智能化楼宇计算机网络设计与研究(5)

第五章 智能楼宇无线网络设计方案

5.1 智能楼宇系统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(0AS)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。

图5-1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：

（1）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。 （2）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。

（3）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

17

互联采用计算机局域网和广域网技术。

图5-1 网络逻辑结构图

5.2 现场执行层无线组网模式分析

无线组网有两种模式：Adhoc模式和Infrastructure模式：

（1）Adhoc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。

（2）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。

18

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Adhoc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。

无线传感器通常由数据采集模块、数据处理和控制模块(微处理器、存储器)、通信模块(无线收发器)和供电模块(电池、DC／DC能量转换器)等组成。无线传感器网络由许多个功能相同或不同的无线传感器节点组成，节点在网络中可以充当数据采集者、数据中转站或者类头节点(cluster-headnode)的角色。作为数据采集者，数据采集模块收集周围环境的数据(如温度、湿度)，通过通信路由协议直接或间接将数据传输给远方基站(basestation)或汇节点(sinknode)；作为数据中转站，节点除了完成采集任务外，还要接收邻节点的数据，将其转发给距离基站更近的邻节点或者直接转发到基站或汇节点；作为类头节点，节点负责收集该类内所有节点采集的数据，经数据融合后，发送到基站或汇节点。基站主要负责将无线传感器发送来信息转发到有线宽带网络上，同时也将有线宽带网络的信息

19

通过无线通道转发给传感器。

在现场执行层，完成各种功能的传感器形成多跳自组织网，这些传感器感知的数据最后汇集到现场控制层的控制器，控制器作为无线传感器数据进入有线网络的基站，控制器作为基站可以主动地读取无线传感器的数据，也可以被动地接收无线传感器的数据，并且对各传感器的工作状态进行监视。

5.3 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 …… 此处隐藏：2866字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……