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计算机网络与安全实践设计报告 计算机楼智能化建设方案 专 业: 计算机科学与技术 班级: 小组成员： 指导教师： 职 称： 中国矿业大学计算机科学与技术学院 年 月 徐州 题 目 计算机楼智能化建设方案 设计日期 2009年 月 日至 2010年 1月 8日 小组成员 XXX XXX XXX 指导教师签字： 年 月 日 在本次设计中承担的任务 目前现状的分析，需求分析调查、对无线网络技术的应用进行调查和设计，对调查情况进行总结、对当前主流技术的分析与选择、研究控制系统的应用 监控系统整体方案设计、对设计方案进行分析和总结，并进行报告的撰写 对综合布线系统进行研究，对设计方案进行分析和总结，并进行报告的撰写 成绩 目录 。。。。。。。。 。。。。。。。。 1、引言 现代社会对信息的需求量越来越大，信息传递速度也越来越快，二十一世纪是信息化的世纪，目前推动世界经济发展的主要是信息技术、生物技术和新材料技术，而其中信息技术对人们的经济、政治和社会生活影响最大，信息业正逐步成为社会的主要支柱产业，人类社会的进步将依赖于信息技术的发展和应用。 近年来，电子技术（尤其是计算机技术）和网络通信技术的发展，使社会高度信息化，在建筑物内部，应用信息技术、古老的建筑技术和现代的高科技相结合，于是产生"楼宇智能化"。 楼宇智能化是采用计算机技术对建筑物内的设备进行自动控制，对信息资源进行管理，为用户提供信息服务，它是建筑技术适应现代社会信息化要求的结晶。 作为新时代的创造者，我们时刻探究先进技术的发展方向，让科学的进步能够更好的服务于人类和我们赖以生存的家园。楼宇智能化不仅为人们提供更加便捷的生活方式，而且让节能和环保走向了智能化。本小组学院楼为依托，经过各方面的调查和资料的收集，设计出了计算机楼智能化建设方案。 1.1 智能化楼宇的基本要求 智能化楼宇的基本要求是，有完整的控制、管理、维护和通信设施，便于进行环境控制、安全管理、监视报警，并有利于提高工作效率，激发人们的创造性。简言之，楼宇智能化的基本要求是：办公设备自动化、智能化，通信系统高性能化，建筑柔性化，建筑管理服务自动化。 楼宇智能化提供的环境应该是一种优越的生活环境和高效率的工作环境： 舒适性。使人们在智能化楼宇中生活和工作（包括公共区域），无论是心理上还是生理上均感到舒适，为此，空调、照明、噪音、绿化、自然光及其他环境条件应达到较佳或最佳状态。 高效性。提高办公业务、通信、决策方面的工作效率，节省人力、时间、空间、资源、能耗、费用，以及建筑物所属设备系统使用管理的效率。 方便性。除了集中管理，易于维护外，还应具有高效的信息服务功能。 适应性。对办公组织机构、办公方法和程序的变更以及设备更新的适应性强，当网络功能发生变化和更新时，不妨碍原有系统的使用。 安全性。除了要保证生命、财产、建筑物安全外，还要考虑信息的安全性，防止信息网中发生信息泄露和被干扰，特别是防止信息数据被破坏、被篡改，防止黑客入侵。 1.2 智能化楼宇的功能 从楼宇智能化的功能角度看，楼宇智能化提供的功能应包括： 具有信息处理功能，而且信息范围不只局限于建筑物内，应该能在城市、地区或国家间进行。 能对建筑物内照明、电力、暖通、空调、给排水、防灾、防盗、运输设备进行综合自动控制。 能实现各种设备运行状态监视和统计记录的设备管理自动化，并实现以安全状态监视为中心的防灾自动化。 建筑物内应具有充分的适应性和可扩展性。 它的所有功能应能随技术进步和社会需要而发展。 1.3 智能化楼宇的优越性 和普通建筑相比，智能化楼宇的优越性体系那体现在以下几个方面： 具有良好的信息接收和反应能力，提高工作效率。 提高建筑物的安全、舒适和高效便捷性。 具有良好的节能效果。对空调、照明等设备的有效控制，不但提供了舒适的环境，还有显著的节能效果（一般节能达15～20%）。 节省设备运行维护费用。一方面系统能正常运行，发挥其作用可降低机电系统的维护成本，另一方面由于系统的高度集成，操作和管理也高度集中，人员安排更合理，从而使人工成本降到最底。 满足用户对不同环境功能的需求。 高薪技术的运用能大大提高工作效率。 1.4 我国智能建筑发展现状 在中国这片大地上，智能化楼宇的发展也正在逐步的展开着。虽然由于各个地方经济发展的水平不同，一些地区基础较低，制约了这些地区发展这些项目。但是这抵挡不住科技潮流的来临。智能化楼宇，是将数据、语音、监控、消防等等方面的系统结合起来，统一、集中的与计算机集成技术结合起来。用计算机统一控制的系统。一栋办公写字楼、一个居民住宅小区的智能化有多高，功能有多全，使用有多方便，带来了多少效率，正是体现了这栋楼里使用了多少这方面的技术。作为PDS工程，真正的PDS工程，也正是为智能化建设打下坚实的基础。或许由于市场方面的因素，或许是由于效益的显著性。限制着人们对于它的投入，但是这并不代表着人们不看好它的前景。 目前，在北京、上海等一些大城市里，已经逐渐有一些智能大厦相继矗立，在一些居民小区里也慢慢的建立了智能化物业管理系统。只需要通过一根电话线、或是有线电视电缆，更值得一提的是通过在家里或是办公室中通过分布在各处的双绞线信息点或是光纤接口。人们已经能够运用一些简单的配套遥控工具对所有的电器进行控制，及时的将家中的用电、用气等等的信息及时传到物业管理控制中心。既简化提高了自己家中的生活质量，又给进行物业管理的公司或是管理部门带来了管理上的方便从而更加有效的为人们的生活、工作服务。 2、设计的目标与要求： 2.1设计任务 1、设计的计算机楼的智能控制系统可以实现智能楼宇的网络化管理。 2、设计出适用于计算机楼的信息传输网络。 3、设计计算机楼智能监控系统整体方案。 4、基于无线的控制网络的应用，引入无线技术，分析了无线网络技术在计算机楼智能系统网络中应用的可能性和挑战性。 2.2设计的小组成员及分工 本次网络实践课的小组成员有：施滔滔、张新玉、韩奉良 主要分工如下： 任 务 目前现状的分析 需求分析调查 对调查情况进行总结 对当前主流技术的分析与选择 综合布线系统研究 监控系统整体方案设计 无线网络技术的应用 控制系统应用 分析总结 进行报告的撰写 人 员 3、系统总体结构设计和方案选择 3.1 计算机楼控制系统的技术选型 从上世纪90年代以来，控制技术、计算机技术以及通信技术发展迅速，现场总线控制系统(FCS)也就油然而生。并很快就发展成为当今自动化领域技术发展的热点之一，被誉为自动化领域的计算机局域网。与传统的OCS(分布式控制系统)相比，FCS实现了信息数字化、设备彻底分散、完全开放、且可互操作。也极大地简化了传统控制系统繁琐的布线工作量，使其系统检测和控制单元的分布更趋合理。同时，具有可靠性高、可维护性好、成本低、实时性好、实现了控制管理一体化的结构体系等优点。鉴于FCS的许多优点，现在，FCS已经被广泛应用到楼宇自动化控制领域。其中Lonworks总线、CAN总线、ACnet协议等应用较为广泛。 3.1.1 Lonworks技术 Lonworks技术是1993年由美国埃施朗(Echelon)公司推出的局部操作网络(LoealOperatingNetwork)技术，LonworkS技术所使用的通讯协议叫LonTalk协议，该协议遵循国际标准化组织(工 50)1984年公布的开放系统互连(051)参考模型的定义，它提供了(051)参考模型定义的全部七层协议的全部服务，网络协议开放，可以实现强大的互操作。Lonworks技术最初应用于楼宇自动化领域，现在已经扩展到 其他各个行业的控制领域。比nworkS局部操作网络技术，通常称LON网络技术，在LON网络中，大批被称作一次元件的设备(传感器、执行器等)和LON的控制节点相互配合，使用一种标准的通信协议LonTalk协议，LonTalk协议被固化在一个神经元芯片中，该芯片是LonworkS智能设备中的主要组成部分。LonTalk协议经过多种传输媒体进行节点之间的通信，灵活组成各种各样的分布式智能控制系统。 LonworkS技术的一个重要组成部分是它的低层通信协议，它是一个真正开放的协议。它对051的七层协议的支持，是直接面向对象的网络协议阳〕。它优化了设备的联网，可以使信息安全、可靠、用对等的方式通信，使设备完全智能分散化，并使得网络的物理构架和逻辑架构分离。Lonworks的通信方式与以往控制领域的传统通信方式相比，还是有很大的不同，LonworkS将一个基于指令的系统变成了一个基于信息的系统。具体实现是采用网络变量这一形式。网络变量使节点之间的数据传递只是通过各个网络变量的互相连接便可完成。 3.1.2 CAN技术 CAN(ControlAreaNetwo改)总线最早由德国BOSC日公司为汽车监控控制系 统一设计提出的[9l。由于以N总线网络有很高的可靠性，适用于低成本、高性能的现场设备及其互连，可构成智能化系统的实时过程监测控制与管理系统，因此CAN总线逐步发展到应用于其他它工业部门过程监控设备的互连。现已成为国际标准化组织。与主从式的现场总线不同，CAN是一种对等式的现场总线，其物理层使用双绞线，数据链路层采用了载波侦听及碰撞检测机制(CSMA/CO)，这和Ethemet相 似，不同的是CAN在此基础上增加了优先级控制，使得高优先权的信息可以不受阻碍地立即传送。CAN定义了29位的优先级编码，可以提供500万个以上的优先级。CAN的最大特点是其可靠性，双绞线中即使有一条线接地或与电源短路，甚至断线，它都可以正常地传送信息。CAN的最高传输速率为IMBls，最大传输距离为，okm，网络上的节点数量无特定限制。现场总线CAN控制方式如图所示。 3.1.3 以太网技术 随着以太网技术的快速发展，国内外市场上也出现了许多成熟的以太网交换机产品，使得以太网技术不仅满足信息领域的需求，也可以实现工业控制现在，在某些智能建筑的机电设备监控系统中，使用以太网来实现BAS。以太网技术用于BAs时，可以用于BA系统的中层(监控层)也可以用于下层(现场设备层)。BAs以太网系统如图所示。 智能建筑实施往以太网上靠拢是必然的趋势。但由于技术上的难度，很难实现一步到位，即将被测控的信息点直接集成到以太网当中。目前，以太网多用于基于现场总线的楼宇自控网络，通过以太网实现控制网络到管理网络的信息集成。 3.2 综合布线系统研究 综合布线系统(PremisesDistributionSystem，PDS)是近些年发展起来的一种全新的布线系统，它是综合了智能楼宇中的语音、数据、图像信号，并将多种设备纳入这套标准的配线系统，各种设备可以方便地插入统一、标准的信息插座，有效地提高了传输系统的兼容性，满足了设备扩充和系统重新组合的需要，促进了通信、信息网络结构的模块化、通用化和集成化。因此，它是一种开放式的传输平台，是集成化的通用传输系统。本章专门讲述综合布线系统的组成、线缆结构与特性、综合布线的应用以及布线系统的工程测试。 3.2.1 综合布线系统的组成结构 综合布线系统把智能化系统中所有音频、数据、图像视频信号以及各类调控信号都纳入布线之十，其中包括广播音响信号、卫星电视有线电视信号、火灾报警及联动控制信号、防盗报警电视监控信号、楼宇自控系统信号、停车场管理系统信号、通信网络信息网络信号等。它使用标准化的线缆和接插件模块，在需要变更、搬迁、移位任何系统的终端设备时，仅需把插头拔㈩，再插入新位置，并在布线系统的配线架上改变跳线，即可重新投入使用。目前这种无所不包的综合布线，在尚未实现全面数字化以前，还难以实现。因为各系统的信号有音频、有视频；有模拟、有数字，在分离、变换、匹配上，将遇到许多技术问题，有时也难以达到预期的效果。所以，当前的综合布线主要还是用于传输通信与信息系统的信号，即电话系统信号、计算机网络系统信号。这类综合布线又叫做结构化布线。从某种意义上来讲，综合布线是广义的，而结构化布线则是狭义的综合布线。 3.2.2 综合布线系统结构的原理 综合布线结构的突出特点是开放性、灵活性和适应性，它采取统一的接插件(I／O信息模块)、标准的传输缆线和灵活的跳线方式来适应各类语音、数据设备的扩充、变更和调换。其原理图如图2．1所示。图中给出了I／O接口、配线架(含跳线)、标准缆线三个主要部分。就办公系统而言，其终端接有客户机、通信终端、数字设备等；始端的设备间，设有服务器、网络交换扒、程控交换机等主机设备。由于各类终端具有统一的I／o接口，因此町以适应各种组网、搬迁、移位的需要。设备改换以后，只要在配线架上改变跳线的插接位置，即可连通所需的信道．如此给使用者提供极大的方便。由此可见，综合布线的创意并不复杂，而它所提供的功能，受到广人用户的普遍欢迎。有需求就有市场，综合布线的市场遍及世界各个城镇，于是在不到十儿年的时间里，就迅速发展成为一种前景看好的技术产业，国际上的综合布线生产公司已有数百家，著名品牌有AMP、IBDN、SIEMON、IBM、AVAYA、Ⅲ(：、CORNING等。 3.2.3 综合布线系统的特点 综合布线系统与传统布线相比较，具有许多突㈩的优点，归纳起来，在兼容性、灵活性、开放性、可靠性、先进性、经济性等多方面具有优势。 1)兼容性 传统布线的各个信息系统、通信系统，采用自成体系的方法，所布的线缆各不相同。综合布线则把语音信号、数据信号、监控信号、数字图像信号的配线，经过统一的规划和设计，将传输介质、信息插座、交连设备、适配器等综合成一套配线系统，各插接件做成标准的模块，它对于电话、传真、计算机、监控等设备和系统均具有广泛的兼容性。这种兼容性是指综合布线系统既本身独立，又能适应多种设备和系统的应用。 2)灵活性 传统布线方式由于各个系统是封闭的，其体系结构是固定的，所以如耍更换设备、增加设备，是比较麻烦、相当困难的，甚至是不可能的。综合布线最大的优越性则在于具有高度的灵活性，即在任意信息点上，能够连接不同类型的设备，如计算机、打印机、服务器、监视器、传感器、报警器、电话机等。所有设备的开通及变更无需重新布线，只需增减相应的网络设备，进行必要的跳线、管理即可。由于综合布线系统采用相同的传输介质和星形拓扑结构，所有信息通道都是通用的、单一的，其网络组合完全依赖于“跳线”，因此为组网提供了极大的方便，叮以任意组成总线型网、环形网，甚至在同一房间内可有多用户终端，可与100Bas~T十作站、令牌环丁作站并存，为用户组织信息流提供了必要的条件。 3)开放性 综合布线系统具有统一的规范式体系结构，它符合国际上的统一标准，当用户改变机器型号时，如计算机改型、传真机改型，网络改型或升级等，只要厂家的产品符合国际标准，如对称电缆布线符合1SO／IEC 8802—3、ISO／IEC 8802—5、ISO／1EC 9314标准，光缆布线符合ISO／IEC 8802—3对内部中继链路、ISO／IECTRll802—4对工作站装置、ISO／IEC 9314关于数据接口、1SO／IEC 115181高性能并行接口、ISO／IEC CD 14165—1光纤通道、ITU—T1432等标准，综合布线系统均能支持。因此，与传统布线系统相比，综合布线系统具有显著的开放性。 4)可靠性 传统布线的各个系统互不兼容，需要采取多种布线加以敷设，极易产生交叉干扰，影响设备和系统工作的可靠性。综合布线系统采用高品质的材料和组成压接的方式，采取对称 4、OPT技术在计算机楼智能控制系统中的应用 楼宇系统是一个庞大的建筑群，其中的水、电、空调、照明、门禁及监控等各个系统都是很复杂的子系统。智能楼宇控制系统需要将建筑内实现各种功能的子系统和现场设备互连，通过资源的共享和信息的综合实现整个楼宇统一协调控制。但在传统的控制模式中，各子系统往往由不同生产厂家提供，在应用程序接口、通信协议数据库结构等方面存在的异构情况，这样严重影响了各子系统的开放性和互操作性，为整体楼宇控制系统的制定和实施带来了很大的障碍。 本文将OPT技术应用在智能楼宇控制系统中，OPT提供了一个统一的标准，不同厂商只要遵循OPT标准就可以实现软硬件的互操作，这样智能楼宇内各子系统就能做到无缝连接，使各种不同的硬件终端能够方便地进行数据通信，整个楼宇实现真正智能化 4.1 OPT 技术 OPT 即用在过程控制领域的OLE，它是由OPT 基金会制定的一套基于微软COM/DCOM 技术的开放式工业标准。它定义了一个开放接口，在工业客户机和服务器之间进行数据交换。OPT 技术为工业控制领域提供了一种标准的数据访问机制，将硬件与应用软件有效地分离开来。不同的硬件厂商只需为各自的设备提供带有OPT 接口的服务器，软件厂商就可以采用支持OPT 接口的客户端程序对它们进行统一方式的访问。因此使用OPT 技术作为信息集成的统一接口具有无可比拟的优越性。 OPT 规范提供了两套接口方案，即COM 接口和自动化。COM 接口效率高，通过该接口，客户能够发挥OPT 服务器的最佳性能，采用C++ 语言的客户一般采用COM 接口方案；自动化接口使解释性语言和宏语言访问OPT 服务器成为可能，采用VB 语言的客户一般采用自动化接口。自动化接口使解释性语言和宏语言编写客户应用程序变得简单，然而自动化客户运行时需进行类型检查，这一点则大大牺牲了程序的运行速度。 4.2 基于OPT的智能楼宇控制系统 一个典型的楼宇自动化系统包括智化的空调系统、热力系统、变配电系统、给排水系统、通风系统、环境检测系统、消防报警系统、安全防范系统、电梯系统及停车场管理系统等。不同类型的智能楼宇中智能化系统的总体结构不尽相同，但其核心功能是相同的。智能系统通过与各种终端设备相连接，感知建筑内各个空间中的信息及变化，并通过计算机处理给出相应的对策，再通过通信终端或控制终端（门禁、开关、阀门等）给出相应的反应，使整幢大楼系统处于动态实时监控状态，实现高度智能化。 虽然楼宇行业现在已经出现了一些标准化的总线，如LonWorks、CanBus 等一些现场总线，在一定程度上规范了楼宇自控设备。但是，由于智能楼宇的复杂性，即使采用上述总线，也往往是智能楼宇某一个子系统采用该种类型的设备。而智能楼宇自控系统包括很多子系统，这其中既有专有设备，又有通用设备，对上位机的总集成系统而言，为每一类设备撰写一个驱动不但增加了工作量，而且使程序的可靠性降低，还增加了系统调试的难度。 将OPT技术应用到智能楼宇的控制系统中，为楼宇内各子系统统一于同一个平台提供了方便而可靠的技术保障。由于硬件开发商针对产品提供统一的OPT接口程序OPT Server，应用程序端不需要了解硬件的实质和操作过程，直接调用OPT接口即可完成与设备之间的数据传输与控制，控制系统只需要专注智能楼宇功能方面的处理。即使有部分设备不提供OPT Server，对于上位机系统而言，也只需要针对该设备编写一个新的OPT Server 即可，而原来的驱动接口不需要做任何改动。下图是基于OPT的智能楼宇控制系统结构。 基于OPT技术的智能楼宇控制系统可以以更简单的系统结构、更长的寿命和更低的价格为智能大厦服务。而且现场设备与系统的连接也更加简单、灵活和方便。基于OPT的智能楼宇控制系统具有多方面的优点： （1）实现智能楼宇内各子系统的开放性和访问性，实现各个系统间的数据交换和无缝连接，使楼宇实现高度智能化。 （2）对于不同厂家的上位监控软件，可以实现设备的无关性要求。 （3）可满足各种复杂的网络组网要求。在应用中，智能楼宇控制系统可以完成多机冗余配置，以及和多个支持OPT接口规范的客户端（工程师站、操作员站等） 的通信，很好地完成系统对网络的性能要求。 5、计算机楼智能化监控系统整体方案设计 5.1 计算机楼智能化监控系统体系结构 计算机楼监控系统的体系结构如图所示。 系统分为三级架构，现场设备级、直接控制级和监控管理级。在本系统中，监控管理级实现对整个系统的监视、控制、调度和管理，它的核心是一套界面友好、功能强大、性能可靠的用户应用软件。直接控制级负责监控管理级与现场设备级的数据传递以及其它相关任务。现场设备级包括现场控制器以及监控设备等，它们是监控管理级实现监控功能的直接数据来源，其中现场控制器是控制现场设备的执行结构。 5.2 智能楼宇监控系统软件平台功能 智能楼宇监控系统的管理软件主要负责对智能大厦中的各个子系统进行统一管理和控制，以实现信息的综合共享以及协调管理。主要功能是实现大厦内所有的实时监控任务，诸如供电、照明、报警、消防、电梯、空调等的集成监控、联动和管理，保障设备安全、高效运行等等功能。智能楼宇监控系统软件主要解决以下几个问题： 为用户提供灵活、多变的组态工具； 使监控界面更加直观，能够最大程度上反映监控现场的真实情况； 能够及时、准确的报警，正确反映报警信息； 动态生成各种数据报表和趋势图； 数据库管理问题（存储数据、查询数据、打印等）； 完成中央监控系统与采集、控制设备间的数据交换； 针对智能楼宇监控系统软件要解决的问题，在总结现有技术的基础上，制定了本系统要实现的功能，主要包括： 系统操作管理功能: 用于设定系统操作员的操作密码、操作权限。对进入系统的人员,以本人操作密码的方式鉴别和管理； 监控界面组态功能：提供丰富的监控设备子图，以及完善的图形绘制工具，用户可以使用它们组态出一幅幅生动的监控现场模拟图； 显示功能：采用多窗口图形技术，可以在同一个显示器上显示多个窗口图形。系统以绘制的建筑物立体图作为基本图形，并在基本图形上嵌入监控点图形符号标记动态数据； 报警管理功能：当采样点过限报警时，监视器上显示报警信息，并通过动态图形符号标记报警点状态，同时发出报警提示音。 另外，可以通过报表的形式显示报警信息；三维监控图自动生成功能：系统提供二维建筑图和三维建筑图间的转换接口，操作人员可根据需要生成任意角度的监控背景图； 快速信息检索功能：提供快速信息检索，用来提高管理和控制效率。系统支持用户通过三种不同的方式检索监控点信息； 数据库组态功能：通过数据库编辑器，用户可以方便的添加、修改、删除监控点数据信息，并将其保存在相应的数据库表中； 数据连接功能：通过ODBC 接口，将数据库中的数据同监控界面上的相应变量关联起来； 数据实时查看功能：通过实时数据浏览器查看现场控制网发送的设备运行信息和报警信息，使用户在第一时间了解现场设备的运行状况； 汇总报告功能：支持用户定制报表内容，并通过数据导出工具将数据直接导出到Excel 中，同时可以完成打印、存储报表的功能； 趋势图显示功能：根据现场数据的变化，趋势图工具可实现动态绘制实时曲线的功能； 动态数据传输功能：通过数据接口层，实现现场控制网与中央监控主机之间数据的无缝连接，即实现现场数据和控制命令的双向传递； 5.3 系统方案介绍 系统采用基于SQL Server 数据库的智能楼宇监控系统集成方式，它是一种更加先进的解决方案。其核心思想是：以数据库管理系统作为整个系统的设计核心，数据库管理系统不仅作为数据库服务器提供中央监控系统同现场控制网之间的数据传输通道，同时，它还是远程数据浏览的唯一数据来源。下层现场控制网通过智能网关将现场数据传递到数据库管理系统中。中央监控系统则将数据库中的数据通过组态好的监控界面实时显示出来。 系统设计共包括三个部分，即图形界面系统设计，数据库系统设计，数据接口层设计。下面就各个部分的功能和实施方案做一简单介绍。 5.3.1 图形界面系统： 这一部分主要提供给用户一个组态生成特定监控界面的操作平台，在此平台上，用户可根据监控系统的实际情况，利用系统提供的各种工具定制监控界面，并进行图形属性的设置以及数据流的设计。此部分包括监控背景图生成/ 插入、监控点组态、报警组态/ 显示、趋势图组态、监控界面存储等几个模块，采用VC++ 语言编程实现。在这部分中，运用了一些图形处理技术，包括透明位图的显示、图形的无闪烁拖放技术等；对于监控点数据的管理采用了结构体和链表机制；另外，为了进一步减少内存消耗，提高系统存储效率，采用结构化的存储方式保存监控界面。 5.3.2 数据库系统设计： 系统中对数据库的设计主要包括实时数据库的设计、历史数据库的设计、数据库接口的设计等几个方面。其中，历史数据库主要负责存储系统中固定不变的数据信息，实时数据库主要负责存储中央监控系统同现场控制网之间传递的实时数据，而数据库接口则主要负责数据导出、数据库与现场控制网间的数据传递等功能，它作为实时数据库系统的一部分进行设计。 在系统的设计中，主要利用了数据库作为数据传输通道的功能，而这一功能是通过实时数据库来实现的，因此文章将就实时数据库的设计进行详尽介绍，而历史数据库则不作为本次研究的重点。系统中实时数据库的设计主要包括数据库编辑器的设计、实时数据浏览器的设计、以及数据库接口的设计等。它们均采用SQL Server 作为后台的支持数据库。 5.3.3 数据接口层设计： 数据接口层主要负责将现场控制网发送的设备运行数据和报警信息等通过预定义的格式传递到实时数据库中，实现现场数据与中央监控系统中数据的同步变化，同时还能够将中央监控系统发出的控制命令及时发送到现场控制网中。这部分功能的实现主要是使用WindowsSockets 技术来完成的。在这里，有必要介绍一下系统中数据的传递方式，它是系统设计的关键。现场设备的实时数据通过现场控制器传送到智能网关中，智能网关将这些数据通过高速以太网传递到数据库服务器中，中央监控系统的所有数据都来源于数据库服务器，这是数据的上行通道；中央监控系统发送控制命令时，并不直接将它们发送给智能网关，而是先将这些控制命令发送到数据库服务器中，由数据库服务器再将它们传递到现场控制网中，这是数据的下行通道。从以上过程可以看出，数据的传递是以数据库服务器为核心的，数据库服务器相当于系统的一个中转站，所有数据都存储在其中，并通过它实现上位机与下位机的通讯。 5.4 可视对讲系统硬件总体设计思想 系统包括主机和若干分机，主机位于楼宇值班室内，分机分布于各个用户室内，采用现场总线CAN 通信，CAN 网络为分布式网络结构。对讲采用全双工模拟信号工作，工作方式分为:可视对讲、监听、群呼。当有来访人员时，通过值班室的呼叫可以和需要访问的用户室可视通话;用户机之间可以任意通话;用户遇到有紧急情况需要援助时，可按室内机的"呼叫"键呼叫值班室，管理主机在振铃的同时显示呼叫者的房间号码，摘机后即可与之通话;反之，值班室管理中心也可呼叫楼宇内的任意用户，在紧急情况下管理中心可以广播的形式同时呼叫各用户。设计方案如图 6、无线网络技术在计算机楼智能化中的应用 无线网络技术由于其固有的特点，目前在楼宇自动控制中的应用越来越多，采用无线替代有线可以带来诸多好处，如减小部署难度、降低维护成本和增加灵活性，特别是在那些不能布线或很难布线的地方(如旧大楼、博物馆、工厂生产车间等)。正如西门子楼宇技术组的首席技术专家HelmutMacht 所说：“无线通信的创新使越来越多的有线通信将被取代”。然而由于楼宇内部环境的特殊性，在楼宇内部采用无线技术比在室外会面临更多的问题。首先，采用无线技术会面临多径传输干扰、传输冲突和障碍物反射等问题，这些问题会影响无线网络的可靠性和可扩展性，影响宽带通信的数据吞吐量；其次，由于现有绝大多数楼宇控制系统都是基于有线网络来设计的，因此其原有的高层应用和协议要在无线网络上应用必须作相应的改进；另外，无线技术要在楼宇自控中广泛应用，设备的成本问题也是一个重要的因素，无线通信模块必须适合楼宇自控的低成本要求。 6.1 智能楼宇系统中无线网络技术的引入 智能楼宇系统一般包括楼宇自动化系统(BMS)、办公自动化系统(OAS) 和通信与网络系统(CNS)，智能楼宇的系统集成主要是对这3 个系统的集成。CNS 作为这3 大系统的集成基础，提供系统间信息传输的基础构架。在这个基础构架上，控制网络和计算机信息网络已经能够实现互联互通，并且能够通过一个统一的管理平台来进行信息管理，信息管理包括：从数据源收集数据、在各个数据处理平台间交换数据、对收集的数据进行信息挖掘、基于数据进行决策分析以及将决策信息分发给执行机构等。下图给出了传统的基于有线网络的智能楼宇系统的网络逻辑结构图， 整个网络可以分为3 个层次。第1 层为现场执行层，包括现场传感器和执行器。传感器是环境信息的获取机构，可以是温度传感器、湿度传感器、烟感传感器、人体运动传感器、室内光强传感器等，它们能够感知环境的状态和状态变化，并把这些信息转化为电信号。执行器通常为继电器输出装置，这种装置可以控制空调的开关、调节室内温度、湿度和光强等。现场执行层设备(传感器和执行器)可以采用不同的网络接入方式，如图中的A、B、C和D，其中A和B 为一种直接硬连线方式，传感器和执行器通过连线直接与专用控制器的输入和输出端口相连，控制器与这些设备之间传递的是电压或电流信号；C和D为网络连接方式，传感器和执行器通过以太网与控制器相连，采用这种方式，传感器和执行器本身具有网络通信功能，它们按照某种通信协议与控制器进行信息交换。第2 层为现场控制层，主要设备为控制器，包括专用控制器和区域控制器，控制器具有一定独立的数据处理和控制能力，控制器间采用网络连接方式(图中E)，按照某种通信协议进行通信，网络采用的媒体可以是以太网也可以是其它现场控制总线。第3 层为信息管理层，主要设备为管理工作站，这些工作站为管理者提供一个统一的管理平台，实施对整个楼宇系统的智能和高效管理，计算机信息领域的所有网络技术和信息处理技术都可以在该层得到应用，它们之间的互联采用计算机局域网和广域网技术。 随着无线技术的发展，特别是无线网络新技术、新标准和组网模式的发展，极大地扩展了无线技术的应用范围，基于以太网技术的连接和组网方式受到了越来越大的挑战，在现场执行层和信息管理层采用无线网络接入方式的可能性最大。在现场执行层采用无线技术，主要是因为在楼宇中传感器节点非常多，布线工程非常大，并且许多区域不适合采用有线连接，如果采用采用无线接入方式，则使传感器的部署变得非常方便，可以方便地增加传感器节点或改变节点的位置。在信息管理层采用无线技术主要是管理和维护方便，便于用户通过PDA 或移动便携设备随时随地控制和管理整个系统。 调查同时也显示，由于有线网络巨大的网络带宽资源以及可靠的信息安全保护，无线网络不可能完全取代有线网络，未来的智能楼宇网络通信系统应该是无线和有线网络的有机组合。在信息管理层采用无线技术目前已经比较成熟，现有的无线网络技术都能够很好地在该层得到应用。在现场执行层，由于采用无线技术需要与控制领域的相关应用和技术相结合，因此，还有许多问题需要研究和解决。 6.2 现场执行层无线组网模式分析 无线组网有两种模式：Ad hoc 模式和Infrastructure 模式[3]。Ad hoc 模式是一种对等式的组网方式，组织的网络是一种自治的无线多跳网，没有基础设施，也没有固定的路由器，所有节点都可以是移动的，并且都能以任意方式动态地保持与其它节点的联系，采用这种模式，两个由于无线覆盖范围限制而 无法直接进行通信的用户终端可以借助于其它节点进行分组转发，每一个节点都可以作为一个路由器，它们具有发现和维持到其它节点路由的功能。Infrastructure 模式是一种以星型拓扑结构为基础的组网方式，组织的网络为无线单跳网，网络内的节点借助于通信范围内最近的基站(或接入点AP)实现通信，彼此之间不能直接通信，并且不具备路由功能，只有接入点负责路由和交换功能。在智能楼宇网络系统中，不同层具有不同的应用特点，应该采用不同的组网模式。 在智能楼宇系统的现场执行层中，通常需要安装大量的传感器设备，这些设备可能分布在大楼的各个区域，某些区域可能不适合或不能布线，并且对一个商用大楼来说，随着大楼区域功能的调整，可能需要重新部署传感器位置。如果采用无线传感器，则可以大大降低布线的难度和维护的成本。然而在智能楼宇中采用无线传感技术会比室外遇到更多的困难。首先由于无线传感器采用电池供电，能量有限，其无线电覆盖范围也相对要小；其次在楼宇内部，由于室内墙、门、铝合金框架、各种金属管和钢筋的阻挡，微波炉、Wi-Fi设备和无绳电话的使用、电梯和人以及和其它物体的运动，这些都会不同程度地干扰传感器的无线电信号，使大楼内无线电信号的传输变得复杂和不可控制，影响上层应用的服务质量。另外，由于墙、室内物体以及物体的移动(如门的开关、人的移动)都会对无线电波进行反射，这些反射还会产生多径传输，形成多径干扰，从而引起接收端信号幅度的随机变化，产生多路径衰减现象。 在这种苛刻动态的环境中，由于不能保证传输能量有限的每个传感器都能够直接与基站进行有效通信，因此传统的点对点或基于基站的单跳无线组网方式不再适用。而基于Ad hoc 模式的无线网络则可以适应这种环境，Adhoc 的网络结构可以是树状的、分层的或平层的网络结构。支持多跳路由的自组织网与单跳相比具有更大的传输范围，一个传感器的报文经过多个节点转发可以传输到其无线电覆盖范围之外的另一个设备，实现从大楼的一端传到较远的另一端或者越过多个楼层的传输。更为重要的是，一个合适的自组织网络结构能够保证在某条路由失效的情况下，快速切换到另一条可用路由，保证用户数据不丢失。支持多跳和快速替代路由能力的自组织网可以根据环境和节点状态的变化动态地调整数据传输路径，因而能够有效克服多径传输干扰等问题，增强网络的可靠性。 6.3 现场执行层无线通信标准 目前，国际上已经定义和正在定义的无线通信标准非常多，这些标准从不同的侧面覆盖了从家庭、办公室、大楼到城市乃至全球的各种范围中的无线数据、语音和多媒体通信需求。每种标准对其通信覆盖范围、移动速率、数据传输速率以及系统的安全性、漫游等方面有不同的规定，这就使得遵循不同标准的设备的体系结构、软硬件要求和设备成本都不尽相同，因此采用哪一种通信标准需要针对具体的应用而定。 在现场执行层，无线网络连接的设备主要为各种各样的传感器设备，这些传感器对设备或环境进行监测，产生相应的数据，然后这些数据报告给控制器，由控制器对来自各个传感器的数据进行分析和处理，并形成相应的决策。不同的应用的传感器其数据报告模型也不相同，传感器的信息获取和报告方式取决于应用和数据报告的时间紧迫度。数据报告可以分为时间驱动、事件驱动、查询驱动和混合模式。时间驱动报告模型用于要求周期性的数据监视，在这种模式下，传感器节点周期性地感知环境、获取信息，并按一定的时间周期性地将数据传送给控制器。在事件驱动模式中，传感器节点虽然周期性地感知环境、获取信息，但只有当传感器所感知的数据值产生显著变换或满足预先设定的条件时，才将有关信息报告给控制器。在查询驱动模式中，传感器节点并不主动地将数据发送给控制器，而是在接收到控制器的数据请求时，才将信息发送给控制器。混合模式则是上面3 种方式的任意组合，无论哪一种方式由于传感器需要传输的信息量比较少，因此对无线通信的带宽要求并不高，然而，无线传感器作为现场设备要得到广泛应用，应具有以下特点： (1) 低成本：无线传感器应该是低成本的，因此其用来联网的器件也必须是低成本的。 (2) 低功耗：无线传感器一般用电池供电，并且要求能够在电池供电情况下长时间连续工作，因此，其功耗应该很低。 (3) 性能可靠，无须大量维护：无线传感器需要在无人照料的情况下运转。 (4) 伸缩性能好：在一个智能楼宇系统中，有时需要对几百至几千个无线传感器设备进行联网。 为了节省能量，无线传感器一般采用短距离无线连接技术，目前有5 种短程无线连接技术正在成为业界讨论的焦点，它们分别是无线局域网(Wi-Fi)、IEEE802.15.1 (蓝牙)、IEEE802.15.4(ZigBee)、超宽频(Ultra WideBand)和短距通信(NFC)。Wi-Fi、超宽频和短距通信都采用基于基站的工作模式，因而不适合无线传感器。IEEE802.15.1 和IEEE802.15.4 均支持Ad hoc模式，但它们在其它方面各有其特点，表1 给出了两者的比较，表中的数据显示：IEEE802.15.4 更适合现场执行层的无线传感器，它对系统资源要求较少，只有28Kb，可支持的设备数比IEEE802.15.4 多很多，并且具有极小的功耗。 7、结束语 智能楼宇系统的根本目的就是给用户提供一个舒适、便捷和安全的生活和工作环境，并要求尽量小的能源消耗，紧跟信息时代的步伐，又做到人与自然和谐发展。OPC技术建立了一套符合工业控制要求的通信接口标准，使控制软件和硬件设备之间可以进行高效、可靠的数据存取操作，极大地提高了控制系统的互操作性。监控系统奠定了智能楼宇的安全防范系统的基础、它与安全对讲系统、安全报警系统构成的三层立体式安防体系, 确保了人民生命与财产的安全。无线网络技术的发展给智能楼宇系统的集成带来更宽阔的空间，不仅克服了智能系统集成过程中线缆限制引起的不便性，也使智能楼宇系统可以实现许多新的应用。 经过两个月的学习和考察，虽然基本完成了预期的课题任务，但还有些不足。 (1)由于条件所限，本论文仅做了部分系统的初步设计，而对于工程的具体实施过程涉及的较少。 (2)智能建筑的节能是一个值得探讨的问题，实现节能需要从硬件实施、控制、网络通信等多方面进行优化，这是在将来的工作需要加强思考的地方。 8、致谢 感谢我们的老师，感谢老师给予我们悉心的关怀与指导。 感谢我们的学院，感谢学院给我们提供学习、实践的机会和舒适的环境。 参考文献 [1]杨志，邓仁明，周齐国.建筑智能化系统及工程应用.北京:化学工业出版社，第一版，2002.8一31. [2]卞玉刚，周齐国.总线控制技术及其在楼宇自控系统中的应用.建筑电气，2003 [3] 谢秉正 楼宇智能化原理及工程应用 2007-8-1 [4]谢希仁.计算机网络(第2版) 电子工业出版社 1999. [5] 沈瑞珠 楼宇智能化技术 中国建筑工业出版社 2004-2-1 [6]罗子波等.网络设备配置建设管理应用实例 科学出版社 ,2002. [7]任清珍，张军等.现场总线控制系统的进步性及其实时性研究.测控技术，2004 [8]程晓琳，徐用惫.现场总线控制网络模型与网络集成.测控技术，2000 本文来源：https://www.dywdw.cn/3e443c3117791711cc7931b765ce05087632752c.html
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