智能大厦综合布线系统集成平台的研究

　　1 概述

　　随着现代计算机技术、通信技术、自动化控制技术和图形显示技术的进步和发展，智能大厦逐步发展起来,它是现代化建筑技术和先进的智能化技术的完美结合体。智能大厦是一个发展的概念，目前世界各国的定义不尽相同。

　　按照美国智能大厦协会(American Intelligent Building Institutes，简称 AIBI)的定义，智能大厦是通过对建筑物的四个基本要素———结构、系统、服务、管理以及它们之间的内在关联的最优化考虑，提供一个投资合理且拥有高效率的舒适、温馨、便利的环境。 AIBI 虽然对智能大厦要达到的功能进行了界定，但对设备上并无具体规定。

　　一般认为，世界上第一座智能大厦是 1984 年建成于美国 Hartford 市。这是一座旧的金融大楼翻修改造而成的大厦，楼内铺设了大量通信电缆，增加了程控交换电话和计算机办公自动化(OA)系统，楼宇内的配电、供水、防火、空调等系统均由计算机系统进行控制，楼内各用户都享有电子邮件、语言传输、文字处理、科学计算、信息检索和市场信息查询等全方位的信息服务。 这座大厦算是早期智能大厦的雏形。

　　在我国，通常把符合 5A 标准的大厦称之为智能大厦，其中“5A”标准是：通信自动化(Communication Automation，简称 CA)系统、办公自动化(Office Automation，简称 OA)系统、大楼管理自动化(Building Management Automation，简称 BMA)系统、消防自动化(Firen-ze Automation，简称 FA)系统、综合管理自动化(Maintenance Automation，简称 MA)系统。

　　2 系统总体设计

　　随着 Internet 和 Intranet 技术的发展，以及对现代智能大厦功能的新需求，人们将传统布线系统中的各种不同组成部分进行综合，构成一个有机的整体，从而出现了智能大厦的综合布线系统(PDS)，即结构化布线系统(SCS)，它是建筑技术与信息技术相结合的产物，是 Intranet 网络工程建设的集成。

　　一般来说，一个现代意义上的智能大厦应该满足两个基本要求：

　　第一，对大厦管理者而言，应当有一套便于控制、运行、维护和管理的通信设施，花费较少的费用便能及时与外界进行联系;

　　第二，对大厦的使用者而言，应当有一个舒适、有利于提高工作效率、有利于激发人的创造性的环境。

　　现代意义上的智能大厦必须建立一套先进的楼宇布线系统，它是计算机网络工程的基础。 该布线系统不仅应提供电话服务，还应该提供计算机网络、安全报警服务和监控管理服务，同时还必须有开放的标准通信接口、宽的频带、高的传输率和智能化的管理方式。 智能大厦综合布线总体系统结构的设计(5A 模式)如图 1 所示。

　　

　　图1

　　智能大厦系统的功能设计是一项十分复杂的系统集成设计，设计者需要将各类分离的设备、功能、信息等综合集成到一个既相关联又协调统一的系统中，巧妙灵活地运用先进技术并使其充分发挥作用。

　　3 综合布线系统的结构模型

　　智能大厦的综合布线系统也称为结构化布线系统 (Structured Ca-bling Systems，简称 SCS)， 它是建筑技术与信息技术相结合的产物 ，是Intranet 建设中网络工程建设的基础。 一个综合布线系统从结构上由六个子系统组成，分别为工作区子系统、管理间子系统、垂直干线子系统、水平干线子系统、设备间子系统和建筑群子系统等。 这六个子系统的关系如图 2 所示。

　　

　　图2

　　3.1 工作区子系统

　　该子系统实现由各工作间或隔断内的设备(计算机等)到信息插座(RJ45)的连接。 在设备和信息插座连接时，可能需要其它的装置或设备。工作区子系统所使用的连接器必须具有国际 ISDN 标准的 8 位接口，以便能接受大楼管理自动化系统(BMA)的低压信号和数据网络信息。

　　3.2 水平干线子系统

　　该子系统实现工作间中的信息插座与管理子系统之间的连接。 这种布线是从工作区引出的线缆在每层楼内的水平布线，一般与室内装修同步进行，通过预埋线管、线槽或从吊顶过线来进行室内布线。

　　水平干线子系统通常用无屏蔽双绞线(UPT)组成，长度不超过 90米，如果用三类双绞线可传输的速率为 16Mbps，用五类双绞线可传输的速率则可达到 100Mbps。

　　　　3.3 管理间子系统

　　该子系统由大楼各层分设的配电间组成(无配电间时，则指各楼层的配电板或配电柜)，它连接垂直干线子系统和水平干线子系统，其主要设备包括配线架、集线器和机柜等。　　当大厦内用户更新、搬迁或扩展设备，甚至改变网络拓扑结构时，只需改变管理子系统的某些跳线即可，这就大大减少了维护费用。　　若网络性能或负载不合适时，也可通过管理间子系统重新进行网络设置，重新规划网段，从而对网络流量进行恰当地平衡。在进行管理间子系统的设计时应当注意，需要足够的空间放置配线架和网络设备(如 HUB 等)，有 HUB 的地方应该配有专用稳压电源;应用配线架的跳线功能使布线更灵活，配线架一般由光配线盒和铜配线架组成，配线架的配线对数有管理的信息点数决定。　　3.4 垂直干线子系统(BMAckboneCable)　　该子系统负责把管理间子系统连接到设备间子系统。 这种布线通常在大楼内专门设置的竖井中进行。 如无竖井则需打眼穿过楼层进行布线。 垂直干线子系统的目的是连接大楼各层的子系统和机房，因此通常采用单模或多模的光缆，或采用大对数的无屏蔽双绞线，以提高传输速率。 该子系统需经主配线架、分线盒配线架，以及相应的适配器转接到各楼层。　　3.5 设备间子系统(EguipmentRoom)　　所谓设备间，通常指的是主控室或机房，全大楼的管理设备和主要服务器及交换机、网络连接设备均集中于此，垂直干线经过转接架连到各系统的主机上。 所有设备的连线、网络主干线、各探头(火警、煤气等传感器)连线都在设备间汇总。　　设备间要有足够的空间和良好的工作环境(如温度、湿度等)，应该按照机房建设标准进行设计。　　3.6 建筑群子系统(CampusBMAckbone)　　该子系统实现建筑物之间网络设备的相互连接，通常由光缆及相应设备组成。 从建筑物外部引入的导线电缆须经过电气保护装置方可入室，以便防止雷电、电磁波等干扰，对光缆则无需这种处理。 建筑群子系统建设时需要敷设室外电缆，一般采用室外架空电缆、直埋电缆、地下管道电缆三种方式，或者三种方式的任何组合形式，应根据现场环境来确定。　　4 系统的实现及应用　　上面的模型给出了集成平台的设计框架，我们将它应用在智能大厦信息平台的设计中，来验证该模型的实用性、可行性。 我们设计的智能大厦信息集成平台,目前可实现对大厦管理自动化(BMA)系统、通信自动化(CA)系统以及大厦物业管理系统的信息集成和管理工作。具体设计的时候，BMA 系统采用文本文件的数据组织形式，CA 系统采用结构化的数据文件组织形式， 物业管理系统采用 SQLServer 数据库组织形式，这样体现不同子系统的资源异构性。　　BMA 与 CA 两子系统的运行受到集成后的系统的实时查询和控制,并可实现两系统之间的协同工作。 智能集成模型中的子系统对象和联动管理对象是非常重要的，也是比较复杂的部分,下面简单介绍两者的一些设计实现方法。　　对于 BMA 来说, 设备名称、类型、位置、工作状态是集成平台所需要收集的数据,集成平台将对其工作状态进行管理和控制。因此在 BMA 子系统中，需要设计一张静态的设备数据表,以存放设备编号与物理地址之间的一一对应关系，以及最近一次该设备的状态等信息，并经常进行维护更新。 子系统的状态信息、设备种类及位置信息被子系统对象使用上述设备表进行收集，因此 BMA 子系统对象的 BMA_TABLE 定义如下:　　int BMA_System　　{void Equipment_message(String Name,int equipment_id,String state_message);/* 这个设备的状态信息，集成平台使用设备号获取 */　　void Control(String Name,int Equipment_id,String state);　　/* 系统集成平台对 BMA 子系统的设备进行管理(设备需要达到的状态为 state)。 */　　}　　对于 CA 子系统来说, 其需要对监视设备以及门禁设备进行控制,并将其获知的告警类型、告警位置的信息传递给集成平台,因此 CA 子系统需要维护设备表、告警表这两张静态的表。它先将状态信息、告警信息转换为标准的数据代码，然后与集成平台进行交互。在告警信息编码时，还需要加入该告警类型的联动范围(包括：全楼、楼层、楼层内某区域和房间等)信息。因此 CA 子系统对象的CA_TABLE 定义如下:　　int CA_System {　　void Get_equipment_warning(String Name,int equipment_id,int warning_id); /* 集成平台通过设备号来获得该设备的告警信息 */　　void Control (String Name,int equipment_id,String State);}/* 集成平台对 CA 系统的设备进行控制 (其中设备需要达到的状态为state)。 */　　子系统接口对象需要有接收对应子系统信息的接口。 CA 子系统接口的定义与 BMA 子系统类似,CA_TABLE 可定义如下:　　int Set_system {　　void Send_message(String Name,int equipment_id,String state_message); /* 发送状态信息给相应的子系统 */　　void Send_warning(String Name,int equipment_id,int warning_id,String state_message);} /* 子系统将告警信息发送给集成平台 */　　集成平台与 BMA 子系统的通信过程是按如下方式进行的，BMA 子系统对象以循环方式每时间片(如一分钟)获取一次设备的状态信息,而 CA 子系统也是以循环方式按时间片(一般为半分钟)获取一次告警信息。　　当设备状态信息发生变化时，调用集成平台的子系统接口对象方法 Send_message(String Name,int equipment_id,String state_message)，将信息提取，并发送给集成平台。　　而子系统接口对象也可以使用 Get_equipment_message(String Name,int equipment_id，String state_message)方法直接获得设备信息,使用 Con-trol_equipment (String Name,int equipment_id，String state)方法对设备进行控制。　　物业管理子系统在集成平台需要时，负责提供设备位置或告警位置的入住用户信息。 其 TABLE 的定义如下:　　int message_manage {　　void Get_user_message(int Seat,String User_message);} /* 获得该位置(用 Seat 表示)相应的用户信息 */　　集成平台的联动管理对象负责维护一张动态表和一张静态表，动态的是活动设备表，静态的是联动表。 全部的子系统设备号都集中在一起管理，按一定顺序排列，联动管理对象从系统状态管理对象获得最新的活动设备号。　　由于设备号是按照预订的规律编码的，其中隐含有位置信息,并且在告警编号中也类似，它含有联动范围的信息，因此根据告警信息的内容，联动管理对象可以通过二进制的一定运算，在活动设备表中查找联动区域内其它相关的编号信息，然后将控制信息发送给系统管理对象。　　联动管理对象的主要算法设计如下:　　第一步，通过 equipment_id、warning_id 查询联动信息表，如果联动信息表中无对应信息则返回;　　第二步，根据 warning_id 的联动范围和联动信息表中对应的联动设备类型，在活动设备列表中查找相应设备的 equipment_id;　　第三步，对查找到的所有设备，分别将其 equipment_id 和联动表中对应的动作编码传递给系统管理对象。　　本集成平台的组件化结构设计方法，保证了其开放性、可重用性的特点，将来的应用模块和相应的子系统都可以通过统一的接口，加入到该系统中，进一步提高该集成平台系统的智能性和协同工作能力。 另外，智能集成平台上的信息可以利用完善的互联网，通过远程的服务器，以及 Web 的形式进行发布和管理。　　5 结束语　　智能大厦与综合布线集成平台是一个“1+1>2”的系统, 集成性是智能建筑成败的关键所在，智能大厦信息集成平台可以保证和提高建筑物整体的智能性。　　随着科学技术的发展，社会的进步，智能大厦必将越来越多，建筑物系统集成的需求也不断增加，如何解决异构的各子系统之间的协调和统一工作，是一个值得研究的课题。　　本文提出的这种新思路，是基于“计算机支持的协同工作”(CSCW)的集成模式，它采用面向对象的技术，对各个子系统进行封装处理，然后提供标准的接口接入该平台 ，实现了对新旧异构子系统的集成，使智能大厦的综合管理更加方便、科学。