小議公共設施網絡的構建

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論文關鍵詞：智能化公共設施

論文摘要：智能控制網絡管理(即公共設施群體和民用設施群體的網絡建設)是現代建設公共設施技術與現代通信技術、計算應用機技術和控制技術發展的必然需求。智能控制網絡管理在國外的發展方興未艾，前景廣闊，世界各國競相研究和開發智能網絡管理技術。但由于智能網絡管理在我國起步較晚，近幾年才有了較大的發展。智能網絡管理技術在住宅及其公共建設中的運用正處于發展的階段。

LON(LocalOperatingNetworks)網絡是美國Echelon公司1991年推出的局部操作網絡。為支持LON總線，Echelon公司開發了LonWorks技術，它為LON總線設計和成品化提供了一套完整的開發平臺。目前采用LonWorks技術的產品廣泛應用在工業、家庭、公用能源、交通等自動化領域，LON總線已成為當前最為流行的現場總線之一。中國計算機協會工程控制委會成立了LonWorks控制網絡協作網。國家大型民用業過程控制系統已逐漸推廣現場總線系統。

目前，建設部正在全力推動以“智能控制網絡管理”為切入點的整個行業的信息化，使網絡技術、信息技術、智能控制技術開發，服務于公共設施的建設，以提高公共設施的質量與功能，并將多學科性、多技術綜合運用的智能化公共設施定為民用建設的發展方向。

但由于智能化公共設施在我國起步較晚，智能化公共設施技術在民用及其社區中的運用正處于探索發展的階段，還存在不少問題：與國外相比，智能化公共設施技術的整體應用水平不是很高，相關技術產品功能單一，與系統的規劃設計尚不適應市場的需求，理論研究與管理滯后的矛盾(如工程技術標準的制定以及市場行為的規范)還有待于進一步解決。一旦要實現其他公共設施智能功能，必須重新安裝新系統。遠程抄表系統則分別由各輸入量、輸出量、計費量、等供應公司進行設計安裝，各自獨立運行，互不相關。因此造成公共設施管理部門工作難度大，各系統之間的總體協調性能差，系統運行、維護復雜，升級擴容不便，用戶對自己費用支出的智能功能選擇余地小。

我們在國內進行智能化公共設施網絡建設的系統設計時，應該遵循幾個原則：造價低，可靠性高；便于擴充升級，分步實現智能化功能；單一控制網絡完成智能化住宅應有的全部控制功能以及該小區的所有控制功能；網絡結構簡單，性能優異。為此，我們在智能化公共設施網絡的建設中采用LonWorks分布式控制網絡技術。

LonWorks技術是目前國際上控制領域中最熱門的通用控制總線技術之一，得到世界各大著名工控產品生產廠家支持，應用范圍極為廣泛。目前它在國內已被成功應用于工業控制和公共設施網絡自控中。我們選擇LonWorks技術開發智能公共設施網絡系統，主要基于它的如下特點：

智能網絡拓撲結構靈活多變，可根據公共設施的結構特點采用不同的網絡連接方式。可以最大限度的降低布線系統的復雜性和工作量，提高系統可靠性和可維護性。

LonWorks網絡是無主站點對點網絡，其任一點的故障不會造成系統癱瘓。一處公共設施節點的損壞或關閉不影響其他公共設施節點正常運行，降低了維護難度，提高了系統的穩定度，網絡響應得到充分的保障。

Neuron芯片內置現成的I/0對象，LonTalk協議，并使用高級語言編程，大大縮短開發周期，提高開發質量，能在短時間內開發出穩定可靠的系統。

LonWorks網絡節點之間使用邏輯連接，這使得系統中節點的增加、修改很容易，便于系統調整和擴充升級。

在智能公共設施建設中應用LonWorks技術，可以很容易地實現智能化公共設施的所有功能，整個網絡結構相對簡單，網絡布線相當容易。對于使用公共設施用戶各種不同的功能要求，只需選用不同的控制節點，編寫相應的程序，直接連接到公共設施的控制網絡上就完成了，在物理上不必對網絡結構作任何修改。而且LonWorks網絡可擴充性極好，在擴充子系統，增加功能，連接兩個公共設施控制網等都很簡便。LonWorks技術提供的高效開發平臺讓我們在進行系統設計和開發時，對網絡通訊不再需要花費時間，可以把精力集中到具體的系統功能實現上，使得我們能在較短時間內針對具體任務設計出成熟穩定的系統。

隨著今后住公共設施的建設規模越來越大，傳統的總線網絡結構在速度與效率上開始顯得不足，因特網則顯現其優勢。而目前就構筑專用IP網絡還存在著成本高及維護難等一些問題。通過LonWorks與因特網的接口裝置，可以將己經自成體系的LonWorks現場總線控制網絡作為子網絡，通過因特網接入因特網，充分利用因特網的資源，將控制網絡的實現由現場擴展到因特網的廣闊空間，從而可以實現公共設施更大范圍的控制聯網。此種方案成本低且易于實現。

開放和互操作是Lon控制網絡的精髓，通過LonMark國際互操作協會制定的標準來保證。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絡中完成應用功能，奠定了應用系統集成的基石。

LON控制網絡由現場控制節點、網絡設備、通信介質和通信協議構成。LON網絡中的每個控制點我們稱之為LON節點或LonWorks智能設備，它通過嵌入了LonTalk固件的神經元芯片或智能網絡收發器來實現。所謂智能收發器是將神經元芯片和收發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節點一般可以用神經元芯片、傳感器和控制設備、收發器和電源組成。如果神經元芯片不能滿足數據處理的要求，可以采用主處理器加神經元芯片的方式，在這里神經元芯片作為通信協處理器來使用。主處理器和神經元芯片之間可以通過并口、串口、雙端口RAM等方式實現數據的交換。LON總線用收發器來建立神經元芯片與傳輸之間的物理連接，可以根據不同的公共設施現場環境選擇不同的收發器和傳輸介質，如雙絞線、同軸電纜、電力線、紅外線、光纖、射頻等等。LON控制網絡的規模和復雜程度不一，網絡節點數量從幾個到幾萬個不等，同時支持各種網絡拓撲結構。所有這些節點采用標準的通信協議LonTalk實對等的通信。LonTalk協議提供一整套的通信服務，這使得設備中的應用程序能夠在網絡上同其它設備發送和接收報文而無需知道網絡的拓撲結構或者網絡的名稱、地址或其它設備的功能。LonWorks協議能夠有選擇地提供端到端的報文確認、報文證實和優先級發送以便設定有界事務的處理時間。對智能網絡管理服務的支持使得遠程網絡管理工具能夠通過網絡和其它設備相互作用，這包括網絡地址和參數的重新配置二下載應用程序、報告網絡問題和啟動/停止/復位設備的應用程序。Lonworks具有很強的互操作性，使用Lonworks技術開發的產品，均可以與其非常容易地集成在一起。Lonworks網絡可以通過路由器將不同媒體的網段連接起來，還可以通過網關將各種不同的現場總線連接起來。

當前智能公共設施系統建設只能滿足一部分需求，但由于公共設施的智能化系統是一個多學科、多技術綜合應用的系統工程，在短時期內不可能作的很具體，主要存在的問題是：

智能節點功能設計重點放在LonWorks現場總線接入以太網和wC/OS-II操作系統的引入。公共設施很多別的復雜的功能如無線可視化對講功能，公共設施管理中要求的輸入、輸出、計費等儀表集中抄表功能的實現、一卡通管理系統等等還沒有進行深入的研究；

由于設備和環境的局限，對網絡的組建還只是理論上的研究。不能進行大的網絡集成應用。

即將要深入的工作如下：

將無線擴頻技術用于LonWorks技術中，實現公共設施和用戶的無線遙控功能；公共設施的監控軟件，若要真正投入使用還須豐富其功能；公共設施智能化系統的設計與開發進一步完善和細化。由于公共設施智能化系統的建設是隨著信息、技術的不斷發展和人們生活水平的逐步提高而在不斷發展的，這些都將是繼續學習和研究的方向。