智能公共设施网络的构建理念

刘姝锟

摘要：智能控制网络管理 (即公共设施群体和民用设施群体的网络建设)是现代建设公共设施技术与现代通信技术、计算应用机技术和控制技术发展的必然需求。智能控制网络管理在国外的发展方兴未艾，前景广阔，世界各国竞相研究和开发智能网络管理技术。但由于智能网络管理在我国起步较晚，近几年才有了较大的发展。智能网络管理技术在住宅及其公共建设中的运用正处于发展的阶段。

关键词：智能化；公共设施

LON ( Local Operating Networks)网络是美国Echelon公司1991年推出的局部操作网络。为支持LON总线，Echelon公司开发了LonWorks技术，它为LON总线设计和成品化提供了一套完整的开发平台。目前采用LonWorks技术的产品广泛应用在工业、家庭、公用能源、交通等自动化领域，LON总线已成为当前最为流行的现场总线之一。中国计算机协会工程控制委会成立了Lon Works控制网络协作网。国家大型民用业过程控制系统已逐渐推广现场总线系统。

目前，建设部正在全力推动以“智能控制网络管理”为切入点的整个行业的信息化，使网络技术、信息技术、智能控制技术开发，服务于公共设施的建设，以提高公共设施的质量与功能，并将多学科性、多技术综合运用的智能化公共设施定为民用建设的发展方向。

但由于智能化公共设施在我国起步较晚，智能化公共设施技术在民用及其社区中的运用正处于探索发展的阶段，还存在不少问题：与国外相比，智能化公共设施技术的整体应用水平不是很高，相关技术产品功能单一，与系统的规划设计尚不适应市场的需求，理论研究与管理滞后的矛盾(如工程技术标准的制定以及市场行为的规范)还有待于进一步解决。一旦要实现其他公共设施智能功能，必须重新安装新系统。远程抄表系统则分别由各输入量、输出量、计费量、等供应公司进行设计安装，各自独立运行，互不相关。因此造成公共设施管理部门工作难度大，各系统之间的总体协调性能差，系统运行、维护复杂，升级扩容不便，用户对自己费用支出的智能功能选择余地小。

我们在国内进行智能化公共设施网络建设的系统设计时，应该遵循几个原则：造价低，可靠性高；便于扩充升级，分步实现智能化功能；单一控制网络完成智能化住宅应有的全部控制功能以及该小区的所有控制功能；网络结构简单，性能优异。为此，我们在智能化公共设施网络的建设中采用LonWorks分布式控制网络技术。

LonWorks技术是目前国际上控制领域中最热门的通用控制总线技术之一，得到世界各大著名工控产品生产厂家支持，应用范围极为广泛。目前它在国内已被成功应用于工业控制和公共设施网络自控中。我们选择LonWorks技术开发智能公共设施网络系统，主要基于它的如下特点：

智能网络拓扑结构灵活多变，可根据公共设施的结构特点采用不同的网络连接方式。可以最大限度的降低布线系统的复杂性和工作量，提高系统可靠性和可维护性。

LonWorks网络是无主站点对点网络，其任一点的故障不会造成系统瘫痪。一处公共设施节点的损坏或关闭不影响其他公共设施节点正常运行，降低了维护难度，提高了系统的稳定度，网络响应得到充分的保障。

Neuron芯片内置现成的I/0对象，LonTalk协议，并使用高级语言编程，大大缩短开发周期，提高开发质量，能在短时间内开发出稳定可靠的系统。

LonWorks网络节点之间使用逻辑连接，这使得系统中节点的增加、修改很容易，便于系统调整和扩充升级。

在智能公共设施建设中应用LonWorks技术，可以很容易地实现智能化公共设施的所有功能，整个网络结构相对简单，网络布线相当容易。对于使用公共设施用户各种不同的功能要求，只需选用不同的控制节点，编写相应的程序，直接连接到公共设施的控制网络上就完成了，在物理上不必对网络结构作任何修改。而且LonWorks网络可扩充性极好，在扩充子系统，增加功能，连接两个公共设施控制网等都很简便。LonWorks技术提供的高效开发平台让我们在进行系统设计和开发时，对网络通讯不再需要花费时间，可以把精力集中到具体的系统功能实现上，使得我们能在较短时间内针对具体任务设计出成熟稳定的系统。

随着今后住公共设施的建设规模越来越大，传统的总线网络结构在速度与效率上开始显得不足，因特网则显现其优势。而目前就构筑专用IP网络还存在着成本高及维护难等一些问题。通过LonWorks与因特网的接口装置，可以将己经自成体系的LonWorks现场总线控制网络作为子网络，通过因特网接入因特网，充分利用因特网的资源，将控制网络的实现由现场扩展到因特网的广阔空间，从而可以实现公共设施更大范围的控制联网。此种方案成本低且易于实现。

开放和互操作是Lon控制网络的精髓，通过LonMark国际互操作协会制定的标准来保证。这意味着来自不同厂商的不同装置可以直接集成在单一的控制网络中完成应用功能，奠定了应用系统集成的基石。

LON控制网络由现场控制节点、网络设备、通信介质和通信协议构成。LON网络中的每个控制点我们称之为LON节点或LonWorks智能设备，它通过嵌入了LonTalk固件的神经元芯片或智能网络收发器来实现。所谓智能收发器是将神经元芯片和收发器集成在一个芯片中，这样做一方面提高了集成度，另一方面降低了成本，同时提高了可靠性。一个LON节点一般可以用神经元芯片、传感器和控制设备、收发器和电源组成。如果神经元芯片不能满足数据处理的要求，可以采用主处理器加神经元芯片的方式，在这里神经元芯片作为通信协处理器来使用。主处理器和神经元芯片之间可以通过并口、串口、双端口RAM等方式实现数据的交换。LON总线用收发器来建立神经元芯片与传输之间的物理连接，可以根据不同的公共设施现场环境选择不同的收发器和传输介质，如双绞线、同轴电缆、电力线、红外线、光纤、射频等等。LON控制网络的规模和复杂程度不一，网络节点数量从几个到几万个不等，同时支持各种网络拓扑结构。所有这些节点采用标准的通信协议LonTalk实对等的通信。LonTalk协议提供一整套的通信服务，这使得设备中的应用程序能够在网络上同其它设备发送和接收报文而无需知道网络的拓扑结构或者网络的名称、地址或其它设备的功能。LonWorks协议能够有选择地提供端到端的报文确认、报文证实和优先级发送以便设定有界事务的处理时间。对智能网络管理服务的支持使得远程网络管理工具能够通过网络和其它设备相互作用，这包括网络地址和参数的重新配置二下载应用程序、报告网络问题和启动/停止/复位设备的应用程序。Lonworks具有很强的互操作性，使用Lonworks技术开发的产品，均可以与其非常容易地集成在一起。Lonworks网络可以通过路由器将不同媒体的网段连接起来，还可以通过网关将各种不同的现场总线连接起来。

当前智能公共设施系统建设只能满足一部分需求，但由于公共设施的智能化系统是一个多学科、多技术综合应用的系统工程，在短时期内不可能作的很具体，主要存在的问题是：

智能节点功能设计重点放在LonWorks现场总线接入以太网和wC/OS-II操作系统的引入。公共设施很多别的复杂的功能如无线可视化对讲功能，公共设施管理中要求的输入、输出、计费等仪表集中抄表功能的实现、一卡通管理系统等等还没有进行深入的研究；

由于设备和环境的局限，对网络的组建还只是理论上的研究。不能进行大的网络集成应用。

即将要深入的工作如下：

将无线扩频技术用于LonWorks技术中，实现公共设施和用户的无线遥控功能； 公共设施的监控软件，若要真正投入使用还须丰富其功能； 公共设施智能化系统的设计与开发进一步完善和细化。由于公共设施智能化系统的建设是随着信息、技术的不断发展和人们生活水平的逐步提高而在不断发展的，这些都将是继续学习和研究的方向。