基于TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡化智能建筑初探

李長帥++朱棟華

摘要：本文介紹了什么是基于TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡化智能建筑系統(tǒng)，網(wǎng)絡化智能建筑系統(tǒng)的應用比傳統(tǒng)的由子系統(tǒng)組成的智能建筑系統(tǒng)有哪些優(yōu)勢，智能建筑的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：智能建筑網(wǎng)絡TCP/IP協(xié)議

1 什么是網(wǎng)絡化智能建筑系統(tǒng)

智能建筑及其子系統(tǒng)完成的是信息采集、傳遞、處理以及反饋的過程。網(wǎng)絡化智能建筑系統(tǒng)是一體化的控制網(wǎng)絡，將各種傳感器連接一個IP地址唯一的微控制單元，利用TCP協(xié)議把微控制單元將傳感器采集的信號加工成數(shù)據(jù)包，這些數(shù)據(jù)包通過信息通信網(wǎng)絡傳輸介質(zhì)、信息交換設(shè)備形成的網(wǎng)絡進行傳遞，最終由中央服務器集中收集、集中處理，生成反饋信號經(jīng)由TCP/IP網(wǎng)絡反饋給微控制單元實現(xiàn)自動、智能的控制過程。

2 傳統(tǒng)智能建筑系統(tǒng)有哪些不足

傳統(tǒng)的智能建筑是由多個子系統(tǒng)組成的， 各子系統(tǒng)的信息格式、接口、傳輸介質(zhì)、信息交換設(shè)備以及信息處理方式各不相同，信息分散處理導致系統(tǒng)集成程度低，需要人工監(jiān)視和控制實現(xiàn)子系統(tǒng)間的聯(lián)動。

此外，由于建筑不同于其他工業(yè)產(chǎn)品，具有生產(chǎn)周期長的特點。智能建筑及建筑群，從設(shè)計、施工到竣工驗收通常需要兩到三年甚至更長的時間，而智能建筑發(fā)展日新月異，很多技術(shù)投入使用便已過時，部分設(shè)備的設(shè)計功能不能滿足實際需要的情況又時有發(fā)生。然而由于缺乏統(tǒng)一的、開放的協(xié)議及標準，這些設(shè)備通常無法單獨更換，這給設(shè)計和施工都造成了很多不可避免的困擾。

3 網(wǎng)絡化智能建筑系統(tǒng)有哪些優(yōu)勢

網(wǎng)絡已經(jīng)融入了人們的生活，但TCP/IP網(wǎng)絡之前未能廣泛應用于智能建筑控制領(lǐng)域主要是由于相比傳統(tǒng)控制系統(tǒng)，其協(xié)議較復雜導致代碼占用大量存儲容量，同時對處理器的運算能力有較高門檻，常用的8位單片機不能滿足其對硬件資源的要求。

而由于嵌入式系統(tǒng)的高速發(fā)展，具有32位運算能力的微控制器取得了廣泛的應用，隨著生產(chǎn)工藝的不斷改進，其價格和功耗逐年降低，而性能卻在不斷提高。讓每一個具備唯一IP地址的微控制器成為一個微控制單元，利用微控制器作為TCP/IP網(wǎng)絡中的信息收集、傳遞的中轉(zhuǎn)站，這給TCP/IP網(wǎng)絡在控制工程的應用帶來了新的契機。

結(jié)合TCP/IP協(xié)議高度開放的特性，在數(shù)據(jù)鏈路層，借助標準化的接口，僅需在建設(shè)初期根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)形式設(shè)置IEEE802.3標準的主干網(wǎng)絡，利用光纖、雙絞線以及無線信號作為傳輸介質(zhì)，在建設(shè)末期接入帶有微控制單元的傳感器、控制器，使安裝智能化設(shè)備就像安裝一臺網(wǎng)絡打印機一樣簡單。在網(wǎng)絡層，通過IP協(xié)議對微控制單元進行尋址，對微控制單元處理的信息進行路由。在傳輸層，控制主機利用TPC協(xié)議實現(xiàn)端口尋址、分段重組、流量、差錯控制。在應用層，通過各種應用層協(xié)議和應用程序最終實現(xiàn)對信息的綜合處理，實現(xiàn)各傳統(tǒng)子系統(tǒng)間的高度集成和聯(lián)動。借助高速發(fā)展的網(wǎng)絡技術(shù)，可以利用PC、平板電腦、以及智能手機實現(xiàn)對系統(tǒng)隨時隨地的控制。進而，如果把數(shù)據(jù)庫的部分數(shù)據(jù)共享給有權(quán)限的遠程用戶，我們便可以遠程利用任何形式的Internet接入設(shè)備實現(xiàn)智能建筑的遠程管理和監(jiān)控。

IP Camera即網(wǎng)絡攝像機正在市場上獲得廣泛的應用。IP Camera是將圖像轉(zhuǎn)換為基于TCP/IP網(wǎng)絡標準的數(shù)據(jù)包，使攝像機所拍攝的畫面通過RJ-45以太網(wǎng)接口或WIFI WLAN無線接口直接傳送到網(wǎng)絡上，通過網(wǎng)絡即可遠端監(jiān)視畫面。此系統(tǒng)利用現(xiàn)有的綜合布線網(wǎng)絡傳輸圖像，并進行實時監(jiān)控。系統(tǒng)所需的前端設(shè)備少，連線簡捷；后端僅需一套軟件系統(tǒng)即可。當需要增加監(jiān)控點，監(jiān)控主機時，只需要通過現(xiàn)有網(wǎng)絡增加一臺IP Camera或PC機即可，而不需要對現(xiàn)有布線系統(tǒng)做什么改動。而且，此系統(tǒng)所需設(shè)備極其簡單，系統(tǒng)的控制全由后端的軟件系統(tǒng)實現(xiàn)，省去了傳統(tǒng)模擬監(jiān)控系統(tǒng)中的大量設(shè)備，如昂貴的矩陣、畫面分割器、切換器、視頻轉(zhuǎn)網(wǎng)絡的主機等。由于圖像的傳輸通過綜合布線網(wǎng)絡，省去了大量的視頻同軸電纜，降低了費用。

運用同樣的方法，可以把TCP/IP協(xié)議運用在智能建筑的其他子系統(tǒng)當中，這樣的網(wǎng)絡化智能建筑相比傳統(tǒng)智能建筑具有以下優(yōu)勢：

①標準化的協(xié)議：TCP/IP協(xié)議不依賴于任何特定的硬件或操作系統(tǒng)，提供開放的協(xié)議標準，統(tǒng)一的網(wǎng)絡地址分配方案，標準化的高層協(xié)議，用戶只需要考慮應用而不需要重新開發(fā)。

②開放且成熟的接口、傳輸介質(zhì)、信息交換設(shè)備：可以通過雙絞線、光纖以及無線信號接入TCP/IP網(wǎng)絡，無論采用哪種接入方式，其接入技術(shù)都已經(jīng)非常成熟。使用ARP協(xié)議為新接入的設(shè)備分配一個唯一的IP地址，該設(shè)備即刻便可以投入使用。極大的提高了綜合布線的兼容性、經(jīng)濟性、靈活性、開放性和經(jīng)濟性。

③統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)：傳統(tǒng)智能建筑系統(tǒng)不智能的主要原因便是各子系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)格式不統(tǒng)一，各子系統(tǒng)獨立收集、獨立處理信息，導致了子系統(tǒng)間缺乏聯(lián)動，不能實現(xiàn)無人值守的自動控制。而統(tǒng)一了數(shù)據(jù)格式，并統(tǒng)一處理傳感器收集的數(shù)據(jù)便可以通過軟件設(shè)計提高智能建筑系統(tǒng)的集成性，實現(xiàn)高級的系統(tǒng)聯(lián)動。

4 智能建筑系統(tǒng)的發(fā)展方向

傳統(tǒng)的智能建筑系統(tǒng)都以子系統(tǒng)的形式被人們所熟知，在工程上統(tǒng)稱為“弱電”系統(tǒng)，因為它們并不智能。智能建筑在國內(nèi)的發(fā)展無法滿足實際需求，系統(tǒng)穩(wěn)定性差、功能實現(xiàn)率低、智能化水平參差不齊，都是智能建筑屢遭詬病的問題。

近些年，智能一體化設(shè)計逐漸在智能建筑行業(yè)興起。簡單來說，智能建筑一體化，就是將龐雜的智能控制系統(tǒng)集成在了一起，做到標準統(tǒng)一、施工方統(tǒng)一。這樣一來，系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性都將大大增加。

5 結(jié)束語

在網(wǎng)絡工程的長期發(fā)展過程中，TCP/IP逐漸取代其他協(xié)議，這與其簡單、易用、高效、開放的諸多優(yōu)勢是密不可分的。而將TCP/IP網(wǎng)絡通訊協(xié)議應用到智能建筑一體化系統(tǒng)當中，不僅不需要重新制定硬件和軟件標準，而且可以兼容并包的使用新興的移動終端及可穿戴設(shè)備，借助TCP/IP網(wǎng)絡的兼容性保證智能建筑鮮活的生命力。

參考文獻：

[1]閻俊愛.智能建筑技術(shù)與設(shè)計[M].清華大學出版社，2005.

[2]周明天，汪文勇.TCP/IP網(wǎng)絡原理與技術(shù)[M].清華大學出版社.

[3]王煥新.IP技術(shù)在智能建筑中的應用[J].工程設(shè)計CAD與智能建筑，2001（6）：23-25.

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