無線／有線相結(jié)合的家庭和小區(qū)控制網(wǎng)絡(luò)

摘要：介紹了智能小區(qū)、以太控制網(wǎng)及無線網(wǎng)絡(luò)的概念，提出了將以太控制網(wǎng)和無線網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到智能小區(qū)中，組建一種靈活的無線／有線混合的小區(qū)智能控制系統(tǒng)。即在家庭中配置家庭控制終端，利用藍(lán)牙技術(shù)組建家庭網(wǎng)絡(luò)；在大樓和小區(qū)中采用無線／有線混合以太控制網(wǎng)完成網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建。

關(guān)鍵詞：智能小區(qū)；以太控制網(wǎng)；家庭控制終端；藍(lán)牙；802．11；

Abstract：ThecontrolEthernet，intelligentcommunityandwirelessnetworkstechniqueisintroduced．Andanintelligentcontrolsystembasedonthecombinationofwirelessandwirednetworksispresented．ThesystemmakesuseofhomecontrolterminalbasedonBluetoohtoorganizehomeLAN，andmakesuseofcontrolEthernetbasedonwirelessandwiredtechniquetoorganizebuildingandcommunityLAN．

Keywords：intelligencecommunity；controlEthernet；homecontrolterminal；Bluetooth；802．11

信息化、智能化如今已經(jīng)成為一種潮流。智能化的家居系統(tǒng)、智能化的建筑，已經(jīng)成為人們生活中的重要組成部分。智能小區(qū)概念的提出已久，技術(shù)也日趨成熟，但在某些場(chǎng)合，現(xiàn)今常用的基于總線技術(shù)的系統(tǒng)存在一些局限性，如需對(duì)建筑做大量的布線規(guī)劃、布線后改變布線結(jié)構(gòu)困難、與Internet融合較困難等。如果將以太控制網(wǎng)引入智能小區(qū)的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中，同時(shí)廣泛應(yīng)用無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，使無線和有線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行相互補(bǔ)充，這樣既可解決小區(qū)控制網(wǎng)絡(luò)與Internet融合的問題，又可較好地解決布線問題。1智能小區(qū)與無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)1．1智能小區(qū)

智能小區(qū)指的是具有小區(qū)智能化系統(tǒng)的小區(qū)。所謂小區(qū)智能化系統(tǒng)，指的是在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)的基礎(chǔ)上，將傳統(tǒng)的土木建筑技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、通信與信息處理技術(shù)、多媒體技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)相結(jié)合的自動(dòng)化和綜合信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

智能小區(qū)的根本特征在于網(wǎng)絡(luò)化，網(wǎng)絡(luò)化是小區(qū)智能化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的前提和基礎(chǔ)。隨著網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)的發(fā)展，Internet，Intranet和Infranet三網(wǎng)的融合成為可能，并成為未來發(fā)展的趨勢(shì)。

目前國(guó)內(nèi)智能小區(qū)的建設(shè)大致有利用電話網(wǎng)的系統(tǒng)、基于單獨(dú)布線的系統(tǒng)和基于有線電視網(wǎng)的系統(tǒng)3種類型。其中基于LonWorks現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)單獨(dú)布線的系統(tǒng)在我國(guó)得到了很好的推廣和應(yīng)用。1．2以太控制網(wǎng)

以太網(wǎng)是目前應(yīng)用最廣泛的局域網(wǎng)技術(shù)，具有開放性、低成本和廣泛應(yīng)用的軟硬件支持等明顯優(yōu)勢(shì)。以太控制網(wǎng)最典型的應(yīng)用形式是Ethernet＋TCP／IP。他的底層是Ethernet，網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層采用國(guó)際公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)TCP／IP。以太控制網(wǎng)容易與信息網(wǎng)集成，組建統(tǒng)一的企業(yè)網(wǎng)。以太控制網(wǎng)克服了現(xiàn)場(chǎng)總線的不足，更好的實(shí)現(xiàn)了控制網(wǎng)與信息網(wǎng)的集成，較好解決了Infranet與Internet和Intranet的融合問題，已成為控制網(wǎng)絡(luò)的新趨勢(shì)。1．3無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是21世紀(jì)全球信息技術(shù)發(fā)展的重要標(biāo)志之一。無線接入、無線局域網(wǎng)等技術(shù)在最近幾年得到了蓬勃發(fā)展。其中Bluetooth，802．11等技術(shù)已經(jīng)日趨成熟。

Bluetooth是1998年由Ericsson，IBM，Intel，Nokia和Toshiba五家聯(lián)合發(fā)起制定的近距離無線通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，具有低成本、短距離、小范圍等特點(diǎn)。Bluetooth在發(fā)射功率為0dB（1mW）時(shí)通信距離為10m，當(dāng)發(fā)射功率提高到20dB（100mW）時(shí)為100m。Bluetooth工作在無需申請(qǐng)?jiān)S可證的2．4GHz的ISM頻段，采用FHSS技術(shù)，具有較強(qiáng)的抗干擾能力。遵循Bluetooth協(xié)議的設(shè)備能以無線方式接入Internet，Intranet和Infranet等網(wǎng)絡(luò)中。Bluetooth采取PPP連接協(xié)議，可構(gòu)成由1個(gè)Master（主設(shè)備）和7個(gè)Slave（從設(shè)備）組成的Piconet，如果采用休眠-喚醒方式，則互聯(lián)設(shè)備數(shù)不受限制，但最多只能同時(shí)激活8個(gè)。

802．11是個(gè)系列標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)在完成制定的包括802．11，802.11a，802.11b，802.11b-Corl，802.11d五個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，其其中應(yīng)用較多的是802．11b和802．11a。802．11b工作在2．4GHz的頻段，采用高速直接序列擴(kuò)頻技術(shù)，最大速率可達(dá)11Mb／s。802．11a工作在5GHz頻段，采用OFDM擴(kuò)頻技術(shù)，物理層最大速率為54Mb／s，傳輸層最大速率可達(dá)24Mb／s。2家庭和小區(qū)智能控制系統(tǒng)的構(gòu)建

在將無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和以太控制網(wǎng)相結(jié)合以后，構(gòu)建的系統(tǒng)可以將整個(gè)小區(qū)實(shí)現(xiàn)無縫隙的智能化。從智能小區(qū)各單元的服務(wù)對(duì)象和工作范圍而言，整個(gè)智能小區(qū)系統(tǒng)可分割成家庭控制終端、大樓管理中心、小區(qū)管理中心3個(gè)層次。

家庭控制終端負(fù)責(zé)對(duì)家庭中的智能儀表、安防、智能家電等進(jìn)行綜合的控制，并直接和大樓管理中心進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)通信。大樓管理中心分別和小區(qū)管理中心以及家庭控制終端進(jìn)行連接，一方面對(duì)大樓內(nèi)的公用設(shè)施進(jìn)行控制，另一方面則負(fù)責(zé)完成小區(qū)管理中心和家庭終端之間通信的中間控制。小區(qū)管理中心負(fù)責(zé)整個(gè)小區(qū)的公用設(shè)施及對(duì)各大樓的家庭用戶的信息進(jìn)行終端分析和控制。

如何處理3個(gè)層次之間的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和通信，使得整個(gè)系統(tǒng)具有可靠性好、可擴(kuò)展性強(qiáng)的特點(diǎn)是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問題。家庭終端是整個(gè)小區(qū)系統(tǒng)最底層，也是整個(gè)系統(tǒng)中最基本和最靈活的單元，所以家庭控制終端和家庭網(wǎng)絡(luò)是本系統(tǒng)的關(guān)鍵。從技術(shù)和市場(chǎng)上考慮，在家庭網(wǎng)絡(luò)中采用無線技術(shù)，將充分體現(xiàn)家庭網(wǎng)絡(luò)靈活、擴(kuò)展性強(qiáng)的特點(diǎn)。在大樓中根據(jù)需求選擇無線或有線方式組建以太控制網(wǎng)，在小區(qū)中采用有線為主、無線做補(bǔ)充的思想組建控制網(wǎng)，以無線彌補(bǔ)有線的不足，從而實(shí)現(xiàn)小區(qū)網(wǎng)絡(luò)的整體提升。采用無線／有線混合網(wǎng)絡(luò)以后，家庭和小區(qū)控制系統(tǒng)的具體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。在家庭集中控制器中嵌入藍(lán)牙模塊和微處理器作為主設(shè)備，各種儀表設(shè)備、智能家電、安防報(bào)警等終端設(shè)備內(nèi)嵌入藍(lán)牙模塊以及單片機(jī)作為從設(shè)備，構(gòu)建Piconet。整個(gè)系統(tǒng)采用監(jiān)視-主從問答式，平時(shí)從設(shè)備處于休眠狀態(tài)，在有需求時(shí)，對(duì)從設(shè)備進(jìn)行喚醒，并進(jìn)行通信，即可滿足需要。具體示意圖如圖3所示。

從設(shè)備主要分為2大類：一類為各種智能儀表設(shè)備和智能家電，這些終端的特點(diǎn)是從設(shè)備對(duì)主設(shè)備的詢問進(jìn)行響應(yīng)，并反饋信息；另一類為安防報(bào)警等終端，其特點(diǎn)為從設(shè)備對(duì)主設(shè)備發(fā)出的突發(fā)性信息，由主設(shè)備給出響應(yīng)。兩類設(shè)備的優(yōu)先級(jí)別不同，由于第2類從設(shè)備的信息直接關(guān)系著居住人的安全，故應(yīng)該將其置于較高的優(yōu)先等級(jí)上，而對(duì)于第1類從設(shè)備則處于相對(duì)較低的優(yōu)先等級(jí)。

對(duì)于不同類型的從設(shè)備，可以從藍(lán)牙設(shè)備的標(biāo)識(shí)碼中進(jìn)行區(qū)別。對(duì)于第2類從設(shè)備，在發(fā)現(xiàn)緊急情況后，主動(dòng)喚醒藍(lán)牙裝置，并向主設(shè)備發(fā)出呼叫和報(bào)警，主設(shè)備確認(rèn)后，切斷主設(shè)備與其他設(shè)備的連接，并不停的向大樓和小區(qū)發(fā)出呼叫和報(bào)警，直到大樓和小區(qū)發(fā)回應(yīng)答信息為止。對(duì)于第1類從設(shè)備，平時(shí)處于休眠狀態(tài)，等待大樓和小區(qū)發(fā)出的詢問，當(dāng)大樓或小區(qū)發(fā)出詢問并由主設(shè)備確認(rèn)詢問后，按標(biāo)識(shí)碼尋找到詢問的對(duì)象從設(shè)備，并向該從設(shè)備發(fā)出詢問，喚醒從設(shè)備完成詢問要求的工作后，主設(shè)備得到從設(shè)備的回答，經(jīng)過確認(rèn)，向大樓或小區(qū)發(fā)回回答信息。

下面給出主從設(shè)備嵌入MCU的程序流程，如圖4所示。2．2大樓管理中心與大樓網(wǎng)絡(luò)

大樓管理中心是整個(gè)大樓信息處理和控制的中心，也是聯(lián)系大樓內(nèi)家庭控制終端和小區(qū)管理中心的樞紐。目前，大樓控制網(wǎng)絡(luò)采用的多是RS485總線或LonWorks總線技術(shù)。如果改用以太控制網(wǎng)，則可以和大樓信息網(wǎng)乃至Internet網(wǎng)結(jié)合，若采用802．11構(gòu)建無線以太網(wǎng)，又可具有無線網(wǎng)靈活、架設(shè)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)實(shí)際需要靈活的選擇有線或無線方式構(gòu)建以太控制網(wǎng)，既適用在新建各智能大樓上，也可快速、靈活的完成普通大樓的智能化改造。相對(duì)于家庭網(wǎng)絡(luò)，大樓網(wǎng)絡(luò)的傳輸距離和速率要求都要高一些。為此，在組建無線以太網(wǎng)時(shí)候，采用了802．11系列標(biāo)準(zhǔn)。由于控制網(wǎng)絡(luò)一般信息傳輸量不是很大，故一般情況下采用最大傳輸速率為11Mb／s的802．11b即可。該標(biāo)準(zhǔn)目前技術(shù)成熟，且產(chǎn)品價(jià)格便宜，選擇余地較廣。

對(duì)于大樓管理中心，配置幾臺(tái)PC作為大樓服務(wù)器，其主要工作是實(shí)現(xiàn)家庭與小區(qū)之間的通信，完成對(duì)家庭控制系統(tǒng)的上級(jí)指令控制及大樓內(nèi)公用設(shè)備的管理，這些PC承擔(dān)的就是整個(gè)系統(tǒng)中位機(jī)的任務(wù)。大樓管理控制中心的主要工作可由軟件完成，且軟件實(shí)現(xiàn)不是很復(fù)雜。程序?qū)崿F(xiàn)方法可以采用類似家庭網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控主從問答式。對(duì)于智能儀表的數(shù)據(jù)采集任務(wù)，可以由小區(qū)管理中心下達(dá)定時(shí)采集的指令，由大樓中心在小區(qū)中心規(guī)定的時(shí)間段內(nèi)對(duì)各家庭發(fā)出采集指令，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，以大樓數(shù)據(jù)表的形式向小區(qū)進(jìn)行報(bào)告，并向家庭回送本用戶的匯總信息。對(duì)于緊急呼叫報(bào)警等情況，可以在接收到家庭報(bào)警信息后，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)，識(shí)別出報(bào)警位置，并迅速對(duì)小區(qū)進(jìn)行報(bào)警，而那些對(duì)大樓其他用戶構(gòu)成一定利害的報(bào)警信息，則進(jìn)行大樓廣播。當(dāng)然，大樓中心除了上述功能外，還需要對(duì)樓宇內(nèi)的其他設(shè)施進(jìn)行監(jiān)控，具體實(shí)現(xiàn)方式與家庭終端類似。2．3小區(qū)管理中心

小區(qū)管理中心是智能小區(qū)的“大腦”，而小區(qū)網(wǎng)絡(luò)可以說是智能小區(qū)的“中樞神經(jīng)”。小區(qū)管理中心負(fù)責(zé)的除了對(duì)各大樓的智能管理外，還要完成小區(qū)其他設(shè)施的管理。包括車輛與停車場(chǎng)管理、保安與巡更管理、小區(qū)門禁與出入管理、小區(qū)防越界管理、小區(qū)公用設(shè)施管理等。除上述監(jiān)視管理功能外，小區(qū)中心同時(shí)提供用戶信息數(shù)據(jù)（如三表數(shù)據(jù)）供各用戶查詢。對(duì)于小區(qū)網(wǎng)絡(luò)可以采用以太控制網(wǎng)進(jìn)行構(gòu)建。由于小區(qū)網(wǎng)絡(luò)的通信信息量較大，同時(shí)小區(qū)網(wǎng)絡(luò)多在戶外條件下建設(shè)，并建成后變動(dòng)不大，在此情況下，可選擇有線以太網(wǎng)。同時(shí)對(duì)于一些較獨(dú)立的設(shè)施和系統(tǒng)，可以采用無線方式實(shí)現(xiàn)作為有線的很好補(bǔ)充。

小區(qū)管理中心采用PC機(jī)作為上位機(jī)，利用VC，Delphi等進(jìn)行軟件開發(fā)。軟件主要分為大樓（家庭）用戶數(shù)據(jù)采集及查詢模塊、報(bào)警監(jiān)視模塊、小區(qū)保安與出入管理模塊、小區(qū)公用設(shè)施管理模塊和車輛管理模塊等。3結(jié)語

采用無線／有線混合的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建家庭和小區(qū)控制系統(tǒng)，充分發(fā)揮了無線和有線網(wǎng)絡(luò)的各自優(yōu)點(diǎn)。利用藍(lán)牙構(gòu)建家庭網(wǎng)絡(luò)，使家庭網(wǎng)絡(luò)靈活性和可擴(kuò)展性提高；在大樓和小區(qū)網(wǎng)絡(luò)中，全面采用無線／有線混合的以太控制網(wǎng)代替原有的LonWorks總線技術(shù)，為控制網(wǎng)與信息網(wǎng)