智能化樓宇計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方案

1、智能化樓宇計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方案第一章緒論1.1 引言信息通訊技術(shù)的不斷發(fā)展推動(dòng)社會(huì)各行各業(yè)的迅速發(fā)展, 而信息通訊技術(shù)與建筑技術(shù)的結(jié)合智能建筑的出現(xiàn)第一次將人類帶到了一個(gè)現(xiàn)代化的生存環(huán)境。智能建筑，即具備智能系統(tǒng)的樓宇或樓宇群。 它集成了當(dāng)今計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、建筑技術(shù)、環(huán)境工程等技術(shù)的精華，不僅僅帶給人們安全、高效、舒適的生活和工作環(huán)境， 更重要的是將人們真正帶到了信息的海洋中，智能樓宇中的用戶可以利用先進(jìn)的通信手段獲得世界各地的信息，與世界各地的人交流，從而使得人與人之間的時(shí)空距離不斷縮短，這時(shí)人們會(huì)體會(huì)到信息化給他們?cè)诠ぷ鳌⑸?、學(xué)習(xí)上帶來了極大的便利。1.2 智能建筑

2、概述智能建筑以建筑為平臺(tái)，兼?zhèn)浣ㄖO(shè)備、辦公自動(dòng)化、通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，集結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)、服務(wù)、管理及它們之間的最優(yōu)化組合，向人們提供一個(gè)安全、 高服務(wù)、管理及他們之間的最優(yōu)化組合，向人們提供一個(gè)安全、高效、舒適、便利的建筑環(huán)境。主要包括建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)（ Building Automation System）、通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)（Communication Network System）、辦公自動(dòng)化系統(tǒng)（Office Automation System）、綜合布線系統(tǒng)（ Generic Cabling System）等。在智能樓宇建筑，以綜合布線為基本傳輸媒質(zhì)， 以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)（主要是局域網(wǎng)技術(shù)， 包括硬件

3、和軟件）為主要通信和控制橋梁； 以此對(duì)通信自動(dòng)化系統(tǒng)、 辦公自動(dòng)化系統(tǒng)、 建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)調(diào)控制。 可以這么說由綜合布線為基本傳輸媒介， 以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是智能樓宇建筑的 “中樞神經(jīng)” 系統(tǒng)；是智能樓宇建筑中必備的重要基礎(chǔ)設(shè)施； 是反映智能樓宇建筑的技術(shù)含量高低和智能化程度的標(biāo)志之一。建筑的用途不同，功能也不同，各類智能建筑，智能化系統(tǒng)集成的重點(diǎn)是不同。所以智能建筑根據(jù)建筑的功能，可分為如下幾類：1) 專用辦公樓類。包括政府機(jī)關(guān)辦公樓；跨國大公司、企業(yè)；金融樓（銀行、證券、期貨、保險(xiǎn)等）；商業(yè)樓；科教辦公樓（研究院所、學(xué)校、醫(yī)院等）。2) 出租辦公樓類。由房地產(chǎn)商投資興建

4、，然后出租、出售。樓的公用設(shè)施一次建成，出租、出售的房間由使用者根據(jù)各自的需要進(jìn)行二次裝修。3) 綜合型建筑類。這是集辦公、金融、商業(yè)、娛樂、生活于一體的多功能的建筑群。4) 住宅。以生活起居為目的的多層、高層建筑。1.3 智能樓宇計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是智能建筑中主要信息傳輸系統(tǒng)，它將建筑中所有計(jì)算機(jī)連成一起信息處理系統(tǒng)， 猶如組成了智能建筑中的大腦。 智能建筑計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與其他計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)類似， 所使用的技術(shù)和設(shè)備小異， 只是要求較高， 其特點(diǎn)是智能建筑計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是信息高速公路的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)， 信息種類繁多， 信息密度大， 傳輸速率和質(zhì)量要求高；智能建筑計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)作為建筑智能化系統(tǒng)的通信平臺(tái)， 對(duì)建

5、筑智能化系統(tǒng)的影響很大， 要求網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)具有更高的可靠性、 安全性和有效性； 智能建筑計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)使用綜合布線系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)配置、管理和維護(hù)更加方便、簡單，其結(jié)構(gòu)通常由主干網(wǎng)、各樓層局域網(wǎng)（LAN）和外部網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備組成。先進(jìn)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可給大樓用戶提供眾多的業(yè)務(wù)，目前由于計(jì)算機(jī)技術(shù)日新月異，特別是多媒體計(jì)算機(jī)終端的出現(xiàn)，使網(wǎng)絡(luò)成為較大規(guī)模局域網(wǎng)（ LAN）中各種新型業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)的瓶頸。現(xiàn)在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)正向著高速化方向發(fā)展。第二章智能樓宇系統(tǒng)2.1 樓宇自控系統(tǒng)的概述樓宇自控系統(tǒng) (Building Automation System-BAS)是智能建筑中不可缺少的重要組成部分，在智能建筑中占有舉足輕重

6、的地位。它對(duì)建筑物部的能源使用、環(huán)境及安全設(shè)施進(jìn)行監(jiān)控， 它的目的是提供一個(gè)既安全可靠、 節(jié)約能源、 又舒適的工作或居住環(huán)境，同時(shí)大大的提高大廈管理的科學(xué)性和智能化水平。樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)為集散控制系統(tǒng)， 它是將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及接口技術(shù)應(yīng)用于樓宇自控系統(tǒng)。它通過系統(tǒng)的中央監(jiān)控管理中心的集中管理和各現(xiàn)場(chǎng)控制器的分散控制實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑物水、暖、電、消防、保安等各類設(shè)備綜合監(jiān)控與管理。管理者可以通過中央監(jiān)控管理中心上的可視化的圖形界面對(duì)所有設(shè)備進(jìn)行操作、管理、警報(bào)等，同時(shí)通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)地獲取各種設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的報(bào)告和運(yùn)行參數(shù)， 可以有效的提高管理水平和工作效率。 利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和接口技術(shù)將分散在各個(gè)子系統(tǒng)中不同

7、樓層的直接數(shù)字控制器連接起來， 通過聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)各個(gè)子系統(tǒng)與中央監(jiān)控管理級(jí)計(jì)算機(jī)之間及子系統(tǒng)相互之間的信息通信， 達(dá)到分散控制、 集中管理的功能模式，即集散控制系統(tǒng)。BAS是多種高科技技術(shù)的融合，是建筑技術(shù)、信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)有機(jī)結(jié)合的產(chǎn)物，使得整座建筑各獨(dú)立系統(tǒng)能夠高度集成，做到保安、防火、設(shè)備監(jiān)控三位一體，以提高物業(yè)管理的效率和綜合服務(wù)功能。BAS功能和作用在職能建筑中占有極為重要的地位，為人們的工作和生活帶來了前所未有的高效、舒適和便捷的環(huán)境。2.2 樓宇自控系統(tǒng)的基本構(gòu)成和基本功能樓宇自控系統(tǒng)通常包括供電系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、電梯系統(tǒng)、停車場(chǎng)系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、暖道空調(diào)系統(tǒng)、 公共

8、廣播與背景音樂系統(tǒng)、門禁與防盜報(bào)警系統(tǒng)電視監(jiān)控系統(tǒng)等子系統(tǒng)（如圖2-2 ）。圖 2-2 BAS 樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖樓宇自控系統(tǒng)的構(gòu)成（ 1）主控制器 : 主控制器是整個(gè)系統(tǒng)中各離散化的現(xiàn)場(chǎng)控制器 (DDC)的協(xié)調(diào)者，其作用是實(shí)現(xiàn)全面的信息共享 , 完成現(xiàn)場(chǎng)控制器與中央監(jiān)控管理中心之間的信息傳遞、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、現(xiàn)場(chǎng)或遠(yuǎn)端報(bào)警等功能。主控制器含有 CPU、存儲(chǔ)器、 I/O 接口、通過網(wǎng)絡(luò)接口聯(lián)接在一級(jí)網(wǎng)絡(luò)上。（ 2）現(xiàn)場(chǎng)控制器 ( 即直接數(shù)字控制器 DDC):現(xiàn)場(chǎng)控制器用于控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，與安裝在設(shè)備上的傳感器件和執(zhí)行機(jī)構(gòu)相聯(lián)，每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制器都包含有 CPU、存儲(chǔ)器、 I/O 接口。分設(shè)在現(xiàn)場(chǎng)，盡量靠

9、近被監(jiān)控點(diǎn)，通過網(wǎng)絡(luò)接口連接在二級(jí)網(wǎng)絡(luò)上。（ 3）傳感器件 : 裝設(shè)在各監(jiān)控點(diǎn)的傳感器， 包括各種敏感元件、 端點(diǎn)和限位開關(guān)，接收并傳送信號(hào)。（ 4）執(zhí)行機(jī)構(gòu) : 接收控制信號(hào)并調(diào)節(jié)被監(jiān)控設(shè)備。（ 5）各種軟件 : 包括基本軟件和應(yīng)用軟件， 支持系統(tǒng)完成本身運(yùn)行和外部控制所需要的各種功能。樓宇自控系統(tǒng)的基本功能（ 1）數(shù)據(jù)采集 ;（ 2）各種設(shè)備啟 / 停控制與監(jiān)視 ;（ 3）設(shè)備運(yùn)行狀況圖象顯示 ;（ 4）各種參數(shù)的實(shí)時(shí)控制和監(jiān)視；（ 5）參數(shù)與設(shè)備非正常狀態(tài)報(bào)警；（ 6）動(dòng)力設(shè)備節(jié)能控制及最優(yōu)控制；（ 7）能量和能源管理及報(bào)表打印；（ 8）事故報(bào)警報(bào)告及設(shè)備維修事故報(bào)告打印輸出。樓宇自控系

10、統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵一個(gè)成功 BAS工程必須具有的要素：（ 1）系統(tǒng)的可靠性： BAS在應(yīng)用中穩(wěn)定可靠，發(fā)生故障概率降到最低可能限度。（ 2）系統(tǒng)的可擴(kuò)展性：隨著系統(tǒng)應(yīng)用及技術(shù)的發(fā)展， BAS 要為未來的發(fā)展留出可擴(kuò)展的空間。（ 3）系統(tǒng)的互操作性。（ 4）系統(tǒng)能提供精確的、量化的控制模式，為大樓能源控制提供可靠保證。任一業(yè)主為大樓安裝 BAS直接動(dòng)因就是能實(shí)現(xiàn)大樓能源消耗大幅度降低以達(dá)到節(jié)省大樓營運(yùn)成本的目的。這就要求 BAS整個(gè)控制過程盡可能精確。（ 5）系統(tǒng)的可監(jiān)控性： BAS 的執(zhí)行機(jī)構(gòu)分散在各個(gè)樓層的不同位置，為使系統(tǒng)及操作人員能夠監(jiān)控到自動(dòng)控制指令是否正常，應(yīng)考慮一套獨(dú)立的反饋傳感器。（

11、6）系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)性。2.3 智能樓宇中的綜合布線系統(tǒng)綜合布線系統(tǒng)是一種模塊化的、 靈活性極高的集成化通用傳輸方式， 能連接語音、數(shù)據(jù)、圖像以及各種用于樓字控制管理的設(shè)備與裝置， 是利用雙絞線和光纜在建筑物或建筑群之間綜合傳輸信息的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。在建筑中它是連接“ 3A' 系統(tǒng) ( 通信自動(dòng)化系統(tǒng) CAS，安全自動(dòng)化系統(tǒng) SAS，管理自動(dòng)化系統(tǒng) MAS)各類信息的基礎(chǔ)設(shè)施。 綜合布線系統(tǒng)的配備， 可以滿足不斷變化的用戶需求， 為高層建筑智能化提供了快速信息通道。 綜合布線系統(tǒng)根據(jù)功能和實(shí)施區(qū)域的不同， 可以劃分成 6個(gè)子系統(tǒng)（如圖 2-3 ）：圖 2-3 綜合布線子系統(tǒng)分布圖（ 1）工作區(qū)子系

12、統(tǒng)：它主要由終端設(shè)備連接到信息插座的連線和設(shè)備組成，包括信息插座、連接器、裝配連接線、適配器等。其信息插座上連接的常用設(shè)備是機(jī)、計(jì)算機(jī)、工作站、數(shù)據(jù)終端、電視機(jī)、攝像頭及監(jiān)視器等。（ 2）水平配線子系統(tǒng)：即同一樓層的水平子系統(tǒng)，將配線子系統(tǒng)延伸到終端設(shè)備使用區(qū) ( 生活區(qū)、辦公區(qū)等 ) ，從而實(shí)現(xiàn)由信息插座到樓層配線架之間的布線連接。（ 3）垂直主干線子系統(tǒng)：由交接間的配線架及眺線等組成，提供高層建筑的干線電纜路由，從而實(shí)現(xiàn)程控設(shè)備間控制中心與各管理子系統(tǒng)間的連接，常用介質(zhì)是光纜或雙絞線電纜。（ 4）設(shè)備間子系統(tǒng)：由設(shè)備間子系統(tǒng) ( 由電纜、連接器及支撐硬件等組成 ) 與管理區(qū)子系統(tǒng)之間的布線

13、組成，它是建筑物的基礎(chǔ)主干線系統(tǒng)。（ 5）管理子系統(tǒng)：其主要設(shè)備是配線架，可以利用配線架的跳線功能，從而使綜合布線系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)靈活多功能的能力。由建筑物的進(jìn)線設(shè)備、主機(jī)配線設(shè)備及相關(guān)配線保護(hù)設(shè)備組成。（ 6）建筑群子系統(tǒng)：是實(shí)現(xiàn)建筑群中建筑物之間的相互連接，即將一個(gè)建筑物中配線架引出的電纜延伸到其他建筑物中配線架連接的裝備上。建筑群主干布線宜采用光纜。設(shè)計(jì)要求對(duì)于高層建筑來說，其部布線的設(shè)計(jì)應(yīng)該是一個(gè)支持多種不同應(yīng)用環(huán)境的、完善合理的綜合布線系統(tǒng)。 設(shè)計(jì)的目標(biāo)是為了實(shí)現(xiàn)在既定的時(shí)期( 例如 15年 ) ，允許在建筑物系統(tǒng)集成過程中， 當(dāng)提出更多新的用戶需求時(shí)， 可以對(duì)布線系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)充和改進(jìn)，而且不

14、用再進(jìn)行水平布線， 僅在管理子系統(tǒng)中的配線架上就可解決，從而不影響高層建筑物的裝飾美觀。一個(gè)設(shè)計(jì)合理的綜合布線系統(tǒng)，是能夠把高層建筑物、外的所有設(shè)備互連起來的。 在進(jìn)行高層建筑綜合布線系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)建立計(jì)算機(jī)信息管理系統(tǒng)。 可以將綜合布線系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、施工、測(cè)試及驗(yàn)收資料采用數(shù)據(jù)庫管理起來， 形成高層建筑集成化管理數(shù)據(jù)庫，還可以創(chuàng)建一個(gè)配線管理子系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)更加充分合理的利用線纜及相關(guān)連接件。設(shè)計(jì)步驟（ 1）用戶需求分析，即了解和評(píng)估高層建筑物房間和用戶設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)需求。（ 2）獲取高層建筑各個(gè)樓層面的平面布置圖，充分了解其建筑環(huán)境，包括弱電系統(tǒng)布線的水平與垂直通道、各設(shè)備機(jī)房位置等。（ 3）根據(jù)

15、前期的了解和評(píng)估，來制定最適合的綜合布線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。（ 4）根據(jù)設(shè)計(jì)方案，完成高層建筑布線系統(tǒng)的路由設(shè)計(jì)圖。（ 5）按要求進(jìn)行整個(gè)系統(tǒng)的可行性論證分析。（ 6）繪制綜合布線系統(tǒng)的施工圖， 包括高層建筑中各子系統(tǒng)施工圖和系統(tǒng)圖等。（ 7）根據(jù)布線系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，編制綜合布線系統(tǒng)的設(shè)備材料清單。設(shè)計(jì)等級(jí)高層建筑的綜合布線系統(tǒng)， 一般可分為三種不同的設(shè)計(jì)等級(jí)， 分別是基本型、增強(qiáng)型和綜合型。 其中基本型設(shè)計(jì)方案為： 每個(gè)工作區(qū)有一個(gè)信息插座； 每個(gè)工作區(qū)的配線電纜為 1條 4對(duì)的雙絞電纜， 并采用夾接式相關(guān)連接件； 每個(gè)工作區(qū)的干線電纜至少有 2對(duì)雙絞線。增強(qiáng)型設(shè)計(jì)方案適用于中等配置標(biāo)準(zhǔn)的場(chǎng)合

16、 ( 建筑物 ) ，使用雙絞電纜。綜合布線配置方案為：每個(gè)工作區(qū)有 2個(gè)或 2個(gè)以上信息插座；每個(gè)工作區(qū)的配線電纜為 2條4對(duì)的雙絞電纜， 采用夾接式或接插式相關(guān)連接件；每個(gè)工作區(qū)的干線電纜至少有 3對(duì)雙絞線。綜合型設(shè)計(jì)方案，適用于配置標(biāo)準(zhǔn)較高的場(chǎng)合 ( 建筑物 ) ，使用光纜和雙絞電纜或混合電纜， 也就是在基本型和增強(qiáng)型綜合布線的基礎(chǔ)上增設(shè)了光纜及相關(guān)連接件配置。 三種不同的設(shè)計(jì)等級(jí)都能支持語音、數(shù)據(jù)服務(wù)等， 并且能隨著布線工程的需要轉(zhuǎn)向更高功能的布線。 三者之間的主要區(qū)別在于兩方面： 一是在移動(dòng)和重新布線時(shí)實(shí)施線纜管理的靈活性有差別；二是各自支持語音和數(shù)據(jù)所采用的方式不同。第三章智能樓宇的

17、局域網(wǎng)設(shè)計(jì)3.1 智能樓宇局域網(wǎng)技術(shù)的概述局域網(wǎng) -LAN（Local Area Network ） 是將小區(qū)域的各種通信設(shè)備互連在一起所形成的網(wǎng)絡(luò)， 覆蓋圍一般局限在房間、 大樓或園區(qū)。 局域網(wǎng)一般指分布于幾公里圍的網(wǎng)絡(luò)，局域網(wǎng)的特點(diǎn)是：距離短、延遲小、數(shù)據(jù)速率高、傳輸可靠。標(biāo)準(zhǔn)（ standard ）是廣泛使用的、或者由官方規(guī)定的一套規(guī)則和程序。標(biāo)準(zhǔn)描述了協(xié)議的規(guī)定，設(shè)定了保障網(wǎng)絡(luò)通信的最簡性能集。 IEEE 802.X 標(biāo)準(zhǔn)是當(dāng)今居于主導(dǎo)地位的 LAN標(biāo)準(zhǔn)。 目前我國常見的局域網(wǎng)類型包括： 以太網(wǎng)（Ethernet ）、異步傳輸模式（ ATM， Asynchronous Transfer

18、 Mode ）等，它們?cè)谕負(fù)浣Y(jié)構(gòu)、傳輸介質(zhì)、傳輸速率、 數(shù)據(jù)格式等多方面都有許多不同。 其中應(yīng)用最廣泛的當(dāng)屬以太網(wǎng) 一種總線結(jié)構(gòu)的 LAN，是目前發(fā)展最迅速、也最經(jīng)濟(jì)的局域網(wǎng)。由于局域網(wǎng)具有全開放、成本低、帶寬高、穩(wěn)定性和可靠性高、應(yīng)用廣泛、共享資源豐富等優(yōu)點(diǎn)， 將其應(yīng)用到工業(yè)網(wǎng)絡(luò)己經(jīng)成為國外工業(yè)控制領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。工業(yè)局域網(wǎng)可以利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)， 給工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中的每臺(tái)設(shè)備賦予一個(gè) IP 地址，將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備通過各種途徑連接在互聯(lián)網(wǎng)上。這些設(shè)備可以通過網(wǎng)絡(luò)互相傳遞信息和數(shù)據(jù)， 因而具有了遠(yuǎn)程維護(hù)功能并能從 Internet 獲取信息。近年，企業(yè)、科研機(jī)構(gòu)都在研究開發(fā)各種帶局域網(wǎng)絡(luò)接口的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，

19、 并且這些網(wǎng)絡(luò)接口已應(yīng)用于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)。 很自然，局域網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也同樣進(jìn)入了樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)的研究領(lǐng)域。目前，局域網(wǎng)多用于基于現(xiàn)場(chǎng)總線的樓宇自控網(wǎng)絡(luò)集成到智能建筑信息管理網(wǎng)絡(luò)這一環(huán)節(jié)。3.2 智能樓宇局域網(wǎng)技術(shù)的運(yùn)用局域網(wǎng)是將較小地理區(qū)域的各種通信設(shè)備連接在一起信網(wǎng)絡(luò)，具有網(wǎng)絡(luò)覆蓋地理圍有限、傳輸速率高、延遲小、誤碼率低、網(wǎng)絡(luò)的管理權(quán)屬單一組織所有的特點(diǎn)。它常被用于連接企業(yè)、 工廠和學(xué)校的一個(gè)樓群、 一棟樓或一個(gè)辦公室里的數(shù)據(jù)通信設(shè)備，以便共享資源和交換信息。局域網(wǎng)是應(yīng)用最為廣泛的一類網(wǎng)絡(luò)。智能建筑系統(tǒng)是將大樓的若干個(gè)既相對(duì)獨(dú)立又相互關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)組成具有一定規(guī)模的大系統(tǒng)。 這其中計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)是智能建筑

20、系統(tǒng)的神經(jīng)系統(tǒng)，它把現(xiàn)有的分離設(shè)備、功能、信息組合到一個(gè)相互關(guān)聯(lián)的、統(tǒng)一的、協(xié)調(diào)的系統(tǒng)之中，實(shí)現(xiàn)語音、數(shù)據(jù)、圖像的綜合傳輸、交換、處理和應(yīng)用。自從 1980 年由 DEC、intel 和 Xerox（ DIX）共同制定了 10Mbps以太局域網(wǎng)的物理層和鏈路層標(biāo)準(zhǔn)規(guī)開始， 局域網(wǎng)開始了它的標(biāo)準(zhǔn)化的進(jìn)程。 局域網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化極促進(jìn)了局域網(wǎng)的應(yīng)用與發(fā)展。 特別是以太網(wǎng)的應(yīng)用越來越廣泛， 以太網(wǎng)很快就成為局域網(wǎng)的主流技術(shù)。隨著高性能快速處理器計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)和新的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用， 對(duì)網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率要求遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出現(xiàn)有局域網(wǎng)所能提供的，它們對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬提出了更高的需求。正是因?yàn)槿藗兊膽?yīng)用對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬的需求， 網(wǎng)絡(luò)工

21、程師們開始研究高速局域網(wǎng)技術(shù)。局域網(wǎng)技術(shù)經(jīng)歷了共享傳輸信道， 共享帶寬的共享式局域網(wǎng)技術(shù)和發(fā)展到現(xiàn)在的交換式局域網(wǎng)技術(shù)。 在這局域網(wǎng)技術(shù)變革的浪潮中， 更為先進(jìn)、高速的交換局域網(wǎng)技術(shù)被開發(fā)， 相繼推出了異步傳輸模式 ATM和千兆以太網(wǎng)， 其網(wǎng)絡(luò)帶寬最高以達(dá)到 1Gbps。圖 3-2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)圖3.3 千兆以太網(wǎng)千兆以太網(wǎng)提供1000Mbps數(shù)據(jù)傳輸速率的以太網(wǎng)。千兆以太網(wǎng)是對(duì)10Mbps和 100MbpsIEEE802.3以太網(wǎng)非常成功地?cái)U(kuò)展 , 它和傳統(tǒng)以太網(wǎng)使用相同IEEE802.3 的 CSMA/CD協(xié)議、相同的幀格式和相同的幀大小(64 字節(jié) 1518 字節(jié) ) 。千兆以太網(wǎng)

22、與現(xiàn)有以太網(wǎng)完全兼容，僅僅是速度快，它的傳輸速度達(dá)到1Gbps。千兆以太網(wǎng)支持全雙工操作，最高速度可達(dá)到2 Gbps。以太網(wǎng)設(shè)計(jì)的初衷，就是把一些計(jì)算機(jī)聯(lián)系起來進(jìn)行文件共享和數(shù)據(jù)庫記錄的傳輸。到目前為止，在計(jì)算機(jī)互連這個(gè)領(lǐng)域，以太網(wǎng)仍然是最活躍的技術(shù)，但已經(jīng)不再局限于這個(gè)領(lǐng)域，在其他一些領(lǐng)域，以太網(wǎng)也大顯身手，表現(xiàn)不俗。下面是以太網(wǎng)的主要應(yīng)用領(lǐng)域：計(jì)算機(jī)互連： 這是以太網(wǎng)技術(shù)的主要目標(biāo)， 也是最成熟的應(yīng)用圍。 最開始的時(shí)候，許多計(jì)算機(jī)通過同軸電纜連接起來， 互相訪問共享的目錄， 或訪問在同一個(gè)物理網(wǎng)段上的文件服務(wù)器， 各個(gè)計(jì)算機(jī) （不論是服務(wù)器還是客戶機(jī)） 在網(wǎng)絡(luò)上的地位相同。 隨著應(yīng)用的發(fā)展

23、， 這種平等的結(jié)構(gòu)逐漸不適應(yīng)實(shí)際的需要， 因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)上的大部分流量都是客戶機(jī)跟服務(wù)器之間的， 這種流量模型必然在服務(wù)器上形成瓶徑。當(dāng)全雙工以太網(wǎng)和以太網(wǎng)交換機(jī)引入以太網(wǎng)之后，這種情況有所改變，取代的是把服務(wù)器連接到以太網(wǎng)交換機(jī)的一個(gè)告訴端口 （100M）上，把其他客戶機(jī)連接到以太網(wǎng)交換機(jī)的低速端口上， 這樣就暫緩了瓶頸的形成。 現(xiàn)代的操作系統(tǒng)提供分布式服務(wù)和數(shù)據(jù)倉庫服務(wù)， 基于這些操作系統(tǒng)的服務(wù)器除了跟客戶機(jī)通信之外，還要跟其他服務(wù)器交換大量的信息進(jìn)行數(shù)據(jù)的同步，這樣傳統(tǒng)的 100M 快速以太網(wǎng)就不能滿足要求了，于是 1000M以太網(wǎng)應(yīng)運(yùn)而生。高速網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間互連： 隨著 INTERNET的不斷

24、發(fā)展，一些傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，比如路由器，之間的帶寬已經(jīng)不能滿足要求， 需要更高更有效率的互連技術(shù)來連接這些網(wǎng)絡(luò)設(shè)備構(gòu)成 INTERNET的骨干， 1000M以太網(wǎng)成了首選的技術(shù)。傳統(tǒng)的100M也可以應(yīng)用在這些場(chǎng)合，因?yàn)檫@些 100M的快速以太網(wǎng)鏈路可以經(jīng)過聚合，形成快速以太網(wǎng)通道，速度可以達(dá)到100M 1000M的圍。城域網(wǎng)中用戶接入的手段： 用戶通過以太網(wǎng)技術(shù)接入城域網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)上網(wǎng)，文件下載，視頻點(diǎn)播等業(yè)務(wù)， 已經(jīng)變得越來越流行。 之所以用以太網(wǎng)作為城域網(wǎng)的接入手段，是因?yàn)楝F(xiàn)在的計(jì)算機(jī)都支持以太網(wǎng)卡，這樣對(duì)用戶來說， 不用更改任何軟件和硬件配置就可以正常上網(wǎng)。可以看出，以太網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)覆蓋了網(wǎng)絡(luò)的

25、方方面面，從骨干網(wǎng)到接入網(wǎng)， 從計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)到工業(yè)應(yīng)用，無處不見以太網(wǎng)的影子。目前，企業(yè)應(yīng)用正不斷升級(jí)，甚至要傳輸高分辨率的圖形、視頻和其他豐富的媒體，這已超出了快速以太網(wǎng)的容量，而 Internet和 Intranet應(yīng)用也將產(chǎn)生了難以預(yù)測(cè)的任意點(diǎn)到任意點(diǎn)的流量形式。網(wǎng)絡(luò)邊緣的交換將巨大的載荷放到聚合流量的主干上。這種更高性能與工作效率、智能服務(wù)（如服務(wù)質(zhì)量 (QoS)）的新應(yīng)用和投資保護(hù)等需求帶動(dòng)了千兆位以太網(wǎng) （ 1000Mbps）的需求。千兆位以太網(wǎng)采用的加快有三方面原因：（ 1）千兆位以太網(wǎng)具有經(jīng)濟(jì)高效的特點(diǎn)：以太網(wǎng)是一種成熟的技術(shù)；網(wǎng)絡(luò)中斷最小化是因?yàn)槟軌虮苊鈪f(xié)議變更；千兆位以太網(wǎng)可

26、利用您的大部分現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施。（ 2）千兆位以太網(wǎng)具有部署靈活性：逐漸部署；能夠在光纖連接上運(yùn)行1000BASE-X或在標(biāo)準(zhǔn) 5 類銅纜連接上運(yùn)行 1000BASE-T。（ 3）千兆位以太網(wǎng)具有相當(dāng)大的網(wǎng)絡(luò)性能優(yōu)勢(shì)： 服務(wù)質(zhì)量； 關(guān)鍵任務(wù)的可靠性；利用端口聚合和全雙工的性能，完全使用帶寬。隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的普及和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用對(duì)高帶寬的需求，千兆以太網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用也越來越廣泛。 由于千兆以太網(wǎng)不僅能夠提供帶寬，而且與 ATM相比，它的技術(shù)比較簡單，易于建設(shè)和管理好網(wǎng)絡(luò)。 所以越來越多的網(wǎng)絡(luò)工程師在構(gòu)建園區(qū)網(wǎng)和企業(yè)網(wǎng)時(shí)都考慮使用以太網(wǎng)技術(shù)作為主干網(wǎng)技術(shù)。圖 3-3千兆以太網(wǎng)拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)圖第四章智能樓宇的無線局域

27、網(wǎng)設(shè)計(jì)4.1 無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)簡介無線局域網(wǎng) (WirelessLAN 簡稱 WLAN)是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與無線通信技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物。它不受電纜束縛，可移動(dòng)，能解決因有線困難，電纜接插件松動(dòng)，短路帶來的問題。并組網(wǎng)靈活，擴(kuò)容方便，與多種網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)兼容， 保護(hù)用戶已有的投資，應(yīng)用圍廣等諸多優(yōu)點(diǎn)。 WLAN既可滿足各類便攜機(jī)的入網(wǎng)要求，也可實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)局域聯(lián)網(wǎng)，遠(yuǎn)端接人，圖文傳真，電子等多項(xiàng)功能。隨著無線通信技術(shù)的廣泛應(yīng)用， 傳統(tǒng)局域網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)越來越不能滿足人們的需求，于是無線局域網(wǎng)（ Wireless Local Area Network，WLAN）應(yīng)運(yùn)而生，且發(fā)展迅速。無線局域網(wǎng)是無線通信技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合

28、的產(chǎn)物。從專業(yè)角度講，無線局域網(wǎng)就是通過無線信道來實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的通信，并實(shí)現(xiàn)通信的移動(dòng)化、個(gè)性化和寬帶化。通俗地講，無線局域網(wǎng)就是在不采用網(wǎng)線的情況下，提供以太網(wǎng)互聯(lián)功能。 無線局域網(wǎng)是使用無線連接的局域網(wǎng)。 它使用無線電波作為數(shù)據(jù)傳送的媒介。傳送距離一般為幾十米。無線局域網(wǎng)的主干網(wǎng)路通常使用電纜（ CABLE），無線局域網(wǎng)用戶通過一個(gè)或更多無線接取器 (wireless access points,WAP ）接入無線局域網(wǎng)。 無線局域網(wǎng)絡(luò)是相當(dāng)便利的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)， 它利用射頻 (Radio Frequency ；RF) 的技術(shù)，取代舊式礙手礙腳的雙絞銅線 (Coaxial)所構(gòu)成的局域網(wǎng)

29、絡(luò)。無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已有多年的發(fā)展歷史，其間推出了 HaperLAN、HomeRF、802.11和藍(lán)牙等等，但在企業(yè)無線局域網(wǎng)絡(luò)市場(chǎng)，IEEE802.11x 系列尤為引人注目。早在 1990 年，國際電子、電器工程師協(xié)會(huì)（IEEE）就專門成立了802.11工作組，著手制定無線局域網(wǎng)絡(luò)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。1997 年 IEEE 802.11 工作組公布了第一代無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)802.11 ，它采用2.4GHz 的ISM（工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)學(xué)）頻段，最大支持2Mbps數(shù)據(jù)通信，由于與常規(guī)網(wǎng)絡(luò)的帶寬差距較大，因此并沒有得到用戶的青睞。1999 年 802.11工作組又相繼公布了802.11b和802.11a兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，其

30、中802.11b仍然采用2.4GHz 頻段，與物理層最高支持11Mbps的通信速率，并在低速率場(chǎng)合（2Mbps和1Mbps）與802.11 兼容，而 802.11a 則工作在 5GHz的 U-NII （Unlicensed NationalInformationInfrastructure）頻段，在物理層可支持高達(dá)54Mbps的傳輸速率，在傳輸層也支持25Mbps，它提供 25mbps無線 ATM接口和 10Mbps無線以太網(wǎng)接口。由于 802.11 標(biāo)準(zhǔn)的連接成本較高， 支持的產(chǎn)品較少， 因而市場(chǎng)占有率較低，相比較而言， 802.11b 標(biāo)準(zhǔn)的帶寬適中，支持的產(chǎn)品較多，價(jià)格相對(duì)適中，因而更容

31、易被市場(chǎng)接受。目前大多數(shù)無網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品都使用 802.11b 標(biāo)準(zhǔn)，用戶也都將802.11b 作為首選的無線局域網(wǎng)技術(shù)平臺(tái)。圖 4-1 無線局域網(wǎng)拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)圖4.2 無線局域網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)盡管目前無線局域網(wǎng)技術(shù)的帶寬還不是很高（普遍應(yīng)用11Mbps），但基本能夠滿足中低速網(wǎng)絡(luò)用戶的需求，而且由于其采用高頻無線電波作為傳輸介質(zhì)，因此在許多方面有其獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。（ 1）靈活性和移動(dòng)性 : 在有線網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的安放位置受網(wǎng)絡(luò)位置的限制，而無線局域網(wǎng)在無線信號(hào)覆蓋區(qū)域的任何一個(gè)位置都可以接入網(wǎng)絡(luò)。無線局域網(wǎng)另一個(gè)最大的優(yōu)點(diǎn)在于其移動(dòng)性，連接到無線局域網(wǎng)的用戶可以移動(dòng)且能同時(shí)與網(wǎng)絡(luò)保持連接。（ 2）安裝便

32、捷 : 無線局域網(wǎng)可以免去或最大程度地減少網(wǎng)絡(luò)布線的工作量， 一般只要安裝一個(gè)或多個(gè)接入點(diǎn)設(shè)備，就可建立覆蓋整個(gè)區(qū)域的局域網(wǎng)絡(luò)。（ 3）易于進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和調(diào)整 : 對(duì)于有線網(wǎng)絡(luò)來說， 辦公地點(diǎn)或網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞母淖兺ǔＲ馕吨匦陆ňW(wǎng)。重新布線是一個(gè)昂貴、費(fèi)時(shí)、浪費(fèi)和瑣碎的過程，無線局域網(wǎng)可以避免或減少以上情況的發(fā)生。（ 4）故障定位容易 : 有線網(wǎng)絡(luò)一旦出現(xiàn)物理故障， 尤其是由于線路連接不良而造成的網(wǎng)絡(luò)中斷，往往很難查明，而且檢修線路需要付出很大的代價(jià)。無線網(wǎng)絡(luò)則很容易定位故障，只需更換故障設(shè)備即可恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)連接。（ 5）易于擴(kuò)展 : 無線局域網(wǎng)有多種配置方式， 可以很快從只有幾個(gè)用戶的小型局域網(wǎng)擴(kuò)展

33、到上千用戶的大型網(wǎng)絡(luò)，并且能夠提供節(jié)點(diǎn)間 " 漫游 " 等有線網(wǎng)絡(luò)無法實(shí)現(xiàn)的特性。（ 6）經(jīng)濟(jì)節(jié)約 : 由于有線網(wǎng)絡(luò)缺少靈活性， 這就要求網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃者盡可能地考慮未來發(fā)展的需要， 這就往往導(dǎo)致預(yù)設(shè)大量利用率較低的信息點(diǎn)。 而一旦網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展超出了設(shè)計(jì)規(guī)劃，又要花費(fèi)較多費(fèi)用進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)改造 , 而無線局域網(wǎng)可以避免或減少以上情況的發(fā)生。由于無線局域網(wǎng)有以上諸多優(yōu)點(diǎn)， 因此其發(fā)展十分迅速。 最近幾年， 無線局域網(wǎng)已經(jīng)在企業(yè)、醫(yī)院、商店、工廠和學(xué)校等場(chǎng)合得到了廣泛的應(yīng)用。4.3 無線局域網(wǎng)的理論基礎(chǔ)目前，無線局域網(wǎng)采用的傳輸媒體主要有兩種， 即紅外線和無線電波。 按照不同的調(diào)制方式，采用

34、無線電波作為傳輸媒體的無線局域網(wǎng)又可分為擴(kuò)頻方式與窄帶調(diào)制方式。（ 1）紅外線（ Infrared Rays ， IR）局域網(wǎng)采用紅外線通信方式與無線電波方式相比， 可以提供極高的數(shù)據(jù)速率， 有較高的安全性，且設(shè)備相對(duì)便宜而且簡單。 但由于紅外線對(duì)障礙物的透射和繞射能力很差，使得傳輸距離和覆蓋圍都受到很大限制，通常IR 局域網(wǎng)的覆蓋圍只限制在一間房屋。（ 2）擴(kuò)頻（ Spread Spectrum ， SS）局域網(wǎng)如果使用擴(kuò)頻技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)可以在ISM（工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療）頻段運(yùn)行。其理論依據(jù)是，通過擴(kuò)頻方式以寬帶傳輸信息來換取信噪比的提高。擴(kuò)頻通信具有抗干擾能力和隱蔽性強(qiáng)、 性好、多址通信能力強(qiáng)的

35、特點(diǎn)。 擴(kuò)頻技術(shù)主要分為跳頻技術(shù)（ FHSS）和直接序列擴(kuò)頻（ DSSS）兩種方式。所謂直接序列擴(kuò)頻， 就是用高速率的擴(kuò)頻序列在發(fā)射端擴(kuò)展信號(hào)的頻譜， 而在接收端用相同的擴(kuò)頻碼序列進(jìn)行解擴(kuò)，把展開的擴(kuò)頻信號(hào)還原成原來的信號(hào)。而跳頻技術(shù)與直序擴(kuò)頻技術(shù)不同，跳頻的載頻受一個(gè)偽隨機(jī)碼的控制，其頻率按隨機(jī)規(guī)律不斷改變。 接收端的頻率也按隨機(jī)規(guī)律變化，并保持與發(fā)射端的變化規(guī)律一致。跳頻的高低直接反映跳頻系統(tǒng)的性能，跳頻越高，抗干擾性能越好，軍用的跳頻系統(tǒng)可達(dá)到每秒上萬跳。（ 3）窄帶微波局域網(wǎng)這種局域網(wǎng)使用微波無線電頻帶來傳輸數(shù)據(jù)，其帶寬剛好能容納信號(hào)。 但這種網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品通常需要申請(qǐng)無線電頻譜執(zhí)照，其它方

36、式則可使用無需執(zhí)照的ISM頻帶。第五章智能樓宇無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方案5.1 智能樓宇系統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的引入智能樓宇系統(tǒng)一般包括樓宇自動(dòng)化系統(tǒng) (BMS)、辦公自動(dòng)化系統(tǒng) (0AS) 和通信與網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) (CNS)，智能樓宇的系統(tǒng)集成主要是對(duì)這 3個(gè)系統(tǒng)的集成。 CNS作為這 3 大系統(tǒng)的集成基礎(chǔ)， 提供系統(tǒng)間信息傳輸?shù)幕A(chǔ)構(gòu)架。 在這個(gè)基礎(chǔ)構(gòu)架上， 控制網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)信息網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)互聯(lián)互通， 并且能夠通過一個(gè)統(tǒng)一的管理平臺(tái)來進(jìn)行信息管理， 信息管理包括： 從數(shù)據(jù)源收集數(shù)據(jù)、 在各個(gè)數(shù)據(jù)處理平臺(tái)間交換數(shù)據(jù)、對(duì)收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行信息挖掘、 基于數(shù)據(jù)進(jìn)行決策分析以及將決策信息分發(fā)給執(zhí)行機(jī)構(gòu)等。圖5-1 給出

37、了傳統(tǒng)的基于有線網(wǎng)絡(luò)的智能樓宇系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)邏輯結(jié)構(gòu)圖，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)可以分為 3個(gè)層次：（ 1）第 1層為現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行層， 包括現(xiàn)場(chǎng)傳感器和執(zhí)行器。 傳感器是環(huán)境信息的獲取機(jī)構(gòu)，可以是溫度傳感器、濕度傳感器、煙感傳感器、人體運(yùn)動(dòng)傳感器、室光強(qiáng)傳感器等， 它們能夠感知環(huán)境的狀態(tài)和狀態(tài)變化， 并把這些信息轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。執(zhí)行器通常為繼電器輸出裝置， 這種裝置可以控制空調(diào)的開關(guān)、 調(diào)節(jié)室溫度、濕度和光強(qiáng)等。 現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行層設(shè)備 ( 傳感器和執(zhí)行器 ) 可以采用不同的網(wǎng)絡(luò)接入方式，如圖中的 A、 B、 C和 D，其中 A和B為一種直接硬連線方式，傳感器和執(zhí)行器通過連線直接與專用控制器的輸入和輸出端口相連， 控制器與這些

38、設(shè)備之間傳遞的是電壓或電流信號(hào)； C和 D為網(wǎng)絡(luò)連接方式， 傳感器和執(zhí)行器通過以太網(wǎng)與控制器相連， 采用這種方式， 傳感器和執(zhí)行器本身具有網(wǎng)絡(luò)通信功能，它們按照某種通信協(xié)議與控制器進(jìn)行信息交換。（ 2）第 2層為現(xiàn)場(chǎng)控制層，主要設(shè)備為控制器，包括專用控制器和區(qū)域控制器，控制器具有一定獨(dú)立的數(shù)據(jù)處理和控制能力，控制器間采用網(wǎng)絡(luò)連接方式( 圖中 E)，按照某種通信協(xié)議進(jìn)行通信， 網(wǎng)絡(luò)采用的媒體可以是以太網(wǎng)也可以是其它現(xiàn)場(chǎng)控制總線。（ 3）第 3層為信息管理層， 主要設(shè)備為管理工作站， 這些工作站為管理者提供一個(gè)統(tǒng)一的管理平臺(tái)，實(shí)施對(duì)整個(gè)樓宇系統(tǒng)的智能和高效管理，計(jì)算機(jī)信息領(lǐng)域的所有網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和信息處

39、理技術(shù)都可以在該層得到應(yīng)用，它們之間的互聯(lián)采用計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)技術(shù)。圖 5-1 網(wǎng)絡(luò)邏輯結(jié)構(gòu)圖5.2 現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行層無線組網(wǎng)模式分析無線組網(wǎng)有兩種模式： Adhoc模式和 Infrastructure模式：（ 1）Adhoc模式是一種對(duì)等式的組網(wǎng)方式， 組織的網(wǎng)絡(luò)是一種自治的無線多跳網(wǎng)，沒有基礎(chǔ)設(shè)施， 也沒有固定的路由器， 所有節(jié)點(diǎn)都可以是移動(dòng)的， 并且都能以任意方式動(dòng)態(tài)地保持與其它節(jié)點(diǎn)的聯(lián)系， 采用這種模式，兩個(gè)由于無線覆蓋圍限制而無法直接進(jìn)行通信的用戶終端可以借助于其它節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分組轉(zhuǎn)發(fā)，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以作為一個(gè)路由器， 它們具有發(fā)現(xiàn)和維持到其它節(jié)點(diǎn)路由的功能。（ 2） Infrastruc

40、ture模式是一種以星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的組網(wǎng)方式，組織的網(wǎng)絡(luò)為無線單跳網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)借助于通信圍最近的基站( 或接入點(diǎn) AP)實(shí)現(xiàn)通信，彼此之間不能直接通信，并且不具備路由功能，只有接入點(diǎn)負(fù)責(zé)路由和交換功能。在智能樓宇網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，不同層具有不同的應(yīng)用特點(diǎn)，應(yīng)該采用不同的組網(wǎng)模式。在智能樓宇系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行層中， 通常需要安裝大量的傳感器設(shè)備， 這些設(shè)備可能分布在大樓的各個(gè)區(qū)域， 某些區(qū)域可能不適合或不能布線， 并且對(duì)一個(gè)商用大樓來說， 隨著大樓區(qū)域功能的調(diào)整， 可能需要重新部署傳感器位置。 如果采用無線傳感器，則可以大大降低布線的難度和維護(hù)的成本。然而在智能樓宇中采用無線傳感技術(shù)會(huì)比室外遇到更多

41、的困難。首先由于無線傳感器采用電池供電， 能量有限，其無線電覆蓋圍也相對(duì)要小； 其次在樓宇部，由于室墻、門、鋁合金框架、各種金屬管和鋼筋的阻擋，微波爐、 WiFi 設(shè)備和無繩的使用、電梯和人以及和其它物體的運(yùn)動(dòng)， 這些都會(huì)不同程度地干擾傳感器的無線電信號(hào)， 使大樓無線電信號(hào)的傳輸變得復(fù)雜和不可控制， 影響上層應(yīng)用的服務(wù)質(zhì)量。另外，由于墻、室物體以及物體的移動(dòng) ( 如門的開關(guān)、人的移動(dòng) ) 都會(huì)對(duì)無線電波進(jìn)行反射， 這些反射還會(huì)產(chǎn)生多徑傳輸， 形成多徑干擾， 從而引起接收端信號(hào)幅度的隨機(jī)變化，產(chǎn)生多路徑衰減現(xiàn)象。在這種苛刻動(dòng)態(tài)的環(huán)境中， 由于不能保證傳輸能量有限的每個(gè)傳感器都能夠直接與基站進(jìn)行有

42、效通信， 因此傳統(tǒng)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或基于基站的單跳無線組網(wǎng)方式不再適用。而基于 Adhoc模式的無線網(wǎng)絡(luò)則可以適應(yīng)這種環(huán)境，Adhoc的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以是樹狀的、分層的或平層的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。支持多跳路由的自組織網(wǎng) , 與單跳相比具有更大的傳輸圍，一個(gè)傳感器的報(bào)文經(jīng)過多個(gè)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)可以傳輸?shù)狡錈o線電覆蓋圍之外的另一個(gè)設(shè)備， 實(shí)現(xiàn)從大樓的一端傳到較遠(yuǎn)的另一端或者越過多個(gè)樓層的傳輸。更為重要的是， 一個(gè)合適的自組織網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)能夠保證在某條路由失效的情況下，快速切換到另一條可用路由， 保證用戶數(shù)據(jù)不丟失。 支持多跳和快速替代路由能力的自組織網(wǎng)可以根據(jù)環(huán)境和節(jié)點(diǎn)狀態(tài)的變化動(dòng)態(tài)地調(diào)整數(shù)據(jù)傳輸路徑， 因而能夠有效克服多徑傳輸干

43、擾等問題，增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的可靠性。無線傳感器通常由數(shù)據(jù)采集模塊、 數(shù)據(jù)處理和控制模塊 ( 微處理器、存儲(chǔ)器 ) 、通信模塊 ( 無線收發(fā)器 ) 和供電模塊 ( 電池、DCDC能量轉(zhuǎn)換器 ) 等組成。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由許多個(gè)功能相同或不同的無線傳感器節(jié)點(diǎn)組成， 節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中可以充當(dāng)數(shù)據(jù)采集者、數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)站或者類頭節(jié)點(diǎn) (cluster-headnode) 的角色。作為數(shù)據(jù)采集者，數(shù)據(jù)采集模塊收集周圍環(huán)境的數(shù)據(jù) ( 如溫度、濕度 ) ，通過通信路由協(xié)議直接或間接將數(shù)據(jù)傳輸給遠(yuǎn)方基站 (basestation) 或匯節(jié)點(diǎn) (sinknode) ；作為數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)站，節(jié)點(diǎn)除了完成采集任務(wù)外， 還要接收鄰節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，

44、 將其轉(zhuǎn)發(fā)給距離基站更近的鄰節(jié)點(diǎn)或者直接轉(zhuǎn)發(fā)到基站或匯節(jié)點(diǎn)； 作為類頭節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)收集該類所有節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)， 經(jīng)數(shù)據(jù)融合后， 發(fā)送到基站或匯節(jié)點(diǎn)。 基站主要負(fù)責(zé)將無線傳感器發(fā)送來信息轉(zhuǎn)發(fā)到有線寬帶網(wǎng)絡(luò)上， 同時(shí)也將有線寬帶網(wǎng)絡(luò)的信息通過無線通道轉(zhuǎn)發(fā)給傳感器。在現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行層， 完成各種功能的傳感器形成多跳自組織網(wǎng)，這些傳感器感知的數(shù)據(jù)最后匯集到現(xiàn)場(chǎng)控制層的控制器，控制器作為無線傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)入有線網(wǎng)絡(luò)的基站，控制器作為基站可以主動(dòng)地讀取無線傳感器的數(shù)據(jù)，也可以被動(dòng)地接收無線傳感器的數(shù)據(jù)，并且對(duì)各傳感器的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視。5.3 現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行層無線通信標(biāo)準(zhǔn)目前，國際上已經(jīng)定義和正在定義的無線通信標(biāo)準(zhǔn)非

45、常多， 這些標(biāo)準(zhǔn)從不同的側(cè)面覆蓋了從家庭、 辦公室、大樓到城市乃至全球的各種圍中的無線數(shù)據(jù)、 語音和多媒體通信需求。 每種標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其通信覆蓋圍、 移動(dòng)速率、數(shù)據(jù)傳輸速率以及系統(tǒng)的安全性、 漫游等方面有不同的規(guī)定， 這就使得遵循不同標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備的體系結(jié)構(gòu)、軟硬件要求和設(shè)備成本都不盡相同， 因此采用哪一種通信標(biāo)準(zhǔn)需要針對(duì)具體的應(yīng)用而定。在現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行層， 無線網(wǎng)絡(luò)連接的設(shè)備主要為各種各樣的傳感器設(shè)備， 這些傳感器對(duì)設(shè)備或環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)， 產(chǎn)生相應(yīng)的數(shù)據(jù)， 然后這些數(shù)據(jù)報(bào)告給控制器， 由控制器對(duì)來自各個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理， 并形成相應(yīng)的決策。 不同的應(yīng)用的傳感器其數(shù)據(jù)報(bào)告模型也不相同， 傳感器的信息獲

46、取和報(bào)告方式取決于應(yīng)用和數(shù)據(jù)報(bào)告的時(shí)間緊迫度。 數(shù)據(jù)報(bào)告可以分為時(shí)間驅(qū)動(dòng)、 事件驅(qū)動(dòng)、查詢驅(qū)動(dòng)和混合模式。時(shí)間驅(qū)動(dòng)報(bào)告模型用于要求周期性的數(shù)據(jù)監(jiān)視， 在這種模式下， 傳感器節(jié)點(diǎn)周期性地感知環(huán)境、 獲取信息，并按一定的時(shí)間周期性地將數(shù)據(jù)傳送給控制器。在事件驅(qū)動(dòng)模式中，傳感器節(jié)點(diǎn)雖然周期性地感知環(huán)境、獲取信息，但只有當(dāng)傳感器所感知的數(shù)據(jù)值產(chǎn)生顯著變換或滿足預(yù)先設(shè)定的條件時(shí)， 才將有關(guān)信息報(bào)告給控制器。 在查詢驅(qū)動(dòng)模式中， 傳感器節(jié)點(diǎn)并不主動(dòng)地將數(shù)據(jù)發(fā)送給控制器，而是在接收到控制器的數(shù)據(jù)請(qǐng)求時(shí)， 才將信息發(fā)送給控制器。 混合模式則是上面 3種方式的任意組合，無論哪一種方式，由于傳感器需要傳輸?shù)男畔⒘?/p>

47、比較少，因此對(duì)無線通信的帶寬要求并不高， 然而，無線傳感器作為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備要得到廣泛應(yīng)用，應(yīng)具有以下特點(diǎn)：(1) 低成本：無線傳感器應(yīng)該是低成本的，因此其用來聯(lián)網(wǎng)的器件也必須是低成本的。(2) 低功耗：無線傳感器一般用電池供電，并且要求能夠在電池供電情況下長時(shí)間連續(xù)工作，因此，其功耗應(yīng)該很低。(3) 性能可靠，無須大量維護(hù)：無線傳感器需要在無人照料的情況下運(yùn)轉(zhuǎn)。(4) 伸縮性能好：在一個(gè)智能樓宇系統(tǒng)中，有時(shí)需要對(duì)幾百至幾千個(gè)無線傳感器設(shè)備進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)。為了節(jié)省能量， 無線傳感器一般采用短距離無線連接技術(shù)， 目前有 5種短程無線連接技術(shù)正在成為業(yè)界討論的焦點(diǎn)，它們分別是無線局域網(wǎng)(Wi-Fi)、IEEE

48、802151( 藍(lán)牙 ) 、 IEEE802 154(ZigBee) 、超寬頻 (UltraWideBand) 和短距通信 (NFC)。Wi-Fi 、超寬頻和短距通信都采用基于基站的工作模式， 因而不適合無線傳感器。 IEEE802 151和IEEE802154均支持 Adhoc模式，但它們?cè)谄渌矫娓饔衅涮攸c(diǎn)，IEEE802154更適合現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行層的無線傳感器，它對(duì)系統(tǒng)資源要求較少，只有28Kb，可支持的設(shè)備數(shù)比 IEEE802154多很多，并且具有極小的功耗。5.4 無線網(wǎng)與 BACnet的結(jié)合BACnet應(yīng)用層BACnet網(wǎng)絡(luò)層BLVCIMS/TPPTPISO 8802-2 Type1UD

49、PLonTalkIPRS485RS232ISO 8802-3任意ARCnetIEEE802.3網(wǎng)絡(luò)圖 5-4-1 BACnet 協(xié)議層次模型在現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行層采用無線傳感技術(shù)解決了傳感器設(shè)備的無線接入問題，然而無線接入要得到真正的應(yīng)用還需要與上層的應(yīng)用相結(jié)合，在樓宇自控領(lǐng)域有很多通信 協(xié) 議 ， 其 中 BACnet(datacommunicationprotocolforbuildingautomationand control networks)是一種最具有發(fā)展?jié)摿Φ臉怯钭詣?dòng)控制網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信協(xié)議， 它由美國供熱、 制冷與空調(diào)工程師學(xué)會(huì)組織制定，用于樓宇設(shè)備自動(dòng)化和控制的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。該協(xié)議于2003

50、年被 ISO正式采納為國際標(biāo)準(zhǔn)，作為一個(gè)開放性協(xié)議，它采用 OSI模型的分層通信體系結(jié)構(gòu)，同時(shí)鑒于樓宇控制系統(tǒng)的實(shí)際需要和實(shí)現(xiàn)成本限制等多方面因素，BACnet并沒有完全實(shí)現(xiàn) OSI所有層，而采用了一個(gè)由物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層組成的折疊式結(jié)構(gòu)( 如圖5-4-1 所示 ) 。BACnet在應(yīng)用層定義了樓宇自控領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)設(shè)備互操作和數(shù)據(jù)共享的對(duì)象抽象模型和服務(wù)原語， 通過對(duì)對(duì)象抽象模型的實(shí)例化可以非常方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)一個(gè)具體設(shè)備的描述， 通過服務(wù)原語可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備間的信息交換。 BACnet在網(wǎng)絡(luò)層定義了自己的網(wǎng)絡(luò)層通信和管理協(xié)議， 通過網(wǎng)絡(luò)映射方式， 可以將采用不同底層協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)映射為 BA

51、Cnet的子網(wǎng)，使 BACnet應(yīng)用層報(bào)文可以在不同的網(wǎng)絡(luò)上傳輸。BACnet在鏈路層和物理層支持多種通信方式和協(xié)議， 包括現(xiàn)場(chǎng)控制總線技術(shù) (ARC NET、 MS TP和 LonTalk) ，以及以太網(wǎng)傳輸技術(shù)和 IP 技術(shù)，這種層次結(jié)構(gòu)使BACnet能夠很方便地支持其他的低層通信技術(shù)。當(dāng)在現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行層采用無線傳感器技術(shù)時(shí)，在現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行層形成許多以BACnet控制器為基站的 Adhoc無線傳感器網(wǎng)，每個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)在同一時(shí)間只能加入一個(gè)無線傳感器子網(wǎng)， 充當(dāng)基站的 BACnet控制器在其 BACnet網(wǎng)絡(luò)層將其所管轄的無線傳感器子網(wǎng)映射為 BACnet子網(wǎng)。由于不同的 BACnet子網(wǎng)可能采用不同的低層通信技術(shù)， BACnet協(xié)議規(guī)定不同的低層通信采用不同的尋址方式。當(dāng)無線傳感器網(wǎng)作為 BACnet子網(wǎng)時(shí)，按照無線傳感器網(wǎng)的尋址方式進(jìn)行尋址。圖5-4-2 給出了支