基于TCP/IP協議的網絡化智能建筑初探

李長帥++朱棟華

摘要：本文介紹了什么是基于TCP/IP協議的網絡化智能建筑系統，網絡化智能建筑系統的應用比傳統的由子系統組成的智能建筑系統有哪些優勢，智能建筑的發展方向。

關鍵詞：智能建筑網絡TCP/IP協議

1 什么是網絡化智能建筑系統

智能建筑及其子系統完成的是信息采集、傳遞、處理以及反饋的過程。網絡化智能建筑系統是一體化的控制網絡，將各種傳感器連接一個IP地址唯一的微控制單元，利用TCP協議把微控制單元將傳感器采集的信號加工成數據包，這些數據包通過信息通信網絡傳輸介質、信息交換設備形成的網絡進行傳遞，最終由中央服務器集中收集、集中處理，生成反饋信號經由TCP/IP網絡反饋給微控制單元實現自動、智能的控制過程。

2 傳統智能建筑系統有哪些不足

傳統的智能建筑是由多個子系統組成的， 各子系統的信息格式、接口、傳輸介質、信息交換設備以及信息處理方式各不相同，信息分散處理導致系統集成程度低，需要人工監視和控制實現子系統間的聯動。

此外，由于建筑不同于其他工業產品，具有生產周期長的特點。智能建筑及建筑群，從設計、施工到竣工驗收通常需要兩到三年甚至更長的時間，而智能建筑發展日新月異，很多技術投入使用便已過時，部分設備的設計功能不能滿足實際需要的情況又時有發生。然而由于缺乏統一的、開放的協議及標準，這些設備通常無法單獨更換，這給設計和施工都造成了很多不可避免的困擾。

3 網絡化智能建筑系統有哪些優勢

網絡已經融入了人們的生活，但TCP/IP網絡之前未能廣泛應用于智能建筑控制領域主要是由于相比傳統控制系統，其協議較復雜導致代碼占用大量存儲容量，同時對處理器的運算能力有較高門檻，常用的8位單片機不能滿足其對硬件資源的要求。

而由于嵌入式系統的高速發展，具有32位運算能力的微控制器取得了廣泛的應用，隨著生產工藝的不斷改進，其價格和功耗逐年降低，而性能卻在不斷提高。讓每一個具備唯一IP地址的微控制器成為一個微控制單元，利用微控制器作為TCP/IP網絡中的信息收集、傳遞的中轉站，這給TCP/IP網絡在控制工程的應用帶來了新的契機。

結合TCP/IP協議高度開放的特性，在數據鏈路層，借助標準化的接口，僅需在建設初期根據建筑結構形式設置IEEE802.3標準的主干網絡，利用光纖、雙絞線以及無線信號作為傳輸介質，在建設末期接入帶有微控制單元的傳感器、控制器，使安裝智能化設備就像安裝一臺網絡打印機一樣簡單。在網絡層，通過IP協議對微控制單元進行尋址，對微控制單元處理的信息進行路由。在傳輸層，控制主機利用TPC協議實現端口尋址、分段重組、流量、差錯控制。在應用層，通過各種應用層協議和應用程序最終實現對信息的綜合處理，實現各傳統子系統間的高度集成和聯動。借助高速發展的網絡技術，可以利用PC、平板電腦、以及智能手機實現對系統隨時隨地的控制。進而，如果把數據庫的部分數據共享給有權限的遠程用戶，我們便可以遠程利用任何形式的Internet接入設備實現智能建筑的遠程管理和監控。

IP Camera即網絡攝像機正在市場上獲得廣泛的應用。IP Camera是將圖像轉換為基于TCP/IP網絡標準的數據包，使攝像機所拍攝的畫面通過RJ-45以太網接口或WIFI WLAN無線接口直接傳送到網絡上，通過網絡即可遠端監視畫面。此系統利用現有的綜合布線網絡傳輸圖像，并進行實時監控。系統所需的前端設備少，連線簡捷；后端僅需一套軟件系統即可。當需要增加監控點，監控主機時，只需要通過現有網絡增加一臺IP Camera或PC機即可，而不需要對現有布線系統做什么改動。而且，此系統所需設備極其簡單，系統的控制全由后端的軟件系統實現，省去了傳統模擬監控系統中的大量設備，如昂貴的矩陣、畫面分割器、切換器、視頻轉網絡的主機等。由于圖像的傳輸通過綜合布線網絡，省去了大量的視頻同軸電纜，降低了費用。

運用同樣的方法，可以把TCP/IP協議運用在智能建筑的其他子系統當中，這樣的網絡化智能建筑相比傳統智能建筑具有以下優勢：

①標準化的協議：TCP/IP協議不依賴于任何特定的硬件或操作系統，提供開放的協議標準，統一的網絡地址分配方案，標準化的高層協議，用戶只需要考慮應用而不需要重新開發。

②開放且成熟的接口、傳輸介質、信息交換設備：可以通過雙絞線、光纖以及無線信號接入TCP/IP網絡，無論采用哪種接入方式，其接入技術都已經非常成熟。使用ARP協議為新接入的設備分配一個唯一的IP地址，該設備即刻便可以投入使用。極大的提高了綜合布線的兼容性、經濟性、靈活性、開放性和經濟性。

③統一的數據格式、數據處理系統：傳統智能建筑系統不智能的主要原因便是各子系統間的數據格式不統一，各子系統獨立收集、獨立處理信息，導致了子系統間缺乏聯動，不能實現無人值守的自動控制。而統一了數據格式，并統一處理傳感器收集的數據便可以通過軟件設計提高智能建筑系統的集成性，實現高級的系統聯動。

4 智能建筑系統的發展方向

傳統的智能建筑系統都以子系統的形式被人們所熟知，在工程上統稱為“弱電”系統，因為它們并不智能。智能建筑在國內的發展無法滿足實際需求，系統穩定性差、功能實現率低、智能化水平參差不齊，都是智能建筑屢遭詬病的問題。

近些年，智能一體化設計逐漸在智能建筑行業興起。簡單來說，智能建筑一體化，就是將龐雜的智能控制系統集成在了一起，做到標準統一、施工方統一。這樣一來，系統的穩定性、可靠性都將大大增加。

5 結束語

在網絡工程的長期發展過程中，TCP/IP逐漸取代其他協議，這與其簡單、易用、高效、開放的諸多優勢是密不可分的。而將TCP/IP網絡通訊協議應用到智能建筑一體化系統當中，不僅不需要重新制定硬件和軟件標準，而且可以兼容并包的使用新興的移動終端及可穿戴設備，借助TCP/IP網絡的兼容性保證智能建筑鮮活的生命力。

參考文獻：

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