高 波

（云南廣電網(wǎng)絡(luò)集團(tuán)有限公司 宣威支公司，云南 曲靖 655413）

無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在智能樓宇中的應(yīng)用探索

高 波

（云南廣電網(wǎng)絡(luò)集團(tuán)有限公司 宣威支公司，云南 曲靖 655413）

由于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)自身很容易受到傳輸沖突和信號(hào)干擾等因素影響，需要進(jìn)一步加強(qiáng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在智能樓宇中的應(yīng)用探索。文章主要就此展開(kāi)分析，客觀闡述無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在智能樓宇中的應(yīng)用可能性和面臨的挑戰(zhàn)，無(wú)線通信標(biāo)準(zhǔn)和無(wú)線組網(wǎng)方式，提出合理的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用框架。

無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)；智能樓宇；通信標(biāo)準(zhǔn)；無(wú)線組網(wǎng)

1 智能樓宇控制系統(tǒng)中引入無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

智能樓宇控制系統(tǒng)主要包括樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)、辦公自動(dòng)化系統(tǒng)、通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等，其中網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是智能樓宇控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，負(fù)責(zé)系統(tǒng)之間信息傳輸?shù)闹厝?。在此基礎(chǔ)上，控制網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)信息網(wǎng)絡(luò)之間實(shí)現(xiàn)聯(lián)通，由一個(gè)統(tǒng)一管理平臺(tái)對(duì)信息進(jìn)行管理，包括對(duì)數(shù)據(jù)源、數(shù)據(jù)平臺(tái)的管理，對(duì)收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行深入挖掘，將最終的數(shù)據(jù)分析結(jié)果傳輸?shù)綀?zhí)行機(jī)構(gòu)，為后續(xù)管理決策提供參考依據(jù)[1]。

就傳統(tǒng)的有線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的樓宇控制系統(tǒng)來(lái)看，主要?jiǎng)澐譃?層，如圖1所示。

圖1 傳統(tǒng)樓宇控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

第一層是執(zhí)行層，主要是傳感器裝置，包括對(duì)溫度、濕度、煙感以及室內(nèi)光線強(qiáng)度等指標(biāo)的檢測(cè)，感知外界環(huán)境的變化情況，并將這些變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，傳輸?shù)较乱粚?。一般情況下，執(zhí)行裝置主要是繼電器輸出裝置，這種裝置在實(shí)際應(yīng)用中可以更加自動(dòng)化地控制空調(diào)開(kāi)關(guān)、調(diào)節(jié)室內(nèi)濕度和溫度等?，F(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行層的設(shè)備接入網(wǎng)絡(luò)方式不同，不同連接方式?jīng)Q定著裝置自身的網(wǎng)絡(luò)通信功能，在某種協(xié)議約束下進(jìn)行信息交互[2]。

第二層是控制層，主要是控制器裝置，包括專用控制器和區(qū)域控制器，控制器在實(shí)際應(yīng)用中具備十分突出的數(shù)據(jù)處理能力和控制能力，根據(jù)某種通信協(xié)議進(jìn)行通信。

第三層是信息管理層，主要是管理工作站，工作站的作用是為管理者開(kāi)展管理工作提供一個(gè)信息化控制平臺(tái)，從而對(duì)樓宇進(jìn)行智能化管理。

經(jīng)過(guò)大量的實(shí)踐研究可以發(fā)現(xiàn)，在現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行層和信息管理層應(yīng)用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)的可能性最大。執(zhí)行層中應(yīng)用無(wú)線技術(shù)，是因?yàn)闃怯钪性O(shè)置了大量的傳感器節(jié)點(diǎn)，布線工程量較大，如果采用有線連接需要耗費(fèi)大量的人力、物力和財(cái)力，所以引入無(wú)線接入方式可以為傳感器部署工作提供便利，根據(jù)實(shí)際情況改變傳感器的節(jié)點(diǎn)位置。在信息管理層應(yīng)用無(wú)線技術(shù)主要是為了便于后續(xù)管理和維護(hù)工作開(kāi)展，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制[3]。

有線網(wǎng)絡(luò)由于擁有大量的網(wǎng)絡(luò)寬帶資源和可靠的信息安全保護(hù)，所以即便是在當(dāng)前無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)快速發(fā)展背景下，對(duì)傳統(tǒng)的有線網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)一定沖擊，但仍然無(wú)法完全替代有線網(wǎng)絡(luò)，所以在未來(lái)的樓宇智能化控制系統(tǒng)中應(yīng)該是有限網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在信息管理層應(yīng)用較為廣泛，已經(jīng)積累了豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，值得在其他層更進(jìn)一步的應(yīng)用[4]。

2 現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行層無(wú)線組網(wǎng)模式

無(wú)線組網(wǎng)有兩種模式，即Ad hoc模式和Infrastructure模式，其中Ad hoc模式作為一種對(duì)等式的組網(wǎng)方式，沒(méi)有固定的路由器和基礎(chǔ)設(shè)施，所以這些節(jié)點(diǎn)是可以根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整，同時(shí)還可以保證各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的聯(lián)系。這種模式在實(shí)際應(yīng)用中，無(wú)線覆蓋范圍限制問(wèn)題最為典型，致使用戶無(wú)法直接進(jìn)行通信，只能借助其他節(jié)點(diǎn)分組轉(zhuǎn)發(fā)，沒(méi)一個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)置一個(gè)路由器。而Infrastructure模式組織網(wǎng)絡(luò)是無(wú)線單跳網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)更多的是選擇通信范圍內(nèi)距離最近的基站實(shí)現(xiàn)通信，不具備路由功能和節(jié)點(diǎn)通信功能。在智能樓宇控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況選擇合理的技術(shù)，設(shè)計(jì)不同的無(wú)線組網(wǎng)模式[5]。

智能樓宇控制系統(tǒng)內(nèi)部執(zhí)行層中，多數(shù)情況下需要安裝大量的傳感器設(shè)備，這些設(shè)備應(yīng)該分布在大樓的周邊區(qū)域，但是大樓的功能是在不斷完善和變化的，所以需要根據(jù)實(shí)際情況重新調(diào)整傳感器的位置?；诖耍绻捎脽o(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，則能夠更好地適應(yīng)大樓功能變化對(duì)傳感器部署的需求，降低布線工作量和成本費(fèi)用。但是，在智能樓宇系統(tǒng)中應(yīng)用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)更多的困難，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：其一，無(wú)線傳感器需要電池供電才能正常運(yùn)行，所以能量是有限的，所以無(wú)線覆蓋范圍較小。其二，樓宇內(nèi)部影響無(wú)線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊蛩剌^多，包括墻壁、門窗、金屬框架、微波爐和電磁設(shè)備，這些將會(huì)在不同程度上影響到無(wú)線信號(hào)的傳輸質(zhì)量，致使無(wú)線信號(hào)傳輸和服務(wù)質(zhì)量變得更加復(fù)雜，難以滿足實(shí)際工作需求。此外，如果室內(nèi)的物體發(fā)生移動(dòng)，可能反射無(wú)線電波，這些反射電波經(jīng)過(guò)多種途徑傳輸，可能受到更加嚴(yán)重的干擾，造成信號(hào)傳輸路徑逐漸衰減[6]。

所以，在這樣復(fù)雜的環(huán)境下很難保證無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸質(zhì)量，傳統(tǒng)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)組網(wǎng)方式已經(jīng)無(wú)法滿足實(shí)際需要。基于Ad hoc模式的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)由于自身環(huán)境適應(yīng)能力較強(qiáng)，可以更好應(yīng)對(duì)這種復(fù)雜環(huán)境需求，呈現(xiàn)一種分層或平層的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。基于Ad hoc模式的組網(wǎng)方式可以覆蓋更大的范圍，傳感器可以將內(nèi)容傳輸?shù)搅硪粋€(gè)接收設(shè)備上，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)傳輸。并且，如果一條組網(wǎng)結(jié)構(gòu)如果在某條路由失效的情況下，可以快速切換到另一條路由使用，避免用戶數(shù)據(jù)信息的丟失，盡可能地降低外界對(duì)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸帶來(lái)的干擾問(wèn)題，提升網(wǎng)絡(luò)抗干擾性。

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)由多個(gè)功能和節(jié)點(diǎn)組成，作為數(shù)據(jù)采集者，節(jié)點(diǎn)將收集的數(shù)據(jù)按照通信路由協(xié)議傳輸?shù)竭h(yuǎn)方的基站；如果是數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)站，除了收集數(shù)據(jù)以外，還需要承擔(dān)接受鄰近節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，并將其傳輸?shù)礁浇墓?jié)點(diǎn)或基站的功能?；镜墓δ苁秦?fù)責(zé)將無(wú)線傳感器發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)發(fā)到有線網(wǎng)絡(luò)上，在人機(jī)交互界面即可了解到系統(tǒng)的運(yùn)行情況，同時(shí)也可以將有線網(wǎng)絡(luò)上的信息利用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通道轉(zhuǎn)發(fā)給傳感器，下達(dá)相應(yīng)的控制命令。

在執(zhí)行層中，對(duì)無(wú)線傳感器收集的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化到有線網(wǎng)絡(luò)基站，可以主動(dòng)讀取無(wú)線傳感器數(shù)據(jù)，對(duì)無(wú)線傳感器的運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控。

3 現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行層無(wú)線通信標(biāo)準(zhǔn)

當(dāng)前國(guó)際上的無(wú)線通信標(biāo)準(zhǔn)較多，這些標(biāo)準(zhǔn)從不同角度上涵蓋了全球范圍內(nèi)的無(wú)線數(shù)據(jù)和通信需求。每種無(wú)線通信標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于通信范圍、傳輸速率和傳輸速度提出了明確的規(guī)定，在不同標(biāo)準(zhǔn)的體系結(jié)構(gòu)下，每種軟硬件要求不盡相同，成本同樣存在明顯的差異，因此選擇哪一種通信標(biāo)準(zhǔn)就需要以實(shí)際情況為依據(jù)。

不同傳感器在實(shí)際應(yīng)用中數(shù)據(jù)報(bào)告模型存在差異，傳感器信息獲取方式取決于數(shù)據(jù)報(bào)告緊急程度，在時(shí)間驅(qū)動(dòng)模式下，要求傳感器在一定時(shí)間節(jié)點(diǎn)內(nèi)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂茖?；在事件?qū)動(dòng)模式下，傳感器收集周圍環(huán)境變化數(shù)據(jù)，只有在傳感器收集的數(shù)據(jù)變化情況滿足預(yù)設(shè)條件下，才可以將收集到的數(shù)據(jù)信息傳輸給控制層；在查詢驅(qū)動(dòng)模式下，傳感器節(jié)點(diǎn)被動(dòng)式轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)到控制層，只有在接收到控制層的具體要求后，才可以將收集到的數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)娇刂破?。如果想要無(wú)線傳感器廣泛應(yīng)用在現(xiàn)場(chǎng)中，需要保證無(wú)線傳感器是最低成本的，無(wú)線傳感器的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)整體成本保持在一個(gè)較低的水平；無(wú)線傳感器主要是由電池供電，所以要求電池能夠滿足傳感器長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行工作，這就要求傳感器功耗保持在一個(gè)很低的水平；性能可靠，可以在無(wú)人看管下即可正常工作；伸縮性能好。一般情況下，無(wú)線傳感器采用短距離無(wú)線連接方式，這樣可以盡可能降低外界客觀因素對(duì)無(wú)線信號(hào)傳輸帶來(lái)的干擾，充分發(fā)揮無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。

4 無(wú)線網(wǎng)與BA Cnet的結(jié)合

在執(zhí)行層中應(yīng)用無(wú)線傳感技術(shù)與上層應(yīng)用相結(jié)合，在智能樓宇系統(tǒng)中有很多通信協(xié)議，這是一種樓宇智能化發(fā)展的自動(dòng)控制網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議。該協(xié)議作為一種開(kāi)放性協(xié)議，主要是采用OSI模型衍生而來(lái)的分層通信體系結(jié)構(gòu)，很容易受到實(shí)際需要和成本限制等眾多因素影響，這種折疊式結(jié)構(gòu)在實(shí)際應(yīng)用中安全性更為突出。BA Cnet在智能樓宇系統(tǒng)中應(yīng)用，通過(guò)對(duì)抽象模型的實(shí)例化可以提供一個(gè)更加具體的描述，通過(guò)服務(wù)原語(yǔ)實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的信息交互，在滿足數(shù)據(jù)傳輸需要的同時(shí)，還可以降低網(wǎng)絡(luò)架設(shè)成本。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)映射方式，采用不同底層協(xié)議網(wǎng)絡(luò)，BA Cnet應(yīng)用層報(bào)文可以在不同網(wǎng)絡(luò)上傳輸數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳輸更加安全。不同的BA Cnet子網(wǎng)根據(jù)實(shí)際情況選擇不同的通信技術(shù)和尋址方式，在實(shí)際應(yīng)用中根據(jù)尋址方式，促使子網(wǎng)間的路由工作有序開(kāi)展，充分發(fā)揮無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)作為一種前沿技術(shù)，在智能樓宇系統(tǒng)中應(yīng)用可以為用戶提供一個(gè)更加安全、舒適的環(huán)境，為樓宇系統(tǒng)智能化、自動(dòng)化和數(shù)字化發(fā)展帶來(lái)更大的發(fā)展空間，能夠有效克服有線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟槐?，促使無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)能夠在智能樓宇系統(tǒng)中更為廣泛的應(yīng)用。

[1]許毅平，周曼麗.無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在智能樓宇中的應(yīng)用研究[J].計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)，2014（22）：4264-4267.

[2]李勝.智能樓宇中無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2015（14）：287.

[3]申瑞雪，李良.無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在智能樓宇中的應(yīng)用研究[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2014（17）：1404.

[4]肖青青.無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)覆蓋技術(shù)的應(yīng)用與研究[D].武漢：武漢理工大學(xué)，2012.

[5]李燕.智能樓宇無(wú)線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的初探[J].中國(guó)電子商務(wù)，2012（9）：47.

[6]張佳星.基于ARM的智能樓宇無(wú)線網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)研究[D].太原：太原理工大學(xué)，2012.

Exploration on application of wireless network technology in intelligent building

Gao Bo
（Xuanwei Branch of Yunnan Network Group Co., Ltd., Qujing 655413, China）

Because wireless network technology itself is vulnerable to transmission conflict and signal interference and other factors, it is necessary to further strengthen the exploration of infinite network technology application in intelligent building. This paper mainly expounds the application of this analysis, and objective expounds the application possibility of wireless network technology in intelligent building and the challenges faced, and expounds the wireless communication standard and wireless networking mode, putting forward reasonable application framework.

wireless network technology; intelligent building; communication standard; wireless networking

高波（1975— ），男，云南宣威；研究方向：網(wǎng)絡(luò)安全及無(wú)線網(wǎng)。