智能公共設(shè)施網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建理念

劉姝錕

摘要：智能控制網(wǎng)絡(luò)管理 (即公共設(shè)施群體和民用設(shè)施群體的網(wǎng)絡(luò)建設(shè))是現(xiàn)代建設(shè)公共設(shè)施技術(shù)與現(xiàn)代通信技術(shù)、計算應(yīng)用機(jī)技術(shù)和控制技術(shù)發(fā)展的必然需求。智能控制網(wǎng)絡(luò)管理在國外的發(fā)展方興未艾，前景廣闊，世界各國競相研究和開發(fā)智能網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)。但由于智能網(wǎng)絡(luò)管理在我國起步較晚，近幾年才有了較大的發(fā)展。智能網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)在住宅及其公共建設(shè)中的運(yùn)用正處于發(fā)展的階段。

關(guān)鍵詞：智能化；公共設(shè)施

LON ( Local Operating Networks)網(wǎng)絡(luò)是美國Echelon公司1991年推出的局部操作網(wǎng)絡(luò)。為支持LON總線，Echelon公司開發(fā)了LonWorks技術(shù)，它為LON總線設(shè)計和成品化提供了一套完整的開發(fā)平臺。目前采用LonWorks技術(shù)的產(chǎn)品廣泛應(yīng)用在工業(yè)、家庭、公用能源、交通等自動化領(lǐng)域，LON總線已成為當(dāng)前最為流行的現(xiàn)場總線之一。中國計算機(jī)協(xié)會工程控制委會成立了Lon Works控制網(wǎng)絡(luò)協(xié)作網(wǎng)。國家大型民用業(yè)過程控制系統(tǒng)已逐漸推廣現(xiàn)場總線系統(tǒng)。

目前，建設(shè)部正在全力推動以“智能控制網(wǎng)絡(luò)管理”為切入點(diǎn)的整個行業(yè)的信息化，使網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息技術(shù)、智能控制技術(shù)開發(fā)，服務(wù)于公共設(shè)施的建設(shè)，以提高公共設(shè)施的質(zhì)量與功能，并將多學(xué)科性、多技術(shù)綜合運(yùn)用的智能化公共設(shè)施定為民用建設(shè)的發(fā)展方向。

但由于智能化公共設(shè)施在我國起步較晚，智能化公共設(shè)施技術(shù)在民用及其社區(qū)中的運(yùn)用正處于探索發(fā)展的階段，還存在不少問題：與國外相比，智能化公共設(shè)施技術(shù)的整體應(yīng)用水平不是很高，相關(guān)技術(shù)產(chǎn)品功能單一，與系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計尚不適應(yīng)市場的需求，理論研究與管理滯后的矛盾(如工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定以及市場行為的規(guī)范)還有待于進(jìn)一步解決。一旦要實現(xiàn)其他公共設(shè)施智能功能，必須重新安裝新系統(tǒng)。遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)則分別由各輸入量、輸出量、計費(fèi)量、等供應(yīng)公司進(jìn)行設(shè)計安裝，各自獨(dú)立運(yùn)行，互不相關(guān)。因此造成公共設(shè)施管理部門工作難度大，各系統(tǒng)之間的總體協(xié)調(diào)性能差，系統(tǒng)運(yùn)行、維護(hù)復(fù)雜，升級擴(kuò)容不便，用戶對自己費(fèi)用支出的智能功能選擇余地小。

我們在國內(nèi)進(jìn)行智能化公共設(shè)施網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的系統(tǒng)設(shè)計時，應(yīng)該遵循幾個原則：造價低，可靠性高；便于擴(kuò)充升級，分步實現(xiàn)智能化功能；單一控制網(wǎng)絡(luò)完成智能化住宅應(yīng)有的全部控制功能以及該小區(qū)的所有控制功能；網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單，性能優(yōu)異。為此，我們在智能化公共設(shè)施網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)中采用LonWorks分布式控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

LonWorks技術(shù)是目前國際上控制領(lǐng)域中最熱門的通用控制總線技術(shù)之一，得到世界各大著名工控產(chǎn)品生產(chǎn)廠家支持，應(yīng)用范圍極為廣泛。目前它在國內(nèi)已被成功應(yīng)用于工業(yè)控制和公共設(shè)施網(wǎng)絡(luò)自控中。我們選擇LonWorks技術(shù)開發(fā)智能公共設(shè)施網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，主要基于它的如下特點(diǎn)：

智能網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)靈活多變，可根據(jù)公共設(shè)施的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)采用不同的網(wǎng)絡(luò)連接方式。可以最大限度的降低布線系統(tǒng)的復(fù)雜性和工作量，提高系統(tǒng)可靠性和可維護(hù)性。

LonWorks網(wǎng)絡(luò)是無主站點(diǎn)對點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)，其任一點(diǎn)的故障不會造成系統(tǒng)癱瘓。一處公共設(shè)施節(jié)點(diǎn)的損壞或關(guān)閉不影響其他公共設(shè)施節(jié)點(diǎn)正常運(yùn)行，降低了維護(hù)難度，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定度，網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)得到充分的保障。

Neuron芯片內(nèi)置現(xiàn)成的I/0對象，LonTalk協(xié)議，并使用高級語言編程，大大縮短開發(fā)周期，提高開發(fā)質(zhì)量，能在短時間內(nèi)開發(fā)出穩(wěn)定可靠的系統(tǒng)。

LonWorks網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間使用邏輯連接，這使得系統(tǒng)中節(jié)點(diǎn)的增加、修改很容易，便于系統(tǒng)調(diào)整和擴(kuò)充升級。

在智能公共設(shè)施建設(shè)中應(yīng)用LonWorks技術(shù)，可以很容易地實現(xiàn)智能化公共設(shè)施的所有功能，整個網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相對簡單，網(wǎng)絡(luò)布線相當(dāng)容易。對于使用公共設(shè)施用戶各種不同的功能要求，只需選用不同的控制節(jié)點(diǎn)，編寫相應(yīng)的程序，直接連接到公共設(shè)施的控制網(wǎng)絡(luò)上就完成了，在物理上不必對網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)作任何修改。而且LonWorks網(wǎng)絡(luò)可擴(kuò)充性極好，在擴(kuò)充子系統(tǒng)，增加功能，連接兩個公共設(shè)施控制網(wǎng)等都很簡便。LonWorks技術(shù)提供的高效開發(fā)平臺讓我們在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計和開發(fā)時，對網(wǎng)絡(luò)通訊不再需要花費(fèi)時間，可以把精力集中到具體的系統(tǒng)功能實現(xiàn)上，使得我們能在較短時間內(nèi)針對具體任務(wù)設(shè)計出成熟穩(wěn)定的系統(tǒng)。

隨著今后住公共設(shè)施的建設(shè)規(guī)模越來越大，傳統(tǒng)的總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在速度與效率上開始顯得不足，因特網(wǎng)則顯現(xiàn)其優(yōu)勢。而目前就構(gòu)筑專用IP網(wǎng)絡(luò)還存在著成本高及維護(hù)難等一些問題。通過LonWorks與因特網(wǎng)的接口裝置，可以將己經(jīng)自成體系的LonWorks現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡(luò)作為子網(wǎng)絡(luò)，通過因特網(wǎng)接入因特網(wǎng)，充分利用因特網(wǎng)的資源，將控制網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)由現(xiàn)場擴(kuò)展到因特網(wǎng)的廣闊空間，從而可以實現(xiàn)公共設(shè)施更大范圍的控制聯(lián)網(wǎng)。此種方案成本低且易于實現(xiàn)。

開放和互操作是Lon控制網(wǎng)絡(luò)的精髓，通過LonMark國際互操作協(xié)會制定的標(biāo)準(zhǔn)來保證。這意味著來自不同廠商的不同裝置可以直接集成在單一的控制網(wǎng)絡(luò)中完成應(yīng)用功能，奠定了應(yīng)用系統(tǒng)集成的基石。

LON控制網(wǎng)絡(luò)由現(xiàn)場控制節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、通信介質(zhì)和通信協(xié)議構(gòu)成。LON網(wǎng)絡(luò)中的每個控制點(diǎn)我們稱之為LON節(jié)點(diǎn)或LonWorks智能設(shè)備，它通過嵌入了LonTalk固件的神經(jīng)元芯片或智能網(wǎng)絡(luò)收發(fā)器來實現(xiàn)。所謂智能收發(fā)器是將神經(jīng)元芯片和收發(fā)器集成在一個芯片中，這樣做一方面提高了集成度，另一方面降低了成本，同時提高了可靠性。一個LON節(jié)點(diǎn)一般可以用神經(jīng)元芯片、傳感器和控制設(shè)備、收發(fā)器和電源組成。如果神經(jīng)元芯片不能滿足數(shù)據(jù)處理的要求，可以采用主處理器加神經(jīng)元芯片的方式，在這里神經(jīng)元芯片作為通信協(xié)處理器來使用。主處理器和神經(jīng)元芯片之間可以通過并口、串口、雙端口RAM等方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換。LON總線用收發(fā)器來建立神經(jīng)元芯片與傳輸之間的物理連接，可以根據(jù)不同的公共設(shè)施現(xiàn)場環(huán)境選擇不同的收發(fā)器和傳輸介質(zhì)，如雙絞線、同軸電纜、電力線、紅外線、光纖、射頻等等。LON控制網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模和復(fù)雜程度不一，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)量從幾個到幾萬個不等，同時支持各種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。所有這些節(jié)點(diǎn)采用標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議LonTalk實對等的通信。LonTalk協(xié)議提供一整套的通信服務(wù)，這使得設(shè)備中的應(yīng)用程序能夠在網(wǎng)絡(luò)上同其它設(shè)備發(fā)送和接收報文而無需知道網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)或者網(wǎng)絡(luò)的名稱、地址或其它設(shè)備的功能。LonWorks協(xié)議能夠有選擇地提供端到端的報文確認(rèn)、報文證實和優(yōu)先級發(fā)送以便設(shè)定有界事務(wù)的處理時間。對智能網(wǎng)絡(luò)管理服務(wù)的支持使得遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)管理工具能夠通過網(wǎng)絡(luò)和其它設(shè)備相互作用，這包括網(wǎng)絡(luò)地址和參數(shù)的重新配置二下載應(yīng)用程序、報告網(wǎng)絡(luò)問題和啟動/停止/復(fù)位設(shè)備的應(yīng)用程序。Lonworks具有很強(qiáng)的互操作性，使用Lonworks技術(shù)開發(fā)的產(chǎn)品，均可以與其非常容易地集成在一起。Lonworks網(wǎng)絡(luò)可以通過路由器將不同媒體的網(wǎng)段連接起來，還可以通過網(wǎng)關(guān)將各種不同的現(xiàn)場總線連接起來。

當(dāng)前智能公共設(shè)施系統(tǒng)建設(shè)只能滿足一部分需求，但由于公共設(shè)施的智能化系統(tǒng)是一個多學(xué)科、多技術(shù)綜合應(yīng)用的系統(tǒng)工程，在短時期內(nèi)不可能作的很具體，主要存在的問題是：

智能節(jié)點(diǎn)功能設(shè)計重點(diǎn)放在LonWorks現(xiàn)場總線接入以太網(wǎng)和wC/OS-II操作系統(tǒng)的引入。公共設(shè)施很多別的復(fù)雜的功能如無線可視化對講功能，公共設(shè)施管理中要求的輸入、輸出、計費(fèi)等儀表集中抄表功能的實現(xiàn)、一卡通管理系統(tǒng)等等還沒有進(jìn)行深入的研究；

由于設(shè)備和環(huán)境的局限，對網(wǎng)絡(luò)的組建還只是理論上的研究。不能進(jìn)行大的網(wǎng)絡(luò)集成應(yīng)用。

即將要深入的工作如下：

將無線擴(kuò)頻技術(shù)用于LonWorks技術(shù)中，實現(xiàn)公共設(shè)施和用戶的無線遙控功能； 公共設(shè)施的監(jiān)控軟件，若要真正投入使用還須豐富其功能； 公共設(shè)施智能化系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)進(jìn)一步完善和細(xì)化。由于公共設(shè)施智能化系統(tǒng)的建設(shè)是隨著信息、技術(shù)的不斷發(fā)展和人們生活水平的逐步提高而在不斷發(fā)展的，這些都將是繼續(xù)學(xué)習(xí)和研究的方向。