主頁（http://www.130131.com）：智能化小區(qū)可視對講系統(tǒng)中控制網(wǎng)絡(luò)設(shè)計 1.引言隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，小區(qū)可視對講系統(tǒng)集成度越來高，首先實現(xiàn)了多門口機多管理機系統(tǒng)，接著集成了安防報警、小區(qū)服務(wù)及信息發(fā)布等功能。對講系統(tǒng)的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、信息化、智能化是樓宇監(jiān)控今后發(fā)展的方向，而對小區(qū)可視對講系統(tǒng)底層網(wǎng)絡(luò)的研究和實現(xiàn)是進一步提高小區(qū)智能化系統(tǒng)各項性能的關(guān)鍵。 2.小區(qū)可視對講系統(tǒng)中的控制網(wǎng)絡(luò)總線技術(shù) 小區(qū)可視對講系統(tǒng)在向綜合安全防范系統(tǒng)發(fā)展，功能包括訪客可視對講、住宅門窗安防、緊急呼叫、異常自動報警、出入口管理和信息服務(wù)等，要實現(xiàn)這些功能關(guān)鍵是控制網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)特性。目前可視對講中控制網(wǎng)絡(luò)常用的總線有Lonworks總線、CAN(ControllerAreaNetwork)總線及RS-485總線[1,2,3>等。 Lonworks總線成本比較昂貴，雖然兼容TCP/IP協(xié)議，但是并不能取代上層局域網(wǎng)直接掛接到INTERNET上。另外，它的仲裁方式?jīng)Q定了它會因數(shù)據(jù)的無限重發(fā)而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)的癱瘓，這使Lonworks與CAN相比優(yōu)勢并不明顯。 RS-485總線，是指一種標(biāo)準(zhǔn)異步串行通信接口。RS-485串行總線接口具有很強的抗共模干擾能力，允許一對雙絞線上的一個發(fā)送器驅(qū)動多個負載設(shè)備。RS-485總線沒有硬件通訊協(xié)議，其通訊協(xié)議完全依賴軟件支持，其數(shù)據(jù)的丟失率正比于總線數(shù)據(jù)的流量，其網(wǎng)絡(luò)不適合長期處于連續(xù)或長字串的收發(fā)狀態(tài)。但由于其在長線傳輸?shù)目垢蓴_能力以及傳輸速率方面的優(yōu)勢，485總線能滿足在單幢多層住宅中構(gòu)建智能網(wǎng)絡(luò)單元內(nèi)的數(shù)據(jù)傳輸要求。 CAN總線，又稱控制器局域網(wǎng)，是Bosch公司推出的一種多主機局部網(wǎng)。由于其卓越的性能，極高的可靠性，獨特靈活的設(shè)計和低廉的價格，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場控制、智能大廈、環(huán)境監(jiān)控等眾多領(lǐng)域[4,5>。CAN協(xié)議是建立在國際標(biāo)準(zhǔn)組織的開放系統(tǒng)互連參考模型基礎(chǔ)上的，主要工作在數(shù)據(jù)鏈路層和物理層[6>，用戶可在其基礎(chǔ)上開發(fā)適合系統(tǒng)實際需要的應(yīng)用層通信協(xié)議。CAN總線在數(shù)據(jù)通訊方面具有突出的可靠性、實時性和靈活性，不會因數(shù)據(jù)傳輸而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)癱瘓，其采用短幀結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)出錯率極低。 3.CAN＋RS458控制網(wǎng)絡(luò)的提出 本文設(shè)計的小區(qū)可視對講系統(tǒng)底層網(wǎng)絡(luò)模型，采用了“CAN＋RS485”總線的分層結(jié)構(gòu)�？紤]到可視對講底層網(wǎng)絡(luò)的主干通道要求傳輸較大數(shù)據(jù)量的信息，而CAN總線在有較大數(shù)據(jù)容量系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)方面的應(yīng)用有較強的處理能力和優(yōu)勢，所以CAN總線是構(gòu)成小區(qū)智能化系統(tǒng)底層網(wǎng)絡(luò)的較好解決方案之一。 但就智能小區(qū)而言，由于其節(jié)點相對分散而數(shù)量巨大（一般有數(shù)百到數(shù)千個不等），且單層CAN總線網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點容限為110個（在不加接續(xù)器的情況下），所以為了不使底層網(wǎng)絡(luò)過于復(fù)雜和降低成本，將底層網(wǎng)絡(luò)分成兩層：上層為CAN網(wǎng)絡(luò)層，下層為RS-485網(wǎng)絡(luò)層。這樣，既達到了節(jié)點數(shù)和節(jié)點的靈活性方面的要求，避免了單獨由CAN總線構(gòu)建的底層網(wǎng)絡(luò)的層次關(guān)系過于復(fù)雜，又利用了多主CAN網(wǎng)絡(luò)性能方面的優(yōu)勢，彌補了單獨的CAN底層網(wǎng)絡(luò)及RS-485網(wǎng)絡(luò)各自的缺點，充分發(fā)揮了兩者自身的性能優(yōu)勢。$Page_Split$ 4.CAN＋RS458控制網(wǎng)絡(luò)的改進 對于CAN＋RS458控制網(wǎng)絡(luò)，由于CAN有硬件通信協(xié)議，其通信性能和效率基本已經(jīng)穩(wěn)定，而RS-485的通信協(xié)議只能依靠軟件支持，同時RS-485的網(wǎng)絡(luò)控制能力不強，因此CAN＋RS458控制網(wǎng)絡(luò)的整體性能與RS-485網(wǎng)絡(luò)性能的開發(fā)和利用有密切關(guān)系。 對于RS-485多機通信模式，一般采用的是主從式多機通信本設(shè)計的改進之處在于采用另一種多機通信方式——對等式多機通信。 對等式多機通信與主從式多機通信的區(qū)別是主機不是固定在某一單機上，而是所有RS-485總線上的單機都可能成為主機，但是一次不可以有一個以上的主機同時存在。在這些單機中，只要有某一個成為主機，則其它單機就成為此總線上的從機。當(dāng)前主機完成工作后，自動退出主機模式，作為普通單機。當(dāng)單機需要作為主機時若此時總線上沒有主機，則可以成為主機；若此時總線上有主機則需要等待當(dāng)前主機完成工作后，才可能成為主機。 對等式多機通信雖然可以適應(yīng)靈活多變的住戶節(jié)點控制和通信,但是由于其控制原理是：當(dāng)485通信鏈路中有一個節(jié)點取得發(fā)送資格后，其它各節(jié)點都要等待足夠的時間長度，以此來避免多個節(jié)點同時爭奪發(fā)送資格，引起發(fā)送數(shù)據(jù)的混亂和系統(tǒng)工作的無序，因而對于等待時間的控制非常重要。等待延時控制方式一般有兩種：固定時間延時和動態(tài)延時。 對于固定時間延時是指當(dāng)檢測到當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)有節(jié)點間的通信，其它節(jié)點都固定延時相同時間，延時時間到后各個節(jié)點再爭取通信權(quán)。而動態(tài)延時是指當(dāng)某個節(jié)點取得通信權(quán)時，發(fā)送一個網(wǎng)絡(luò)廣播通知其他節(jié)點等待，當(dāng)通信完畢時再發(fā)送一個網(wǎng)絡(luò)廣播通知網(wǎng)絡(luò)節(jié)點通信結(jié)束，其它節(jié)點可以爭取通信權(quán)。 固定時間延時對于延時時間的控制不能做到準(zhǔn)確，它根據(jù)信息長短不同；而在延時時間控制方面，只能粗略的劃分為長信息延時和短信息延時。時間的粗陋估計對于網(wǎng)絡(luò)利用率是很大浪費，使系統(tǒng)資源浪費和網(wǎng)絡(luò)效率降低。對于動態(tài)延時，采用節(jié)點動態(tài)時間控制，達到了只要網(wǎng)絡(luò)空閑，則任意節(jié)點可以即時進行通信，所以網(wǎng)絡(luò)利用率高，但在網(wǎng)絡(luò)控制方面比固定延時要復(fù)雜一些。 下面通過分析多機網(wǎng)絡(luò)通信的網(wǎng)絡(luò)有效利用率問題來說明采用對等式多機通信的優(yōu)點： （1）對于主從式多機通信，其網(wǎng)絡(luò)有效利用率可以用公式（1）表示： 其中表示網(wǎng)絡(luò)有效利用率，N表示網(wǎng)絡(luò)中總共節(jié)點數(shù)，m表示網(wǎng)絡(luò)中排隊通信的總節(jié)點數(shù)，tm表示網(wǎng)絡(luò)排隊通信的第m個節(jié)點需要占用網(wǎng)絡(luò)進行通信的時間，tm求和表示網(wǎng)絡(luò)中所有等待排隊通信節(jié)點需要占用網(wǎng)絡(luò)的總通信時間。t表示網(wǎng)絡(luò)中非排隊節(jié)點被節(jié)點主機輪詢占用的時間，(N-1-m)t表示所有非排隊節(jié)點被節(jié)點主機輪詢的總時間。所以式中分子代表網(wǎng)絡(luò)被使用的時間，分母代表總時間,為網(wǎng)絡(luò)有效性因子，可見。 （2）對于對等式固定延時多機通信，由于采用的不是主從節(jié)點輪詢方式控制，非排隊通信的節(jié)點不會占用網(wǎng)絡(luò)資源，其網(wǎng)絡(luò)有效利用率可由節(jié)點的固定延時時間和實際通信時間來決定,可以用公式（2）表示： 其中t代表節(jié)點實際通信時間，T表示節(jié)點通信固定延時時間。$Page_Split$ 而T一般選取最大通信估算時間的2倍，而最大通信估算時間可能是實際通信時間t的1～10倍，當(dāng)T=2t時取最大值；當(dāng)T=20t時取最小值；所以的取值范圍一般在0.05～0.5之間。 （3）對于對等式動態(tài)延時多機通信，由于通信節(jié)點采用即時廣播通知獲取通信權(quán)限，可以近似認為在式（2）中T=t，所以近似為1。 通過以上分析和研究發(fā)現(xiàn)，小區(qū)可視對講系統(tǒng)底層控制網(wǎng)絡(luò)由于其節(jié)點關(guān)系復(fù)雜，通信方式多樣，故對等式多機通信比主從多機通信更適應(yīng)，而且通過對網(wǎng)絡(luò)有效利用率的分析研究，發(fā)現(xiàn)對等式多機通信中動態(tài)延時方式比固定延時方式更高效。RS-485各種通信控制方式的性能和特點對比如下表： RS-485通信性能和特點對比表 5.CAN＋RS458控制網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn) 小區(qū)可視對講系統(tǒng)最大的意義是為住戶提供一個先進、方便、安全、舒適的環(huán)境，在安防系統(tǒng)自身規(guī)范要求的基礎(chǔ)上，融合實際的調(diào)查研究結(jié)果，系統(tǒng)有以下幾個方面的功能需求： (1)系統(tǒng)由住戶單元、樓門單元、大門單元、中央管理單元組成。 (2)系統(tǒng)由4級控制組成：中央單元控制、大門單元控制、樓門單元控制、住戶單元控制。 (3)系統(tǒng)實現(xiàn)的功能有來客訪問、呼叫管理員、視頻監(jiān)控、信息發(fā)布、內(nèi)部呼叫、門口可視對講、安全防衛(wèi)、緊急呼叫。 (4)系統(tǒng)可以實現(xiàn)遠距離通信，必要時可加信號放大中繼單元。 (5)系統(tǒng)容量靈活可調(diào)。 小區(qū)可視對講系統(tǒng)中控制網(wǎng)絡(luò)要盡量降低網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性和建設(shè)成本�？紤]到可視對講底層網(wǎng)絡(luò)的主干通道要求傳輸較大數(shù)據(jù)量的信息，采用了“CAN＋RS485”總線的分層結(jié)構(gòu)。CAN網(wǎng)絡(luò)作為RS-485網(wǎng)絡(luò)的上層網(wǎng)絡(luò)使得整個控制網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性比單獨的CAN網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性大大增強，同時比單獨采用CAN網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點容量擴充很多，這種結(jié)構(gòu)對于可視對講控制環(huán)境很適應(yīng)。 可視對講系統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) (1)大門口機、N個門口機和CAN接口由CAN網(wǎng)絡(luò)連接。 (2)N個門口機由控制盒連接在485網(wǎng)絡(luò)上，485網(wǎng)絡(luò)上有N個住戶機。 (3)以太網(wǎng)連接上位機、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、TCP/IP接口。 6.小結(jié) 本文在研究CAN總線和RS-485總線的基礎(chǔ)上，結(jié)合小區(qū)可視對講系統(tǒng)需要實現(xiàn)的功能，設(shè)計并改進了“CAN+RS485”底層網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)了小區(qū)安全報警與遠程傳輸?shù)目刂葡到y(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。該控制網(wǎng)絡(luò)將能夠更有效的滿足構(gòu)建低廉、可靠的小區(qū)可視對講系統(tǒng)，實現(xiàn)小區(qū)安全防范、信息采集的要求。 (中國集群通信網(wǎng) | 責(zé)任編輯：陳曉亮) |
