳实践IP承载网络从可靠性、安全性、服务质量保障、可管理性、可扩展性等多多方面进行了设计。

http://www.h3c.com.cn/res/201112/20/20111220_1307703_01_736169_30008_0.GIF  可靠性设计

核心交换机处理来自楼层接入交换机、智能机房接入交换机、消控中心接入交换机以及各子系统服务器的流量，其需要承受较大流量；楼层交换机和智能化机房接入交换机需要承载较大的监控流量，上行需要考虑带宽及链路冗余需求；消控中心机房连接广播系统的主控服务器，考虑到广播系统的业务重要性，消控中心接入交换机需要考虑高可靠及上行链路冗余的需求。

为了满足上述应用需求，核心层采用2台H3C S7500E交换机IRF堆叠成为一台多主控多业务板卡的核心设备，在不改变网络物理拓扑连接结构的条件下，将网络同一层的多台设备横向整合，从逻辑上简化了网络架构，并为整网提供高可靠冗余核心。由于整合后的IRF系统具备跨设备链路聚合功能，因此可通过更简单的配置即可实现与楼层接入交换机、消控中心接入交换机、智能机房接入交换机之间通过双1000M链路聚合相连，不仅使得接入交换机上行链路实现了冗余备份，还有效的扩充了接入交换机的上行带宽，提高了光纤利用率。

http://www.h3c.com.cn/res/201112/20/20111220_1307703_01_736169_30008_0.GIF  安全性设计：

由于网络融合后各智能化子系统共用一套物理网络，为了保障各系统的业务安全运行，尽可能减小各子系统的相互干扰，将各楼层、各子系统的故障隔离在本地，通过在楼层接入交换机、智能机房接入交换机、消控中心接入交换机上进行合理的VLAN、IP子网划分以实现各智能化子系统业务二层隔离，将广播风暴及非正常报文隔离在本VLAN内，在核心交换机上通过VRF技术实现各子系统业务的三层隔离，按需互通，提升整网业务运行的安全性。

http://www.h3c.com.cn/res/201112/20/20111220_1307703_01_736169_30008_0.GIF  服务质量保障设计：

如前文所述，由于不同的业务流量的重要性及对网络的要求不同，需要考虑当上行聚合链路出现故障及网络出现拥塞时应根据用户需求及系统特点对不同的子系统流量进行区分保障，以重点保障关键业务的不中断。

通过对5个子系统进行深入的业务分析、流量采集等工作，确定出各智能化子系统的IP流量特征，归纳出业务优先级排序，逐步优化出适合的队列调度方法，并通过H3C交换机丰富的流量分类、流量标记及队列调度等QOS能力，完成对各智能化子系统及业务端到端的服务质量保障，如表2所示。

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表2 各智能化子系统重要流量优先级排序

http://www.h3c.com.cn/res/201112/20/20111220_1307703_01_736169_30008_0.GIF  楼层接入交换机节约型设计及扩容资源预留设计

由于部分相邻三层楼或相邻两层楼智能化设备较少，流量较小，在这些楼层选择合并楼层接入交换机的节约型设计（比如原来需要三层各放置一台设备，合并后只需在其中一层放置一台设备），这样可以有效的节省光纤模块、光纤配线架、机柜、光模块、竖井面积等资源的投入。

考虑到未来可能涉及到视频编码器到IP摄像机等设备IP化升级的需求，在节约型设计的同时还需考虑为未来网络扩容预留一定比例的光纤、端口资源。

http://www.h3c.com.cn/res/201112/20/20111220_1307703_01_736169_30008_0.GIF  承载性能设计：

由于监控系统会产生存储流、实况流、点播流，多媒体发布系统会产生直播流等，这些业务流量具有突发流量大、持续时间长、对时延/抖动/丢包要求高等特点，因此在进行网络设备的数量配置时不能仅仅取决于弱电系统对网络端口的数量要求，网络设计时除了通过链路聚合方式增加上行带宽外提升承载能力外，还要参考网络设备的承载性能。根据H3C S75E/S51EI/S36EI系列交换机对弱电系统的综合承载性能，科学的为典型应用场景进行了交换机选析和端口配置，有效的避免了资源浪费或性能不足。

http://www.h3c.com.cn/res/201112/20/20111220_1307703_01_736169_30008_0.GIF  可管理性设计：

通过H3C iMC智能管理中心可实现全网承载IP网络设备的集中管理，有效提高了管理效率和运维成本。

四、 结束语

建筑智能化系统IP网络融合最佳实践解决方案旨在为实现以技术创新促进智能建筑实现资源合理利用，降低功耗排放，节能减排的目标做出努力，方案通过梳理多个智能化子系统的业务需求，统一进行网络规划及设计，有针对性的对各智能化业务进行不同级别的QOS服务质量保障，提高了承载网络的可靠性、安全性和服务质量，改变了以前各弱电子系统分散建网、缺乏整体规划、质量不高的网络状况。IP融合组网可使多系统共享承载物理网络，高效利用交换机端口资源、光纤资源、光模块资源，有效减少设备数量、机架数量和竖井面积，节约建设和运维成本，有效提高投资利用率。