（检测技术与自动化装置专业论文）基于对象的系统集成模型研究及在智能建筑中的应用.pdf

摘要 智能建筑是信息时代的产物，是以计算机和网络为核心的信息技术向建筑行 业的应用与渗透。它与传统的建筑相比，具有作业流程更为有效，综合运行成本 更低，物业管理效率更高以及综合服务功能更强等优点。智能化已经成为当代建 筑发展的一个重要趋势所在。实现智能化的核心在于系统集成，目前在智能建筑 系统集成技术的发展已经比较成熟，出现了各种的集成模式。但是对系统集成的 研究还停留在独立的，偏重实用性阶段，没有给出一个通用性的、具有普遍指导 性的设计通则，。因此对智能建筑系统集成技术的研究，尤其是系统集成技术的 理论研究显得尤为重要和必要。 本课题的研究内容是针对智能建筑系统集成技术进行研究。本文提出一种基 于对象智能建筑系统集成的模型。该集成模型采用了面向对象集成的方法，分为 上下两层。在下层的子系统部分中，通过构造下层的子系接口统对象，与子系统 一起构成标准化的泛子系统。而上层平台则通过建立子系统对象与来下层的泛子 系统对象进行信息交互。这样，对于上层来说，这些标准化的泛子系统是可见的， 无异构的，从而屏蔽了子系统的异构性，从而可以在上层集成平台完成集成工作。 同时，该模型还力图通过采用标准化的楼字通讯协议，来实现集成的标准化。 在接下来的工作中，对该集成模型提出的集成模式在实际工程中的应用进行 了叙述和分析，在该工程中，针对一个安防系统与一个b m s 的集成，按照基于对 象的集成模型的集成模式，采用楼宇自控通讯协议b a c n e t 进行集成。根据b a c n e t 规定的通讯协议规程，通过构建出用于描述安防系统以及其内部属性的对象，根 据“读一写”的方式将安防系统的数据转变为b a c n e t 数据，最后实现安防子系统 与b m s 的集成。 关键词：智能建筑；系统集成；子系统； b a c n e t ；对象 一 童三些奎兰三兰堡圭兰堡丝圣： 。 a b s t r a c t a st h er e s u l to ft h ei n f o r m a t i o ne r a ，t h e i n t e l l i g e n tb u i l d i n g ( i b ) i st h e c o m b i n a t i o no fi n f o r m a t i o n t e c h n o l o g yw h i c h b a s e d m a i n l yo nc o m p u t e ra n dn e t w o r k t e c h n o l o g y c o m p a r e dw i t ht h ec o n v e n t i o n a lb u i l d i n g ，i bh a st h ea d v a n t a g eo f m o r e e f f i c i e n tw o r k i n gf l o w ，l o w e rr u n n i n gc o s t ，m o r ee f f i c i e n ti nb u i l d i n gm a n a g e m e n t a n dm o r e p o w e r f u l n o w ，b e i n gi n t e l l i g e n th a sb e e n am a i nb e n d o f b u i l d i n g s y s t e m i n t e g r a t i o ni st h ek e y t oi b ，b u tt h er e s e a r c ho ni bs y s t e mi ss t i l lo n a p p l i c a t i o na n d t h ei n t e r g r a t i o n t h em e t h o d so f s y s t e mi n t e g r a t i o na d o p t e d i ni bs t i l lh a v el i m i t a t i o n s ， s ot h er e s e a r c ho ni bs y s t e mi n t e g r a t i o n ，e s p e c i a l l yi nt h ei n t e g r a t i o nt h e o r y ，i s e s p e c i a l l yi m p o r t a n t a n dn e c e s s a r y t h e p r o j e c to f t h i st h e s i si st od os o m er e s e a r c ho ni bs y s t e mi n t e g r a t i o n ，t h i s p a p e rp r o p o s e sai n t e g r a t i o nm o d e lo fi bs y s t e mi n t e g r a t i o n ，t h em o d e la d o p t st h e w a yo fo b j e c to r i e n t a t e d t h em o d e l i s c o m p o s e do f t w op a n s ：，o nt h es u b - s y s t e m o b j e c t s o nt h el o w e rl a y e r i tc o m p o s et h es t a n d a r dc o m p o n e n t sw i t ht h es u b s y s t e m s a n do n t h ef l a tr o o f o nh i g h e rl a y e r , i tc o m m u n i c a t e sw i t ht h es u b - - s y s t e m s t h r o u g ht h es u b - - s y s t e mi n t e r f a c e t h es t a n d a r dc o m p o n e n t so nt h el o w e rl a y e ra r e v i s i b l ea n d u n h e t e r o g e n e o u s t ot h eh i g h e rl a y e r ，a n dt h u ss h i e l d i n gt h eh e t e r o g e n e i t y a n dt h em o d e lt r i e s t or e a l i z es t a n d a r d i z a t i o n b ya d o p t i n g s t a n d a r d b u i l d i n g c o m m u n i c a t i o n p r o t o c 0 1 b e s i d e sa c a d e m i ca n a l y z e ，t h i sp a p e ra l s op r o p o s e st h ea p p l i c a t i o no f u s i n gt h e i n t e g r a t i o nm o d e l i na c t u a la p p l i c a t i o n t h i sa p p l i c a t i o ni sa i ma tt h ei n t e g r a t i o no fa s e c u r es y s t e ma n db m s ，a d o p t i n gt h ei n t e g r a t i o nm o d eo f t h ei n t e g r a t i o nm o d e la n d b u i l d i n ga u t o m a t i o nc o m m u n i c a t i o np r o t o c o l b a c n e ti ni t w ec o n s t r u c t i n gt h eo b j e c to f t h es e c u r es y s t e ma n di t si n t e r n a lp r o p e r t i e sa c c o r d i n gt ot h ep r o t o c o lr e g u l a t i o n so f b a c n e t t h ed a t ao f t h es e c u r es y s t e mi sc o n v e r t e d t ot h ed a t ao f b a c n e t ，t h u sr e a l i z e t h ei n t e g r a t i o nb e t w e e nt h es e c u r es y s t e ma n db m s k e y w o r d s ：i n t e l l i g e n tb u i l d i n g ；s y s t e mi n t e g r a t i o n s u b - - s y s t e m ；b a c n e t o b j e c t i r 第一章绪论 第一章绪论 本章介绍了智能建筑的发展历程，以及实现智能建筑的核心技术一系 统集成的概念、关键技术，并对智能建筑系统集成的有关技术和发展现 状进行了分析。 1 1 智能建筑与系统集成 建筑是人类文明的产物，也是人类文明进步的一个重要体现。建筑 是艺术和科技应用最为广泛和最为活跃的领域，尤其是科技应用对建筑 的影响具有跳跃式的作用。在信息化时代，信息技术对建筑的影响更是 质的飞跃，智能建筑就是这一飞跃性影响的典型代表。 智能建筑( i n t e l l i g e n t b u i l d i n g ) 的概念最早是由美国人首先提出的， 1 9 8 4 年世界第一座智能大厦一美国康涅狄格州的c i t yp l a c e 大楼诞生， 从那以后，世界各地陆续兴建起许多的智能大厦，世界各地的智能建筑 方兴未艾。据有关方面统计，美国的智能建筑已经超过万栋，日本新建 的大楼中6 0 是智能建筑。我国的智能建筑的起步较晚，但是发展很迅 速。近年来在北京、上海、广州等大城市，相继兴建起许多具有相当水 平的智能建筑。如北京的京广中心、新华社办公大楼、上海花园酒店、 广卅中信广场、证券大厦等。【1 】 智能建筑是信息时代的产物，是以计算机和网络为核心的信息技术 向建筑行业的应用与渗透。智能建筑完美地体现了建筑艺术与信息技术 的结合。【2 1 智能建筑可以是一座智能化大楼，也可以是一个智能化建筑群，美 国智能建筑学会将其定义为：将建筑的设备、服务和经营等方面各自优 化，相互联系，全面综合并达到最佳组合，从而获得高效率、高功能与 厂东工业丈学工学硕士学位论文 高舒适的建筑物。智能化建筑的核心技术方法是系统集成。 3 】 系统集成( 又称系统功能集成) 就是将组成系统的若干个既相对独 立又相互关联的系统组成具有一定规模的大系统的过程，这个大系统不 是各个子系统的简单堆积，而是借助于各种集成技术把现有的分离的设 备、功能、信息组合到一个相互关联的、统一的、协调的系统之中。从 而能够把先进的高技术成果，巧妙灵活地运用到现有的系统中，以充分 发挥其更大的作用和潜力。 r l 智能建筑系统 l 电力 供应 与管 理于 系统 照明 控制 与管 理子 系统 环境 控制 与管 理予 系统 消防 报警 控制 管理 系统 保安 监视 与- 管 理子 系统 交通 运输 监控 子系 统 广播 监控 子系 统 图l i智能建筑内部各子系统结构图 ( f i g1 1 t h es t r u c t u r eo fs u b s y s t e m si n s i d et h ei n t e l l i g e n tb u i l d i n g ) 按照实现功能，智能建筑内部可以分为多个功能子系统，如图1 1 所示，系统中所采用的机电设备，通信设备种类繁多。这些以计算机为 核心的控制设备和系统控制功能强大而复杂，给智能建筑的发展带来很 大的困难，产生这个困难的原因在于各子系统相对独立，互不开放。要 实现对这些系统的综合管理，就需要相关的机电和通信设备和各个功能 子系统具有开放性和互操作性，各机电设备以及子系统和中央机能实现 相互通讯，而各楼宇控制设备生产商以及由他们组成的各个组织分别开 发了自己的通讯协议，且这些协议互不相容，这就给用户系统升级以及 第一章绪沦 维护造成困难。因此也阻碍了智能建筑的发展。为了更好地实现对建筑 物的智能化集中管理，需要应用系统集成技术。【4 1 1 2 智能建筑系统集成概述 1 2 1 智能建筑系统集成的内容与优点 智能建筑的核心技术是系统集成技术。智能建筑的系统集成要求具 有总体的信息的汇集和对各类信息的综合管理。智能建筑系统集成的目 标是以功能集成、网络集成和软件界面集成等多种集成技术为基础。运 用标准化、模块化以及系列化的开放性设计，以中央管理层、部门监控 层和现场信息采集与控制层组成的三级结构模式，通过系统一体化的公 共高速通讯网络，采用统一的计算机平台，实现信息、资源和任务的共 享，完成集中与分布相结合的监视、控制和管理功能。6 3 7 1 智能建筑的系统集成从集成层次上讲，可分为三个层次的集成。 9 】 第一层次为子系统纵向集成，目的在于各子系统具体功能的实现。 它主要完成各子系统自身的功能，典型的子系统有各个自动化设备子系 统，安防子系统等。 第二层次为横向集成，主要体现于各子系统之间的联动和优化组合。 在确立各子系统重要性的基础上。实现几个关键子系统的协调优化运行， 报警联动控制等功能。尤其是楼字管理系统( b u i l d i n gm a n a g es y s t e m b m s ) 的横向集成较为复杂。 第三层次为一体化集成。即在横向集成的基础上，建立智能集成管 理系统( i n t e l l i g e n tb m s ) ，建立一个实现网络集成、功能集成、软件 界面集成的高层监控管理系统。它构成智能大厦或者建筑物最高层的系 统集成。 智能建筑的系统集成结构框图如图1 2 所示。 广东工业大学工学硕士学位论文 智能建筑系统集成平台 结构化布线综合通讯系统 楼宇综合管理系统fi 通信自动化系统办公自动化系统 环境控制管理系统 安防系统ll 消防系统 空调通风控制系统l l 给排水控制系统l l 运输控制系统ll 电器控制系统 图1 2 智能建筑系统集成结构 概括起来，智能建筑系统集成的优点是：提高建筑的易管理性、易 维护性；节约能源、提高信息资源共享程度；提高管理效率、降低管理 成本；使设备运行多任务功能化，提高设备利用率，提高系统整体运作 的能力，获得更多的系统整体功能。从而实现智能建筑物总体优化的总 目标。例 1 2 2 智能建筑系统集成的技术关键 若简单地把系统集成理解成为主要解决网络集成、功能集成，则是 不全面的。实现智能建筑的系统集成，不仅表现在一些成熟技术的应用 上，如设备的传感技术、控制技术等，智能建筑作为一个复杂系统，许 多与决策、优化等有关的“系统”问题也会同时出现。 系统集成的关键技术工作在于建筑物内智能系统综合利用和优化， 即通过对各个时期不同用户的需求研究，实现系统的诸多目标，从而产 生与使用者需求相适配的系统集成解决方案：同时，系统集成的关键还 4 在于解决好面向多应用的子系统的结构研究和应用集成，特别是各子系 统之间的互连性和互操作性问题。 1 3 智能建筑系统集成技术发展和现状 智能建筑系统集成技术的发展是与智能建筑的发展和需求密切相关 的。其发展历程根据智能建筑的发展历程可以分为四个阶段：【9 1 单功能系统阶段( 1 9 8 0 1 9 8 5 ) ：在该阶段，各功能子系统孤立地运 作，独自完成各自的功能，比如闭路电视监控、消防监控、空调设备监 控等。子系统之间缺少协调和数据共享。系统集成技术处于起步阶段， 应用还比较少。 多功能系统阶段( 1 9 8 6 1 9 9 0 ) ：在该阶段，主要通过简单的系统集 成技术将部分原本独立的功能相近的子系统组成多功能系统，比如组成 综合保安系统、楼宇设备自控系统等，实现功能的集成，使子系统的数 目明显减少。 集成系统阶段( 1 9 9 0 1 9 9 5 ) ：在这一阶段的系统集成不再局限于功 能的集成，集成扩展到管理功能、通讯功能，实现更广范围的集成，实现 的集成系统包括楼宇管理系统( b u i l d i n gm a n a g es y s t e m ) 、办公自动 化系统( o f f i c ea u t o m a t i o ns y s t e n m ) 、通讯网络系统( c o m m u n i a t i o n n e t w o r ks y s t e m ) 等。 一体化集成管理阶段( 1 9 9 5 目前) ：系统集成工作以计算机网络为 核心，实现整个智能建筑系统的系统化，集成化与智能化运行和管理。 当前，智能建筑系统集成的发展已经比较成熟。从集成上看，智能 大厦已经从集成功能发展到集成系统和网络，从基于单机应用发展到基 于网络的协同应用，特别是基于i n t e r n e t i n t r a n e t 网络集成的应用。 从信息交互上来看，已经从简单的状态信息组合和基于监控的处理，发 展到基于内容的处理和融合，以及基于虚拟与多媒体技术的人机接口。 广东工业大学工学硕士学位论文 智能建筑系统集成在实际应用中主要采用四种集成模式：【1 1 1 2 1 ” 1 b m s 准系统模式 它是以b m s 为中心的集成模式，是目前得到比较广泛应用的一种模 式。通过开发和各种第三方系统的网络通信接口，将各系统的数据集成 自己的系统中去。网络通信接口的作用主要将第三方系统的协议转化为 b m s 楼宇级通信的主干协议，实现在该级网络的信息共享。这种方式很 容易实现对大厦内全部弱电参变量的定义和纪录。目前可用于建筑系统 集成的系统很多，比如：北京和利时的m a c s 系统、美国a b 公司的r s v i e w 系统、美国a c 公司的m a c a m 系统、美国w o n d e r w a r e 公司的 n t o u c h 系统、兰吉尔( l a n d i s & g y e r ) 的系统以及美国a l c 公司的w e b c t r l 系统 等。 但是这种方式也存在明显的缺点： ( 1 ) b m s 楼宇级通信网络的性能成为集成系统能否正常运行的关键。 由于目前b m s 级的网络通信速率还受到一定的限制。当建筑面积很大时， 弱电系统监控点很多时，如果全部的信息都要汇集到这条总线，就需要 考虑网络性能问题。 ( 2 ) b m s 网关只是对应于某一系统产品的某一型号，可集成的第三 方系统的数量极其有限。而且网关接口软件的开发完全依赖b a s 提供商， 开发费用会比较高，加重了用户的经济负担。 2 采用b a c n e t 或者l o n w or k s 技术 b a c n e t 和l o n w o r k s 是美国e c h e l o n 、a l e r t o n 等公司推出的新型控 制网络通信协议。它们是两种非常优秀的楼字集成技术，尤其是为集成 的标准化提供了一个很好的标准，目前它们正逐渐得到广泛的应用。但 是它们目前还多用于b a 系统，对于其它系统如消防、安防和c c t v 系统 仍需要开发网关，而且与其他系统集成还有一定的困难。 6 第一童绪诒 3 网络控制级采用以太网方式 目前新兴楼宇自控厂商陆续推出新一代以太网自动化产品，由其组 成的楼宇级通信主干为1 0 b a s e t 以太网。采用以太网的好处是标准统 一，易于集成和扩展，且速率较以往的系统大为改善。通过路由器还可 以实现远距离通信、远程监控管理。但是这种方式仍然有缺陷。从表面 上看任何功能子系统均可以通过以太网都和楼宇自动化系统互连起来， 但是如果子系统的通讯协议、数据结构不开放，楼宇自动化系统仍然不 能得到子系统的任何实质性数据，从而也就不能实现系统间资源共享与 相互协调操作。 4 采用数据库集成方式 即通过读取子系统的数据库系统来获得子系统的运行数据实现子系 统集成。这种方法比较简单，也可以部分地实现集成的目的。但是集成 实际上是一种“伪集成”，子系统的数据流向并没有真正地流向上层管 理系统，并没有实现真正的底层的数据交流。而且采用这种方式对子系 统的要求比较高，子系统必须保留子系统的管理主机，一旦子系统没有 数据库系统或者数据库系统不开放，则该种方式就不能使用了。 随着信息技术、计算机技术的发展，当前智能建筑系统集成技术的 研究热点主要有：构建智能大厦智能信息管理系统( i b m s ) ，实现智能 楼宇几大系统楼宇自动化系统( b a s ) 、办公自动化系统( o a s ) 、综合 保安系统( s m s ) 以及通信自动化系统( c a s ) 的在信息网络上的标准化 的集成技术和理论体系的研究。 经过近2 0 年的发展，智能建筑已经从单一的集成走向网络化集成。 但是对系统集成的研究还停留在独立的，偏重实用性阶段，从而使每个 工程都是根据不同的产品而设计，没有给出一个通用性的、具有普遍指 导性的设计通则。随着智能楼宇性能的不断提高，功能不断增加，对系 广东工业大学工学硕士学位论文 统设计的要求也随之提高。这就使系统集成技术的理论研究显出其重要 性。目前虽然出现了很多成熟的技术方案，但是这些研究大都集中在应 用层面，在理论上的总结和研究探讨相对还比较少。 1 4 本课题研究的主要内容 本课题是以一个横向研究项目为背景，针对目前智能建筑系统集成 的各种模式存在的不足，在理论研究的基础上，提出一种智能建筑的系 统集成模型，并将该模型的理论思想应用在实际的智能建筑的设计和工 程中去。提高了系统设计的效率和集成的规范性。 新模型的提出是基于对近几年智能建筑系统集成理论研究方法和成 果进行深入探讨的分析基础上，结合实际的工程工作经验，并对实际集 成技术进行理论性总结，对方案的改进和方法创新。 该集成模型采用了面向对象的集成方法，即通过构造下层的子系统 对象( 以及与子系统一起构成标准化的组件) ，而上层平台的子系统接 口对象使子系统标准化、组件化。这些标准化的组件对于上层是可见的， 无异构的，从而屏蔽了子系统的异构性，实现各子系统对象的信息交互。 同时该模型还力图通过采用标准化的楼宇通讯协议，来实现集成的标准 化。 本模型的特点是对象化，组件化和标准化，有效地解决对智能建筑 内部各个子系统实现综合管理的问题。在第三、四、五章，本文对一个 实际智能楼宇问题进行了分析。制定了安防系统集成的总体方案。同时 对实际工程所采用的自控产品和系统协议b a c n e t 进行了介绍和分析，并 对于实际的集成系统的设计方法和实现手段进行了详细的阐述。 董三耋董三塑圣墼塑! ! 垄垫至篁塞些堡型墼至塞 第二章基于对象的智能建筑系统集成模型 的研究 本章提出了一种基于对象的系统集成模型，以解决在智能建筑内部 多子系统分布式协同工作环境之下，各异构子系统集成与协同工作的方 法，给出详细的实现方案。 2 1 概述 智能建筑系统集成之所以存在着困难，就是因为各个子系统之间存 在种种差异。有功能的差异、通讯模式、通讯协议的差异、接口的差异 等。要实现集成，关键在于最大程度地消除子系统之间的差异。 目前对智能建筑系统集成的研究大都集中在应用方面，成就也比较 明显。但是对于理论研究的体系学说尚处在初期阶段。近两年也有一些 研究将重点放在子系统集成的理论方法上，提出了一些新颖的思想和系 统模型。 在文献【2 3 】中，作者采用“计算机支持的协同工作”思想，提出了 一种基于c o b r a ( 通用对象请求代理程序体系结构) 规范的多子系统 的集成管理模型。该集成管理模型设计的特点是基于组件的、标准的集 成系统，各个子系统以标准的接口组件模块加入到该集成平台中去，即 通过将各个不同的子系统进行标准化处理来消除子系统之间的差异。在 整个体系中，各个子系统管理各自的信息，而集成系统负责子系统之间 的信息交流与协调。在管理上，它采用c o b r a 作为分布对象管理系统 结构，使各个子系统组成一个多层次分布式协同工作系统。该模型的组 成核心是系统集成平台，集成平台担任系统管理者的角色，负责收集整 个系统的数据，处理与各予系统的通信，并能提供集中的决策和控制。 广东工业大学工学硕士学位论文 该模型对各异构子系统的集成和对子系统的综合管理提出了一个很好的 思路。但是，该模型对于子系统的描述不够，也没有全面分析子系统所 作的标准化处理。而且该模型体系结构比较复杂，在实际实麓中会有一 定的困难，最重要的是没有突出子系统之间的联动和协作，在上层平台 没有很好地体现出标准化集成的思想。 文献【2 4 中提出了一种智能建筑系统集成控制结构模型。该模型从 对控制的角度出发，将整个智能建筑系统分为 b m s 层和子系统层。i b m s 层类似于系统集成平台，也是对所有的子系统进行监控，负责从各个子 系统采集数据，监测子系统的运作。对于子系统，提出了把每个子系统 当成黑箱系统，即不考虑其实形态，而把其共性抽象出来，并且定义了 其数学模型。该模型对子系统的集成做了一个很好的概括总结，特别对 子系统作了比较详细的描述，尤其是建立子系统控制的数学模型。但是， 该模型只侧重于对控制功能的描述，对关键的“集成”则没有很好地描 述和体现，同样也没有体现出标准化集成的思想。 其它文献也提出了一些系统模型和集成方法，从系统的角度看，这 些模型都具有一个共同特点是：将整个智能建筑集成系统分为子系统层 和上层集成系统层，通过屏蔽子系统的异构性来实现上下层的集成。基 于这种研究思想，在对现有模型进行深入的分析结合事件工作经验和对 系统的充分的认识，我们提出一种新的基于对象的，组件的智能建筑系 统集成模型。 2 2 系统集成模型设计 2 2 1 系统模型总体概述 首先对几个概念进行定义。 定义2 1 ：子系统。所谓子系统就是整体系统的一个相对独立的组 成部分，它具备符合系统定义的要素，同时它具有自身的特征如：内部 1 0 第二章基于对象的智能建筑系统集成模型的研究 组成和内部运作方式，可以在一定程度上脱离甚至可以完全独立于整体 系统而单独完成特定的功能。 定义2 2 ：异构子系统。当子系统的内部组成结构( 如硬件组成、 通讯协议、数据传输方式等) 不同时，我们可以称之为异构子系统。每 一个异构子系统都是单独的功能单元，能够完成某个独立的系统功能。 定义2 3 ：同构子系统。指当子系统的内部组成结构相同的子系统。 定义2 4 ：泛子系统。不考虑子系统的实体形态，把它们的共性抽 象出来，构成一个新的子系统。称为泛子系统。 定义2 5 ：集成平台。是指在集成系统的上层开展集成工作的一个 软件平台，它负责对下层的数据进行处理，完成集成工作。 为不失一般性，我们可以将任何一个具体的智能建筑系统的物理性 和功能性屏蔽，而将它们的内部结构按照系统思想和信息走向进行概括 和广义化，这个广义的结构就是系统模型，它可以分为两部分：子系统 和系统集成平台。如图2 一l 所示。 图2 1一般的集成系统结构图 ( f i g2 1 t h es t r u c t u r eo fa g e n e r i ci n t e g r a ls y s t e m ) 通过集成系统的结构与相互关系进行阐述和分析。弓f 出面向对象的 系统结构。在面向对象的系统结构中，各子系统的管理系统通过接口模 块以对象的形式加入系统集成平台，它们按照上层集成平台制定的接口 定义和标准定义各接口对象模块，这样对于上层平台来说，这些子系统 都是泛子系统。集成平台通过这些接口模块与子系统进行通信和控制， 并根据从接口收到的相关信息协调各个子系统之间的工作。它的特点是 广东工业大学工学硕士学位论文 基于对象的，而且是组件化的、标准化。我们把该模型称为基于对象的 系统集成模型，或者是对象化系统集成模型。 2 2 2 模型总体框架 基于对象的系统集成模型的总体框架如图2 2 所示，其中上层的集 成平台担任集成系统管理者的角色，负责收集整个系统的数据、处理与 各子系统对象之间的通信，能提供集中的决策和控制。在下层是各个应 用子系统。上层平台通过接口对象与子系统对象连接，并且通过子系统 对象与子系统接口的对象之间的通讯实现上下层之间的信息交互。 2 3 】 图2 2 基于对象的系统集成模型的总体框架 ( f i g2 2t h eg e n e r a lf r a m eo f o b j e c ti n t e g r a t e dm o d e l ) 第二覃基于对象的智能建筑系统集成模型的研究 该模型的指导思想是：通过构造下层的子系统对象，与子系统一起 构成标准化的组件，而上层平台则通过子系统接口对象与子系统对象进 行信息交互。这样，对于上层来说，这些标准化的组件是可见的，无异 构的，从而屏蔽了子系统的异构性。 2 2 3 系统集成平台 系统集成平台分为三层：数据通信层，分析处理层，应用管理层。 1 数据通信层 数据通信层由各个子系统对象组成。它通常根据下层子系统的特性 和相关信息来构建出相应的子系统对象，通过使用这些子系统对象与下 层子系统的接口对象进行信息交互，完成最基本的通信功能，即通过子 系统对象来采集各子系统的状态、日志、报警以及数字或模拟信号等数 据；同时，上层发出的子系统控制指令也通过该层的子系统对象发送给 下层的子系统。 对于不同的子系统，子系统对象有不同的工作情况，以下是针对几 个典型的下层子系统，子系统对象的工作情况为： ( 1 ) 消防子系统 通过消防系统对象( f a o ) 来采集诸如系统内各个温度、湿度传感 器的位置，传感器的类别和当前的工作状态，以及发生报警时报警信息 和报警传感器的位置等的信息。同时还可对消防系统发出设定传感器工 作状态、报警后系统复位等相关的控制信息。 ( 2 ) 消防子系统 通过办公自动化系统对象( o a o ) 采集的信息包括：办公设备的位 置( 通讯端口的位置) 、工作状态等。对办公设备发出相关控制信息有： 锁定和解除办公设备的使用等。 ( 3 ) 安防子系统 通过安防系统对象( s a o ) 可以采集安防系统的系统事件、各个防 区事件状态以及防区报警信息等。发出防区布防、撤防以及报警时门禁、 c c t v 等系统的联动控制信息等。 广东工业大学工学硕士学位论文 2 分析处理层 分析处理层的主要作用是对数据通信层生成的对象信息进行分析和 处理。 分析的过程主要针对象信息的组成、来源、特性、数据传输格式以 及数据包含的信息等，根据分析的结果，系统做出相应的处理策略。例 如安防系统。对于数据通信层传送来的信息，分析该信息是哪个防区的 信息，然后根据信息的内容判断出该防区发生了什么事件，如果是非正 常的防区事件，就做出报警处理。 分析处理层在对对象信息进行分析之后再将对象信息进行处理。处 理的内容包括：将对象信息处理成符合上一层可以接受的格式或协议形 式的信息流。在这里可以进行标准化的处理。标准化的依据可以是事先 确定的通讯协议或者通讯格式，也可以是更上层的通讯协议或者通讯格 式，例如：b a c n e t 和l o n w o r k s 协议等。这样，不同的子系统对象生成 的不同协议的信息可以在该层得到“统一”，为进一步集成工作奠定基础。 3 应用管理层 应用管理层对分析处理层提供的信息进行进一步的集成工作。它由 用户接口对象和系统综合管理对象组成。 用户接口对象主要是面对用户，将整个系统的运行状态、运行参数 以及报警信息等显示给用户。这里的显示的形式包括图形显示，监控界 面、表格以及各种形式的报警等。其中监控界面是一种比较常用的用户 接口对象的形式，监控界面一般具有比较专业化的图形化表现形式，还 具有一些特定的功能，例如链接，界面切换等。其它的显示形式可以作 为监控界面的一部分或者和其一起配合使用，以达到更好的效果。 系统综合管理对象包括数据库管理对象、日志管理对象、系统事件 管理对象、系统状态管理对象以及系统联动管理对象等。各对象管理的 内容与其名称是一一对应的，各管理对象有各自的管理功能，同时在系 统的指挥协调之下。对象之间还互相配合协调工作。 系统日志管理对象负责各种数据的分析整理和过滤，生成报表和日 1 4 第二章基于对象的智能建筑系统集成模型的研究 志控制信号，并将有关信息写入系统的日志。由于整个集成系统是一个 动态的系统，尤其是下层子系统的信号会不断地触发各种事件，改变系 统的局部状态，系统事件管理对象负责对事件进行处理，对事件做出响 应，如需要，还会通知日志管理对象将某些重要的事件写入系统日志或 将响应的事件通知某个子系统。而系统状态管理对象则根据具体情况调 整系统的状态，如“正常状态”、“报警状态”等。同时，集成平台使用 数据库管理对象维护与管理一个数据库系统，综合管理系统内部的信息。 联动管理对象则负责协调管理调度子系统之间的联动工作。 集成平台可以根据需要选择要管理的子系统。它可以在对数据库内 的数据进行数据分析的基础上，提供系统的决策信息。一般地讲，由于 该层功能比较复杂，自行开发比较困难，因此常借助楼字管理系统( b m s ) 产品来实现该层。 2 2 4 子系统部分 子系统部分是该集成模型的重要组成部分。其中的子系统接口对象 应具有三个功能：封装、通讯和控制功能，即它封装该予系统的状态和 告警信息，使用定义好的标准的信息格式和标准接口与集成平台进行通 讯。另外它还可以接受集成平台的控制信息，通过子系统的文件、数据 库或a p i 完成控制功能。子系统与集成平台之间通过接口对象以对等的 关系进行交互，而不是以客户端和服务器的关系。由于子系统对象最大 限度地屏蔽了子系统的异构性，所以当子系统发生变化时，无需对。集成 平台进行修改。因此，我们可以将子系统与子系统接口对象看成是一个 泛子系统。这个泛子系统对于集成平台来说是非异构的。 定义2 6 ：对于任意以后子系统s ，加上当其加上子系统接1 3 对象 后构成的一个新的子系统，该子系统已经屏蔽了原子系统的异构特征， 成为泛子系统s ， 可以定黼髓怒 。 在式( 2 1 ) ，x ，y 为子系统s 本身的输入和输出，它与集成平台 无关。比如对于安防系统来说，x 可为红外探测器的报警信号，y 输出的 广东工业大学工学硕士学位论文 报警信息，h 为该子系统的特征量，如物理位置、网络i p 地址等，t 为 时间。x 为子系统需要与集成平台通讯的信息，厂即是对x 、y 、h 和f 这 些s 中的信息进行封装处理。封装的通讯信息x 输入给子系统接口对象。 子系统接口对象的输出为y = f 佃j ，f 即为标准化变换，通过f 将x 变 换成符合集成平台要求的标准化信息，其标准化变化包括集成系统所采 用的协议、信息帧的格式以及物理层链接方式等，f 实际上就是子系统 接口对象的实现过程，在下面的章节将详细叙述。通过这一系列变换， 异构的子系统通过子系统接口对象实现了同构化，所有泛子系统对于集 成平台来说都是标准化的，这样就可以实现其与集成平台的协同工作。 泛子系统结构图如图2 3 所示。 图2 3 泛子系统结构 ( f i 9 2 3t h es t r u c t u r eo fg e n e r a ls u b s y s t e m ) 2 3 标准化后的集成系统的工作过程 2 3 1 集成平台与子系统之间的协同工作过程 一般来说，子系统处于的工作状态变化有正常工作以及报警状态两 种，下面分别针对这两种情况，对集成平台中对象的协作过程进行描述。 ( 1 ) 当子系统的工作状态正常变化时。子系统接口对象判断是否需 要发送告警，如图2 4 所示。如果状态正常，则发送正常的状态信息给 6 第二章基于对象的智能建筑系统集成模型的研究 集成平台上构建相应的子系统对象，子系统对象再将标准化后的信息传 送给系统事件管理对象。系统事件管理对象将状态信息全部交给系统状 态管理对象进行处理。系统状态管理对象则将信息分别传送给日志管理 对象( 写日志) 、数据库管理对象( 记录) 及联动管理对象( 活动对象登记) 进 行处理。并送给用户接口对象进行用户显示。 ( 2 ) 如果子系统自身根据子系统的状态和告警信号判断有告警事件 发生时，它将告警设备的状态和告警类别传送给子系统接口，如图2 5 所示。系统事件管理对象接收到子系统对象传来的报警信息后，将告警信 息和状态信息分开。其中将告警信息发送给联动管理对象而把状态信息 传送给系统状态管理对象。系统状态管理对象则对状态信息进行处理， 处理过程同上。联动管理对象对收到的告警信息进行处理，并根据模型 库判断是否需要联动。需要联动时，联动管理对象将需要采取动作的子 系统设备及动作类型发送给系统事件管理对象，由系统事件管理对象负 责发送给指定的子系统。同时联动管理对象将联动信息发送给日志管理 对象和用户接口对象，分别进行日志记录和用户显示。 子系统接 口对象1 子系统接 口对象n 子系统 对象1 子系统 对象n 联动管 理对象 日志管理对象 系统事1 1 黼理h 薹竺竺耋卜哐巫 对象l l 篁堡堕塞l 一 用户接口对象 图2 4 子系统状态正常变化时的工作 ( f i g2 4t h ef l o wt h a tt h es u b s y s t e mw o r k s i nn o r m a lc o n d i t i o n ) 广东i _ 、i e 大学工学硕士学位论文 子系统 对象l 子系统 对象n 统事 管理 象 图2 5 子系统告警时的工作流程 日志管理对象 用户接口对象 ( f i g2 5t h ew o r kf l o ww h e n t h es u b s y s t e mh a sa l a r m ) 2 3 2 系统联动的实现过程 联动是指系统之间在某种统一的安全策略下协调一致行动的工作过 程。 2 8 1 实现系统间的系统联动也是实现系统集成的一个重要目的。 集成平台的联动管理对象在维护和管理系统的联动时，所有子系统 的设备都有其设备编号( d e v i c e i d ) ，所有告警也有其告警编号 ( a l a r m i d ) ，系统使用一张动态的活动设备表来存储d e v i c e i d ，在其中 子系统设备按设备编号顺序排列；一张静态的联动表来存储a l a r m - i d 。 工作时，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， 由于设备号中隐含有位置信息，而且在告警编号中也含有报警类型和联 动范围信息、因此联动管理对象可以根据告警信息，简单地用二进制运算 在活动设备表中查找联动区域内其它相关编号，然后发送控制信息给系 统事件管理对象。 具体的联动管理对象的运行步骤： 步骤1 ：通过d e v i c e i d 和a l a r m i d 查联动表，如果联动表中无对应信 息则返回； 步骤2 ：否则根据a l a r m i d 的联动范围和联动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d e v i c e i d 步骤3 ：查找到的所有设备分别将其d e v i c e i d 和联动表中对应的动 i 一态象 管象一 一状对 动对一 一统理 联理一 一系管 l一接。 统象一|濒豫 系粥一 一系对 子旦 一子口 第二章基于对象的智能建筑系统集成模型的研究 作传递给系统事件管理对象。 2 4 系统集成模型的实现 基于本集成模型，可以实现对建筑物内各子系统以及大楼物业管理 的信息集成管理和协同工作。在模型的各个组成部分中，子系统接口对 象和子系统对象是两个重要部分，它们实现最大限度地屏蔽子系统的异 构性，这也是系统集成实现的关键。整个模型实现的核心实质上也就是 子系统接口对象和子系统对象的设计与实现。 2 4 1 子系统接口对象的实现 子系统接口对象是接收对应子系统信息的接口，它的建立是为了将 来白子系统的有关信息变换成符合集成平台要求的标准化信息。 根据实际的应用情况的不同，子系统接口有以下几种典型的实现方 式： 1 协议网关：将子系统所采用的通讯协议转换成集成平台所采用 的通讯协议，如转换成b a c n e t 、l o n w o r k s 协议等。采取这种方式的关 键在于了解子系统以及集成平台所采用的通讯协议。完成转换之后，可 以真正实现两者的集成，集成效果好。但是若子系统的通讯协议不开放， 则采用该方式较为困难。 2 第三方协议网关：转换成第三方协议，以第三方协议为桥梁实现 子系统协议和集成平台协议的集成。比如转换为m o d b u s 协议等。很多 厂家都已经开发出第三方协议网关。如果直接把子系统的通讯协议转换 为集成平台的通讯协议时，可以考虑采用这种方式。这种方式关键在于 第三方协议的选择。若子系统的通讯协议不开放，也不宜采用这种方式。 3 解码方式：根据子系统的通讯协议先将子系统发出的数据信息进 行解码，将其中有用的数据信息部分分解出来，作为集成平台的输入， 在集成平台中再对这些数据信息进行处理。当可以由子系统取得原始数 据时，宜采用这种方式。这种方式相对于前两种方式，工作量较小，效 果也很好。但是对子系统的对外输出要求较高。 广东工业大学工学硕士学位论文 4 接口类型的转换：当子系统的对外输出接口不是标准的接口形式 或者不符合集成平台的接口规定时，需要进行接口的转换工作。如将非 标准的接口转换成为r s 一2 3 2 或者r s 一4 8 5 接口等。这种方式需要了解 子系统接e 1 的电气特性，但是如果子系统的输出接1 2 1 过于复杂，实现起 来也有一定的难度。 为了更好地说明子系统接口对象的实现方法，我们可以使用接口定 义语言( i d l ) 来对其进行统一描述。接口定义语言( i d l ) 是一种标准 的语言，为分布式或者基于组件的应用程序定义函数和方法的接1 2 1 。它 在像c o b r a 和c o m 这样的技术中使用得很多。在大多数情况下，i d l 对于用