智能化行業的發展前景

王炳南（中國移動通信集團設計院有限公司，北京 100080）

當前，建筑電氣智能化在建筑行業中已得到比較廣泛的應用，使得國家的節能、環保等重大政策性措施在這一領域中得以實現，充分體現了科學發展觀的理念。

在實施過程中，中國建筑設計研究院、松下電工、全國智能建筑技術情報網共同開發了“iopeNet”網絡技術，對發展和提高我國建筑電氣智能化水平將起到標準化引導的作用，為下一步實施按需聯網打下了良好的基礎。

現在，讓我們來分析和研究智能化行業的發展前景。

1 iopeNet開放的網絡結構具有標準化引導作用

根據建筑物或建筑群的功能需要而設置的智能化系統，首要任務是達到節能、環保的目的；同時，也要考慮今后日常運行過程中對于運行狀態、故障處理等信息的監控，并與外界相關部門及時溝通，確保智能化系統處于穩定可靠的運行狀態。因此，智能化系統采用開放的網絡結構就顯得十分重要。

典型的iopeNet網絡結構如圖1所示。

從圖1可以看出iopeNet網絡結構有以下特點：

1）廣納國際通用的各種應用協議，加上新開發的IIU設備，解決了現有設備子系統的通信協議與iopeNet協議之間的通信接口問題。通過iopeNet網絡系統，易于實施各子系統的分散控制和集中統一管理。IIU設備具備Ethernet、RS232C、RS485、BACnet、LON、FULL-2WAY等多種接口，可方便地將各種子系統納入iopeNet網絡。如果將各種控制器等需要監控的設備賦予IPv6網絡地址，還可以進行遠程監控。

例如空調系統，可以通過互聯網與供貨廠家鏈接，由廠家進行定期遠程檢測和監視運行狀態，發現問題，及時提供優質服務。

圖1 典型的iopeNet網絡結構示意圖

圖2 IIU網絡接口單元內部軟件配置圖

IIU除了iopeNet網絡協議之外，還可搭載BACnet、LON、NMAST等多種設備系統網絡通信中間軟件，具有網關的作用。其內部軟件結構采用模塊化開放結構，便于用戶根據所需功能進行組合或嵌入新開發的子系統網絡協議。

3）iopeNet網絡系統的基本構成有兩部分，一是以區域控制單元（子系統模塊）連接以太網，二是各子系統的應用控制系統連接所需的受控設備。各個子系統經互聯網可實現互聯互通，采用不同通信協議的子系統或單個設備可以自由進行服務的組合、擴展等內容。同時也支持WEB技術，通過WEB服務器系統可以方便地處理數據，且允許軟件更自由地進行通信，使原來各孤立站點之間的信息能夠相互通信、共享，提高管理效率。

4）iopeNet網絡系統具有標準化引導的作用。因為它采用模塊化開放的網絡結構，基于以太網的多種網絡協議及國際通用的通信協議接口，適應多種協議轉換的網關。因此，它是適應我國絕大多數應用的、靈活性很高的開放性網絡系統，具有標準化引領和導向的作用。

2 協議和總線技術得到廣泛應用

從上述iopeNet網絡結構可以看出，廣泛應用國際通用的協議和總線技術是明智之舉，這使得我們在短時間內即可形成所需要的各種建筑智能化網絡，且完全符合JGJ16-2008《民用建筑電氣設計規范》對建筑自動化結構的要求。

下面簡單介紹這些協議和總線技術：

1） BACnet（Building Automation and Control Network）樓宇自動控制網絡。

BACnet數據通信協議是由ASHRAE（美國暖通空調制冷工程師學會）發起、綜合了成熟的LAN技術協議而制訂的開放性標準，于1995年12月得到ANSI（美國國家標準局）批準，并得到歐共體的承認，成為歐共體的標準草案，于2003年最終成為國際標準ISO 16484-5。后來又有ASHRAE Standard 135-2004標準和2006年10月制訂的Addendum135-2004C的BACnet/WS WEB服務器接口規格。BACnet的數據通信協議可以用4層模型來表達。

表1 BACnet BA系統的4層模型表

從表中可知：BACnet數據通信協議是基于以太網并使用可自由編程的系統，便于將不同廠商不同功能的產品集成在一個智能化網絡中，實現互通互操作。它適用于組織LAN分布式控制控制系統，例如暖通空調系統的節能控制。

2） LON（Local Operating Network）現場總線控制網絡系統

LonWorks總線技術是90年代由美國Echelon公司開發推出的,而LonMark是基于LonWorks的一種測控網技術，即工控網，也稱現場總線技術。它采用LonTalk協議的集中式結構，與BACnet協議配合使用，構成分散開放的設備自動化系統。

LonTalk使用類似于以太網所用的“載波偵聽多路訪問（CSMA）”算法，提供介質訪問協議。例如：某個節點應用程序期望在網絡中從其它節點處得到數據（如溫度、人流信息等），或期望提供數據給其它節點（如升降信息、開關量等）。也可提供配置屬性，為節點提供外部配置數據的方法，由網絡工具進行讀寫。

每個節點的應用程序可以提供一個或多個功能塊，每個功能塊可按配置屬性將一個功能塊的輸出與另一相關功能塊的輸入進行綁定，同時用來執行某個任務。例如，自動門/門禁系統的自動控制系統。

LonWorks總線根據ISO/OSI 7層模型標準，采用3層網絡結構：域、子網和節點。其使用48位ID神經元芯片，節點數量沒有限制，傳輸距離≤2.7 km，傳輸速率為300bps～1.25Mbps。

3） RS485 總線（C-BUS、Modbus）

RS485總線采用差分電壓傳輸方式，單條通道的最大節點數為32個，傳輸距離≤1.2km，傳輸速率300bps～9.6kbps。RS485總線是僅定義為物理層和鏈路層的通信標準，美國HoneyWell的C-BUS總線技術是在RS485總線基礎上給出了全新定義。在RS485技術基礎上應用較多的是Modbus總線。

4） CE-BUS 總線（Consumer Electronics-BUS）

CE-BUS總線是美國電子工業協會（EIA）制訂的家用電器之間使用的通信和操作性標準，適用于不同類型的介質，例如電力線、無線頻率、紅外線、雙絞線和同軸電纜等。它的傳輸速率為10kbps,系統容量為4Gbps。

5） AP-BUS總線

AP-BUS總線是擁有中國自主知識產權的總線技術，它是針對家庭的全分布式智能控制網絡技術。與LonWorks類似，它具有雙向通信能力和互操作、互換性，其控制部件都可以編程，傳輸速率為10kbps,系統容量為4Gbps。

6） CAN 總線（Controller Aera Network Bus）

圖3 電能計量與管理系統示意圖

CAN總線是基于RS232、采用±15V的負邏輯電平傳輸方式。單條通道最大節點數為110個，傳輸距離≤10km（任意兩節點之間），傳輸速率為5kbps～1Mbps，傳輸介質為雙絞線或光纖等。支持分布式控制和實時控制的對等式現場總線網絡，例如適用于電能計量與管理系統，如圖3所示。

7）LCN 總線（Local Control Network Bus）

LCN總線是局部控制網絡現場總線，具備布線和設置參數簡便易行的特點，提供種類不多功能全面的總線模塊和多級報文反饋系統。在歐洲，該總線被普遍認為是目前最先進的總線技術。

8）CC-Link總線

CC-Link總線是日本三菱電機提出的標準。2005年9月轉化為中國的國家標準《控制與通信總線CCLink規范》。在我國已用于給排水現場控制網絡系統。

9）ZigBee通信技術

ZigBee通信技術適用于短距離無線通信網絡，其特點為：

? 工作頻段 ：2.4GHz（全球），915MHz（美國），868MHz（歐洲）。

? 傳 輸 速 率 ：2.4GHz時250bps；915MHz時40kbps；868MHz時20kbps。

?低復雜度、低功耗、低速率、低成本的雙向通信技術。

?支持多點對多點的網狀結構，無需第三方設備中繼即可建立無線鏈路。系統中任何一個通信設備的加入、離開或位移都能在瞬間自適應重新計算并建立新的網絡路徑。

?通信距離≤75m。

?短延時：響應速度快，從睡眠轉入工作狀態只需15ms，節點連接進入網絡只需30ms，節省電能。

?網絡容量高：采用IEEE802.15.4標準化的PHY和MAC層，支持幾乎任意數目的設備。

3 電信部門以多種形式為用戶提供服務

隨著我國經濟高速發展、國力增強、人民生活水平普遍提高，對電信部門的服務水平也不斷有新的要求。電信部門為了更好的滿足用戶的新要求，不斷開發和建設新業務項目，提供更多的服務內容。例如，電信級以太網、云計算、三網融合、光纖到樓/區、光纖到戶等。

1） 電信級以太網

電信級以太網是在原有以太網幀結構和互通性的基礎上，增加基于2層的分組傳送，完善的OAM故障和性能管理，設備即插即用，快速部署；端到端的QoS保障能力，動態智能標識業務流，按業務保證帶寬要求；靈活的用戶定位和業務分流，多業務綜合承載；支持TDM仿真業務，提供E1、64K等業務透傳；充分利用現有的星型網的業務接入和匯聚形成分布式環路控制機制，靈活配置的負載均衡，提高環路帶寬的利用率等內容。使電信級以太網成為可靠性、靈活性、廣泛性、方便性、實用性更好的一種網絡結構。但是在發展過程中，也有一些值得關注并需不斷改善和提升的內容：

?傳輸距離 一般廠商的設備都能支持幾十至幾百公里的傳輸距離,經過升級后可以突破傳統以太網的瓶頸。采用40Gbps通用元件，可以將100Gbps以太網的傳輸距離提高到400～2000km。

?帶寬與速率 目前10Gbps的技術已經成熟，40Gbps和100Gbps的產品也已經得到可喜的進展。

?多業務承載(數據、語音、電視) 電信網正從單一的語音通信兼容分組數據、會議電視、點播電視、網絡電視等多業務通信的方向發展。這些業務的緊密結合，表明電信級以太網得以實現。

?延時 延時是指接收到數據包到開始轉發數據包之間的時間間隔。延時的大小主要取決于轉發技術。直通式交換機有固定的延時，不管數據包的大小，只根據數據包前6個字節中的目的地址的解讀速率決定延時的長短。存儲轉發式交換機的延時則取決于數據包的大小，它必須要接收一個完整的數據包才能轉發，所以，數據包的大小即延時的長短。采用先進的轉發技術可以有效縮短延時。

?丟包率 丟包率是指測試中所丟失數據包的數量與所發送數據包總量的比率。一般采用前向糾錯（FEC）、選擇確認（SACK）等辦法解決丟包率的問題。

?安全性 網絡中存在非法攻擊、病毒等有害數據是不爭的事實，電信級以太網作為基礎網絡的承載體，應加大安全性的保護力度。例如采用分層防護，在轉發層面和控制層面都采用安全機制進行保護；采用VLAN和VLAN嵌套（Q in Q）實現數據隔離；采用主動入侵預監測，可以預先定義一些域值或特征字段，用以判斷是否有入侵攻擊。

?服務質量 關鍵應用和多媒體應用時應保證服務質量。例如網絡過載或擁塞時，QOS應保證重要業務量不會延時或丟失，并保證網絡能高速運行。

圖4 電信級以太網組網方式示意圖

電信級以太網的組網方式，一般是利用EPON/GPON（Ethernet Passive Optical Network/Gbps Passive Optical Network）進行組網，如圖4所示。

2） 云計算

云計算就是將大量用網絡連接的計算機資源集中建設、統一管理和調度，構成一個計算機資源池，向用戶按需提供多業務智能化服務。

電信網正在向智能普適網絡發展，逐步實現計算能力網絡化，網絡運行計算化，使得電信服務適應我國經濟高速發展的迫切需要。在通信領域采用機器來模仿和執行人腦的某些智力功能，以實現電信網絡智能化。智能普適網是指在普適環境下可在任何時間，通過任何網絡使用云計算來獲得所需的服務。

目前，互聯網/云計算的業務發展，是電信行業面臨的威脅與挑戰，電信網轉型是當務之急，轉型后，它具有下列優勢和不足：

?全國四通八達的電信網基礎設施可為云計算提供方便的接入手段。

?具有強大的用戶聚合效應。

?具有很強的網絡管理能力。

?在軟件開發方面，電信網尚有不足。

實際上，電信網具備硬件云優勢，互聯網具備軟件云優勢，兩者的結合才能真正促進行業的發展。

電信網轉型的途徑，除了商業渠道、媒體廣告、信息服務等方面較以前有一些改變外，最具特色的是收費模式將從現在互聯網提前收費改變為按使用付費的電信收費模式。

圖5 云計算網絡架構示意圖

云計算網絡的架構如圖5所示。中注入CATV節目信號，通過光纖傳輸網由ONU光網絡單元的RF同軸電纜接口解調出CATV節目信號送給用戶收看。

在機頂盒上，具備以太網接口。如有需要也可以組織雙向的通信信道，開展電信業務或網絡業務。

EPON/GPON在信號出局前采用波分復用技術，將上行/下行信號通過OLT光線路終端分別注入同一芯光纖內，通過區域端的ODN 分支出32、64或128個光鏈路至區域內的ONU光網絡單元，經由數據匯聚路由器分別組建LAN局域網和區域基站。而LAN局域網可以與建筑物內的樓宇智能化iopeNet網絡連接，這是iopeNet網絡與外界溝通的渠道和方式之一。

通過區域基站，還可以組織無線業務通信，提供更加靈活方便的電信服務。

4 結束語

智能普適網的核心是業務數據系統BDS（Business Data System），這是網絡的大腦，它將實現“智能管道，價值運營”，逐步轉型合并網絡功能。

云計算的核心理念是通過網絡提供用戶所需的計算能力、存儲空間、軟件功能和信息服務等。有三種服務模式：

? IaaS基礎設施即服務

用戶可通過網絡從完善的計算機基礎設施得到服務。利用專設的服務器可具備管理上萬臺計算機的能力，并具有高可靠、高速度、低維護成本的特點。用戶可以按需申請服務。

? PaaS平臺即服務

用戶可通過網絡得到軟件研發平臺的服務。這種服務往往以軟件即服務（SaaS）的模式提交給用戶。用戶也可以根據業務需要自行開發軟件。

? SaaS軟件即服務

用戶可通過網絡租用基于Web服務器的軟件來管理企業的經營活動。具有前期成本低、便于維護、快速投入應用、無需購買軟件等特點。

3） 三網融合、光纖到樓/區、光纖到戶等多種服務

在圖4中已經展示了三網融合、光纖到樓/區、光纖到戶等綜合性服務。只要在電信局端的OLT光線路終端

綜上所述，無論是樓宇智能網絡還是電信網絡都已經從技術上做了充分的準備，只要用戶提出服務的要求，通過軟件開發商的共同努力，可以做到“無處不在，無所不能”地為用戶提供智能網絡的服務。現在，北京、上海等城市都在打造智慧城市，這是一種大趨勢，是千載難逢的發展機遇。

要說智能化行業的發展前景，我認為與我們國家一樣，欣欣向榮，繁花似錦。

前些時候，北京出現地鐵電梯故障造成人員傷亡，甬溫線動車組首尾相撞造成人員傷亡，這些是前進中出現的問題，不管出現問題的首要原因是什么，其中很重要的一點恐怕與信息是否靈通有關。因此，建立四通八達的智能信息網，主動摸清設備運行情況，出現故障及時溝通和排除，是可以減少或避免事故發生的。

萬事開頭難，現在已經有了很好的開始，相信往后一定會有美好的前景。當然，智能化的內容很多，本文重點介紹樓宇智能網絡和電信網絡，只是智能化網絡的一個組成部分。

[1] 董玉安.開放式協議在建筑智能化領域的應用[J].智能建筑電氣技術，2008,2（2）：11-16.

[2] 歐陽東，呂麗，黃吉文，滿容妍，肖昕宇.《建筑機電設備開放式通信協議——iopeNet》研究[J].智能建筑電氣技術，2010，4（2）-4（4）.