通信技术在智能建筑中的应用研究

2014-01-28熊飞

智能建筑电气技术 2014年5期

熊飞

(重庆工程职业技术学院，重庆 402260)

1 概述

从世界上公认的第一栋智能建筑美国都市办公大楼(City Place Building)诞生到现在已经30年了，在此影响下，新建建筑纷纷采取了智能化的设计和施工；而今智能建筑已经是建筑的主要形式。建筑智能化、楼宇智能化也逐步的发展成了一门学科和专业。

根据国际上智能建筑比较通行的定义，智能建筑就是要对建筑物的四个基本要素——结构、系统、服务、管理及其内在联系进行最优化的设计，从而达到既投资合理，又能提供高效、舒适、方便、安全的人居环境的目的。智能建筑的发展，是科学技术发展的产物；智能建筑在发展中，建筑技术和通信技术、控制技术、计算机技术、显示技术逐渐成为了其技术基础，业界也形成了“4C+A=智能建筑”的说法。

通信技术是信息技术的一种，通信承担着信息的传递的任务。从智能建筑中通信应用来看，电报电话、数据通信、计算机网络和互联网都得到了广泛的应用。对于信息社会而言，人们对通信的要求越来越高，使得智能建筑中应的通信技术水平也逐步提高。

2 通信技术在智能建筑中的应用划分

通过对智能建筑中的通信技术应用研究分析，智能建筑通信技术应用可根据信息使用者不同划分为两个大的方面。

2.1 各种设备设施管理系统中的设备通信

为了能达到更好的人居环境，在建筑中往往构建了很多系统。这些系统主要包括能够调整温湿度、室内空气质量的暖通空调系统；能提供方便快捷，减少体力运动的运输系统；能为大楼提供水及排水功能的给排水系统；能为大楼提供能源和照明的供配电及照明系统；能提供安全保障的安防和消防系统。这些系统在管理、节能上提供的服务一直存在缺陷和问题，而智能建筑中则利用了上述四种技术，对这些系统进行了有效的构建，特别是利用通信技术实现了系统内部设备间的通信，从而实现系统的自动化运行和管理；有效的节约了人力、物力，特别是在能源的节省上取得了很大的成功。

2.1 建筑物内人员活动产生的通信

这类通信主要是由人在建筑物内活动，生活或者工作、娱乐或是其他的信息需求，需要与内部和外部进行信息沟通，发起的语音、数据等通信。主要的通信方式包括以下几个方面。

语音通信，也就是电话通信；自从贝尔发明电话以来，电话得到很大的普及和利用。电话通信技术已经发展了100多年，尽管现在有多种通信方式，但语音通信即时、准确、方便、保真度高，所以电话仍然是主要的通信方式。

随着计算机的出现，信息的采集、处理、存储变得更加容易。建筑内外计算机之间的通信需求，促进了数据通信和计算机网络的发展，也最终形成了现在的互联网。人在建筑内通过计算机、局域网通信实现了内部信息的交流，内部网络通过公共数据通信网络实现了与其他网络的互联，实现了与外部的沟通，从而实现了通信自动化，办公自动化。

广播电视是人们获取信息和休息放松的主要方式。智能建筑中除了能收听公共广播外，也构建了自身的广播系统。而电视节目的收视实现方式也发生了很大的变化，从电视单设天线，到有线电视系统和卫星电视，到现在的高清数字电视系统，以及正在积极推广的三网融合的通信系统。

3 通信技术在智能建筑中应用和发展情况

通信技术在智能建筑中的应用很多，主要的通信技术应用研究如下。

3.1 设备管理系统的通信应用

智能建筑中的设备管理系统，又称为楼宇自控，设备自动化系统；设备管理系统的发展经历早期的仪表控制、计算机集中控制、集散控制、现场总线控制、与内部和外部其他的网络兼容的开放式控制系统5个阶段，而每个阶段中使用的通信技术也在不停地发展。早期的管理系统是仪表系统，采用的通信方式主要为模拟通信。而随着计算机控制系统的引入，主要采用的是数据通信。在集散控制系统中，底层的控制器与传感器、执行器的通信模拟通信依然存在，而控制器与中央管理之间通信引入了数据通信协议。在现场总线控制中，底层的设备之间采用了数字通信，信息的传递通过通信协议实现，构成了底层的数据通信网络，发展起来主要的楼宇现场总线协议有LonTalk、MeterBus、ModBus等。而目前的管理系统在底层和管理层都为数据通信网络，关键是通过其他通信协议与内部其他网络和外部的互联网实现互联，实现管理的集成，数据的共享；内部互联使用的是BACnet、LonWorks等协议；外部互联主要使用TCP/IP协议。

3.2 视频监控系统中通信应用发展

目前安防中的子系统之一视频监控系统，早期称为闭路电视系统监控系统；该系统主要完成视频的采集、传递、显示、存贮。早期的电视监控为全模拟的通信系统，随着TCP/IP技术的发展，关键是计算机芯片的成本降低，视频采集前端加入了芯片，不但能实现A/D转换，还具有处理通信协议的能力，底层采用以太网协议，TCP/IP协议实现互联，形成了目前的第三代视频监控系统IPVS。

3.3 语音通信的应用发展

语音通信在建筑中已经使用了100多年，在上世纪80年代，语音通信系统的造价很高，用户交换机PBX的出现实现了每个办公桌上都有一个电话的梦想；一个部门或者一个公司或者一个建筑通过用户交换机实现内部的语音互通，而与外界其他电话联系则通过少量的公网PSTN中继线实现。上个世纪，用户交换机主要设备为程控数字用户交换机。成立于80年代末的华为公司早期就是销售国外的用户交换机，到后来自己研发程控交换机，目前成为了世界上销售额排名第二的通信设备制造商。随着通信设备的价格降低，电信公司提供的公网电话越来越便宜，电信公司对智能建筑的集团用户推出了虚拟的交换机业务Certrex，用户不用购买用户交换机，也能实现用户集团交换机带来的服务和优惠。随着IP技术的发展，IP电话和软交换技术得到了应用，目前用户交换机已经逐步的使用了IP-PBX交换机。基于IP技术和互联网，该交换机不但能够提供语音通信业务，还能提供其他数据业务；而最关键是通信业务费用的减少。

3.4 计算机网络的应用发展

随着计算机的使用率的提高，通过计算机实现互联的要求也越来越高。智能建筑内，主要的应用就是局域网的构建；而采用的标准为IEEE 802 系列，其中主要采用的是802.3以太网标准。智能建筑局域网的构建经历了传统以太网、快速以太网、千以太网和万兆以太网的发展过程。快速以太网是现存网络中主要的一种形式，而新建建筑的网络构建主要是以千兆以太网为主。无线局域网在智能建筑中得到了极大的应用，特别是无线网卡、智能手机的推广，使得智能建筑的全无线局域网覆盖已经提上了日程。

3.5 与公网相连的接入技术的发展

智能建筑内的通信网络最终要和公共通信网络进行互联，而与公网相连后建筑内的网络就处于公网的接入网位置，与公网连接的接入技术也是很重要的通信技术。语音通信与公众电话网PSTN相连，物理上通过中继(包括用户线)，使用的协议有7号信令、V5接口、中国1号，以及ISDN协议等。数据通信网络与公网相连早期通过PSTN和ISDN，后主要通过DDN，帧中继和其他分组网等；到了互联网发展起来后，更多的与公众数据网相连。计算机局域网访问Internet形成了多种访问技术，应用比较多的有ADSL技术、FTTX+LAN技术、HFC技术等。

4 通信技术在智能建筑中的应用发展趋势

目前，整个通信业务网络的发展趋势是三网融合，即计算机互联网络、有线电视网络、语音通信网络最终融合成一个网络。三网融合的技术基础是数字技术、光纤技术、IP技术；后两种是目前最重要的通信技术，IP技术构成网络互联的基础，而光纤技术则为通信提供了足够的带宽。另外，通过无线通信接入用户也是通信的发展趋势。智能建筑的通信网络构建也必然会顺应上述的趋势。

以太网技术和IP技术的全面应用。目前智能建筑中控制局域网的构建底层主要采用现场总线技术，随着现场计算机设备处理能力的提高和成本的降低，以太网协议应用将更加广泛。智能建筑的各种系统构建和系统互联集成，必然全面IP化，而目前多个通信设备提供商也纷纷提出了打造全IP的楼宇智能化系统。在智能建筑设备系统中具体表现为：楼宇自控中控制层的设备主要使用IP组网；视频监控系统全面IP化，IPVS将全面推广，模拟摄像机将退出市场；楼宇对讲和楼宇门禁系统设备间全部采用IP互联，通过TCP/IP技术进行通信； IP广播正逐步应用到新建的广播系统中；会议系统采取IP技术组网，实现了信息可靠传输和音视频切换的方便。

IP-PBX交换机很快成为主流，而最终将发展成为基于IP技术和软件的统一通信系统，即集语音、即时通信、邮箱、网络会议等为一体的通信平台。

建筑内计算机局域网的网络技术的水平进一步提高，对于有线方式的组网，千兆到桌面将成为主流；光纤到桌面是以后的必然趋势，光纤必然会替代双绞线，而原综合布线技术的布线网络，将被全光网络替代。不管是新修的建筑，还是之前的建筑，无线局域网WLAN将覆盖整个建筑；而再往后发展，无线接入组建局域网将替代有线成为主要形式。通信业务接入到公网基本上都采用FTTX的形式，即光纤到楼，光纤到交接箱、光纤到户等；基于有源的以太网光传输的应用将减少，而基于无源的EPON技术、GPON等技术应用将更加广泛。