智能小區安防系統的研究與設計-王文廣(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 入口控制、車庫管理、門禁一卡通、周界報警、視頻監控、樓宇對講與防盜門控制、住戶報警及保安巡更管理等層層設防,構筑起安全的壁壘。然而,由于如此眾多的獨立系統,往往需要多種產品集成,再加上不同廠家產品技術標準不同,互不兼容,形成分別布線、自成體系的現象,不僅造成資源浪費、施工復雜,而且用戶操作繁瑣,售后服務復雜,管理困難。由于各個提供商的安防系統基本上都是獨立開發的,而且在安防系統控制軟件的設計開發方面一般都沒有考慮多種安防設備之間的集成,這里主要是指和其他廠商的安防設備之間的集成。比如某開發商在開發其門禁系統時,就很武漢理工大學碩士學位論文少考慮和其他開發商所提供的周界安防系統的集成。本文提出了采用行業新興的BACnet標準來解決不同廠商的安防設備間的集成問題。,比較。本文對基于BACnet協議的智能小區安防系統作了概要設計,對BACllet的應用層做了較深入的研究,并做了相關的編碼實現工作。同時考慮了小區安防系統的網絡安全性能,主要研究與實現了基于PKJ的數字證書登錄技術。武漢理工大學碩士學位論文第2章小區安防系統關鍵技術概述BAet網絡通訊協議是由ASHRAE(美國暖通空調制冷工程師學會)發起制(美國國家標準局)的批準,由樓宇自動化系統的生產商、用戶參與制定的一個開放性標準,由ASHRAE學會綜合幾個局域網LAN的協議而制定的,他們盡可能采用了LAN網絡不同時期成熟的技術而制定的。1995年6月BACnet成為AsHRAEBS一90標準,并于同年12月成為美國國家標準,并得到歐共體的承認,成為歐共體的標準草案。BACnet協議自1995年正式發布以來,發展極為迅猛。2003年成為150國際標準。成員已發展到200家左右。功能也是逐年增加,從當初的18個對象,己經又增加了十幾個對象,包括生命安全方面、歷史數據、報警管理、總量、照明等。由于網絡及通訊技術的發展,業主對集成技術提出了更高的要求,要求建筑物自動化系統與高一級的企業管理系統加強聯系,提高管理效率。在信息管理網一級上互連,是解決不同廠家的自動化系統集成的方法。廠家可以按照BACnet標準開發與BACnet兼容的控制器或接口,可在這一標準協議下實現相互交換數據的目的。BACnet是可以實現不同廠家的樓宇自動化系統之間互連的通訊技術。例如要使某公司的一套系統與其它公司的一套系統進行通訊交換信息,即可通過BACnet把它們連成一個整體并在一個工作站上可以實現對這兩個系統的全部監控。BACnet以051七層模型為參考,結合建筑自動控制領域的需求,形成一個簡化的四層模型ll]:應用層、網絡層、鏈路層、物理層,如2一1圖:武漢理工大學碩士學位論文BACnet協議層次相應051層次BBBACnet應用層層BBBACnet網絡層層111508802一222MS汀PPPPTPPP助llTalkkk((()))))))))111508802一333ARCNETTTEIA一48555EIA一2322222(((:::::(R5485)))(R5232)))))應應用層層網網絡層層數數據鏈路層層物物理層層圖2一1BACnet簡化的四層模型BACnet應用層采用面向對象的思想將控制網絡中的設備進行抽象,將其分解成有限種類和數量的對象(object),使其對外提供一種統一的網絡可見接口描述。每個對象又用一些屬性(Property)來描述,這些屬性表示了設備的硬件、軟件及操作的各個方面[2l。在不需要了解設備內部情況和配置細節的情況下,通過對對象屬性的修改來實現對設備的操作。同時BACnet應用層又提供了一系列的服務,在這些服務中定義了訪問和操作設備中BACnet對象的命令,并定義了這些命令的格式和內容。BACnet應用層一共定義了35個標準的服務,并且將這35個服務劃分為六個類別[3]。這六個類別分別是報警與事件服務(AlarmandDentServiees)、文件訪問服務(FileAeeessServiees)、對象訪問服務(objeet劫eessserviees)、遠程設備管理服務(RemoteDevieeManagementServiee)、虛擬終端服務(VirtualTerminalServiees)及網絡安全性(Networkseeurity)。BACnet網絡層設計的目標是為了在BACnet網絡之間實現互聯時,能夠屏蔽各種異構BACnet網絡在數據鏈路技術方面的差異,并將報文從一個BACnet網絡傳遞到另一個(可能是異構的)BAet網絡l39。1。BAet規定任何兩個活動的節點之間在網絡中只能有一條路徑,所以大大簡化了路由的問題。網絡層主要提供網絡互連中的地址轉化,異構網絡互連,數據包分割等服務。物理層定義了傳輸介質的機械和電氣規程,數據鏈路層屏蔽了物理層各種傳輸介質的差異。對于數據鏈路層和物理層,BACnet協議一共提供了五種選擇方案,BACnet標準規定LONTALK與其他四種通訊方式并列為物理層、數據鏈路層的基本結構。BACnet采用的五種網絡通訊技術為:Ethemet、ARCnet、MS/TP、PTP、LONTALK。選擇多種網絡技術的原因是對于不同要求的系統采用不同的武漢理工大學碩士學位論文通訊速度和通訊量的網絡,采用不同的網絡技術適用于不同的要求。P仰(Point腸Point)是BAenet獨有的,由BACnet制定的通訊協議,它提供了通過Modem和電話線的聯網通信。采用現代Medem協議,也支持EIA一RS232標準直接用電纜連接,。MS/TP也是BACnet獨有的,使用E認一485標準,這是一個屏蔽雙絞線局域網,。AicNet是由DataPnini公司于1977年推出的。戶JCNet是令牌傳遞網絡體系結構,所以,AicNet網絡上的計算機要傳輸數據的話,必須首先獲得一個令牌。劫nTalk協議是劫nWOrks技術的通訊協議,關于功nV吸)rks技術介紹,請。Ethemet(以太網)在很大程度上跟IEEE8023相同,所以一般8023都代表Ethemet(以太網)。IEEE8023是IEEE(電氣與電子工程師協會)規定的總線型局域網協議。BACne班P協議在數據鏈路層還加入了對IP的支持,實現了BACnet與TCP八P的無縫連接。BACnet協議通過對多底層的支持,以實現不同物理層和數據鏈路層的互聯功能,從而適應在智能建筑中對不同的環境和通信速度的要求。在定義BACnet通信格式時,標準委員會選擇了面向對象的解決方案。BAet系統的所有數據使用“對象”,“屬性”和“服務”來表示ls]。這種表達數據的標準方法使來自于不同廠家的BACnet設備可以實現互操作。理解這種面向對象的機制是理解BACnet標準的基礎。BACnet系統的所有信息使用對象呈現。一個對象可以表示一個物理的輸入或者輸出點,也可以表示一個邏輯的控制點。每一個對象有一個標識(例如Al一1),BACnet系統通過該標識識別該對象[6]。對象通過它的屬性來實現監視和控制。例如,在BACnet系統中使用模擬量輸入對象(Al)表示該房間溫度。如房間的當前溫度為72攝氏度,那么Al對象的Present一vafue屬性值為72。Al對象的其它屬性傳達的更多的信息:單位屬性告訴系統這個值的單位是攝氏度,設備類型說明硬件是熱敏電阻,描述屬性說明該對象標識的是房間溫度。BACnet在2001版標準中定義了23個標準“對象”。如圖表2一2所示[7]:武漢理工大學碩士學位論文對象名稱模擬輸入AnalogInPut模擬輸出AnalogOutPut模擬值AnalogVahie數字輸入BinaryInPut數字輸出BinaryoutPut數字值BinaryValue時序表Calendar命令Command設備Deviee事件登記EventEnrollment文件FilC組GrouP環功OP多態輸入Mlllti一StatCInPut多態輸出Multi一StatCOutPut通知類NotificationClaSS程序Program時間表Sehedule應用實例傳感器輸入控制器輸出設置的閥值或其它模擬控制系統參數開關輸入繼電器輸出數字控制系統參數為按時間執行程序定義的日期列表完成諸如日期設定等操作由對象,服務用設備參數組成描述可能處于錯誤狀態的事件,或其它設備需要的報警,該對象可直接通知一個設備或利用通知類對象通知多個對象允許訪問設備支持的數據文件提供一個在單一讀操作下訪問多對象的多屬性提供訪問標準化的控制環表示程序的多態輸入表示程序的多態輸出包括一個設備列表,一個事件登記對象允許設備的一個程序開始,停止,裝載,卸載及報告執行狀態定義一個按周期執行的時間表圖2一2BACnet23個標準“對象”武漢理工大學碩士學位論文對象通過它們的屬性來實現監視和控制。BACnet定義了123個對象的屬性[8]。其中的三個屬性:對象標識,對象名稱,對象類型是每個對象必須的屬性。BACnet也需要特定的一些對象來支持一些附加的屬性。一些對象是可寫的,一些對象是只讀的。圖2一3列出了AnalogInPut(模擬量輸入)對象的屬性l0]。屬屬性性類型型是否可選選ooobjectldentifier(對象標識符)))BACnetobjeetldentifierrrYYYooobjectesName(對象名稱)))CharacterstringggYYYooobjectweType(對象類型)))BACnetobjectTyPeeeYYYPPPresentesValue(當前值)))REAIIIYYYnnnescription(描述)))CharaeterstringggNNNnnneviCeesType(設備類型)))CharaeterstringggNNNssstatusFlags(狀態標志)))BACnetstatusFlagsssYYYEEEventstatus(事件標志)))BACnCtEventstateeeYYYRRReli的ility(可靠性)))BACnetReliabilityyyNNNoooutofserviee(脫離服務)))BOOLEANNNYYYuuupdate_Interval(更新間隔)))UnsignedddNNNuuunits(單位)))BACnetEngineeringUnitsssYYYMMMinPreseeValue(當前最小值)))REALLLNNNMMMax一resesValue(當前最大值)))REALLLNNNRRResolution(分辨率)))REALLLNNNeeeo又herement(eoV增量)))REALLLNNN五五meeeDelay(時間延遲)))UnsignedddNNNNNNoti丘catio幾elass(通告類)))UnsignedddNNNHHHighLimit(高限值)))REALLLNNN助助wLimit(低限值)))REALLLNNNDDDeadBand(限制寬度)))REALLLNNNLLLimitEnable(限制使能)))BACnCtLimitEnableeeNNNEEEventEnable(事件使能)))BACnetEventTransitionBitsssNNN劫劫ked腸ansmission(狀態變遷確認)))BACnetEventTransitionBitSSSNNNNNNotiriyTypes(通告類型)))BACnetNotifyTyPeeeNNNEEEvent一me_stamps(事件時間戳)))BACnetARRAY【3]offfNNNPPProfileesName(外形類型)))BACnetTimestamPPPNNNCCCCCharaeterstringgggg圖2一3Analogxnput(模擬量輸入)對象的屬性武漢理工大學碩士學位論文從圖2一3中可以看出,AnalogInPut(模擬量輸入)對象是由“必選屬性”和“可選屬性”所組成。而且,作為“必選屬性”并不多,只要是能夠實現objectldentifier(對象標識符)、ObjectesName(對象名稱)、objecteeType(對象類型)、PresenteeValue(當前值)就可以作為最簡單的BACnet設備了。這樣的話,給我們在實際的樓宇設備中提供了非常多的便利。不同設備的對象中所包含的屬性也就根據實際情況進行不同的配置,復雜一點的設備,比如說支持COV報告的,就必須要加上CO又Inerement(COv增量),或者說其他的應用情況下,就按需配備。使得BACnet標準在不同的硬件平臺上都可以實現,保證了最大范圍的通用性,體現了作為一個開放性標準的“開放性”,任何的設備,只要是能夠完成最簡單的通信任務以及能夠實現最小的BACnet對象的樓宇設備都可以接入到BAenet網絡中l,0]。當對屬性進行讀操作或者寫操作時,這就是所說的服務。通過服務來實現一個BACnet設備從另一個設備獲取信息,向一個設備發出指令來執行一定的操作,或者讓其它的設備知道什么事件發生了。所有設備都支持的服務是Read一Pr叩erty服務。應用層定義了35個應用服務,并分為6個類別111]:l)ALARMANDEvENTSERVICES(報警與事件服務)2)Fx現ACESssERVICES(文件訪問服務)3)oBJEeTACEsSSERVICES(對象訪問服務)4)REMoTEDEVICEMANAGEMENTSERVICES(遠程