無線網絡技術在智能樓宇中的應用探索

高 波

（云南廣電網絡集團有限公司 宣威支公司，云南 曲靖 655413）

無線網絡技術在智能樓宇中的應用探索

高 波

（云南廣電網絡集團有限公司 宣威支公司，云南 曲靖 655413）

由于無線網絡技術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絡技術在智能樓宇中的應用探索。文章主要就此展開分析，客觀闡述無線網絡技術在智能樓宇中的應用可能性和面臨的挑戰(zhàn)，無線通信標準和無線組網方式，提出合理的無線網絡技術應用框架。

無線網絡技術；智能樓宇；通信標準；無線組網

1 智能樓宇控制系統(tǒng)中引入無線網絡技術

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)、通信網絡系統(tǒng)等，其中網絡系統(tǒng)是智能樓宇控制系統(tǒng)的基礎，負責系統(tǒng)之間信息傳輸的重任。在此基礎上，控制網絡和計算機信息網絡之間實現聯通，由一個統(tǒng)一管理平臺對信息進行管理，包括對數據源、數據平臺的管理，對收集的數據進行深入挖掘，將最終的數據分析結果傳輸到執(zhí)行機構，為后續(xù)管理決策提供參考依據[1]。

就傳統(tǒng)的有線網絡技術基礎上設計的樓宇控制系統(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)網絡結構

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，并將這些變化轉變?yōu)殡娦盘枺瑐鬏數较乱粚印Ｒ话闱闆r下，執(zhí)行裝置主要是繼電器輸出裝置，這種裝置在實際應用中可以更加自動化地控制空調開關、調節(jié)室內濕度和溫度等。現場執(zhí)行層的設備接入網絡方式不同，不同連接方式決定著裝置自身的網絡通信功能，在某種協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，控制器在實際應用中具備十分突出的數據處理能力和控制能力，根據某種通信協議進行通信。

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。

經過大量的實踐研究可以發(fā)現，在現場執(zhí)行層和信息管理層應用無線網絡接入技術的可能性最大。執(zhí)行層中應用無線技術，是因為樓宇中設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，根據實際情況改變傳感器的節(jié)點位置。在信息管理層應用無線技術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]。

有線網絡由于擁有大量的網絡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絡技術快速發(fā)展背景下，對傳統(tǒng)的有線網絡帶來一定沖擊，但仍然無法完全替代有線網絡，所以在未來的樓宇智能化控制系統(tǒng)中應該是有限網絡技術和無線網絡技術的結合應用。無線網絡技術在信息管理層應用較為廣泛，已經積累了豐富的實踐經驗，值得在其他層更進一步的應用[4]。

2 現場執(zhí)行層無線組網模式

無線組網有兩種模式，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方式，沒有固定的路由器和基礎設施，所以這些節(jié)點是可以根據實際情況調整，同時還可以保證各個節(jié)點之間的聯系。這種模式在實際應用中，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)點分組轉發(fā)，沒一個節(jié)點設置一個路由器。而Infrastructure模式組織網絡是無線單跳網，網絡節(jié)點更多的是選擇通信范圍內距離最近的基站實現通信，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)設計中，應該根據實際情況選擇合理的技術，設計不同的無線組網模式[5]。

智能樓宇控制系統(tǒng)內部執(zhí)行層中，多數情況下需要安裝大量的傳感器設備，這些設備應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，所以需要根據實際情況重新調整傳感器的位置。基于此，如果采用無線網絡技術，則能夠更好地適應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)中應用無線網絡技術時，可能會出現更多的困難，主要表現在以下幾個方面：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，樓宇內部影響無線網絡數據傳輸的因素較多，包括墻壁、門窗、金屬框架、微波爐和電磁設備，這些將會在不同程度上影響到無線信號的傳輸質量，致使無線信號傳輸和服務質量變得更加復雜，難以滿足實際工作需求。此外，如果室內的物體發(fā)生移動，可能反射無線電波，這些反射電波經過多種途徑傳輸，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絡傳輸質量，傳統(tǒng)的點對點組網方式已經無法滿足實際需要。基于Ad hoc模式的無線網絡由于自身環(huán)境適應能力較強，可以更好應對這種復雜環(huán)境需求，呈現一種分層或平層的網絡結構。基于Ad hoc模式的組網方式可以覆蓋更大的范圍，傳感器可以將內容傳輸到另一個接收設備上，實現遠距離的數據傳輸。并且，如果一條組網結構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，避免用戶數據信息的丟失，盡可能地降低外界對無線數據傳輸帶來的干擾問題，提升網絡抗干擾性。

無線傳感器網絡由多個功能和節(jié)點組成，作為數據采集者，節(jié)點將收集的數據按照通信路由協議傳輸到遠方的基站；如果是數據中轉站，除了收集數據以外，還需要承擔接受鄰近節(jié)點傳輸的數據，并將其傳輸到附近的節(jié)點或基站的功能。基站的功能是負責將無線傳感器發(fā)送過來的數據信息轉發(fā)到有線網絡上，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絡上的信息利用無線網絡通道轉發(fā)給傳感器，下達相應的控制命令。

在執(zhí)行層中，對無線傳感器收集的數據轉化到有線網絡基站，可以主動讀取無線傳感器數據，對無線傳感器的運行狀態(tài)實時監(jiān)控。

3 現場執(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的無線數據和通信需求。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構下，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。

不同傳感器在實際應用中數據報告模型存在差異，傳感器信息獲取方式取決于數據報告緊急程度，在時間驅動模式下，要求傳感器在一定時間節(jié)點內將數據傳輸到控制層；在事件驅動模式下，傳感器收集周圍環(huán)境變化數據，只有在傳感器收集的數據變化情況滿足預設條件下，才可以將收集到的數據信息傳輸給控制層；在查詢驅動模式下，傳感器節(jié)點被動式轉發(fā)數據到控制層，只有在接收到控制層的具體要求后，才可以將收集到的數據信息傳輸到控制器。如果想要無線傳感器廣泛應用在現場中，需要保證無線傳感器是最低成本的，無線傳感器的組網結構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)揮無線網絡技術的優(yōu)勢。

4 無線網與BA Cnet的結合

在執(zhí)行層中應用無線傳感技術與上層應用相結合，在智能樓宇系統(tǒng)中有很多通信協議，這是一種樓宇智能化發(fā)展的自動控制網絡通信協議。該協議作為一種開放性協議，主要是采用OSI模型衍生而來的分層通信體系結構，很容易受到實際需要和成本限制等眾多因素影響，這種折疊式結構在實際應用中安全性更為突出。BA Cnet在智能樓宇系統(tǒng)中應用，通過對抽象模型的實例化可以提供一個更加具體的描述，通過服務原語實現設備之間的信息交互，在滿足數據傳輸需要的同時，還可以降低網絡架設成本。通過網絡映射方式，采用不同底層協議網絡，BA Cnet應用層報文可以在不同網絡上傳輸數據，數據傳輸更加安全。不同的BA Cnet子網根據實際情況選擇不同的通信技術和尋址方式，在實際應用中根據尋址方式，促使子網間的路由工作有序開展，充分發(fā)揮無線網絡技術優(yōu)勢。

5 結語

綜上所述，無線網絡技術作為一種前沿技術，在智能樓宇系統(tǒng)中應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、自動化和數字化發(fā)展帶來更大的發(fā)展空間，能夠有效克服有線網絡數據傳輸的不便，促使無線網絡技術能夠在智能樓宇系統(tǒng)中更為廣泛的應用。

[1]許毅平，周曼麗.無線網絡技術在智能樓宇中的應用研究[J].計算機工程與設計，2014（22）：4264-4267.

[2]李勝.智能樓宇中無線網絡技術的應用[J].科技創(chuàng)新與應用，2015（14）：287.

[3]申瑞雪，李良.無線網絡技術在智能樓宇中的應用研究[J].建筑工程技術與設計，2014（17）：1404.

[4]肖青青.無線傳感網絡覆蓋技術的應用與研究[D].武漢：武漢理工大學，2012.

[5]李燕.智能樓宇無線網絡應用的初探[J].中國電子商務，2012（9）：47.

[6]張佳星.基于ARM的智能樓宇無線網絡信息系統(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：網絡安全及無線網。