IEEE 1888標準在建筑節能系統中的應用

許紫晗　張藝丹

內蒙古大學電子信息工程學院（010000）

IEEE 1888標準在建筑節能系統中的應用

許紫晗張藝丹

內蒙古大學電子信息工程學院（010000）

建筑能耗是我國能源消耗的重要組成部分，利用由中國企業主導制定的IEEE 1888標準能夠很好地實現能耗監控網絡中各傳感器設備的互通互聯，實現通信組件、數據庫、應用端間的智能信息交互、遠程監控和集中管理，最終實現節能減排的目的。這里介紹了IEEE 1888在建筑節能領域的簡單應用，并對其發展前景作了簡要討論。

IEEE 1888；建筑節能；傳感器網絡

2008年中國電信攜手天地互聯等國內企業牽頭成立了IEEE 1888工作組，致力于研究節能環保領域的綠色標準，并于2011年3月被正式發布成為IEEE 1888標準。IEEE 1888泛在綠色社區控制網絡協議（UGCCNet）是以綠色環保為宗旨，采用全IP的思路，深度融合IPv6、物聯網、云計算等信息通信技術，能夠將所有傳感數據和控制數據進行自由傳輸與交互的應用層面的通信協議。IEEE 1888所具有的開放性、可擴展性、兼容性、可控可管性等優點賦予了其廣闊的應用空間，在樓宇節能、環境監測、工業監測、區域能源管理以及智能表計等領域均可有深入應用，商業價值和市場潛力巨大。

1　IEEE 1888標準協議系統結構

IEEE 1888是面向應用的控制協議，采用分層通訊協議系統結構，不同的層次分別支持不同的通訊協議。IEEE 1888是基于TCP/IP的時間，繼承了TCP/IP的顯著特點，融合了各種無線以及有線的遠范圍與近距離通信方式，使得IEEE 1888在底層網絡的接入方式上有很大的包容性，可以接入各種現場總線協議，諸如Lonworks、Modbus、ZigBee等。

IEEE 1888系統由以下各項構成（見圖1）：

圖1　IEEE 1888系統構成圖

1）網關（GW）

在網關下面鏈接傳感器和執行器，網關屏蔽了各種跟不同訪問網絡的規格差異，在統一的IEEE 1888通訊協議的幫助下，可以在互聯網上起到在線化的作用。

2）儲存器（Storage）

儲存器在IEEE 1888中將在線化的傳感數據或狀態信息長期保存，可在任意時間讀取。此外，儲存器也可作為組件數據共享的服務器使用。

3）應用單元（APP，Application）

根據應用方式不同，應用單元有很多功能和開發方式。可以進行可視化應用，即從IEEE 1888組件中讀取數據，將傳感器數據轉化成PNG（Portable Network Graphics）等圖像文檔，然后作為網頁服務器的一部分部署；也可以進行統計應用，用于處理龐大的觀測元數據，并保存各種運算處理的結果。

4）負責IEEE 1888組件之間交互的IEEE 1888注冊器（Registry）

注冊器和上述三種組件有根本不同。注冊器在網絡中維護著“在哪里的哪個組件，對應著那些數據信息”的綁定關系，并能依照條件檢索到相應的組件。當大量數據在不同的儲存器上分別進行保存時，應用單元通過使用注冊器可以找到對應的儲存器，進而找到所需的數據。

其中網關、儲存器和應用單元統稱為IEEE 1888組件。組件之間有通用的通信接口，注冊器與組件之間有不同的通信接口，能夠充分實現網絡設備間的交互和協同工作。

2　簡單建筑節能系統構建

本系統的目標是實現辦公樓能耗設備能耗狀況的實時監控，并根據實際情況提醒辦公現場或遠程控制能耗設備，實現能源的優化管理和合理調配，最終達到節能減排的效果。

IEEE 1888系統的構建一般包括如下流程步驟：

系統需求定義、點列表及網絡的設計、安裝工程、工作測試。

2.1辦公樓設備現狀以及系統要求

本系統為一棟5層樓20個辦公室電力管理系統。各個辦公室都安裝有獨立的電力表計，這些電力表計的值通過Modbus（RS 485）現場總線集中進行記錄。

2.2統整體構成

系統整體構成如圖2所示

根據系統整體構成圖設計系統點列表見表1。

圖2　系統整體構成圖

根據系統整體構成圖設計系統網絡見表2。

表1　系統點列表

表2　系統網絡

2.3系統配置及測試

由于篇幅限制，本文只介紹電力表計的網關配置方法：

IEEE 1888網關從設置20個辦公室的Modbus （RS485）電力表計上分別取得累計電量（kWh），將其以WRITE程序發送到IEEE 1888服務器。此外，電力表計遵循10 000時清零的循環計算。

滿足如上要求的IEEE 1888網關配置文檔如代碼所示，根據此設定，各辦公室電力表計值被傳送到IEEE 1888的Storage服務器上。

3　測試結果與討論

經測試系統通過分布在各個辦公室的電力表計以及傳感器進行數據采集，分別對室內的用電量、溫度、換氣扇開關狀態、窗戶開關狀態、百葉窗開關狀態、房門開關狀態進行實時監測，很好地反應了當前室內的能耗狀態及能源利用效率，為建筑節能環保提供了一種可行的全新方案。

在傳統的建筑節能系統中，由于各個系統之間所采用的網絡設備功能不能關聯、信息不共享，易產生信息孤島的現象。如何實現系統集成、數據互聯共享，如何滿足遠程監控、遠程管理的需求，是當前技術發展急需解決的主要問題。IEEE 1888就是在這一大背景下提出的全新網絡控制協議，尤其能在樓宇設備管理、建筑節能領域發揮重要作用。

IEEE 1888最大的特點就是實現了信息交互、協同服務、集中監測和統一管理。通過統一的遠程信息采集信令和遠程控制信令，為數據信息的交互提供了統一的平臺，提高了設備之間的兼容性以及協議之間的一致性。隨著傳感器技術以及網絡通信技術的進一步發展，IEEE 1888技術將廣泛應用于智能建筑、生態社區和城市數字生態的建設中去，為節能環保，創建美好明天提供堅實的技術基礎。

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