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淺析智能公共設施網(wǎng)絡的構(gòu)建理念
摘要：智能控制網(wǎng)絡管理 (即公共設施群體和民用設施群體的網(wǎng)絡建設)是現(xiàn)代建設公共設施技術(shù)與現(xiàn)代通信技術(shù)、計算應用機技術(shù)和控制技術(shù)發(fā)展的必然需求。智能控制網(wǎng)絡管理在國外的發(fā)展方興未艾，前景廣闊，世界各國競相研究和開發(fā)智能網(wǎng)絡管理技術(shù)。但由于智能網(wǎng)絡管理在我國起步較晚，近幾年才有了較大的發(fā)展。智能網(wǎng)絡管理技術(shù)在住宅及其公共建設中的運用正處于發(fā)展的階段。關(guān)鍵詞：智能化 公共設施
LON ( Local Operating Networks)網(wǎng)絡是美國Echelon公司1991年推出的局部操作網(wǎng)絡。為支持LON總線，Echelon公司開發(fā)了LonWorks技術(shù)，它為LON總線設計和成品化提供了一套完整的開發(fā)平臺。目前采用LonWorks技術(shù)的產(chǎn)品廣泛應用在工業(yè)、家庭、公用能源、交通等自動化領(lǐng)域，LON總線已成為當前最為流行的現(xiàn)場總線之一。中國計算機協(xié)會工程控制委會成立了Lon Works控制網(wǎng)絡協(xié)作網(wǎng)。國家大型民用業(yè)過程控制系統(tǒng)已逐漸推廣現(xiàn)場總線系統(tǒng)。
目前，建設部正在全力推動以“智能控制網(wǎng)絡管理”為切入點的整個行業(yè)的信息化，使網(wǎng)絡技術(shù)、信息技術(shù)、智能控制技術(shù)開發(fā)，服務于公共設施的建設，以提高公共設施的質(zhì)量與功能，并將多學科性、多技術(shù)綜合運用的智能化公共設施定為民用建設的發(fā)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(shù)在民用及其社區(qū)中的運用正處于探索發(fā)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(shù)的整體應用水平不是很高，相關(guān)技術(shù)產(chǎn)品功能單一，與系統(tǒng)的規(guī)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(shù)標準的制定以及市場行為的規(guī)范)還有待于進一步解決。一旦要實現(xiàn)其他公共設施智能功能，必須重新安裝新系統(tǒng)。遠程抄表系統(tǒng)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(guān)。因此造成公共設施管理部門工作難度大，各系統(tǒng)之間的總體協(xié)調(diào)性能差，系統(tǒng)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(nèi)進行智能化公共設施網(wǎng)絡建設的系統(tǒng)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(xiàn)智能化功能；單一控制網(wǎng)絡完成智能化住宅應有的全部控制功能以及該小區(qū)的所有控制功能；網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)簡單，性能優(yōu)異。為此，我們在智能化公共設施網(wǎng)絡的建設中采用LonWorks分布式控制網(wǎng)絡技術(shù)。
LonWorks技術(shù)是目前國際上控制領(lǐng)域中最熱門的通用控制總線技術(shù)之一，得到世界各大著名工控產(chǎn)品生產(chǎn)廠家支持，應用范圍極為廣泛。目前它在國內(nèi)已被成功應用于工業(yè)控制和公共設施網(wǎng)絡自控中。我們選擇LonWorks技術(shù)開發(fā)智能公共設施網(wǎng)絡系統(tǒng)，主要基于它的如下特點：
智能網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)靈活多變，可根據(jù)公共設施的結(jié)構(gòu)特點采用不同的網(wǎng)絡連接方式。可以最大限度的降低布線系統(tǒng)的復雜性和工作量，提高系統(tǒng)可靠性和可維護性。
LonWorks網(wǎng)絡是無主站點對點網(wǎng)絡，其任一點的故障不會造成系統(tǒng)癱瘓。一處公共設施節(jié)點的損壞或關(guān)閉不影響其他公共設施節(jié)點正常運行，降低了維護難度，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定度，網(wǎng)絡響應得到充分的保障。
Neuron芯片內(nèi)置現(xiàn)成的I/0對象，LonTalk協(xié)議，并使用高級語言編程，大大縮短開發(fā)周期，提高開發(fā)質(zhì)量，能在短時間內(nèi)開發(fā)出穩(wěn)定可靠的系統(tǒng)。
LonWorks網(wǎng)絡節(jié)點之間使用邏輯連接，這使得系統(tǒng)中節(jié)點的增加、修改很容易，便于系統(tǒng)調(diào)整和擴充升級。
在智能公共設施建設中應用LonWorks技術(shù)，可以很容易地實現(xiàn)智能化公共設施的所有功能，整個網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)相對簡單，網(wǎng)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(jié)點，編寫相應的程序，直接連接到公共設施的控制網(wǎng)絡上就完成了，在物理上不必對網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)作任何修改。而且LonWorks網(wǎng)絡可擴充性極好，在擴充子系統(tǒng)，增加功能，連接兩個公共設施控制網(wǎng)等都很簡便。LonWorks技術(shù)提供的高效開發(fā)平臺讓我們在進行系統(tǒng)設計和開發(fā)時，對網(wǎng)絡通訊不再需要花費時間，可以把精力集中到具體的系統(tǒng)功能實現(xiàn)上，使得我們能在較短時間內(nèi)針對具體任務設計出成熟穩(wěn)定的系統(tǒng)。
隨著今后住公共設施的建設規(guī)模越來越大，傳統(tǒng)的總線網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)在速度與效率上開始顯得不足，因特網(wǎng)則顯現(xiàn)其優(yōu)勢。而目前就構(gòu)筑專用IP網(wǎng)絡還存在著成本高及維護難等一些問題。通過LonWorks與因特網(wǎng)的接口裝置，可以將己經(jīng)自成體系的LonWorks現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡作為子網(wǎng)絡，通過因特網(wǎng)接入因特網(wǎng)，充分利用因特網(wǎng)的資源，將控制網(wǎng)絡的實現(xiàn)由現(xiàn)場擴展到因特網(wǎng)的廣闊空間，從而可以實現(xiàn)公共設施更大范圍的控制聯(lián)網(wǎng)。此種方案成本低且易于實現(xiàn)。
開放和互操作是Lon控制網(wǎng)絡的精髓，通過LonMark國際互操作協(xié)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(wǎng)絡中完成應用功能，奠定了應用系統(tǒng)集成的基石。
LON控制網(wǎng)絡由現(xiàn)場控制節(jié)點、網(wǎng)絡設備、通信介質(zhì)和通信協(xié)議構(gòu)成。LON網(wǎng)絡中的每個控制點我們稱之為LON節(jié)點或LonWorks智能設備，它通過嵌入了LonTalk固件的神經(jīng)元芯片或智能網(wǎng)絡收發(fā)器來實現(xiàn)。所謂智能收發(fā)器是將神經(jīng)元芯片和收發(fā)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(jié)點一般可以用神經(jīng)元芯片、傳感器和控制設備、收發(fā)器和電源組成。如果神經(jīng)元芯片不能滿足數(shù)據(jù)處理的要求，可以采用主處理器加神經(jīng)元芯片的方式，在這里神經(jīng)元芯片作為通信協(xié)處理器來使用。主處理器和神經(jīng)元芯片之間可以通過并口、串口、雙端口RAM等方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換。LON總線用收發(fā)器來建立神經(jīng)元芯片與傳輸之間的物理連接，可以根據(jù)不同的公共設施現(xiàn)場環(huán)境選擇不同的收發(fā)器和傳輸介質(zhì)，如雙絞線、同軸電纜、電力線、紅外線、光纖、射頻等等。LON控制網(wǎng)絡的規(guī)模和復雜程度不一，網(wǎng)絡節(jié)點數(shù)量從幾個到幾萬個不等，同時支持各種網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)。所有這些節(jié)點采用標準的通信協(xié)議LonTalk實對等的通信。LonTalk協(xié)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(wǎng)絡上同其它設備發(fā)送和接收報文而無需知道網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)或者網(wǎng)絡的名稱、地址或其它設備的功能。LonWorks協(xié)議能夠有選擇地提供端到端的報文確認、報文證實和優(yōu)先級發(fā)送以便設定有界事務的處理時間。對智能網(wǎng)絡管理服務的支持使得遠程網(wǎng)絡管理工具能夠通過網(wǎng)絡和其它設備相互作用，這包括網(wǎng)絡地址和參數(shù)的重新配置二下載應用程序、報告網(wǎng)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(shù)開發(fā)的產(chǎn)品，均可以與其非常容易地集成在一起。Lonworks網(wǎng)絡可以通過路由器將不同媒體的網(wǎng)段連接起來，還可以通過網(wǎng)關(guān)將各種不同的現(xiàn)場總線連接起來。
當前智能公共設施
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