СИСТЕМА ЦИФРОВОЙ СВЯЗИ ДЛЯ ЖИЛЫХ, СОЦИАЛЬНЫХ, АДМИНИСТРАТИВНЫХ И ПОДОБНЫХ ЗДАНИЙ
DIGITAL COMMUNICATION SYSTEM FOR RESIDENTIAL, SOCIAL, ADMINISTRATIVE AND SIMILAR BUILDINGS

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к системе цифровой связи, специально разработанной для замены систем распределения сигналов в жилых, социальных, административных и подобных зданиях с целью избежать установки разных сетей речевого трафика, видео, домофона, сети Интернет, передаваемой по радио музыки, а также сигнализации, включая системы управления отоплением и кондиционированием воздуха и активирование разных электрических устройств.
Целью настоящего изобретения является создание универсальной системы, заменяющей вышеупомянутые сети, группируя их в одну сеть, причем эта система должна быть простой, надежной, легко адаптируемой, повторно используемой с минимальными расходами на внедрение и очень легкой для установки.
ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Использование сетей связи является в настоящее время широко распространенным, и мы можем разбить их на два основных типа: филиальные и кольцеобразные сети.
Следует отметить, что хотя кольцеобразные сети и сохраняют функциональные возможности сети между терминалами в случае отказа соединения, этот тип топологии обычно сложнее, чем сеть филиального типа, из-за самой этой топологии, которая требует замкнутой связи между всеми терминалами, образующими сеть.
С другой стороны, нынешние сети связи, используемые в жилых, социальных, административных и подобных зданиях, предназначены для объединения двух или более услуг, таких как речевой трафик, музыка, передающаяся по радио, передача данных и т.п., и при этом их конструкция обычно разрабатывается конкретно для этих целей, а это означает, что они дорогие, что их трудно модифицировать и/или обновить в случае необходимости новых услуг или расширения сети.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Предлагаемая система связи для жилых домов, административных зданий и подобных мест обеспечивает полностью удовлетворительное решение вышеупомянутых проблем, обеспечивая при использовании одной установки внутренний и внешний трафик речи, музыки, передающейся по радио, систему сигнализации и датчики температуры для управления системами отопления и кондиционирования воздуха в каждый терминал, в том числе дистанционное управление разными устройствами, связанными с терминалом, и передачу видеосигналов, причем сообщения факультативно шифруются, и факультативно используются процедуры сжатия для информации.
В частности, предлагаемая система построена по схеме с несколькими терминалами, в которой терминалы соединены для образования цифровой сети с двумя шинами данных - шиной считывания и шиной записи - посредством дифференциальной системы передачи данных с гибридной топологией соединения, объединяющей двухшинную и кольцеобразную топологии.
При этом первый терминал, когда кольцо разомкнуто, должен создавать пустые кадры, которые затем передаются шиной записи, и при прохождении по шине записи, включая первый терминал, эти кадры заполняются терминалами. Когда кадр проходит всю шину записи и доходит до терминала на конце сети, этот последний терминал автоматически конфигурируется в замкнутое кольцо, и выход шины записи соединяется с входом шины считывания. Это точка, в которой начинается шина считывания, и кадры затем проходят через терминалы, которые считывают необходимую информацию с этих кадров, обеспечивая таким образом связь между разными терминалами.
При этом каждый терминал может обновлять определенные поля в кадрах, переданных шиной записи, и, кроме того, может считывать любое поле на кадрах, переданных шиной считывания.
Когда кадры снова доходят до разомкнутого конца первого терминала (или терминала, ответственного за создание этих кадров), кадры утрачиваются.
При этом достигается очень робастная конфигурация, поскольку в случае отказа в любом соединении две сети, действующие отдельно, будут автоматически установлены для продолжения работы, обеспечивая передачу данных между разными терминалами, участвующими в указанном процессе. Терминал, не получающий кадры с шины записи, будет автоматически конфигурирован как первый терминал, создающий пустые кадры, а терминал, не получающий кадры с шины считывания, подключит выход своей шины записи к входу шины считывания, автоматически конфигурируя себя как последний терминал в топологии.
Ввиду использования дифференциальной сигнализации шины считывания и записи состоят из одной пары кабелей. Этот тип сигнализации снижает мощность, необходимую для передачи, за счет повышения помехоустойчивости, одновременно снижая уровень излучения проводки.
Каждый терминал соединен с другим терминалом - следующим или предыдущим - кабелем с неэкранированными витыми парами, который содержит четыре кабеля с витыми парами. Одна пара используется для шины записи, другая - для шины считывания, а две витые пары остаются свободными для расширения возможностей системы, таких как доступ к сети Интернет, видео входы/выходы любого из указанных терминалов, а также запараллеливание сетевых соединений, что упрощает ее структуру со снижением стоимости. В дополнение к кабелю с неэкранированными витыми парами может использоваться квадрифилярный телефонный кабель. Кроме того, система может конфигурироваться для временного мультиплексирования шин записи и считывания, и при этом для соединения терминалов требуется лишь одна витая пара. В этом случае для соединения терминалов может использоваться также бифилярный телефонный кабель. Наконец, терминалы могут соединяться оптоволокном из пластмассы или стекла, беспроводной или электрической сетью, с регулированием доступных услуг к ширине полосы пропускания процедур соединения между терминалами в каждом случае.
Кадры, передаваемые по указанным шинам считывания и записи, структурированы следующим образом: они разделены на заголовок, управляющее поле и разные каналы передачи для музыки, речи, изображения и данных в зависимости от ширины полосы пропускания используемого кабеля. Управляющее поле состоит из информации передающего оборудования и соответствующей управляющей информации, включая тип управляющего сообщения, его получателя и состояние любых существующих устройств сигнализации.
При обнаружении терминалом своего идентификационного номера в соответствующем кадре он знает, что управляющее поле этого кадра выделено ему, и что он должен заполнить это поле соответствующей информацией.
Как уже отмечалось, реализация системы основана на модульном принципе, благодаря чему все функции можно получить путем подключения к базовому терминалу дополнительных карт. Каждый базовый терминал состоит из карты ПЛУ (программируемого логического устройства), которая содержит программируемое логическое устройство, основную и интерфейсную карты. При необходимости в большем числе музыкальных и/или видеоканалов может подключаться карта расширения; кроме того, может подключаться карта дистанционного управления и сигнализации, если система требует этих функций.
Карта ПЛУ содержит программируемое логическое устройство, предназначенное для управления и контроля за работой всех остальных карт через несколько соответствующих соединителей, которые позволяют программировать карту через соединительный порт персонального компьютера или с платы запоминающего устройства.
Основная карта предназначена для обеспечения выполнения основных функций любого типа предлагаемой сети, обладая способностью поддерживать канал передаваемой музыки при одновременном прослушивании другого канала, выполнять требования речевой связи, считывать температуры и выполнять функции календаря/часов. Для этих целей карта имеет два АЦ и ЦА аудио преобразователя, предназначенные для аналого-цифрового и цифроаналогового преобразования канала музыки и речи, а также аналоговые схемы для обработки этих сигналов. Кроме того, эта карта содержит схемы доступа и соединители, предназначенные для подсоединения вышеупомянутых модулей.
Кроме того, основная карта имеет две интегральные схемы, используемые для выдачи ежечасной/календарной информации, а также информации о комнатной температуре терминала, включающие элемент питания с системой подзарядки во избежание потери ежечасной информации.
Карта интерфейса пользователя может использоваться для конфигурации разных вариантов устройства с помощью системы меню, которые пользователь может просматривать для конфигурирования разных музыкальных каналов и каналов изображений, передачи или приема информации, выполняемых вызовов, одновременно управляя датчиками и сигнализацией, дистанционным управлением, календарными и температурными условиями. Для этого карта имеет дисплей и клавиатуру, а также несколько пьезоэлектрических зуммеров, сообщающих пользователю о разных условиях.
Факультативно, карта может содержать радиочастотный и/или инфракрасный передатчик/приемник для передачи управляющих данных по указанной сети, а также устройства, необходимые для установления речевой связи непосредственно через терминал. Эта функция может выполняться и при подключении к карте пользователя обычного телефонного терминала.
Кроме того, модуль может дополняться одной или несколькими картами для расширения различных АЦ и ЦА преобразователей, таких как АЦ и ЦА преобразователи основной карты, и соответствующим каскадом аудио адаптации для увеличения числа каналов передаваемой музыки. Кроме того, в указанной карте расширения или отдельной карте со своими соответствующими каскадами адаптации могут устанавливаться несколько преобразователей для обеспечения входа и выхода разных видеоканалов, телефонной линии, подключения к сети Интернет или линии домофона.
Указанная структура может дополняться картой дистанционного управления и сигнализации, которая будет использоваться для подключения разных датчиков сигнализации (таких как пожарные, охранные или датчики затопления) с сигналами, поступающими из датчиков, подключенных к указанной карте, обеспечивая дистанционное управление или активирование нескольких устройств с помощью реле, связанных с этой картой.
Сообщения, передаваемые по сети, могут факультативно шифроваться и сжиматься в зависимости от программы программируемого логического устройства.
Таким образом, достигается модульная система связи, модули в которой могут соединяться для объединения нескольких функций с меньшими расходами, и которую можно легко наращивать с помощью вышеупомянутых карт расширения.
ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА
Как неотъемлемая часть описания, прилагается комплект чертежей для дополнительной информации к описанию и лучшего понимания характеристик изобретения в соответствии с одним предпочтительным вариантом его осуществления. Этот комплект чертежей имеет иллюстративный характер, не ограничивающий объем настоящего изобретения.
На фиг.1 приведено схематическое представление архитектуры соединений предлагаемой системы цифровой связи для жилых, социальных, административных и подобных зданий согласно изобретению при соединении терминалов кабелем с неэкранированными витыми парами.
На фиг.2 приведено схематическое представление второго примера возможной конфигурации системы, показанной на предыдущей фигуре.
На фиг.3 приведено схематическое представление разных элементов, которые используются или могут использоваться в модуле или терминале.
ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫЙ ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На этих фигурах мы можем видеть, сколько разных модулей (1), (1'), (1'')…, соединенных двумя шинами - шиной считывания и шиной записи - используются в предлагаемой системе связи. Эти шины соединяются с помощью дифференциальной системы передачи данных, что обеспечивает повышенную помехоустойчивость, тем самым снижая мощность, необходимую для указанной передачи, при одновременном снижении уровня электромагнитного излучения.
Шина считывания (2) и шина записи (3) обе находятся в одном кабеле (4) передачи данных с неэкранированными витыми парами, который содержит четыре кабеля с неэкранированными витыми парами, причем для указанных шины считывания (2) и шины записи (3) требуется только пара кабелей, что позволяет получить разные конфигурации соединения между модулями, как объяснено ниже в этом документе.
n
n
В любом случае первый терминал (1) сети конфигурирован по схеме разомкнутого кольца и используется для создания пустых кадров, которые затем передаются шиной записи (3), как показано на фиг.1. Поля этих кадров пусты, за исключением поля заголовка и управляющего поля, что будет объяснено ниже. Когда кадры проходят по шине записи (3), они заполняются терминалами или модулями (1), (1'), (1''), и после того как кадр прошел шину записи и заполнен каждым терминалом, он доходит до терминала на конце сети (1), где кольцо замыкается, причем указанный терминал (1) выполнен таким образом, что выход шины записи (3) соединен с входом шины считывания (2). После этой точки кадры будут проходить через разные терминалы, которые будут считывать необходимую информацию с этих кадров, обеспечивая связь между терминалами. При этом каждый терминал может обновлять определенные поля в кадрах, проходящих по шине записи. После того как кадр достигает разомкнутого конца топологии, т.е. первого терминала (1), ответственного за создание этого кадра, он утратится.
Как уже отмечалось, эта конфигурация является очень робастной, поскольку в случае отказа соединения произойдет разделение двух сетей, которые будут продолжать работать независимо. В этом случае терминал, не получающий кадры по шине считывания (2), подключит выход шины записи (3) к входу своей шины считывания (2), автоматически конфигурируя себя как последний терминал в топологии замкнутого кольца.
n
Для основных функций связи используются только две из четырех пар, имеющихся в каждом используемом соединительном кабеле (4) с неэкранированными витыми парами. Две другие пары будут свободными и могут использоваться для расширения возможностей системы, таких как подключение к сети Интернет, дополнительные видеоканалы или, с соединителями (5), установленными в настенной соединительной коробке (6), как показано в примере на фиг.2, с использованием соединителей, идентичных используемым в модулях (1), (1'),…(1) для подключения кабелей (4) с неэкранированными витыми парами, и при этом для стояка из соединительной коробки в оборудование потребуется один кабель (4'). В указанном кабеле (4') две пары будут использоваться для установления связи с модулем (1), а две другие - для связи со следующим модулем (1').
Кадры, передаваемые по указанным шинам считывания (2) и записи (3), будут структурированы следующим образом: они будут разделены на заголовок, управляющее поле и разные каналы передачи для музыки, речи, изображения и данных в зависимости от ширины полосы пропускания используемых кабеля и системы. Управляющее поле будет состоять из информации передающего оборудования и соответствующей управляющей информации.
n
При обнаружении терминалом (1), (1'),…(1) своего идентификационного номера в соответствующем кадре он знает, что управляющее поле этого кадра выделено ему, и что он должен заполнить это поле соответствующей информацией.
n
Если вернемся к терминалам или модулям (1), (1'),…(1), они будут структурированы с картой ПЛУ (7), основной картой (8) и картой пользовательского интерфейса (9), как показано на фиг.3, с дополнительным включением карт дистанционного управления и сигнализации (10) и одной или нескольких карт расширения (11).
Карта ПЛУ (7), которая содержит программируемое логическое устройство, предназначенное для управления и контроля за работой всех остальных карт. Указанная карта имеет порт (12), используемый для программирования карты с помощью персонального компьютера, и слот для программирования карты из запоминающего устройства. Кроме того, она содержит генератор, кнопку для запуска системы, систему регулятора для питания карты и другие внешние карты, а также набор соединителей (13), предназначенных для подсоединения других карт, а также других элементов.
Основная карта (8) имеет два АЦ и ЦА аудио преобразователя (14) и (15), предназначенные для аналого-цифрового и цифроаналогового преобразования канала музыки и речи. Кроме того, эта карта содержит аналоговые схемы, необходимые для обработки аудио сигнала до того, как он достигнет входа преобразователя (14), (15), а также аналоговые схемы, обрабатывающие аудио сигнал на выходе. В случае музыкального канала схема аудио выхода имеет двойной выход - линейный выход для питания линейного входа любого усилителя и усиленный сигнал, который может использоваться для непосредственной подачи в громкоговоритель, который будет включен в тот же терминал. Аналогично, и речевой канал имеет двойной выход - один для приемника телефона и другой выход для автоматических систем.
Кроме того, основная карта (8) имеет соединители (5) для кабеля (4) с неэкранированными витыми парами, используемого для подключения модулей, а также соответствующих драйверов (16), связанных с этими модулями.
Карта (8) имеет две интегральные схемы (17) и (18), которые выдают ежечасную/календарную информацию и показания температуры соответственно с никель-кадмиевым аккумулятором с системой подзарядки, который предотвращает потерю ежечасной информации.
Эта карта предназначена для предотвращения влияний возможных электромагнитных помех и содержит ферриты, фильтрующие входные и выходные сигналы кабеля, с большой плоскостью заземления, с уменьшением, таким образом, расстояния между компонентами во избежание помех, и одновременно имеет контрольные точки для контроля всех линий связи программируемым логическим устройством (7).
Карта пользовательского интерфейса (9) имеет дисплей (19) и клавиатуру (20), а также несколько пьезоэлектрических зуммеров (21), которые позволяют пользователю конфигурировать разные варианты системы и принимать сообщения о разных условиях. Система имеет несколько меню, которые пользователь может просматривать для конфигурирования разных музыкальных и/или видеоканалов, передаваемых или принимаемых, направления вызовов, ожидания вызовов, прослушивания вызовов, переадресовки вызовов, выполнения функций домофона, внешних вызовов, подключения к сети Интернет и т.п.
Кроме того, карта пользовательского интерфейса (9) может также содержать радиочастотный (22) и/или инфракрасный (23) передатчик/приемник для передачи управляющих данных по указанной сети, а также устройства, необходимые для установления речевой связи непосредственно через терминал. Эта функция может также выполняться и при подключении к карте пользователя обычного телефонного терминала.
Указанная структура может факультативно иметь карту дистанционного управления и сигнализации (10) с портами (24) для подключения различных датчиков сигнализации, таких как, например, пожарных, охранных или датчиков затопления, а также портами (25) активирования сигнализации дистанционного управления и портами (26) для активирования внешних нагрузок. Для активирования электрических нагрузок через реле во избежание любого повреждения программируемого логического устройства будут использоваться оптроны, обеспечивающие гальваническую развязку.
Эта карта дистанционного управления и сигнализации (10) имеет входной каскад для каждого датчика, благодаря чему к системе можно адаптировать разные типы датчиков, имеющиеся на рынке, с возможностью проверять все сигналы программируемым логическим устройством с контрольными точками.
n
Факультативно, модули или терминалы (1), (1'),…(1) могут содержать одну или несколько карт расширения (11) с несколькими АЦ ЦА преобразователями (27), подобными АЦ и ЦА преобразователям основной карты (8), с соответствующим каскадом аудио адаптации, необходимые для увеличения числа каналов передаваемой музыки. Кроме того, в указанной карте расширения (11) или в других независимых картах расширения (11') со своим соответствующим каскадом адаптации могут устанавливаться несколько преобразователей (28), (29), (30), (31) для обеспечения входа и выхода разных видеоканалов, телефонной линии, подключения к сети Интернет или линии домофона.
n
Таким образом, аудио, видео и т.п. сигналы могут подаваться через любой терминал (1), (1'),…(1), что позволяет выбирать указанный сигнал с любого другого сетевого терминала.