無線網(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)集團有限公司 宣威支公司，云南 曲靖 655413）

無線網(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)集團有限公司 宣威支公司，云南 曲靖 655413）

由于無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)自身很容易受到傳輸沖突和信號干擾等因素影響，需要進一步加強無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在智能樓宇中的應(yīng)用探索。文章主要就此展開分析，客觀闡述無線網(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)，無線通信標準和無線組網(wǎng)方式，提出合理的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用框架。

無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)；智能樓宇；通信標準；無線組網(wǎng)

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

智能樓宇控制系統(tǒng)主要包括樓宇自動化系統(tǒng)、辦公自動化系統(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)，負責系統(tǒng)之間信息傳輸?shù)闹厝?。在此基礎(chǔ)上，控制網(wǎng)絡(luò)和計算機信息網(wǎng)絡(luò)之間實現(xiàn)聯(lián)通，由一個統(tǒng)一管理平臺對信息進行管理，包括對數(shù)據(jù)源、數(shù)據(jù)平臺的管理，對收集的數(shù)據(jù)進行深入挖掘，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)計的樓宇控制系統(tǒng)來看，主要劃分為3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，包括對溫度、濕度、煙感以及室內(nèi)光線強度等指標的檢測，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?，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，這種裝置在實際應(yīng)用中可以更加自動化地控制空調(diào)開關(guān)、調(diào)節(jié)室內(nèi)濕度和溫度等?，F(xiàn)場執(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展管理工作提供一個信息化控制平臺，從而對樓宇進行智能化管理。

經(jīng)過大量的實踐研究可以發(fā)現(xiàn)，在現(xiàn)場執(zhí)行層和信息管理層應(yīng)用無線網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)的可能性最大。執(zhí)行層中應(yīng)用無線技術(shù)，是因為樓宇中設(shè)置了大量的傳感器節(jié)點，布線工程量較大，如果采用有線連接需要耗費大量的人力、物力和財力，所以引入無線接入方式可以為傳感器部署工作提供便利，根據(jù)實際情況改變傳感器的節(jié)點位置。在信息管理層應(yīng)用無線技術(shù)主要是為了便于后續(xù)管理和維護工作開展，對系統(tǒng)進行實時控制[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，所以即便是在當前無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)快速發(fā)展背景下，對傳統(tǒng)的有線網(wǎng)絡(luò)帶來一定沖擊，但仍然無法完全替代有線網(wǎng)絡(luò)，所以在未來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)和無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用。無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在信息管理層應(yīng)用較為廣泛，已經(jīng)積累了豐富的實踐經(jīng)驗，值得在其他層更進一步的應(yīng)用[4]。

2 現(xiàn)場執(zhí)行層無線組網(wǎng)模式

無線組網(wǎng)有兩種模式，即Ad hoc模式和Infrastructure模式，其中Ad hoc模式作為一種對等式的組網(wǎng)方式，沒有固定的路由器和基礎(chǔ)設(shè)施，所以這些節(jié)點是可以根據(jù)實際情況調(diào)整，同時還可以保證各個節(jié)點之間的聯(lián)系。這種模式在實際應(yīng)用中，無線覆蓋范圍限制問題最為典型，致使用戶無法直接進行通信，只能借助其他節(jié)點分組轉(zhuǎn)發(fā)，沒一個節(jié)點設(shè)置一個路由器。而Infrastructure模式組織網(wǎng)絡(luò)是無線單跳網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點更多的是選擇通信范圍內(nèi)距離最近的基站實現(xiàn)通信，不具備路由功能和節(jié)點通信功能。在智能樓宇控制系統(tǒng)設(shè)計中，應(yīng)該根據(jù)實際情況選擇合理的技術(shù)，設(shè)計不同的無線組網(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)實際情況重新調(diào)整傳感器的位置?；诖耍绻捎脽o線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，則能夠更好地適應(yīng)大樓功能變化對傳感器部署的需求，降低布線工作量和成本費用。但是，在智能樓宇系統(tǒng)中應(yīng)用無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)時，可能會出現(xiàn)更多的困難，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：其一，無線傳感器需要電池供電才能正常運行，所以能量是有限的，所以無線覆蓋范圍較小。其二，樓宇內(nèi)部影響無線網(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，這些將會在不同程度上影響到無線信號的傳輸質(zhì)量，致使無線信號傳輸和服務(wù)質(zhì)量變得更加復雜，難以滿足實際工作需求。此外，如果室內(nèi)的物體發(fā)生移動，可能反射無線電波，這些反射電波經(jīng)過多種途徑傳輸，可能受到更加嚴重的干擾，造成信號傳輸路徑逐漸衰減[6]。

所以，在這樣復雜的環(huán)境下很難保證無線網(wǎng)絡(luò)傳輸質(zhì)量，傳統(tǒng)的點對點組網(wǎng)方式已經(jīng)無法滿足實際需要?；贏d hoc模式的無線網(wǎng)絡(luò)由于自身環(huán)境適應(yīng)能力較強，可以更好應(yīng)對這種復雜環(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€接收設(shè)備上，實現(xiàn)遠距離的數(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無線數(shù)據(jù)傳輸帶來的干擾問題，提升網(wǎng)絡(luò)抗干擾性。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由多個功能和節(jié)點組成，作為數(shù)據(jù)采集者，節(jié)點將收集的數(shù)據(jù)按照通信路由協(xié)議傳輸?shù)竭h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，還需要承擔接受鄰近節(jié)點傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，并將其傳輸?shù)礁浇墓?jié)點或基站的功能?；镜墓δ苁秦撠煂o線傳感器發(fā)送過來的數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)發(fā)到有線網(wǎng)絡(luò)上，在人機交互界面即可了解到系統(tǒng)的運行情況，同時也可以將有線網(wǎng)絡(luò)上的信息利用無線網(wǎng)絡(luò)通道轉(zhuǎn)發(fā)給傳感器，下達相應(yīng)的控制命令。

在執(zhí)行層中，對無線傳感器收集的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化到有線網(wǎng)絡(luò)基站，可以主動讀取無線傳感器數(shù)據(jù)，對無線傳感器的運行狀態(tài)實時監(jiān)控。

3 現(xiàn)場執(zhí)行層無線通信標準

當前國際上的無線通信標準較多，這些標準從不同角度上涵蓋了全球范圍內(nèi)的無線數(shù)據(jù)和通信需求。每種無線通信標準對于通信范圍、傳輸速率和傳輸速度提出了明確的規(guī)定，在不同標準的體系結(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準就需要以實際情況為依據(jù)。

不同傳感器在實際應(yīng)用中數(shù)據(jù)報告模型存在差異，傳感器信息獲取方式取決于數(shù)據(jù)報告緊急程度，在時間驅(qū)動模式下，要求傳感器在一定時間節(jié)點內(nèi)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂茖?；在事件?qū)動模式下，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)動模式下，傳感器節(jié)點被動式轉(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)娇刂破鳌Ｈ绻胍獰o線傳感器廣泛應(yīng)用在現(xiàn)場中，需要保證無線傳感器是最低成本的，無線傳感器的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)整體成本保持在一個較低的水平；無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時間運行工作，這就要求傳感器功耗保持在一個很低的水平；性能可靠，可以在無人看管下即可正常工作；伸縮性能好。一般情況下，無線傳感器采用短距離無線連接方式，這樣可以盡可能降低外界客觀因素對無線信號傳輸帶來的干擾，充分發(fā)揮無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的優(yōu)勢。

4 無線網(wǎng)與BA Cnet的結(jié)合

在執(zhí)行層中應(yīng)用無線傳感技術(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)展的自動控制網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議。該協(xié)議作為一種開放性協(xié)議，主要是采用OSI模型衍生而來的分層通信體系結(jié)構(gòu)，很容易受到實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，通過對抽象模型的實例化可以提供一個更加具體的描述，通過服務(wù)原語實現(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，還可以降低網(wǎng)絡(luò)架設(shè)成本。通過網(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)實際情況選擇不同的通信技術(shù)和尋址方式，在實際應(yīng)用中根據(jù)尋址方式，促使子網(wǎng)間的路由工作有序開展，充分發(fā)揮無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)優(yōu)勢。

5 結(jié)語

綜上所述，無線網(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更加安全、舒適的環(huán)境，為樓宇系統(tǒng)智能化、自動化和數(shù)字化發(fā)展帶來更大的發(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.無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在智能樓宇中的應(yīng)用研究[J].計算機工程與設(shè)計，2014（22）：4264-4267.

[2]李勝.智能樓宇中無線網(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，2014（17）：1404.

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

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

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