芻議局域通信系統(tǒng)集成設計

梁旗揚

摘要：隨著現(xiàn)代通信技術快速發(fā)展，社會信息化程度不斷深入，全球網(wǎng)絡信息化建設進度正逐漸加快。在建設網(wǎng)絡與信息系統(tǒng)時，首要任務就是進行先進、合理的規(guī)劃設計，其中局域通信設計又因為技術應用高度集成而逐漸成為通信領域研究的核心內(nèi)容。為更快更好的發(fā)展我國局域通信技術，全面提高局域通信系統(tǒng)建設水平與質量，并使其保持健康的發(fā)展態(tài)勢，有必要對其進行持續(xù)深入的探討和研究。本文主要詳細闡述在局域通信系統(tǒng)建設時，如何分配局域網(wǎng)通信系統(tǒng)IP地址并進行網(wǎng)絡規(guī)劃，同時針對開發(fā)設計局域通信系統(tǒng)集成采用的重點技術與實現(xiàn)實時通信進行探討。

關鍵詞：局域通信系統(tǒng);實時通信;集成設計

一、局域網(wǎng)通信系統(tǒng)IP地址的分配與網(wǎng)絡規(guī)劃

目前局域網(wǎng)組網(wǎng)最常用的是千兆以太網(wǎng)技術和虛擬局域網(wǎng)技術。

千兆以太網(wǎng)是建立在以太網(wǎng)標準基礎之上的技術。千兆以太網(wǎng)和大量使用的以太網(wǎng)與快速以太網(wǎng)完全兼容，并利用了原以太網(wǎng)標準所規(guī)定的全部技術規(guī)范，其中包括CSMA/CD協(xié)議、以太網(wǎng)幀、全雙工、流量控制以及IEEE802.3標準中所定義的管理對象。作為以太網(wǎng)的一個組成部分，千兆以太網(wǎng)也支持流量管理技術，它保證在以太網(wǎng)上的服務質量，這些技術包括IEEE 802.1P第二層優(yōu)先級、第三層優(yōu)先級的QoS編碼位、特別服務和資源預留協(xié)議（RSVP）。千兆以太網(wǎng)因為能提供10倍于快速以太網(wǎng)的性能并與現(xiàn)有的10/100 以太網(wǎng)標準兼容，能夠極大地滿足用戶不斷增長的通信流量需求，是局域通信系統(tǒng)規(guī)劃設計時網(wǎng)絡主干的首選，其最大數(shù)據(jù)傳輸率可達到1000Mb/s，常見的傳輸介質為六類雙絞線和光纜。

虛擬局域網(wǎng)（VLAN）是一組邏輯上的設備和用戶，這些設備和用戶并不受物理位置的限制，可以根據(jù)功能、部門及應用等因素將它們組織起來，相互之間的通信就好像在同一個網(wǎng)段中一樣，由此得名虛擬局域網(wǎng)。VLAN是一種相對比較新的技術，工作在OSI參考模型的第2層和第3層，一個VLAN就是一個廣播域，VLAN之間的通信是通過第3層的路由器來完成的。與傳統(tǒng)的局域網(wǎng)技術相比較，VLAN技術更加靈活，主要具有以下優(yōu)點：網(wǎng)絡設備的移動、添加和修改的管理開銷減少;可以控制廣播活動;可以提高網(wǎng)絡的安全性。

（一）IP地址分配與虛擬網(wǎng)絡規(guī)劃

IP地址的劃分必須要考慮安全性和私密性這兩點局域網(wǎng)必備的特征和要求，例如以園區(qū)為單位的內(nèi)部局域網(wǎng)絡不能被外部網(wǎng)絡直接訪問或能夠進行有限制的訪問，應全部采用保留地址，并將其范圍以網(wǎng)絡號為依據(jù)劃分為A、B、C三個區(qū)間段，具體區(qū)間段分別為10.0.0.0-10.255.255.255段、172.16.0.0-172.31.255.255段和 192.168.0.0-192.168.255.255段。由于實際情況復雜，進行劃分時，還要根據(jù)集成設計局域通信系統(tǒng)的具體要求開展地址塊的選取，本文選擇采用C類地址塊。

規(guī)劃虛擬局域網(wǎng)（VLAN），首先要考慮的是園區(qū)建筑所屬類型及主要部門的要求，初期可以將其分為以下四個區(qū)域：管理樓區(qū)、控制樓區(qū)、變電站區(qū)和安全中心區(qū)。初步劃分工作完成后，重點要為各個區(qū)域分配互不沖突的VLAN編號，即VID號。通常情況下，保留VLAN0與VLAN4095，并把1作為默認本證，在此基礎上，該園區(qū)所能供使用的VID號范圍是2到4094，具體局域通信網(wǎng)絡虛擬局域網(wǎng)VID分配如表1所示。

（二）路由策略

針對如何配置網(wǎng)絡路由，有多種方法可實現(xiàn)，例如區(qū)域間和區(qū)域內(nèi)的VLAN路由配置，集中式路由策略以及分布式路由策略。具體來說，分布式路由策略在一定程度上能夠彌補集中式路由策略產(chǎn)生的不足之處，并能夠隔離各區(qū)域內(nèi)與本地的流量，實現(xiàn)低負荷核心層交換機運作，其缺陷由于結合本研究局域通信系統(tǒng)設計的具體需求，暫不討論，本文針對路由配置選擇采取分布式路由策略。由于核心層是實現(xiàn)區(qū)域間路由分級方法的關鍵，而匯聚層著重實現(xiàn)區(qū)域內(nèi)的路由配置問題，因此虛擬局域網(wǎng)需要創(chuàng)建在基于實時通信系統(tǒng)的匯聚層交換機上，并且需要統(tǒng)籌各區(qū)域間路由，執(zhí)行管理和轉發(fā)工作，而轉發(fā)區(qū)域間訪問數(shù)據(jù)的工作則由核心層負責。

二、局域通信系統(tǒng)的集成設計與實時通信實現(xiàn)

（一）關鍵技術

1、綜合布線技術

綜合布線以線纜將多個基本單元連接構成，包括建筑群配線架、建筑物主配線架、樓層分配線架等，其性價比高、獨立擴展性強、靈活便于操作。綜合布線系統(tǒng)把園區(qū)作為單位，包括5個主要子系統(tǒng)：管理子系統(tǒng)、工作區(qū)子系統(tǒng)、設備間子系統(tǒng)、水平子系統(tǒng)和垂直干線子系統(tǒng)，具體描述如圖1所示。

管理子系統(tǒng)架設在樓層配線之間，主要工作在于端接垂直干線和水平線纜，其組成主要包括交換機、跳線等。工作區(qū)子系統(tǒng)被視為連接用戶與通信系統(tǒng)的紐帶，在確保機房、車間、辦公室等場地實時通信的同時，還需要隨時提供所需要的信息數(shù)據(jù)。設備間子系統(tǒng)作為負責實現(xiàn)建筑各類主干線與外來線纜進入系統(tǒng)內(nèi)部的關鍵一環(huán)。垂直干線子系統(tǒng)通過連接建筑物主配線架與各樓層配線架，給予各建筑和各樓層相互之間的通信通道。水平子系統(tǒng)呈星型狀，主要功能在于連接各樓層分配線架與工作區(qū)內(nèi)的信息插座。由于個別線路老化等出現(xiàn)的故障，并不會影響整個系統(tǒng)通信的運行。

2、軟交換技術

作為下一代通信網(wǎng)絡（NGN）的核心部分，軟交換技術以獨立形式存在于網(wǎng)絡底層協(xié)議中，具有路由管理、協(xié)議處理、計費、呼叫控制、帶寬管理、資源配置等多種功能，可以提供目前電路交換的所有業(yè)務以及其他第三方業(yè)務?，F(xiàn)代軟交換技術脫離媒體網(wǎng)關轉而借助軟件來實現(xiàn)呼叫控制功能，同時信令轉換、連接、路由等其他功能也借助軟件實現(xiàn)，相比于傳統(tǒng)軟交換技術，獨立性更高，對網(wǎng)絡通信影響更小。在局域通信系統(tǒng)的集成設計中，軟交換技術能夠為通信網(wǎng)絡提供實時性業(yè)務服務與連接、呼叫等多種控制服務，是保證實時通信實現(xiàn)的強有力的技術支撐。

（二）實時通信系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

以企業(yè)日常語音通信項目為例，將IP終端作為主設備、模擬終端作為輔設備，遵循安全性、經(jīng)濟性、實用性、可擴展性、可靠性等原則對局域通信系統(tǒng)進行設計，保障企業(yè)日常語音通信的正常進行。同時，要求系統(tǒng)設計在滿足實時通信需求的基礎上，盡可能降低項目開發(fā)成本，并且保證系統(tǒng)具有一定的可擴展性，使其能夠隨著通信技術的提高對系統(tǒng)進行完善擴展。

按照原則與要求，同時綜合本項目功能需求、設計成本等各方面考量，認為采用 IP分布式架構設計企業(yè)內(nèi)部局域網(wǎng)通信系統(tǒng)最為合適，能夠解決分組網(wǎng)絡的兼容問題，實現(xiàn)各區(qū)域間的實時通信。IP分布式架構通過分組網(wǎng)絡在多個不同地點設置多個實時通信系統(tǒng)的接入點，同時安裝模擬設備作為模擬終端接入的相應平臺，以便分組網(wǎng)絡設計之下局域通信系統(tǒng)實現(xiàn)模擬終端之間的實時通信。

用戶通過接入點接入到以軟交換技術為基礎的實時通信系統(tǒng)中，就相當于與實時通信主系統(tǒng)相連，以此實現(xiàn)企業(yè)總部與各部門之間的實時語音通信。分組網(wǎng)絡具有穩(wěn)定性高，能夠自我恢復故障的優(yōu)勢，依賴分組網(wǎng)絡，以軟交換技術為基礎的實時通信系統(tǒng)就能使數(shù)據(jù)更加穩(wěn)定的傳輸，保障的實時通信的實現(xiàn)，發(fā)生故障后，系統(tǒng)一定程度上還能夠自我修復。

整個局域通信系統(tǒng)以太網(wǎng)為基礎、采用1臺主機和4臺IP接入點的部署來完成實時通信。具體設置如下：在管理樓區(qū)域設置主機，負責管理對整個系統(tǒng)及本地終端的接入，同時分別安裝一臺接入點在其余三個區(qū)域，負責分布式用戶的接入和區(qū)域內(nèi)模擬終端的接入，另外在分支機構也安裝一臺IP接入點，以滿足與總部之間的實時通信。整個系統(tǒng)的模擬終端通過電纜匯集到IP接入點，而IP終端又通過以太網(wǎng)接入到IP接入點的相應網(wǎng)關中，完成實時通信。

考慮到控制樓區(qū)域內(nèi)有控制樓、泵房等重要建筑，在園區(qū)地位更加特殊重要，為了保證該區(qū)域內(nèi)系統(tǒng)能夠穩(wěn)定安全地運行，決定增設緊急呼叫管理裝置在控制樓接入點上。作為在實時通信系統(tǒng)中不可或缺的一個必備裝置，緊急呼叫管理主要用來保障系統(tǒng)在緊急情況下仍能夠正常完成實時通信。在大型的局域通信網(wǎng)絡中，緊急呼叫管理裝置防范故障風險的作用顯得尤其重要。

在正常情況下，緊急呼叫管理同步于實時通信系統(tǒng)主機，只是對數(shù)據(jù)進行熱備份處理，當主機發(fā)生故障或網(wǎng)絡連接失敗時，所有的接入點會重新定位到緊急呼叫管理裝置上，同時發(fā)出將該管理裝置作為主機的請求，緊急呼叫管理對處理這些請求后重啟系統(tǒng)，取代原先的控制主機成為新的控制主機。

由于目前以太網(wǎng)信道帶寬已達到較高水平，數(shù)據(jù)傳輸速率有了大幅的提高，面對以以太網(wǎng)為基礎的通信系統(tǒng)，運用六類布線與光纜布線相結合的形式對通信系統(tǒng)綜合布線模塊進行布設是非常適合的。因為六類布線是目前基于以太網(wǎng)的通信系統(tǒng)的最佳選擇，同時結合光纜布線則是便于系統(tǒng)隨著技術的進步而進一步擴展完善。另外，本局域通信系統(tǒng)中引入了作為下一代網(wǎng)絡的主要傳送網(wǎng)的光傳送網(wǎng)，該網(wǎng)路以波分復用技術為基礎，大幅度增加了系統(tǒng)的自我修復能力，有效降低故障風險。

結語

綜上所述，本文中設計的局域通信系統(tǒng)，綜合運用軟交換技術、綜合布線技術、光傳送技術等多種現(xiàn)代技術，以以太網(wǎng)為基礎，采用IP分布式架構和分組交換網(wǎng)絡，設置緊急呼叫管理裝置，能夠保證數(shù)據(jù)高效穩(wěn)定的進行大容量傳輸，同時在遇到故障時具有一定的修復能力，并能夠適時進行擴展，基本能夠滿足系統(tǒng)實現(xiàn)實時通信功能的設計要求。當然，局域通信系統(tǒng)設計還需要隨著現(xiàn)代通信技術的發(fā)展不斷的改進完善，盡可能滿足適應用戶更高的通信需要，促進我國通信行業(yè)的持續(xù)發(fā)展進步。

參考文獻：

[1]董春橋.面向突發(fā)事件的智能建筑管理系統(tǒng)集成的研究[D].華中科技大學，2006.

[2]殷一瑋.局域通信系統(tǒng)集成的設計探究[D].華東師范大學，2019.

作者簡介：

梁旗揚（1979-），男，壯族，廣西河池市都安縣，本科學歷，中級工程師職稱，研究方向：數(shù)據(jù)通信與計算機網(wǎng)絡。