物聯(lián)網(wǎng)智能樓宇解決方案的架構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化研究

許倩

摘 要：隨著當(dāng)前我國(guó)物聯(lián)網(wǎng)等各種現(xiàn)代信息技術(shù)的不斷發(fā)展，建設(shè)智能樓宇也成為現(xiàn)階段建筑產(chǎn)業(yè)的一大發(fā)展目標(biāo)。為了有效增強(qiáng)智能樓宇的智能水平，需要將其積極與物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行相互整合，并不斷優(yōu)化物聯(lián)網(wǎng)智能樓宇解決方案的架構(gòu)設(shè)計(jì)，從而更好地為住戶(hù)提供智能、高效、便捷的優(yōu)質(zhì)服務(wù)。在這一背景下，文章重點(diǎn)針對(duì)基于物聯(lián)網(wǎng)的智能樓宇解決方案的架構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行簡(jiǎn)要分析研究。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；智能樓宇；架構(gòu)設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)優(yōu)化

雖然眼下在我國(guó)智能樓宇領(lǐng)域中，物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用已經(jīng)較為廣泛，并且二者之間的融合程度也在不斷加深。但由于我國(guó)目前在智能樓宇以及物聯(lián)網(wǎng)方面的技術(shù)水平較為有限，因此也在很大程度上限制了物聯(lián)網(wǎng)智能樓宇解決方案架構(gòu)設(shè)計(jì)的進(jìn)一步優(yōu)化。本文通過(guò)對(duì)此展開(kāi)相應(yīng)探究，旨在通過(guò)優(yōu)化基于物聯(lián)網(wǎng)的智能樓宇解決方案的架構(gòu)設(shè)計(jì)，在有效控制成本提升設(shè)計(jì)成效的基礎(chǔ)上，推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)智能樓宇實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

1 物聯(lián)網(wǎng)智能樓宇的現(xiàn)狀

由于通信協(xié)議多種多樣，智能樓宇各系統(tǒng)也相互獨(dú)立且彼此之間存在一定差異性，因此，使得各系統(tǒng)與各樓宇將難以集中、統(tǒng)一進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理與存儲(chǔ)，智能樓宇中存在信息孤島的情況，并且需要工作人員單獨(dú)運(yùn)行和維護(hù)各系統(tǒng)，大大增加了投入成本，同時(shí)也使得相關(guān)工作人員的工作量也相對(duì)較大。另外，雖然當(dāng)前已經(jīng)有部分智能樓宇通過(guò)運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將內(nèi)部的門(mén)禁系統(tǒng)、報(bào)警系統(tǒng)等與建筑大門(mén)以及其他設(shè)備進(jìn)行有效連接，從而可以對(duì)智能樓宇內(nèi)部與外部環(huán)境進(jìn)行智能調(diào)節(jié)。

2 物聯(lián)網(wǎng)智能樓宇解決方案的架構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1 架構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)思路

針對(duì)當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)智能樓宇現(xiàn)狀，本文在對(duì)其解決方案架構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化中，嘗試采用分層的設(shè)計(jì)理念，設(shè)計(jì)包括應(yīng)用層、接入層、平面層等。其中智能樓宇中各終端設(shè)施設(shè)備如空調(diào)設(shè)備、新風(fēng)系統(tǒng)等以及其他控制系統(tǒng)設(shè)備統(tǒng)一集中在感知層。在傳輸層中主要通過(guò)利用樓宇駐地網(wǎng)以及互聯(lián)網(wǎng)等為智能樓宇數(shù)據(jù)傳輸以及通信管理提供便利。在接入層中，設(shè)計(jì)智能樓宇物聯(lián)網(wǎng)接入網(wǎng)關(guān)，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一接入、協(xié)議轉(zhuǎn)換以及上傳。而在平面層中，設(shè)計(jì)包括設(shè)備與權(quán)限管理、日志管理、人臉識(shí)別、視頻分析、數(shù)據(jù)挖掘等眾多應(yīng)用功能。

2.2 智能樓宇系統(tǒng)架構(gòu)

2.2.1 接入層

本解決方案在接入層的優(yōu)化設(shè)計(jì)中，選擇將物聯(lián)網(wǎng)智能樓宇接入網(wǎng)關(guān)作為該層最為重要的設(shè)備。主要目的在于根據(jù)當(dāng)前智能樓宇前端接入設(shè)備協(xié)議多種多樣的現(xiàn)實(shí)情況，物聯(lián)網(wǎng)接入網(wǎng)關(guān)從而有效保障接入設(shè)備協(xié)議的通用性，使得各智能樓宇前端設(shè)備與系統(tǒng)之間可以互聯(lián)互通，用戶(hù)能夠切實(shí)根據(jù)自身實(shí)際需要對(duì)設(shè)備系統(tǒng)進(jìn)行靈活調(diào)整使用[1]。在優(yōu)化設(shè)計(jì)中，智能樓宇前端設(shè)備通過(guò)有線或無(wú)線通信與設(shè)備模型進(jìn)行相互連接，在設(shè)備模型中涉及眾多接口與通信協(xié)議，包括ZigBee，Modus，BACnet，LonWorks等。而暖通空調(diào)、安防門(mén)禁、消防與燈控系統(tǒng)、電梯系統(tǒng)等則統(tǒng)一位于應(yīng)用邏輯中。將各種協(xié)議設(shè)備模板設(shè)置在物聯(lián)網(wǎng)接入網(wǎng)關(guān)內(nèi)，可以為各協(xié)議設(shè)備數(shù)據(jù)向標(biāo)準(zhǔn)軟件組件進(jìn)行轉(zhuǎn)換提供便利。

2.2.2 平臺(tái)層

本解決方案中平臺(tái)層負(fù)責(zé)統(tǒng)一分析處理基于物聯(lián)網(wǎng)的智能樓宇的各項(xiàng)信息數(shù)據(jù)，并為其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)、上層應(yīng)用程序?qū)?shù)據(jù)信息的調(diào)用提供相應(yīng)的訪問(wèn)接口。在平臺(tái)層設(shè)計(jì)中，一方面保留其現(xiàn)有的基礎(chǔ)功能，包括設(shè)備接入與管理、安全管理、權(quán)限管理等，另一方面，為有效提高智能樓宇的智能化水平，還將支持大數(shù)據(jù)分析、人工智能等相關(guān)服務(wù)組件引入其中。通過(guò)充分發(fā)揮此類(lèi)服務(wù)組件的優(yōu)勢(shì)特性，使得平臺(tái)層可以有效為智能樓宇上層應(yīng)用提供高效處理各種信息數(shù)據(jù)的優(yōu)質(zhì)服務(wù)，例如大數(shù)據(jù)分析、視頻分析、語(yǔ)音識(shí)別等。

2.2.3 應(yīng)用層

本解決方案在應(yīng)用層優(yōu)化設(shè)計(jì)中，智能樓宇將結(jié)合具體系統(tǒng)功能進(jìn)行科學(xué)的應(yīng)用分類(lèi)[2]。如對(duì)車(chē)輛與人員進(jìn)出控制、火災(zāi)探測(cè)與報(bào)警、視頻監(jiān)控等將被統(tǒng)一歸為安全防護(hù)類(lèi)應(yīng)用，而對(duì)智能樓宇的電氣設(shè)備控制、能耗統(tǒng)計(jì)分析以及周?chē)h(huán)境監(jiān)測(cè)等則將被統(tǒng)一歸至智能樓宇的綠色節(jié)能類(lèi)應(yīng)用。包括訪客管理、發(fā)布信息、公共廣播等在內(nèi)的其他應(yīng)用則一并被劃分至智能樓宇的高效便捷類(lèi)應(yīng)用中。在智能樓宇監(jiān)控系統(tǒng)中，則主要通過(guò)使用云計(jì)算技術(shù)，將云計(jì)算應(yīng)用依次分成服務(wù)應(yīng)用層、云平臺(tái)支撐層、數(shù)據(jù)采集與傳輸層。

2.3 應(yīng)用部署模式設(shè)計(jì)

2.3.1 本地部署

考慮到平臺(tái)數(shù)據(jù)服務(wù)器并非全部部署在相同的位置上，因此，本文在進(jìn)行物聯(lián)網(wǎng)智能樓宇解決方案架構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化過(guò)程中，將同時(shí)運(yùn)用以云為基礎(chǔ)的遠(yuǎn)程部署思想和本地部署設(shè)計(jì)思想。在本地部署中，設(shè)計(jì)將平臺(tái)層數(shù)據(jù)服務(wù)器以及智能樓宇本地管理中心全部部署在本地，同時(shí)運(yùn)用Internet/移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，提供對(duì)外開(kāi)放的遠(yuǎn)程訪問(wèn)互聯(lián)網(wǎng)接口，方便工作人員對(duì)單一物聯(lián)網(wǎng)智能樓宇進(jìn)行實(shí)時(shí)管理。

2.3.2 遠(yuǎn)程部署

本文在優(yōu)化設(shè)計(jì)物聯(lián)網(wǎng)智能樓宇解決方案的架構(gòu)設(shè)計(jì)中，嘗試于第三方云服務(wù)平臺(tái)中部署平臺(tái)層服務(wù)器。此時(shí)通過(guò)利用Internet訪問(wèn)服務(wù)器，無(wú)論是智能樓宇本地管理中心還是遠(yuǎn)程移動(dòng)管理客戶(hù)端，均可以根據(jù)自身實(shí)際需要隨時(shí)調(diào)用和訪問(wèn)智能樓宇各系統(tǒng)設(shè)備的相關(guān)數(shù)據(jù)。以物聯(lián)網(wǎng)智能樓宇監(jiān)控遠(yuǎn)程解決方案為例，其主要通過(guò)運(yùn)用邊緣計(jì)算的方式，如借助當(dāng)前較為先進(jìn)的敏捷物聯(lián)網(wǎng)關(guān)和敏捷控制器產(chǎn)品，搭配使用物聯(lián)網(wǎng)中間件技術(shù)平臺(tái)，在與大門(mén)傳感器、智能監(jiān)控裝置等設(shè)備進(jìn)行有效連接后，利用強(qiáng)大的邊緣計(jì)算能力與開(kāi)放架構(gòu)的物聯(lián)網(wǎng)關(guān)，在對(duì)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集的基礎(chǔ)上，借助云計(jì)算平臺(tái)對(duì)其展開(kāi)深入分析和數(shù)據(jù)仿真，便可以幫助工作人員隨時(shí)掌握智能監(jiān)控設(shè)備各性能參數(shù)，從而在有效了解樓宇整體運(yùn)行情況，對(duì)其進(jìn)行有效監(jiān)控管理的同時(shí)，也能夠提前預(yù)判樓宇可能存在的安全隱患[3]。

3 物聯(lián)網(wǎng)智能樓宇解決方案架構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)性能測(cè)試

3.1 用戶(hù)

為了有效驗(yàn)證本文提出的物聯(lián)網(wǎng)智能樓宇解決方案架構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，具有較高的應(yīng)用價(jià)值，在依照相關(guān)規(guī)范要求完成測(cè)試組網(wǎng)環(huán)境布設(shè)，將接口機(jī)與安防系統(tǒng)、視頻系統(tǒng)等進(jìn)行規(guī)范連接后，在測(cè)試用戶(hù)登錄性能時(shí)，選擇采用并發(fā)測(cè)試的方式對(duì)100名用戶(hù)且每名用戶(hù)登錄10次展開(kāi)測(cè)試，并對(duì)服務(wù)器CPU以及內(nèi)存使用等進(jìn)行認(rèn)真觀察。根據(jù)測(cè)試結(jié)果可知，在100名用戶(hù)且每名用戶(hù)登錄10次的并發(fā)情況中，平均每次訪問(wèn)的響應(yīng)時(shí)間為280 ms，錯(cuò)誤數(shù)目為零，訪問(wèn)平穩(wěn)。

3.2 平臺(tái)模塊

由于本解決方案中設(shè)計(jì)的平臺(tái)模塊相對(duì)較多，因此，本文選擇以查看網(wǎng)關(guān)日志為例，在測(cè)試中同樣采用并發(fā)測(cè)試的方式對(duì)100名用戶(hù)且每名用戶(hù)查看、訪問(wèn)10次網(wǎng)關(guān)日志管理頁(yè)面展開(kāi)測(cè)試。要求在測(cè)試中對(duì)測(cè)試工具輸出等進(jìn)行認(rèn)真觀察。而根據(jù)最終的測(cè)試結(jié)果可知，在100名用戶(hù)且每名用戶(hù)查看、訪問(wèn)網(wǎng)關(guān)日志管理頁(yè)面10次的并發(fā)情況下，平均每次訪問(wèn)的響應(yīng)時(shí)間為250 ms，錯(cuò)誤數(shù)目為零，訪問(wèn)平穩(wěn)。而在壓力測(cè)試中，TOMCAT進(jìn)程MEMORY內(nèi)存占用為1.5 G。

3.3 接口訪問(wèn)

在其他測(cè)試條件不變的情況下，模擬100名用戶(hù)且每名用戶(hù)訪問(wèn)10次頁(yè)面，每頁(yè)只調(diào)用一次接口的并發(fā)測(cè)試。根據(jù)最終的測(cè)試結(jié)果可知，在100名用戶(hù)且每名用戶(hù)10次并發(fā)下，平均每次訪問(wèn)的響應(yīng)時(shí)間為210 ms，錯(cuò)誤數(shù)目為零，訪問(wèn)平穩(wěn)。而在壓力測(cè)試中，TOMCAT進(jìn)程MEMORY內(nèi)存占用為1.5 G。整體來(lái)看，本解決方案可有效滿(mǎn)足數(shù)據(jù)量較大、高并發(fā)且訪問(wèn)時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)的工作需求，平均頁(yè)面訪問(wèn)耗時(shí)不超過(guò)3 s，用戶(hù)等待時(shí)間較短，而CPU與內(nèi)存的占用率基本控制在60%左右，因此，證明本解決方案具有較高的應(yīng)用性。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)本文的分析研究可知，在對(duì)物聯(lián)網(wǎng)智能樓宇解決方案的架構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中，以傳統(tǒng)3層架構(gòu)為基礎(chǔ)，在與智能樓宇的實(shí)際需求、具體特點(diǎn)等進(jìn)行有機(jī)整合下，將接入層與平臺(tái)層引入其中，使得物聯(lián)網(wǎng)智能樓宇各系統(tǒng)、設(shè)備之間能夠?qū)崿F(xiàn)互聯(lián)互通與融合管理。同時(shí)經(jīng)過(guò)一系列性能測(cè)試，證明該解決方案具有較高的有效性與應(yīng)用性，值得在智能樓宇領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。

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