關鍵詞： 智能建筑 局域網 計算機網絡

近幾年來，在業內的同仁中，系統集成問題是個爭論的焦點。除了一些技術細節之外，往往涉及那對一些宏觀的技術問題上取得共識，不少問題上的爭論將迎忍而解。

1 以太網及TCP／IP協議已經成為智能區筑系統集成的基礎

智能建筑系統集成盡管有其特殊件，但歸根結底應該是計算機網絡系統集成的重要組成部分。所以我們在討論智能建筑系統集成的時候，不能脫離計算機網絡及其系統集成技術的發展。

1.1 國特網的普及和延伸。使TCP/IP協議成為事實上的國際標準

因特網是美國門防部1969年建成的計算機網絡系統，ARPAnet.1979年推出了TCP/IP體系結構和協議規范。1986年ARPAnet正式分為兩部分，一部分為獨立的國防數據網，另一部分為美國國家基金會資助的NSFnet.很多單位使用TCP／IP協議互相連接的所有網絡的總稱。1993年因瀏覽器的開發成功，使因特網進入了大發展時期。 1993年美國政府提出了信息高速公路計劃，即NⅡ計劃，1995年西方七國通過GⅡ建設若干共識。這些使因特網成為街蓋全世界的超級計算機網絡，橫向正在向全世界的每個國家、每個家庭延伸。自90年代因特網進入我國以來，其用戶每年都以驚人的速度發展。2001年底，在中國的用戶已達1500萬。隨著因特網的普及，TCP/IP協議得到了廣泛采用。大家知道，ISO（國際標準化組織）于1977年提出了OSI（開放系統互連）參考模型，即七層參考模型。而實際上采用（OSI參考模型的產品并不多。TCP/IP協議，其開放型可以把現行的各種局域網互連，統一地址規則、IP地址與域名的唯一性、高層協議基本標準化。TCP/IP協議也采用分層的體系結構。但是它與ISO／OSI參考模型并不完全一致。TCP/IP分為四層：鏈路層、網際層、傳輸層、應用層。

1.2 Intranet的發展與千兆位以太網的成功應用，使以太網成為智能建筑系統集成的基礎

隨著Internet技術的日益普及和迅速發展，人們想把Internet的技術應用于集團企業的信息管理系統和政府部門的辦公系統，人們稱之為Intranet.Intranet現在還沒有標準的翻譯名詞，有的叫內部網，有的叫企業網，我們暫且叫企業網。現在國內外的大型企業集團都有已經或正在建設Intranet網絡，以實現一個單位內部網絡與外部網絡的互連。Intranet使用統一的TCP／IP協議，技術成熟，客戶端軟件簡單統一，可以連到Intranet共享人類豐富的信息資源。利用 Intranet企業對內可提供一個靈活、高效、寬松、可靠的辦公環境，以便于信息交流、信息共享，對外可宣傳和發布產品信息，可以開展以下基于標準的服務文件共享、信息瀏覽、目錄查詢、打印共享、電子郵件、網絡管理、遠程登錄、文件傳輸等，逐步實現無紙化辦公，實現企業管理的科學化和自動化，提升企業的競爭力。

隨著計算機網絡的普及和發展，人們對網絡帶寬提出了更高的要求，例如：多媒體通信、視頻點播、電子商務、電視會議、高清晰度電視、遠程醫療、遠程教育、CAD／CAM 等。進入90年代人們就開始千兆位以太網的研究，1998年IEEE批準了IEEE802.32標準，從此千兆位以太網正式進入應用時代。千兆位以太網與 10M、100M以太網的幀結構相同，采用全雙工或半雙工方式對傳輸介質進行訪問，采用載波擴展和數據包分組技術來解決網絡直徑問題。千兆位以太網定義了三種設備：簡單中繼器、網絡交換機、緩沖分配器。千兆位以太網具有以下特點：簡單性：保留了以太網的簡單性；兼容性：保留了以太網的基本技術、采用相同的協議、相同的幀格式、支持全雙工／半雙工方式，確保網絡升級平滑過渡。千兆位以太網成為局域網和Intranet的主干網，已經成為人們不爭的事實。

因此，Intranet的發展及千兆位以太網的成功應用，使每座智能建筑必然要有自己的Intranet主干網。在目前情況下這個網絡

必然是千兆位以太網，必然是采用TCP／IP協議。這個網絡也就是IBMS集成系統的主干網絡。

1.3 現場總線技術的發展，使以太網正在從管理層、控制層向現場層延伸

TCP／IP協議，解決了網絡互連和異構計算機之間的通信協議，是事實上的國際標準。信息領域的以大網對自動化領域各層面產生了很大影響。已經從建筑自動化系統的管理層延伸到了控制層，而且現在正在向現場層延伸。

2000年初，IEC公布了現場總線國際標準IEC－61158，這個標準在當今世界上30多種現場總線中，采納了8種現場總線。這8種總線，有8種協議，互不兼容、距離統一的現場總線還有很遠的距離。其中HZ－HSE總線就是百兆以太網。工業自動化開放式網絡聯盟IAONA，就是專門就HSE進行開發研究的國際組織。以太網作為現場總線可能存在兩個問題一個是采用CSMA／CD的信息發送方式，存在“不確定性”問題，無法確定發送測控信息的時間，擔心影響實時控制；另一個是線路利用率低，因為以太網數據幀中，不代表實際數據的字節較大，而自動化領域實際數據很短，效率較低。例如：DI20個字節、 DO16個字節、AIAO200個字節、通信接口500個字節、PID運算500個字節、計數器4個字節等。這樣，當使用以太網信息包包裝時，大量信號還需加上填充符才能滿足數據段最小長度48個字節的要求，如DI、DO、計數器。為了解決第一個問題，通過提高以太網的傳輸能力，能夠適應實時控制的需要。為了解決第二個問題，可以用數據報協議UDP/IP取代TCP/IP.由于采用了高速以太網，這些問題迎刃而解。隨著以太網技術的發展，在建筑自動化領域中有可能出現以太網一網到底、因特網與控制網融為一體的局面。

綜上所述，以太網、TCP／IP協議已經成為智能建筑系統集成的基礎。

2 瀏覽器/服務器計算模式將成為智能建筑集成系統主要的計算模式，中間作將成為智能建筑系統集成的橋梁

由于個人計算機PC機的普及和發展，使計算機網絡的計算模式從以大型機為主的集中計算模式過渡到了客戶機/服務器計算模式。由于瀏覽器的發展，使計算機網絡的計算模式開始向瀏覽器／服務器計算計算模式

2.1 計算機網絡的計算模式開始向瀏覽器/服務器計算模式轉變，瀏覽器/服務器計算模式將成為智能建筑集成系統主要的計算模式

計算機網絡的初始通常采用大型計算機作為生機，眾多的終端用戶共享大型機的CPU資源和數據存儲功能。這種模式稱為集中計算模式或分時共享模式。這種模式主要缺點是主機負擔太重、設備昂貴，系統可靠性、可用性依賴于主機，功能擴展困難等。

隨著個人計算機PC機的普及和發展，客戶機／服務器計算模式逐步取代了集中計算模式。在C／S計算模式下，一個或更多的客戶機與一個或更多的服務器相連，組成一個分布計算系統。在該模式下，應用分為前端的客戶機部分和后端的服務器部分。客戶端負責與用戶的交互、收集用戶信息，可以請求服務器完成大型計算或大型應用，然后把服務器返回的結果提交給用戶。優化網絡利用率，因為客戶機只把請求的內容傳給服務器，服務器也只是返回最終結果。

由于瀏覽器的發展，計算機網絡的計算模式開始向瀏覽器/ 服務器模式、即B／S模式轉變。把傳統的C／S模式中的服務器分解為一個Web服務器和一個或多個數據庫服務器。客戶端不再與服務器直接相連，而是與 Web服務器相連。Web服務器再與數據庫服務器相連。用戶的請求送到Web服務器，再由Web服務器通過CGI送到數據庫服務器，Web服務器將結果格式化為HTML格式，反饋給用戶。采用這種三層結構的Intranet網絡，使用統一的TCP／IP技術標準、技術成熟，客戶端軟件簡單，通過瀏覽器查看信息。性能價格比優越，能充分利用現有的資源。

目前，雖然是C／S模式與B／S模式兩種模式并存，但因B／S模式開發、應用、維護、升級簡單，組成內部網容易，成為網絡計算模式的首選。因此瀏覽器/服務器計算模式將成為智能建筑集成系統主要的計算模式。

2.2 中間作技術和產品的成熟，使中間作成為智能建筑系統集成的橋梁

相對傳統的以大型計算機為中心的集中計算模式，客戶機／服務器計算模式的優點是人們所共識的。而客戶機／服務器模式并沒有導致大量應用，主要原因是缺乏有效的開發工具。直接針對網絡編寫軟件對少數通信領域的專家是很適宜的，但是對大多數開發應用程序的程序員來講，編寫這種跨平臺、多協議、多編程語言的應用軟件是一件很困難的且很費時的事情。如操作系統的多樣性，繁雜的網絡程序設計、管理，復雜多變的網絡環境，數據分散處理帶來的不一致性問題，性能和效率、安全等等。這些與用戶的業務沒有直接關系，而又必須解決。為了解決這個問題，就是將應用軟件所面臨的共性問題進行提煉、抽象，在操作系統之上形成一個可復用的部分，供應用軟件重復使用。一個有效的辦法是在客戶機和服務器之間加上一層，即所謂的中間件。中間件提供簡單的較高層次的應用軟件編程接口API，把下層網絡技術屏蔽起來，使程序員把精力集中在應用方面，而不是在通信問題上，通過中間件把應用與網絡屏蔽開。

在B／S計算模式中，中間件負責管理Web服務器和數據庫服務器之間的通信并提供應用程序服務。最基本的中間件技術有通用網關接口（CGI）和應用程序編程接口API兩種。它能夠直接訪問或調用外部程序來訪問數據庫，可以提供與數據庫相關的HTML頁面，或執行用戶查詢，同時將查詢結果格式化成HTML頁面，并通過Web服務器返回給用戶瀏覽器。CGI允許Web服務器運行外部應用程序，通過外部程序來訪向數據庫資源，以產生HTML文檔并返回瀏覽器。

CGI提供了一種與數據庫連接的簡單方法。中間件是處于應用軟件和系統軟件之間的一類軟件，是客戶方與服務方之間的連接件，它以自己的復雜換取了用戶應用的簡單。中間件是基于分布式處理的軟件，能解決網絡分布計算環境中多種異構數據資源的互聯共享問題，實現多種應用軟件的協同工作。利用中間件還可以提高應用軟件系統的開發效率，使系統的可伸縮性和可擴展性更為理想。90年代以來，中間件技術和產品逐步成熟，開始走向應用。特別指出的是，我國在中間作上起步與國外基本相同，在國內市場的占有率上與國外廠商基本處于同一起跑線上。中間件技術和產品的成熟，使中間件成為智能建筑系統集成的橋梁，大大提高了智能建筑系統集成技術的發展。

3 OPC枝術及ODBC枝術為系統集成開辟了新的途徑，采用OPC技術及ODBC技術實現智能建筑系統集成將成為智能建筑系統集成的主要方式。

網絡互聯的硬件設備已標準化、商品化，所以我們在思考系統集成時，主要面臨的是軟件集成的問題，如何通過標準的通信協議達到互操作的目的。隨著智能建筑的功能需求不斷增長，使建筑內各種各樣的機電設備的監控系統的種類和范圍不斷擴大，它們可能采用不同的網絡平臺、不同的通信協議。在實現BMS系統集成時，為了解決互聯和互操作的問題，所采用的技術手段大致為以下幾種：

1.采用統一通信協議實現系統集成的方式。

2.采用協議轉換實現系統集成的方式。

3.采用OPC技術實現系統集成的方式。

4.采用ODBC技術實現系統集成的方式。

3.1 采用統一的通信協議實現系統集成的方式

建筑自動化系統應屬過程控制范疇，長期以來沒有建立國際性的標準通信協議，這種局面嚴重障礙了智能建筑技術的發展。1995 年美國暖通空調工程師協會推出了樓宇自動控制領域的第1個開放式標準通信協議——BACnet.該協議密切結合建筑工程特點，定義了23種對象、39種服務、6種數據鏈路結構、三層網絡架構，正在向BACnet／IP方向發展。同年通過ANSI認證，成為美國國家標準。很多空調、制冷、鍋爐、變配電等設備制造廠商均采納該標準協議，為智能建筑的系統集成開創了十分有利的局面。BACnet采納了五種協議EIA232——PTP、EIA485—— MS／TP、LonTalk、Arcnet、Ethernet.但是在先前的BACnet協議中，不同廠家生產的設備互聯仍需通過協議轉換器，尚未達成開放系統實現互操作的要求。

LonWorks是美國埃斯朗公司1990年推出的全分布式的具有開放性和互操作性、采用LonTalk協議的網絡，經過LonMark互操作性協會認證的產品具有良好的互操作性。但是這種方式不是真正意義上的開放系統，因為這種協議對廠家不是中立的，其中有埃斯朗公司的知識產權，真正的開放系統對各個廠家應該是中立的。

3.2 采用協議轉換實現系統集成的方式

具有不同協議的網絡互連，可以采用協議轉換器。協議轉換器分為專用的協議轉換器和標準的協議轉換器。專用協議轉換器指兩種協議之間專用的轉換器。采用這種協議轉換器，如果要連接多個不同類型的網絡，就需要多種類型的協議轉換器。有時協議轉換器難于匹配不同的網絡的按制機制和服務。另外，當協議轉換器故障時，這種結構沒有提供可靠的端到端的機制，所以這種專用的協議轉換器不可取。采用標準的協議轉換器，在局域網內部通信采用了簡單的通信結構，包括物理層、鏈路層以及對應用層提供連接服務的會話／傳送協議。這種方案中，接在局部網絡上的所有站只使用簡單的會話／傳送協議，而所有協議轉換器之間通信只使用同樣的傳送層協議和IP.由此解決了互聯網的匹配問題。隨著技術的發展，協議轉換器方式的應用將越來越少。特別是OPC技術與ODBC技術的成功應用，為不同協議的網絡互連，開辟了新的途徑，協議轉換方式的應用將會更少。

3.3 采用OPC技術實現系統集成的方式

OLE對象鏈接和嵌入是微軟公司提供的用于應用程序之間的數據交換及通訊的協議。允許應用程序鏈接到其它軟件對象中。在美國，有一個機構定義了一種基于 OLE的通信標準，用于過程控制的OLE，即OPC.OPC重點解決應用軟件與過程控制設備之間的數據的讀取和寫入的標準化及數據傳輸等功能。

OPC提供信息管理域應用軟件與實時控制域進行數據傳輸的方法，提供應用軟件訪問過程控制設備數據的方法，解決應用軟件與過程控制設備之間通信的標準問題。當設備通過OPC互聯時，圖形化應用軟件、趨勢分析應用軟件、報警應用軟件等應用軟件均基于OPC標準，現場設備的驅動程序也均基于OPC標準。在統一的OPC環境下，各應用程序可以直接讀取現場設備的數據，不需要一個一個地編制專用的接口程序，各現場設備也可直接與不同應用之間互連。OPC的重要作用是使設備的軟件標準化，從而實現不同網絡平臺，不同通信協議、不同廠家的產品方便地實現互聯和互操作。OPC技術的完善和推廣，為智能建筑系統集成時，在實時控制域與信息管理域的全面集成創造了良好的軟件環境。所以說，OPC開創了系統集成的新途徑，OPC將成為系統集成的主要方式。

3.4 采用ODBC技求實現系統集成的方式

ODBC是微軟公司推出的一種應用程序訪向數據庫的標準接口，也是解決異種數據庫之間互聯的標準，目前已被大多數數據庫廠商所接受。該標準適用于各種數據庫。ODBC兼容的應用軟件通過SQL結構化查詢語言，可查詢、修改不同類型的數據庫。這樣，一個單獨的應用程序，通過它可訪問許多個不同類型的數據庫及不同格式的文件。ODBC提供了一個開放的、從個人計算機、小型機、大型機數據庫中存取數據的方法。使用ODBC，開發者可開發出對于多個異種數據庫進行并行訪問的應用程序。現在，ODBC已成為客戶端訪問服務器數據庫的API標準。只要被使用數據庫支持ODBC技術規范，無論其數據庫的類型如何，均能進行信息交換。采用ODBC及其它開放分布式數執可技術實現系統集成，也是智能建筑實現系統集成的重要方式。

如果我們將OPC技術與ODBC技術作以比較，可以發現OPC技術現在比ODBC技術更為成熟、產品更多，而且我國已有比較成熟的OPC技術和產品。所以目前采用OPC技術實現系統集成，可能會比采用 ODBC技術實現系統集成更為廣泛一些。兩種技術的融合與補充，將會使系統集成技術加快發展。

4 現在已經初步具備了實現智能建筑系統無縫集成的條件，智能建筑系統集成將會達到新的高度和廣度

智能建筑系統集成一般來說，應該具備以下幾方面條件：計算機網絡的條件、計算機應用軟件的條件、機電設備單機及子系統智能化的條件、系統集成技術的條件。只有在這件條件基本具備的情況下，才有可能實現智能建筑的系統集成。以前我們在談到智能建筑系統集成的時候，總感到那是將來的事。這里主要有兩個原因，一方面是沒有較為理想的方式實現BMS的系統集成，另一方面是由于缺少各類民用建筑主要業務的應用軟件，辦公自動化系統僅能負擔物業管理和事務管理，辦公自動化系統處在事務型的層次上，缺少完善的、完整的辦公自動化系統；

由于Internet的發展及千兆位以太網的成功應用，具備了計算機網絡條件。由于單片機控制技術、現場總線技術的發展使得各種機電設備及子系統的智能化越來越高，而且各種設備之間、各子系統之間存在內在的關聯需要實現系統集成。特別是隨著計算機軟件技術的發展，各類民用建筑主要業務用的計算機軟件日趨成熟，例如百貨商店用商用軟化圖書館、博物館管理軟件；展覽館管理軟件；酒店管理軟件；醫院管理軟件；體育比賽管理軟件等。這些軟件的水平基本上進入了管理型辦公自動化系統的層次。現在一個智能建筑內的辦公自動化系統已不僅是事務管理和物業管理，而是實實在在地進入了主要業務的管理。特別是OPC技術和ODBC技術的推廣應用為智能建筑實現系統無縫集成創造了條件，智能建筑的系統集成將達到一個新的高度和廣度。