物聯網智能樓宇解決方案的架構設計優化研究

許倩

摘 要：隨著當前我國物聯網等各種現代信息技術的不斷發展，建設智能樓宇也成為現階段建筑產業的一大發展目標。為了有效增強智能樓宇的智能水平，需要將其積極與物聯網進行相互整合，并不斷優化物聯網智能樓宇解決方案的架構設計，從而更好地為住戶提供智能、高效、便捷的優質服務。在這一背景下，文章重點針對基于物聯網的智能樓宇解決方案的架構優化設計進行簡要分析研究。

關鍵詞：物聯網；智能樓宇；架構設計；設計優化

雖然眼下在我國智能樓宇領域中，物聯網的應用已經較為廣泛，并且二者之間的融合程度也在不斷加深。但由于我國目前在智能樓宇以及物聯網方面的技術水平較為有限，因此也在很大程度上限制了物聯網智能樓宇解決方案架構設計的進一步優化。本文通過對此展開相應探究，旨在通過優化基于物聯網的智能樓宇解決方案的架構設計，在有效控制成本提升設計成效的基礎上，推動物聯網智能樓宇實現可持續發展。

1 物聯網智能樓宇的現狀

由于通信協議多種多樣，智能樓宇各系統也相互獨立且彼此之間存在一定差異性，因此，使得各系統與各樓宇將難以集中、統一進行數據分析處理與存儲，智能樓宇中存在信息孤島的情況，并且需要工作人員單獨運行和維護各系統，大大增加了投入成本，同時也使得相關工作人員的工作量也相對較大。另外，雖然當前已經有部分智能樓宇通過運用物聯網技術，將內部的門禁系統、報警系統等與建筑大門以及其他設備進行有效連接，從而可以對智能樓宇內部與外部環境進行智能調節。

2 物聯網智能樓宇解決方案的架構優化設計

2.1 架構優化設計思路

針對當前物聯網智能樓宇現狀，本文在對其解決方案架構設計進行優化中，嘗試采用分層的設計理念，設計包括應用層、接入層、平面層等。其中智能樓宇中各終端設施設備如空調設備、新風系統等以及其他控制系統設備統一集中在感知層。在傳輸層中主要通過利用樓宇駐地網以及互聯網等為智能樓宇數據傳輸以及通信管理提供便利。在接入層中，設計智能樓宇物聯網接入網關，實現統一接入、協議轉換以及上傳。而在平面層中，設計包括設備與權限管理、日志管理、人臉識別、視頻分析、數據挖掘等眾多應用功能。

2.2 智能樓宇系統架構

2.2.1 接入層

本解決方案在接入層的優化設計中，選擇將物聯網智能樓宇接入網關作為該層最為重要的設備。主要目的在于根據當前智能樓宇前端接入設備協議多種多樣的現實情況，物聯網接入網關從而有效保障接入設備協議的通用性，使得各智能樓宇前端設備與系統之間可以互聯互通，用戶能夠切實根據自身實際需要對設備系統進行靈活調整使用[1]。在優化設計中，智能樓宇前端設備通過有線或無線通信與設備模型進行相互連接，在設備模型中涉及眾多接口與通信協議，包括ZigBee，Modus，BACnet，LonWorks等。而暖通空調、安防門禁、消防與燈控系統、電梯系統等則統一位于應用邏輯中。將各種協議設備模板設置在物聯網接入網關內，可以為各協議設備數據向標準軟件組件進行轉換提供便利。

2.2.2 平臺層

本解決方案中平臺層負責統一分析處理基于物聯網的智能樓宇的各項信息數據，并為其他業務系統、上層應用程序對數據信息的調用提供相應的訪問接口。在平臺層設計中，一方面保留其現有的基礎功能，包括設備接入與管理、安全管理、權限管理等，另一方面，為有效提高智能樓宇的智能化水平，還將支持大數據分析、人工智能等相關服務組件引入其中。通過充分發揮此類服務組件的優勢特性，使得平臺層可以有效為智能樓宇上層應用提供高效處理各種信息數據的優質服務，例如大數據分析、視頻分析、語音識別等。

2.2.3 應用層

本解決方案在應用層優化設計中，智能樓宇將結合具體系統功能進行科學的應用分類[2]。如對車輛與人員進出控制、火災探測與報警、視頻監控等將被統一歸為安全防護類應用，而對智能樓宇的電氣設備控制、能耗統計分析以及周圍環境監測等則將被統一歸至智能樓宇的綠色節能類應用。包括訪客管理、發布信息、公共廣播等在內的其他應用則一并被劃分至智能樓宇的高效便捷類應用中。在智能樓宇監控系統中，則主要通過使用云計算技術，將云計算應用依次分成服務應用層、云平臺支撐層、數據采集與傳輸層。

2.3 應用部署模式設計

2.3.1 本地部署

考慮到平臺數據服務器并非全部部署在相同的位置上，因此，本文在進行物聯網智能樓宇解決方案架構設計的優化過程中，將同時運用以云為基礎的遠程部署思想和本地部署設計思想。在本地部署中，設計將平臺層數據服務器以及智能樓宇本地管理中心全部部署在本地，同時運用Internet/移動通信網絡，提供對外開放的遠程訪問互聯網接口，方便工作人員對單一物聯網智能樓宇進行實時管理。

2.3.2 遠程部署

本文在優化設計物聯網智能樓宇解決方案的架構設計中，嘗試于第三方云服務平臺中部署平臺層服務器。此時通過利用Internet訪問服務器，無論是智能樓宇本地管理中心還是遠程移動管理客戶端，均可以根據自身實際需要隨時調用和訪問智能樓宇各系統設備的相關數據。以物聯網智能樓宇監控遠程解決方案為例，其主要通過運用邊緣計算的方式，如借助當前較為先進的敏捷物聯網關和敏捷控制器產品，搭配使用物聯網中間件技術平臺，在與大門傳感器、智能監控裝置等設備進行有效連接后，利用強大的邊緣計算能力與開放架構的物聯網關，在對監控數據進行實時采集的基礎上，借助云計算平臺對其展開深入分析和數據仿真，便可以幫助工作人員隨時掌握智能監控設備各性能參數，從而在有效了解樓宇整體運行情況，對其進行有效監控管理的同時，也能夠提前預判樓宇可能存在的安全隱患[3]。

3 物聯網智能樓宇解決方案架構優化設計性能測試

3.1 用戶

為了有效驗證本文提出的物聯網智能樓宇解決方案架構優化設計方案，具有較高的應用價值，在依照相關規范要求完成測試組網環境布設，將接口機與安防系統、視頻系統等進行規范連接后，在測試用戶登錄性能時，選擇采用并發測試的方式對100名用戶且每名用戶登錄10次展開測試，并對服務器CPU以及內存使用等進行認真觀察。根據測試結果可知，在100名用戶且每名用戶登錄10次的并發情況中，平均每次訪問的響應時間為280 ms，錯誤數目為零，訪問平穩。

3.2 平臺模塊

由于本解決方案中設計的平臺模塊相對較多，因此，本文選擇以查看網關日志為例，在測試中同樣采用并發測試的方式對100名用戶且每名用戶查看、訪問10次網關日志管理頁面展開測試。要求在測試中對測試工具輸出等進行認真觀察。而根據最終的測試結果可知，在100名用戶且每名用戶查看、訪問網關日志管理頁面10次的并發情況下，平均每次訪問的響應時間為250 ms，錯誤數目為零，訪問平穩。而在壓力測試中，TOMCAT進程MEMORY內存占用為1.5 G。

3.3 接口訪問

在其他測試條件不變的情況下，模擬100名用戶且每名用戶訪問10次頁面，每頁只調用一次接口的并發測試。根據最終的測試結果可知，在100名用戶且每名用戶10次并發下，平均每次訪問的響應時間為210 ms，錯誤數目為零，訪問平穩。而在壓力測試中，TOMCAT進程MEMORY內存占用為1.5 G。整體來看，本解決方案可有效滿足數據量較大、高并發且訪問時間較長時的工作需求，平均頁面訪問耗時不超過3 s，用戶等待時間較短，而CPU與內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用性。

4 結語

通過本文的分析研究可知，在對物聯網智能樓宇解決方案的架構優化設計中，以傳統3層架構為基礎，在與智能樓宇的實際需求、具體特點等進行有機整合下，將接入層與平臺層引入其中，使得物聯網智能樓宇各系統、設備之間能夠實現互聯互通與融合管理。同時經過一系列性能測試，證明該解決方案具有較高的有效性與應用性，值得在智能樓宇領域中得到廣泛應用。

[參考文獻]

[1]黃宏聰，齊鵬飛，鄭青松.基于物聯網的智能樓宇綜合管理系統架構設計[J].智能建筑與智慧城市，2018（12）：89-91，96.

[2]王鴻彬.基于Android的智能樓宇系統設計與實現[J].電腦知識與技術，2017（29）：174-175.

[3]張超.基于物聯網的智能樓宇安全監控平臺架構及訪問控制研究[D].北京：北京郵電大學，2016.