IEEE 1888標(biāo)準(zhǔn)在建筑節(jié)能系統(tǒng)中的應(yīng)用

許紫晗　張藝丹

內(nèi)蒙古大學(xué)電子信息工程學(xué)院（010000）

IEEE 1888標(biāo)準(zhǔn)在建筑節(jié)能系統(tǒng)中的應(yīng)用

許紫晗張藝丹

內(nèi)蒙古大學(xué)電子信息工程學(xué)院（010000）

建筑能耗是我國能源消耗的重要組成部分，利用由中國企業(yè)主導(dǎo)制定的IEEE 1888標(biāo)準(zhǔn)能夠很好地實(shí)現(xiàn)能耗監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中各傳感器設(shè)備的互通互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)通信組件、數(shù)據(jù)庫、應(yīng)用端間的智能信息交互、遠(yuǎn)程監(jiān)控和集中管理，最終實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目的。這里介紹了IEEE 1888在建筑節(jié)能領(lǐng)域的簡(jiǎn)單應(yīng)用，并對(duì)其發(fā)展前景作了簡(jiǎn)要討論。

IEEE 1888；建筑節(jié)能；傳感器網(wǎng)絡(luò)

2008年中國電信攜手天地互聯(lián)等國內(nèi)企業(yè)牽頭成立了IEEE 1888工作組，致力于研究節(jié)能環(huán)保領(lǐng)域的綠色標(biāo)準(zhǔn)，并于2011年3月被正式發(fā)布成為IEEE 1888標(biāo)準(zhǔn)。IEEE 1888泛在綠色社區(qū)控制網(wǎng)絡(luò)協(xié)議（UGCCNet）是以綠色環(huán)保為宗旨，采用全I(xiàn)P的思路，深度融合IPv6、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等信息通信技術(shù)，能夠?qū)⑺袀鞲袛?shù)據(jù)和控制數(shù)據(jù)進(jìn)行自由傳輸與交互的應(yīng)用層面的通信協(xié)議。IEEE 1888所具有的開放性、可擴(kuò)展性、兼容性、可控可管性等優(yōu)點(diǎn)賦予了其廣闊的應(yīng)用空間，在樓宇節(jié)能、環(huán)境監(jiān)測(cè)、工業(yè)監(jiān)測(cè)、區(qū)域能源管理以及智能表計(jì)等領(lǐng)域均可有深入應(yīng)用，商業(yè)價(jià)值和市場(chǎng)潛力巨大。

1　IEEE 1888標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

IEEE 1888是面向應(yīng)用的控制協(xié)議，采用分層通訊協(xié)議系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，不同的層次分別支持不同的通訊協(xié)議。IEEE 1888是基于TCP/IP的時(shí)間，繼承了TCP/IP的顯著特點(diǎn)，融合了各種無線以及有線的遠(yuǎn)范圍與近距離通信方式，使得IEEE 1888在底層網(wǎng)絡(luò)的接入方式上有很大的包容性，可以接入各種現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議，諸如Lonworks、Modbus、ZigBee等。

IEEE 1888系統(tǒng)由以下各項(xiàng)構(gòu)成（見圖1）：

圖1　IEEE 1888系統(tǒng)構(gòu)成圖

1）網(wǎng)關(guān)（GW）

在網(wǎng)關(guān)下面鏈接傳感器和執(zhí)行器，網(wǎng)關(guān)屏蔽了各種跟不同訪問網(wǎng)絡(luò)的規(guī)格差異，在統(tǒng)一的IEEE 1888通訊協(xié)議的幫助下，可以在互聯(lián)網(wǎng)上起到在線化的作用。

2）儲(chǔ)存器（Storage）

儲(chǔ)存器在IEEE 1888中將在線化的傳感數(shù)據(jù)或狀態(tài)信息長(zhǎng)期保存，可在任意時(shí)間讀取。此外，儲(chǔ)存器也可作為組件數(shù)據(jù)共享的服務(wù)器使用。

3）應(yīng)用單元（APP，Application）

根據(jù)應(yīng)用方式不同，應(yīng)用單元有很多功能和開發(fā)方式。可以進(jìn)行可視化應(yīng)用，即從IEEE 1888組件中讀取數(shù)據(jù)，將傳感器數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成PNG（Portable Network Graphics）等圖像文檔，然后作為網(wǎng)頁服務(wù)器的一部分部署；也可以進(jìn)行統(tǒng)計(jì)應(yīng)用，用于處理龐大的觀測(cè)元數(shù)據(jù)，并保存各種運(yùn)算處理的結(jié)果。

4）負(fù)責(zé)IEEE 1888組件之間交互的IEEE 1888注冊(cè)器（Registry）

注冊(cè)器和上述三種組件有根本不同。注冊(cè)器在網(wǎng)絡(luò)中維護(hù)著“在哪里的哪個(gè)組件，對(duì)應(yīng)著那些數(shù)據(jù)信息”的綁定關(guān)系，并能依照條件檢索到相應(yīng)的組件。當(dāng)大量數(shù)據(jù)在不同的儲(chǔ)存器上分別進(jìn)行保存時(shí)，應(yīng)用單元通過使用注冊(cè)器可以找到對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)存器，進(jìn)而找到所需的數(shù)據(jù)。

其中網(wǎng)關(guān)、儲(chǔ)存器和應(yīng)用單元統(tǒng)稱為IEEE 1888組件。組件之間有通用的通信接口，注冊(cè)器與組件之間有不同的通信接口，能夠充分實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備間的交互和協(xié)同工作。

2　簡(jiǎn)單建筑節(jié)能系統(tǒng)構(gòu)建

本系統(tǒng)的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)辦公樓能耗設(shè)備能耗狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)控，并根據(jù)實(shí)際情況提醒辦公現(xiàn)場(chǎng)或遠(yuǎn)程控制能耗設(shè)備，實(shí)現(xiàn)能源的優(yōu)化管理和合理調(diào)配，最終達(dá)到節(jié)能減排的效果。

IEEE 1888系統(tǒng)的構(gòu)建一般包括如下流程步驟：

系統(tǒng)需求定義、點(diǎn)列表及網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)、安裝工程、工作測(cè)試。

2.1辦公樓設(shè)備現(xiàn)狀以及系統(tǒng)要求

本系統(tǒng)為一棟5層樓20個(gè)辦公室電力管理系統(tǒng)。各個(gè)辦公室都安裝有獨(dú)立的電力表計(jì)，這些電力表計(jì)的值通過Modbus（RS 485）現(xiàn)場(chǎng)總線集中進(jìn)行記錄。

2.2統(tǒng)整體構(gòu)成

系統(tǒng)整體構(gòu)成如圖2所示

根據(jù)系統(tǒng)整體構(gòu)成圖設(shè)計(jì)系統(tǒng)點(diǎn)列表見表1。

圖2　系統(tǒng)整體構(gòu)成圖

根據(jù)系統(tǒng)整體構(gòu)成圖設(shè)計(jì)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)見表2。

表1　系統(tǒng)點(diǎn)列表

表2　系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)

2.3系統(tǒng)配置及測(cè)試

由于篇幅限制，本文只介紹電力表計(jì)的網(wǎng)關(guān)配置方法：

IEEE 1888網(wǎng)關(guān)從設(shè)置20個(gè)辦公室的Modbus （RS485）電力表計(jì)上分別取得累計(jì)電量（kWh），將其以WRITE程序發(fā)送到IEEE 1888服務(wù)器。此外，電力表計(jì)遵循10 000時(shí)清零的循環(huán)計(jì)算。

滿足如上要求的IEEE 1888網(wǎng)關(guān)配置文檔如代碼所示，根據(jù)此設(shè)定，各辦公室電力表計(jì)值被傳送到IEEE 1888的Storage服務(wù)器上。

3　測(cè)試結(jié)果與討論

經(jīng)測(cè)試系統(tǒng)通過分布在各個(gè)辦公室的電力表計(jì)以及傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，分別對(duì)室內(nèi)的用電量、溫度、換氣扇開關(guān)狀態(tài)、窗戶開關(guān)狀態(tài)、百葉窗開關(guān)狀態(tài)、房門開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，很好地反應(yīng)了當(dāng)前室內(nèi)的能耗狀態(tài)及能源利用效率，為建筑節(jié)能環(huán)保提供了一種可行的全新方案。

在傳統(tǒng)的建筑節(jié)能系統(tǒng)中，由于各個(gè)系統(tǒng)之間所采用的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備功能不能關(guān)聯(lián)、信息不共享，易產(chǎn)生信息孤島的現(xiàn)象。如何實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成、數(shù)據(jù)互聯(lián)共享，如何滿足遠(yuǎn)程監(jiān)控、遠(yuǎn)程管理的需求，是當(dāng)前技術(shù)發(fā)展急需解決的主要問題。IEEE 1888就是在這一大背景下提出的全新網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議，尤其能在樓宇設(shè)備管理、建筑節(jié)能領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。

IEEE 1888最大的特點(diǎn)就是實(shí)現(xiàn)了信息交互、協(xié)同服務(wù)、集中監(jiān)測(cè)和統(tǒng)一管理。通過統(tǒng)一的遠(yuǎn)程信息采集信令和遠(yuǎn)程控制信令，為數(shù)據(jù)信息的交互提供了統(tǒng)一的平臺(tái)，提高了設(shè)備之間的兼容性以及協(xié)議之間的一致性。隨著傳感器技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，IEEE 1888技術(shù)將廣泛應(yīng)用于智能建筑、生態(tài)社區(qū)和城市數(shù)字生態(tài)的建設(shè)中去，為節(jié)能環(huán)保，創(chuàng)建美好明天提供堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。

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