【峰会演讲】耿望阳：基于物联网的智能建筑技术展望 

　　2014年12月11日，第十五届中国国际建筑智能化峰会广州站的活动在广州东方宾馆举行。本届峰会广州站分为A、B两场，A场主题为“智能建筑技术趋势论坛”，将由著名专家、知名品牌分别围绕现今的智能建筑创新技术与应用作精彩演讲，同时一起展望智能建筑新趋势与发展前景。

　　以下是华南理工大学建筑设计研究院教授耿望阳先生演讲实录：

　　华南理工大学建筑设计研究院教授 耿望阳

　　耿望阳：各位来宾，大家好!  

　　我是华南理工建筑设计研究院的，今天给大家讲一下基于物联网的智能建筑技术展望。物联网讲了很多年，这个事情怎么落地，都是大家在探讨的一个话题。刚才讲的云计算，要做数据中心，做超算中心，做探测，做标签，还有其他很多的探测手段，上级在物联网的概念里，对我们智能建筑到底有什么影响?对我们目前这些系统有什么样的影响，这个我觉得到目前为止还没有可以落地的东西，都是停留在探讨上去做，所以我今天也想来探讨一下这个问题。  

　　第一，物联网的定义，物联网顾名思义就是连接物品的网络，它的目的就是构建一个实现全球物品信息实时共享的实物互联网，它强调是实时共享，不是事后分享，是全球物品信息，这些信息包含了什么内容?实际上要做的事情就是让你所关注的事物，在任何地方、任何时候都能被你所监控，你想要马上能到你的手上来，而不是再去通过调研，通过考察才能了解它的信息，所以这里强调的是一个实时共享的一个实物互联网。对这个定义有多种解释，首先有一个IOT，按照国际电信联盟的定义，他讲是物联网主要解决物品与物品，人与物品，人与人之间的互连，这是现在讲得比较多的一个词。第二个是M2M，这是诺基亚提出来的，提出时间都是在2012年前后提出这个概念。诺基亚提出说是使设备、系统间的连接。  

　　从互联网到物联网的变化，首先是物联网，互联网是解决人和人之间的联系，物联网解决的是机器和机器之间的对话，当然这里面还会出现人与机器之间的对话。因此说到物联网这个阶段，实际上是从互联网发展过来的，这是一个基础。我们现在的技术来谈这个物联网的时候，应该是不能离开互联网的基础，广义的M2M包括三种主要通信方式，一是人对机器，主要完成用户向机器发送调节参数、控制命令，并由机器解释执行，实现遥控或远程监控等功能，这是人和机器之间的对话。二是机器对人，他是要向用户自动上报，通知消息或播放媒体流，比如说远程监控、监听、流量、远程报警等等。三是机器对机器，主要是用于机器间的自动化通讯和数据之间的交换，比如说自动测量、控制，数据采集与传输、状态跟踪，这是它的三个主要目的。

　　我们来看一下物联网，这里面包含几个要素，首先‘物’这怎么定义?物要满足以下提出才能被纳入物联网的范围，需要具备什么样的条件，要有相应信息的接收器，要发信息给他，还要有接收器，要有数据传授通路，要有一定的存储功能，要有CPU，它肯定有一些运算的东西。要有操作系统，安卓也是一个操作系统，要有专门的应用程序，数据采集、存储、上传。要有数据发送器，要遵循物联网的通信协议，在世界网络中有可能被识别的唯一编号。所以这个物要联上来，必须具备这几个特性才能连上来，这九个部分是必不可少的。所以我们看一下，这个物体是不是智能的东西，可以接到物联网上来，看它是否具备这九条标准。  

　　以后我们对智能设备的判定，它是不是智能设备，那要看智能是不是能提供九个要素，就像现在做智能建筑一样，比如说5A的。同样我们做智能网也是有标准的，不能被忽悠了，很多现在都是忽悠，我这个也是智能，那个也是智能，但是里面很多东西是没有的，所以有一些功能的具备还是不能完成所需要的功能。  

　　首先网的要求，第一个就是功能必须强大，必须可靠，如果不可靠，数据传了老是丢，那这个网是没有意义的，所以功能必须强大，必须有效的传输流量，提供冗余和故障快速恢复功能。可靠要通过什么解决，通过冗余解决，通过故障快速恢复解决，我曾经有一个项目，那个系统的设备过一段时间掉线了，掉线后就希望连不上了，那怎么办?到现场去再重启一下连上了。你要去现场重启，如果是物联网怎么去重启?所以这种故障的快速恢复这是它必须要具备的功能。当然冗余也是，所以这一套网的要求必须要满足这些条件，就是功能强大和可靠，用什么来判断，就是看这个网有没有冗余的功能，有没有故障快速恢复的功能，如果有，我认为这一张网是可靠的、合格的。  

　　下面我们看一下网的类型，目前智能化系统的网络结构，主要包括三种，我们讲的第一个是现场总线结构，十年前现场总线条一是统治控制的，包括监控，也有控制线对它进行控制，变焦或者是拉近、推远，都是通过控制实现的。现场总线从工业控制衍生引到楼控系统中，目前这是主流。  

　　现场总线+以太网结构，两层结构，一般以太网结构是管理层，比如说我的服务器、存储、工作站和下面的设备之间的连接，是通过以太网完成的。第二是总线，一般现在有几年了，大家有四五年时间，也慢慢变成主流。第三个就是全网络架构，所有的设备都是通过以太网连上的，这是全网的架构，目前能做到这一点的厂家还是非常少，所以刚才我们讲的物联网定义的时候就讲，必须是基于以太网的结构上，才是物联网，走总线结构是非常原始、初级的网络体系。

　　随着以太网技术的发展，智能化系统也在逐步形成。我们看看这个现状，对建筑智能化来说，建筑智能化网络体系包含了两方面，第一个是通讯方式，有两种形态，一种是无线的形态，包括了WIFI，包括了ZigBee、3G、4G、蓝牙、GPRS，还有有线通信，一个是现场总线的，同轴电缆、现场总线两种形态，所以这是它的通信方式，为为两种。  

　　通讯方式是它的物理方面，通讯协议是网上对话的机制，通讯协议也包括两种，第一种指的是自动控制领域各种控制协议，现在用得比较多的Modbus、C-bus、DALI等，这都属于自动控制领域。第二个是属于IT领域，所以一个是从对话机制来讲，需要有通信协议作为支持，从连接关系上、物理关系上，要有一个连接方式，通过什么方式连接，这是我们所需要做的，所要具备的两个条件。就目前智能化系统的现状来讲，智能化现在存在着多种现场总线并存，多种通信协议并存，互不兼容，所以我们一讲智能化系统，20几个子系统，有时候达到30多个子系统，每一个子系统采用的协议，一般都不一样。BA就有很多，还有很多私有协议，在这里面多种总线并存，多种协议并存，这就是一种异构系统。这样就造成了不同业务之间的信息互通与信息共享，形成网络信息孤岛的局面。基于这样的现状分析，我们要同构化，物联网要在以太网的平台上，基于互联网的平台上做一些事情，我就要把它做成同构化，不能异构化。同构化我们在智能建筑系统里，用集成实现同构。现在我们如果能把这张网基于以太网构建的话，我们就可以解决这种信息孤岛的问题，我们现在把以太网做在管理层，如果下沉，沉到社会层，就可以解决异构的问题，设备之间的对话就可以实现了，过去是不行的，比如说智能照明设备和BA系统设备之间可以对话吗?可以，它必须要通过组机反过来才能够实现设备之间的信息交互，所以这个如果万一这个上层结构、通讯总线出现问题，对话就不安全了。刚才讲的第一个问题冗余没有，因为总线结构，做冗余基本上不是这么做的，除此以外其他的系统很少有做冗余的。所以没有冗余的话，这种机制，这种放在机制就建立不起来。所以建立了以太网，一旦选择了以太网，基于以太网产品后，使用者就不需要担心受限于产品制造商专属的网络与协议架构，这样一来，进入同一个网络，始终不同形态的设备可以非常容易的接在一起，可以简化使用者的日常工作，这是目前的一个现状。  

　　我们来看看网络，第一个BA系统，过去BA系统分为暖通、给排水、照明等等，基本上由BA系统统网，所有都在这下面完成这个工作。随着分工细化，逐渐BA系统分为LonWorks为、BACnet。定理监控系统、智能照明系统、能源管理系统，所以把BA系统分为四个子系统，有时候更多，这四个子系统又走的不同的现场总线，把本身完整的系统分割了，造成了之间的互通带来的困难，这是它的一个分化情况。  

　　这些系统基本上都是各个生产厂家基于不同的现场总线和通讯协议构建，不具有互换性，每部署一种功能，就意味这需要新搭建一个通讯平台，不同系统之间的设备交换信息，必须经过上位机跨平台才能实现，实现这些总线的兼容性和互操作非常麻烦，限制了用户使用需求的扩展、升级、维修和更换。  

　　我们对空间的设备管理，比如说这样一个会场，服务同一区域的设备有很多，包括烟感、照明、湿度、温度，可能还有安防的，门禁，视频监控、防盗报警这些系统，一个区域里的设备很多，但是都立足于不同的子系统，这些子系统之间，如果一旦不通，数据共享就实现不了，要做什么联动也是不可能的。我们希望看看服务于这个系统的区域设备，到底有多少种?他们需要进行信息交互或者是联动控制的要求有多少种，我们可不可以不通过上位机就在本地能实现互相的信息交互和控制，这样的话就解决了物与物之间的对话。  

　　首先我们看在刚才我所讲的环境参数要展开，还有人机交付界面有很多种，安全设备有门禁、传感器、探头、烟感、摄像机，对空调有VAV、VRV、风机监管。还有建筑能耗，电量、水量、冷量。办公设备，插座、打印机、饮水机、电脑。这是交换统一实现信息交互，统一进行一些相关的计算，我们讲的是分布计算、分布存储，就是刚才讲的物的定义里讲到了存储和计算。如果能够做到这一点，就可以解决刚才所定义的物联网，对物的定义和网的定义可以做到。  

　　我们再看网络结构，我们建立这一张网一定和IT有关系，不可能是我们自己专业解决的问题，网络拓扑，这是一张新型的网络拓扑结构，核心层、汇聚层、接入层，有单线的，有新型的。这也是一种新型的拓扑结构，刚才是没有冗余的，这个有冗余的，做网一定要做冗余，否则这张网不安全、不可靠。这种三层结构，核心汇聚所做的，可靠性提高了。这是两层结构，从核心到接入，比刚才那个可靠性又提高了一些，一旦接入哪一条链路断了，接入不了。刚才讲的新型结构的三种来说，最可靠的一定是这一层，一定从核心到接入，全网是做运营的，这是最好的一种安全性问题。  

　　第二种结构是环网，目前用在工业上，甚至有光纤的双环网结构，这是单的环网结构，100兆的光纤，这也是冗余的结构，任一条芯断了后，可以从另外一边连通上，所以它的可靠性也是比较高的。如果我们做了双环网结构就不用了，可靠性提高了一倍。刚才讲了两种，一种是新型结构，一种是环型结构。  

　　这是环网技术，现在有二层环网技术，跟过去的结构不太一样，传统的环网技术，MSTP、RRPP等，最近出了一些新的环网技术，包括SPB的结构，还有最短路径桥接法，这种可靠性非常高。这是一个数据中心二层次环网结构，我们在这个机位里放一交换机，现在数据中心基本上开始了很多的结构，这种结构在每一个柜的交换机做一个节点，是透明的，只负责解决路由和交换。节点之间可以通过40G、80G、或120G端口互联。这是一个展开的图，现在讲数据中心的结构基本上是这样的结构，每一个节点和相邻结构之间是120G的连接。任何一个节点出现故障，可以通过其他的节点沟通，所以这个就提供了一个网络的可靠性。  

　　我们来看一看，这个对我们有什么影响，首先这个网可以很方便的进行扩展，这是向上扩展，这是一个云的架构，云的架构就是根据需要可以不断的扩展，这种结构具备了扩展能力。所有的服务器，接在这个节点上，就组成了云的体系，其中我们把这个节点的形式叫云交换体系，这是云存储，磁盘贞烈，接在每一个节点上，任何一个节但都可以接，服务器接到每一个节点上，我们叫云计算的结构，这是IT里数据中心的应用。一个房间，我们把它看成一个节点，就是一堆服务器，来替换所有的服务器。加一个工作站进行管理，把每一个节点放在每一个房间，节点负责接这个房间的所有设备，通过有线的互联解决互联的问题，通过无线的方式解决智能设备的接入问题，最后形成的一个架构，就是这么一个架构，一个感知层可以把所有的智能设备，通过有线或者无线网络接进来。无线网络就是WIFI，无线局域网，这是一种比较大规模的低功耗、低成本的架构，现在基本上很多系统都在向这方面走，加上以太网的结构解决互联的问题。  

　　第二层结构是网络层和计算层，在网络层和计算层里，解决连接问题、计算问题，截点中具备路由交换和计算功能，可以进行分析和数据处理，比如说我每一个节点上，我只要有一个节点发起一个请求，我要统计整个建筑的能耗，每个节点先把自己这个房间的能耗统计出来，然后我可以进行汇集，可以很快的算出整个建筑的板块。刚才讲的二层管网，还有无线接入的问题，一个是以太网，一个WIFI，已经用到802.11ac了，今后的发展应该是基于这样一种模式，以太网+WIFI+ZigBee的方式。  

　　谢谢，我就讲这么多。