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安防報警系統網絡化與報警信號傳輸協議

來源:優業安防    發布時間:2014-7-31    瀏覽次數:1588次

一.安全防范報警系統網絡化的必要條件:標準的、開放的通信協議和接口
  1.安全防范報警系統的發展歷程
  第一階段:單一的電子防盜報警裝置→電子防盜報警系統→ 報警聯網系統
  第二階段:防盜報警系統、視頻監控系統→ 防盜報警、視頻監控、出入口控制聯動管理的綜合式安防系統
  第三階段:防盜報警、視頻監控、出入口控制、訪客查詢、保安巡更、停車場(庫)管理、系統綜合監控與管理的集成式安防系統→更大的集成系統

  2.安全防范報警技術的發展趨勢:數字化、網絡化、智能化

  3.安全防范報警系統網絡化的基礎:標準的、開放的通信協議與接口 ——為不同制造廠的產品提供一個通用平臺,實現不同報警系統之間的互連、互通、互融、互操作。

二.網絡體系結構概述
  1.開放系統互連(open systems interconnection)
  所謂“開放”是指:只要遵循OSI標準,一個系統就可以和位于世界上任何地方的、也遵循這一標準的其他任何系統進行通信。

   2.網絡協議
  為進行網絡中的數據交換而建立的規則、標準或約定。在OSI的范圍內,只有各種協議是可以實現的,而一個產品只有和OSI的有關協議相一致時方能互連。

  3.構成網絡協議的三要素
   語法:數據與控制信息的結構或格式
  語義:需要發出何種控制信息,完成何種動作以及做出何種回答。
    同步:事件實現順序的詳細說明。

  4.網絡體系的分層結構
  實踐表明,對于復雜的計算機網絡協議,其結構最好采用層次式的,即網絡協議采用分層次的體系結構。其指導思想是每層實現一種相對獨立的功能,以便將難以處理的復雜問題分解為若干個較易處理的更小一些的問題。

  網絡協議采用分層結構,具有以下優點:
  (1)各層之間是獨立的,只需通過層間接口(界面)提供服務。
  (2)靈活性好,當某層發生變化時,只要接口關系保持不變,不影響其他層;層內內容可以修改,甚至根據需要可取消某層。
  (3)結構上可分割開,各層都可以采用最合適的技術來實現。
  (4)易于實現和維護。
  (5)能促進標準化工作。
   5.網絡的體系結構

  計算機網絡的各層及其協議的集合。即網絡及其部件所應完成的功能的精確定義。這些功能的具體實現,則由一個遵循這種體系結構的硬件、軟件集合來完成。


三.ISO7498—1開放系統互連(OSI)參數模型為報警系統網絡化提供了結構框架, IEC60839—7報警傳輸系統串行數據接口的信息格式與協議使報警系統的網絡化成為可能。
  1.開放系統互連參考模型(OSI)的分層結構及各層主要功能
  (1)開放系統互連參數模型(OSI)的制定
  1977年,國際標準化組織(ISO)的TC97技術委員會(1987年改為ISO/IECJTC1)開始研究“開放系統互連”,1983年形成著名的ISO7498國際標準(開放系統互連基本參考模型),隨后,我國將其轉化為國家標準GB9387。 OSI標準采用的方法是將一個龐大而復雜的問題劃分為若干個較易處理的、范圍較小的問題來處理,即分層的體系結構方法。ISO7498為OSI定義了一個七層模型,用來進行進程之間的通信,以此作為一個框架來協調各層標準的制定。

  OSI參考模型并不是一個一般的標準,而只是一個為制訂標準用的概念性的框架。

  (2)OSI的七層模型及其各層的主要功能
   7.應用層 6.表示層 5.會話層 4.傳輸層 3.網絡層 2.數據鏈路層 1.物理層
  1)物理層:為上一層 ( 數據鏈路層 )提供一個物理連接, 以便透明地傳送比特流。
  2) 數據鏈路層:在鏈路上無差錯地傳送以幀為單位的數據。
  3) 網絡層:選擇合適的路由(尋址),保證源站數據正確無誤地交付給目的站。
  4) 運輸層:建立一條運輸連接,以透明地傳送報文。
  5) 會話層:對數據傳輸進行管理,即會話的管理與數據傳輸的同步。
  6) 表示層:用戶信息的語法表示,即數據格式的轉換。(包括對傳輸信息的加密和解密)   7)應用層:負責用戶信息的語義表示, 并在兩個通信者之間進行語義匹配。

  (3)OSI與TCP/IP的對應關系
  OSI TCP/IP 8 管理層 7 應用層 各種應用層協議 6 高層 表示層 (TELnet,FTP,SMTP) 5 會話層 TCP/IP 4 傳輸層 TCP UDP 范圍 3 網絡層 IP 2 數據鏈路層 低層 與各種網絡的接口 1 物理層 0 物理媒體(機械層)
  (1) 七層結構 三層結構
  (2) 考慮了具體的物理傳輸媒 不考慮具體的物理傳輸媒體,故不對最低兩 體,故有最低層(1、2) 層(1,2)做出規定
  (3) 最高層為三層(5,6,7) 最高層(應用層)為一層, 在這層中有許多著 名協議,如遠程通信協議(TELNET),文件 傳送協議(FTP),簡單郵件傳送協議(SMTP)
  (4) 運輸層協議 運輸層使用兩種不同的協議:面向連接的傳輸 控制協議(TCP)、無連接的用戶數據報協議 (UDP)
  (5) 網絡層協議 互連網層,主要協議是無連接的互連網協議(IP)
  (6) 層次間的調用關系嚴格 層次間的調用關系不嚴格 2個(N)實體間的通信必須 可越過緊挨著的下一層而使用更低層次所提供 涉及下層(N-1)的實體 的服務
  (7)只考慮了“用標準公用數據 考慮了“多種異構網的互連”問題 網與各不同系統的互連” 。 IP是TCP/IP的重要組成部分 后來在網絡層中劃分出一個子 層來完成TCP/IP中IP的作用
   (8)“以面向連接服務為主,后補 面向連接服務和無連接服務并重 充了無連接服務的有關標準”
  (9)“網絡管理(第8層)”為附加 已考慮了網絡管理功能要求

    2.IEC60839-7系列標準及其主要特點 IEC 60839-7 系列標準已于2002年轉化為我國行業標準GA/T 379。

  (1)IEC60839-7系列標準的內容:
  IEC60839-7-1:
  報警系統-第7-1部分:報警傳輸系統串行數據接口的信息格式和協議-總則(GA/T 379.1-2002)
  IEC60839-7-2: 報警系統-第7-2部分:報警傳輸系統串行數據接口的信息格式和協議-公共應用層協議(GA/T 379.2-2002)
  IEC60839-7-3: 報警系統-第7-3部分:報警傳輸系統串行數據接口的信息格式和協議-公共數據鏈路層協議(GA/T 379.3-2002)
  IEC60839-7-4: 報警系統-第7-4部分:報警傳輸系統串行數據接口的信息格式和協議-公共傳輸層協議(GA/T 379.4-2002)
  IEC60839-7-5: 報警系統-第7-5部分:報警傳輸系統串行數據接口的信息格式和協議- 按照ISO/IEC 8482采用雙線配置的報警系統接口(GA/T 379.5-2002)
  IEC60839-7-6: 報警系統-第7-6部分:報警傳輸系統串行數據接口的信息格式和協議-采用ITU-T建議V.24/V.28信令的報警系統接口(GA/T 379.6-2002)
  IEC60839-7-7: 報警系統-第7-7部分:報警傳輸系統串行數據接口的信息格式和協議-插入式報警系統收發器的報警系統接口(GA/T 379.7-2002)
  IEC60839-7-11:報警系統-第7-11部分:報警傳輸系統串行數據接口的信息格式和協議- 與PSTN接口處采用ITU-T建議 V.23信令的數字通信系統中的串行協議(GA/T 379.8-2002)     IEC60839-7-12:報警系統-第7-12部分:報警傳輸系統串行數據接口的信息格式和協議-采用ITU-T建議V.23信令的專用信道的PTT接口(GA/T 379.9-2002)
  IEC60839-7-20:報警系統-第7-20部分:報警傳輸系統串行數據接口的信息格式和協議-采用ITU-T建議V.24/V.28信令的終端接口(GA/T 379.10-2002)

  (2)IEC60839-7為什么選用OSI(模型)
  1)OSI是國際標準化組織(ISO)發布的國際標準,已被世界各國所采用(信息網絡、控制網絡),TCP/IP雖是計算機網絡事實上的國際標準,但它畢竟不是ISO/IEC承認的正式國際標準。
  2)OSI覆蓋面更廣, 既適用于信息網絡,也適合于控制網絡,這對于安防系統的內部集成和外部集成都是很重要的。
  3)OSI具有更大的靈活性, 它提供了描述、理解和分析復雜網絡系統各種功能的一種通用方法,為設計者選擇、使用所需的協議、接口,提供了方便。
  4) 分層結構能做到改變某層的功能而不影響其它層,因而在實際系統中,某些層可被省略,設計師們可自由地決定層的分別實施或它們的組合實施。

   (3)IEC60839-7系列標準的主要特點
   1)通用性、開放性:以開放系統互連(OSI)參考模型(七層模型)為基礎,架構報警網絡傳輸的框架。旨在規定使用串行數據傳輸的報警系統與報警接收中心或監控中心之間的報警信息、報警系統狀態信息以及控制數據的傳輸要求,它包括推薦協議、信息結構和格式等全部內容。該系列標準旨在提供適用于報警傳輸網絡中標準的、開放的接口,它支持不同制造商設備之間所有接口的互配,以及所選技術能提供一個開放的OSI傳輸結構。
  2)兼容性 該系列標準(10個)重點是應用層、傳輸層、數據鏈路層三層協議和信息格式。
  該系列標準所提出的公共應用層協議與具體傳輸系統中使用的網絡技術和配置無關。在不同配置方案中,不同供應商之間可進行靈活的相互連接。 該系列標準并不排除使用專用的或其它的標準串行接口。
  3)前瞻性(超前性):該系列標準的公共應用層協議,是為可預見的將來各種類型的報警系統提供可能要求的所有特性而設計的。使用該系列標準可以進行多樣化的應用操作,這是因為OSI模型中有一個基本組成部分(在網絡層),它能在應用和所用實際網絡之間提供一個穩定的界面,并覆蓋現在和將來網絡技術的任意組合而無需改變這些應用本身。

四.報警網絡傳輸協議的信息結構
  IEC 60839-7系列標準為在報警傳輸網絡中使用“標準”接口的應用層、數據鏈路層和傳輸層定義了一套兼容的協議。在沒有可替換的現行國際標準以滿足接口要求的場合,本系列標準被指定使用。圖.1顯示了這些協議的基本結構和相關信息的大小。

  公用數據鏈路層協議被限制在最大255個8比特字節以內,以使該長度能保證一個單獨8比特字節的吞吐量。內置信息可以是數據鏈路數據或是來自更高層的信息(例如層4-傳輸層)。 類似地,層4-傳輸層可以包括一個傳輸層數據塊或應用層信息。

五.智能建筑、智能小區中使用較多的幾種網絡協議的層次結構
  1.Lonwarks-LonTalk OSI LonTalk 7 應用層 7 CUP 3 6 表示層 6 5 會話層 5 4 傳輸層 4 CUP1,2 3 網絡層 3 2 數據鏈路層 2 1 物理層 1

  2.BACnet
  BACnet協議:是由美國曖通空調制冷工程師學會(ASHRAE)發起制定并得到美國國家標準局(ANSI)批準的一個開放性網絡通信協議,1995年成為美國國家標準,并得到歐共體的承認,成為歐共體的標準草案。BACnet共分為四層,其中物理層和數據鏈路層采用了lonTalk協議。BACnet是兼有信息網絡和控制網絡通信功能的一種開放性協議。

  3.CEBus OSI CEBus 7 應用層 應用層 6 表示層 層 5 會話層 系 4 傳輸層 統 3 網絡層 管 網絡層 2 數據鏈路層 理 數據鏈路層 1 物理層 物理層

六.應用舉例
  下面這些例子意在說明如何配置公用報警傳輸系統,以及它們所應采用的相關協議或接口。

     用簡單并行接口連接CIE并以高級串行接口連接PSTN的數字通信機
   在這個示例里,接口(a)是在IEC 60839-5-2中定義的并行接口。
   接口(b)和(c)是連到PSTN的接口,GA/T 379.8-2002對該類型接口做了規定。請注意這包括參考ITU-T建議V.23以及確認電話線連接并建立PSTN通信的PTT規則。
   因此,報警系統收發器應按照IEC 60839-5-2&60839-5-5(它們分別規定了通用報警傳輸設備和數字通信機的技術要求)規定的設備要求進行性能檢驗。它在(a)的接口應按照IEC 60839-5-2中并行接口的要求進行檢驗,而連到PSTN的接口應按照GA/T 379.8-2002中的要求進行檢驗。 范例2 圖3 用串行接口連接CIE的數字通信機系統 本范例中,(a)為串行接口,而(b)和(c)是連接到PSTN的接口。 這樣,報警系統的收發器可按照IEC 60839-5-2&60839-5-5的設備要求,連同(a)、(b)接口的技術條件進行檢驗。
   此范例中,(a)作為標準接口,可以按照GA/T 379.5-2002 (它詳細規定了按 ISO/IEC 8482使用雙線配置的報警系統接口要求)或GA/T 379.7-2002(TTL接口)進行檢驗。若(a)是一個專用接口,就應當對照制造商的文件對其進行檢驗。
  (b)是一個標準接口,可按照GA/T 379.8-2002(其中包含了(b)和(c)的接口要求)的要求進行檢驗,象前一個范例一樣,這包括參考IEC 60839-5-5的要求(它規定了建立呼叫的某些細節)以及ITU-T建議和當地連接電話網的PTT規則。 

    在專用線路上使用ITU-T建議V.23信令的專用通信
  在這個例子里,接口(a)是一個串行接口,接口(b)和(c)是連到PTT網絡的接口,接口(d)是連到終端的接口。
  因此,報警系統收發器可以按照IEC 60839-5-2和IEC 60839-5-4(其中規定了專用通信的要求)規定的設備要求連同GA/T 379.5-2002(詳細規定了ISO/IEC 8482 在(a)處的接口要求)和GA/T 379.9-2002(它包括了在(b)處的接口要求)的要求進行檢驗。
  終端收發器可以按照IEC 60839-5-2和IEC 60839-5-4規定的設備要求連同GA/T 379.9-2002(其中規定了(c)處的接口要求)和GA/T 379.10-2002(其中規定了(d)處的接口要求)的要求一并進行檢驗。
  在這個例子里,終端收發器和通告設備是分離的設備,高層協議可通過終端收發器透明擴充。在某些應用場合,為了在收發器內部實現某些應用層處理功能,或為了在 (d) 處使用一個不同的(專有)接口,可以將終端收發器的協議堆棧擴展到應用層。

    在電源線上使用協議信令的專用通信
  在這個例子里,接口(a)是串行接口,接口(b)和(c)是連到供電網的接口、接口(d)是終端接口和使用的特殊協議。
  因此,報警傳輸設備可以按照電源管理規則所規定的設備要求和在(b)處、(c)處所使用的特殊協議以及GA/T 379.5-2002(它詳細說明了ISO/IEC 8482在(a)處 和(d)處的接口要求)的要求進行檢驗。
  在這個例子里,報警系統收發器和通告設備是分離的設備,高層協議可通過報警系統收發器透明擴充。在某些應用場合,為了在收發器內部實現某些應用層處理功能,或為了在(d)處使用一個不同的(專用)接口,報警系統收發器的協議堆棧可以擴展到應用層。

    采用ITU-T V.24/V.28接口的報警傳輸設備
  在本范例中,(a)接口可以是符合IEC 60839-5-5或GA/T 379.7-2002要求的接口,也可以是在IEC 60839-5-2中定義的并行接口。 接口(b)是一個ITU-T V.24&V.28接口,它應符合GA/T 379.6-2002的要求。如果CIE直接提供了 ITU-T V.24&V.28接口,那么該接口與現行接口是等同的。
  (c)處的接口必須滿足ITU-T建議的相關規則和連接PTT網絡的相關規則。除了公用應用層協議和傳輸層協議必須被完整保留之外,本標準未包括上述相關規則。 

    多種傳輸選項的系統配置
  本范例中,接口(b)應該符合GA/T 379.8-2002的要求,接口(c)應該符合GA/T 379.9-2002的要求。
  所有的 (a) 接口必須遵守同一技術條件,以使不同的設備能夠在保證無沖突互連的條件下獨立進行測試。
  在(a)是標準接口的場合,應按照GA/T 379.5-2002(它規定了 ISO/IEC 8482接口的要求)的要求進行檢驗。在(a)為家居總線系統的場合,該接口應按照相關接口標準或廠家的接口要求進行檢驗。在(a)是一個專用接口的場合,應對照廠家接口文件進行檢驗。
  這種安排可以擴展,例如,允許CIE去控制一個CCTV發射機。在本協議和 ISO/IEC 8482所定義的范圍內,最多可以連接31個可選報警系統收發器,雖然在實際應用中不可能超過3-4個。

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