基于TCP/IP协议的网络化智能建筑初探

李长帅++朱栋华

摘要：本文介绍了什么是基于TCP/IP协议的网络化智能建筑系统，网络化智能建筑系统的应用比传统的由子系统组成的智能建筑系统有哪些优势，智能建筑的发展方向。

关键词：智能建筑网络TCP/IP协议

1 什么是网络化智能建筑系统

智能建筑及其子系统完成的是信息采集、传递、处理以及反馈的过程。网络化智能建筑系统是一体化的控制网络，将各种传感器连接一个IP地址唯一的微控制单元，利用TCP协议把微控制单元将传感器采集的信号加工成数据包，这些数据包通过信息通信网络传输介质、信息交换设备形成的网络进行传递，最终由中央服务器集中收集、集中处理，生成反馈信号经由TCP/IP网络反馈给微控制单元实现自动、智能的控制过程。

2 传统智能建筑系统有哪些不足

传统的智能建筑是由多个子系统组成的， 各子系统的信息格式、接口、传输介质、信息交换设备以及信息处理方式各不相同，信息分散处理导致系统集成程度低，需要人工监视和控制实现子系统间的联动。

此外，由于建筑不同于其他工业产品，具有生产周期长的特点。智能建筑及建筑群，从设计、施工到竣工验收通常需要两到三年甚至更长的时间，而智能建筑发展日新月异，很多技术投入使用便已过时，部分设备的设计功能不能满足实际需要的情况又时有发生。然而由于缺乏统一的、开放的协议及标准，这些设备通常无法单独更换，这给设计和施工都造成了很多不可避免的困扰。

3 网络化智能建筑系统有哪些优势

网络已经融入了人们的生活，但TCP/IP网络之前未能广泛应用于智能建筑控制领域主要是由于相比传统控制系统，其协议较复杂导致代码占用大量存储容量，同时对处理器的运算能力有较高门槛，常用的8位单片机不能满足其对硬件资源的要求。

而由于嵌入式系统的高速发展，具有32位运算能力的微控制器取得了广泛的应用，随着生产工艺的不断改进，其价格和功耗逐年降低，而性能却在不断提高。让每一个具备唯一IP地址的微控制器成为一个微控制单元，利用微控制器作为TCP/IP网络中的信息收集、传递的中转站，这给TCP/IP网络在控制工程的应用带来了新的契机。

结合TCP/IP协议高度开放的特性，在数据链路层，借助标准化的接口，仅需在建设初期根据建筑结构形式设置IEEE802.3标准的主干网络，利用光纤、双绞线以及无线信号作为传输介质，在建设末期接入带有微控制单元的传感器、控制器，使安装智能化设备就像安装一台网络打印机一样简单。在网络层，通过IP协议对微控制单元进行寻址，对微控制单元处理的信息进行路由。在传输层，控制主机利用TPC协议实现端口寻址、分段重组、流量、差错控制。在应用层，通过各种应用层协议和应用程序最终实现对信息的综合处理，实现各传统子系统间的高度集成和联动。借助高速发展的网络技术，可以利用PC、平板电脑、以及智能手机实现对系统随时随地的控制。进而，如果把数据库的部分数据共享给有权限的远程用户，我们便可以远程利用任何形式的Internet接入设备实现智能建筑的远程管理和监控。

IP Camera即网络摄像机正在市场上获得广泛的应用。IP Camera是将图像转换为基于TCP/IP网络标准的数据包，使摄像机所拍摄的画面通过RJ-45以太网接口或WIFI WLAN无线接口直接传送到网络上，通过网络即可远端监视画面。此系统利用现有的综合布线网络传输图像，并进行实时监控。系统所需的前端设备少，连线简捷；后端仅需一套软件系统即可。当需要增加监控点，监控主机时，只需要通过现有网络增加一台IP Camera或PC机即可，而不需要对现有布线系统做什么改动。而且，此系统所需设备极其简单，系统的控制全由后端的软件系统实现，省去了传统模拟监控系统中的大量设备，如昂贵的矩阵、画面分割器、切换器、视频转网络的主机等。由于图像的传输通过综合布线网络，省去了大量的视频同轴电缆，降低了费用。

运用同样的方法，可以把TCP/IP协议运用在智能建筑的其他子系统当中，这样的网络化智能建筑相比传统智能建筑具有以下优势：

①标准化的协议：TCP/IP协议不依赖于任何特定的硬件或操作系统，提供开放的协议标准，统一的网络地址分配方案，标准化的高层协议，用户只需要考虑应用而不需要重新开发。

②开放且成熟的接口、传输介质、信息交换设备：可以通过双绞线、光纤以及无线信号接入TCP/IP网络，无论采用哪种接入方式，其接入技术都已经非常成熟。使用ARP协议为新接入的设备分配一个唯一的IP地址，该设备即刻便可以投入使用。极大的提高了综合布线的兼容性、经济性、灵活性、开放性和经济性。

③统一的数据格式、数据处理系统：传统智能建筑系统不智能的主要原因便是各子系统间的数据格式不统一，各子系统独立收集、独立处理信息，导致了子系统间缺乏联动，不能实现无人值守的自动控制。而统一了数据格式，并统一处理传感器收集的数据便可以通过软件设计提高智能建筑系统的集成性，实现高级的系统联动。

4 智能建筑系统的发展方向

传统的智能建筑系统都以子系统的形式被人们所熟知，在工程上统称为“弱电”系统，因为它们并不智能。智能建筑在国内的发展无法满足实际需求，系统稳定性差、功能实现率低、智能化水平参差不齐，都是智能建筑屡遭诟病的问题。

近些年，智能一体化设计逐渐在智能建筑行业兴起。简单来说，智能建筑一体化，就是将庞杂的智能控制系统集成在了一起，做到标准统一、施工方统一。这样一来，系统的稳定性、可靠性都将大大增加。

5 结束语

在网络工程的长期发展过程中，TCP/IP逐渐取代其他协议，这与其简单、易用、高效、开放的诸多优势是密不可分的。而将TCP/IP网络通讯协议应用到智能建筑一体化系统当中，不仅不需要重新制定硬件和软件标准，而且可以兼容并包的使用新兴的移动终端及可穿戴设备，借助TCP/IP网络的兼容性保证智能建筑鲜活的生命力。

参考文献：

[1]阎俊爱.智能建筑技术与设计[M].清华大学出版社，2005.

[2]周明天，汪文勇.TCP/IP网络原理与技术[M].清华大学出版社.

[3]王焕新.IP技术在智能建筑中的应用[J].工程设计CAD与智能建筑，2001（6）：23-25.

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