地鐵門禁系統(tǒng)組網(wǎng)方式的應用及分析

付勝華　王宇

摘? 要：隨著自動化技術(shù)的不斷進步和地鐵運營要求的不斷提高，門禁系統(tǒng)已成為地鐵行業(yè)中不可缺少的子系統(tǒng)。地鐵門禁系統(tǒng)屬于大型且較集中的門禁系統(tǒng)，它具有門禁點位多、數(shù)據(jù)通訊量大、數(shù)據(jù)傳輸距離遠、安全性能要求高等特點，因此地鐵門禁系統(tǒng)采取怎樣的組網(wǎng)方式，對于系統(tǒng)的穩(wěn)定性、時效性至關重要。當前門禁系統(tǒng)常見組網(wǎng)方式有兩種：RS-485總線方式組網(wǎng)及TCP/IP以太網(wǎng)方式組網(wǎng)，其中以RS-485總線方式組網(wǎng)應用較為廣泛，文章就兩種組網(wǎng)方式應用進行討論、分析。

關鍵詞：城市軌道交通;門禁系統(tǒng);組網(wǎng)

中圖分類號：U231.4? ? ? ?文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2020）09-0128-03

Application and Analysis of Networking Mode of Metro Access Control System

FU Shenghua1，WANG Yu2

（1.Nanchang Rail Transit Group Co.，Ltd.，Nanchang? 330038，China;

2.Baosight Software （Chengdu） Co.，Ltd.，Chengdu? 610094，China）

Abstract：With the continuous progress of automation technology and the continuous improvement of subway operation requirements，access control system has become an indispensable subsystem in the subway industry. Metro access control system is a large and centralized access control system，which has many access points，large data communication volume，long data transmission distance，high security performance requirements，etc. Therefore，how to network metro access control system is very important for the stability and timeliness of the system. At present，there are two common networking modes of access control system：RS-485 bus networking and TCP/IP Ethernet networking. Among them，RS-485 bus networking is widely used. This paper discusses and analyzes the application of the two networking modes.

Keywords：urban rail transit;access control system;networking

0? 引? 言

地鐵門禁系統(tǒng)構(gòu)成由四大部分構(gòu)成：系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡、中央級門禁系統(tǒng)、車站級門禁系統(tǒng)、現(xiàn)場級門禁系統(tǒng)。其中系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡貫穿整個門禁系統(tǒng)，對系統(tǒng)正常運行、數(shù)據(jù)下發(fā)、上傳等起到紐帶作用。在地鐵實際運用中，系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡又細分為兩個部分：全線主干網(wǎng)絡，即各站點車站機門禁系統(tǒng)之間及到中央級門禁由通信傳輸網(wǎng)絡連接進行全線通訊，現(xiàn)有地鐵車站級門禁系統(tǒng)至中央級門禁系統(tǒng)多采用TCP/IP通信網(wǎng)絡進行上端組網(wǎng)，通常由通信專業(yè)提供100 Mbps主干傳輸網(wǎng)絡;車站級網(wǎng)絡，可采用RS-485總線方式、TCP/IP以太網(wǎng)方式將車站內(nèi)各現(xiàn)場級門禁由就地控制器連接。本文就車站級網(wǎng)絡中的RS-485總線方式、TCP/IP以太網(wǎng)方式在門禁系統(tǒng)中的應用進行分析[1]。

1? RS-485總線方式組網(wǎng)

RS-485是異步傳輸數(shù)據(jù)接口標準。RS-485總線使用雙絞二線制（地鐵建設實施多采用1.0的線徑），可實現(xiàn)多點雙向通信。通過RS-485總線，將控制器通過如圖1所示的手拉手串聯(lián)的方式，實現(xiàn)站級一臺門禁主控制器對現(xiàn)場多臺門禁就地控制器的管理和通訊，理論上最遠就地控制器到車站門禁主控制器的連線距離是1 200米，現(xiàn)場具體實施中一般建議回路線控制在800米以內(nèi)。使用RS-485雙絞線的傳輸距離與數(shù)據(jù)傳輸速度成反比，距離越長，傳輸速度越慢，最大傳輸速率為10 Mbps[2]。

因RS-485總線具有布線方便、傳輸距離遠、組網(wǎng)簡單和設備成本低等特性，目前門禁系統(tǒng)多采用RS-485組網(wǎng)，總體來說采用RS-485總線方式，優(yōu)點大于其自身缺點。

RS-485總線回路上可連接的就地控制器數(shù)量與各廠家車站門禁主控制器在中RS-485通訊芯片規(guī)格型號有關，目前各廠家的門禁系統(tǒng)有所不同，一般支持連接32、64、128臺門禁就地控制器（比較熟悉的門禁廠家如TDSi、愛克信、達實、海康威視等），如果具體項目實施中的門禁就地控制器數(shù)量超出單條RS-485總線允許數(shù)量，則需要另外增加總線回路，以達到就地控制器全部接入同一臺門禁主控制器，反之，新設門禁主控制器，組成另一條總線回路。

RS-485組網(wǎng)方式雖然簡單，但在項目實施中對施工的接線及工藝規(guī)范性要求較高，會直接影響數(shù)據(jù)通訊質(zhì)量。RS-485總線多采用手拉手串聯(lián)結(jié)構(gòu)連接門禁就地控制器，若考慮冗余功能，則需采用環(huán)形網(wǎng)絡，也可采用雙總線方式，不可使用星形網(wǎng)絡。

冗余前提下，環(huán)形網(wǎng)絡與雙總線網(wǎng)絡對比：環(huán)形網(wǎng)絡中最遠端就地控制器傳輸距離不能超過600米，雙總線網(wǎng)絡最遠則可以達到RS-485總線的傳輸理論距離1 200米。

綜上所述，可以歸納出門禁系統(tǒng)RS-485總線組網(wǎng)方式的優(yōu)缺點：

優(yōu)點：成本較低，單獨組網(wǎng)，不會受到其他網(wǎng)絡的干擾。

缺點：回路中門禁就地控制器組網(wǎng)數(shù)量受到限制，單個門禁主控制器下掛就地控制器數(shù)量一般為64臺，網(wǎng)絡復雜度由就地控制器接入數(shù)量決定。另外受RS-485總線傳輸特性限制，組網(wǎng)范圍有限，一般只能在幾百米范圍內(nèi)。

RS-485總線數(shù)據(jù)傳輸速度相對較慢，對于目前人員數(shù)量多、門禁點位多的地鐵門禁系統(tǒng)，數(shù)據(jù)傳輸時效性會有一定影響。

2? TCP/IP以太網(wǎng)方式組網(wǎng)

TCP/IP以太網(wǎng)方式組網(wǎng)即通過網(wǎng)絡線纜將車站門禁交換機與各個門禁就地控制器點對點連接，再由接入交換機接入車站門禁主控制器，以實現(xiàn)車站門禁系統(tǒng)的組網(wǎng)，如圖2所示。TCP/IP以太網(wǎng)方式具有傳輸速度快、穩(wěn)定性好、兼容性強等優(yōu)勢，門禁系統(tǒng)采用TCP/IP以太網(wǎng)方式可以保證傳輸高速、系統(tǒng)運行穩(wěn)定。相對于RS-485總線方式，TCP/IP以太網(wǎng)方式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，采用星形網(wǎng)絡組網(wǎng)，TCP/IP網(wǎng)絡中每個交換機端口只連接一臺門禁就地控制器，單個就地控制器產(chǎn)生設備及數(shù)據(jù)故障不會影響整個門禁系統(tǒng)網(wǎng)絡，便于故障排查和設備隔離[3]。

由于網(wǎng)線點對點有效傳輸距離不能超過80米，制約了接入交換機到各門禁就地控制器覆蓋范圍，因此TCP/IP組網(wǎng)需根據(jù)地鐵門禁系統(tǒng)中門禁點的分布情況，按區(qū)域增設接入交換機，根據(jù)地鐵典型車站門禁點分布情況，只需在車站A端和B端設備分別設置接入交換機，并使其互聯(lián)，再由交換機分別接入各自區(qū)域的門禁就地控制器，若交換機之間可根據(jù)距離較長，可采用光纜傳輸。隨著實施范圍增加，接入交換機數(shù)量也應同步增設，因此，采用TCP/IP組網(wǎng)方式的門禁系統(tǒng)不受傳輸距離限制，可根據(jù)組網(wǎng)范圍進行調(diào)整。

據(jù)不完全統(tǒng)計，目前商業(yè)性場所的門禁系統(tǒng)，多采用TCP/IP組網(wǎng)方式。比如商用寫字樓、商務中心、企業(yè)單位辦公室等場所，可以利用原有綜合布線網(wǎng)絡，在此基礎上增設門禁系統(tǒng)設備，即可完成系統(tǒng)建設。

地鐵項目多為新建項目，不論采用RS-485，還是TCP/IP，都需要新建門禁系統(tǒng)網(wǎng)絡環(huán)境，但若想門禁系統(tǒng)具備更高速的數(shù)據(jù)通訊速率、更穩(wěn)定的通訊質(zhì)量和更強大的擴展能力，TCP/IP組網(wǎng)方式是首要選擇，更好的性能優(yōu)勢彌補前期更多建設成本劣勢。

綜上所述，可以歸納出門禁系統(tǒng)TCP/IP以太網(wǎng)方式的優(yōu)缺點：

優(yōu)點：TCP/IP通訊協(xié)議是當前計算機網(wǎng)絡通用性標準協(xié)議，具備傳輸速度快、國際標準、兼容性好的優(yōu)勢;TCP/IP通訊速度明顯優(yōu)于RS-485總線傳輸，每秒上傳或者下載記錄達100多條，甚至數(shù)百條。

缺點：需結(jié)合實際情況增設交換機及對應網(wǎng)絡線纜，成本會稍高于RS-485總線方式組網(wǎng)，且網(wǎng)絡線纜使用壽命短于RS-485總線使用壽命。

3? 組網(wǎng)方式綜合對比

表1為RS-485與TCP/IP組網(wǎng)方式的綜合對比。

隨著各城市地鐵線路陸續(xù)增多，不同廠家的門禁系統(tǒng)逐漸被應用到各線路，對于各線路工作人員權(quán)限的管理，逐漸由各線路單獨管理轉(zhuǎn)變?yōu)橥ㄟ^線網(wǎng)門禁授權(quán)系統(tǒng)集中管理，有效減少授權(quán)人員數(shù)量及授權(quán)地點，在管理便捷的同時，對各廠商門禁系統(tǒng)的數(shù)據(jù)同步穩(wěn)定性、時效性要求更高。

現(xiàn)有地鐵車站級門禁系統(tǒng)多采用RS-485總線方式組網(wǎng)，當通過線網(wǎng)門禁授權(quán)系統(tǒng)下發(fā)大批量權(quán)限數(shù)據(jù)時，RS-485總線的低傳輸速率，就會造成授權(quán)時間過少、人員權(quán)限生效不及時等一系列問題，在用戶體驗及實際應用中存在較大缺陷。采用TCP/IP以太網(wǎng)方式組網(wǎng)的門禁系統(tǒng)在權(quán)限下發(fā)的時效性上會有明顯改善。

目前建筑智能化技術(shù)及大安防技術(shù)的迅速發(fā)展，地鐵門禁系統(tǒng)與其他系統(tǒng)將更加緊密地融合，如ISCS系統(tǒng)（綜合監(jiān)控系統(tǒng)）、FAS系統(tǒng)（火災自動報警系統(tǒng)）、樓宇自控系統(tǒng)，以及近年來火熱推進的智能大安防系統(tǒng)，范圍會越來越廣，并發(fā)揮日益重要的作用。

現(xiàn)階段與門禁系統(tǒng)關聯(lián)最緊密的，當屬門禁系統(tǒng)與人臉識別系統(tǒng)的融合，眾所周知，人臉識別系統(tǒng)是基于大數(shù)據(jù)，通過人臉數(shù)據(jù)篩選進行人員匹配，實現(xiàn)門禁聯(lián)動功能，為達到數(shù)據(jù)處理時效及準確性，就需要整個數(shù)據(jù)網(wǎng)絡達到既定的傳輸要求，這是RS-485傳輸網(wǎng)絡無法實現(xiàn)的，只能通過TCP/IP以太網(wǎng)方式實現(xiàn)。

綜上所述，采用TCP/IP以太網(wǎng)方式組網(wǎng)的門禁系統(tǒng)，具有通訊速度快、組網(wǎng)不受距離限制、可接入門禁就地控制器數(shù)量多、與今后大安防系統(tǒng)融合度大等優(yōu)點，因此，采用TCP/IP協(xié)議作為組網(wǎng)方式的門禁系統(tǒng)將成為地鐵門禁項目主流產(chǎn)品。它與采用RS-485總線方式組網(wǎng)的傳統(tǒng)門禁系統(tǒng)相比，在傳輸速度、實時監(jiān)控、數(shù)據(jù)傳輸?shù)确矫嬗泻艽筇嵘?，較RS-485改善了時效性不足的缺點;在組網(wǎng)上突破單條RS-485總線最多接入128臺就地控制器的限制，從總線型網(wǎng)絡（單總線、雙總線、環(huán)形總線）改成星形結(jié)構(gòu)，任何一點出現(xiàn)問題都不會對系統(tǒng)產(chǎn)生影響，系統(tǒng)故障也容易查找并排除，使整個系統(tǒng)更加穩(wěn)定。

4? 結(jié)? 論

縱觀當前行業(yè)發(fā)展，并隨著大安防系統(tǒng)的快速推進，門禁系統(tǒng)與人臉識別系統(tǒng)的融合度將會越來越高，同時在地鐵項目中，已完成與綜合監(jiān)控系統(tǒng)、火災報警系統(tǒng)、樓宇自控系統(tǒng)的整合，未來門禁系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理量將會日益增大，采用TCP/IP組網(wǎng)方式的門禁系統(tǒng)更符合今后的發(fā)展需求。

參考文獻：

[1] 莫露優(yōu).門禁控制系統(tǒng)組網(wǎng)的形式與分析 [J].企業(yè)科技與發(fā)展，2017（2）：105-107.

[2] 郭亮，李杰鋒.門禁控制器通訊方式的選擇 [J].中國科技博覽，2013（2）：170.

[3] 張潔.TCP/IP組網(wǎng)方式在門禁系統(tǒng)中的應用分析 [EB/OL].（2010-11-05）.http：//security.asmag.com.cn/tech/ 201011/36171.html.

作者簡介：付勝華（1965.07—），男，漢族，江西南昌人，高級工程師，本科，研究方向：軌道交通機電系統(tǒng)設計技術(shù);通訊作者：王宇（1986.12—），男，漢族，重慶人，專業(yè)工程師，本科，研究方向：地鐵門禁系統(tǒng)。