物联网智能楼宇解决方案的架构设计优化研究

许倩

摘 要：随着当前我国物联网等各种现代信息技术的不断发展，建设智能楼宇也成为现阶段建筑产业的一大发展目标。为了有效增强智能楼宇的智能水平，需要将其积极与物联网进行相互整合，并不断优化物联网智能楼宇解决方案的架构设计，从而更好地为住户提供智能、高效、便捷的优质服务。在这一背景下，文章重点针对基于物联网的智能楼宇解决方案的架构优化设计进行简要分析研究。

关键词：物联网；智能楼宇；架构设计；设计优化

虽然眼下在我国智能楼宇领域中，物联网的应用已经较为广泛，并且二者之间的融合程度也在不断加深。但由于我国目前在智能楼宇以及物联网方面的技术水平较为有限，因此也在很大程度上限制了物联网智能楼宇解决方案架构设计的进一步优化。本文通过对此展开相应探究，旨在通过优化基于物联网的智能楼宇解决方案的架构设计，在有效控制成本提升设计成效的基础上，推动物联网智能楼宇实现可持续发展。

1 物联网智能楼宇的现状

由于通信协议多种多样，智能楼宇各系统也相互独立且彼此之间存在一定差异性，因此，使得各系统与各楼宇将难以集中、统一进行数据分析处理与存储，智能楼宇中存在信息孤岛的情况，并且需要工作人员单独运行和维护各系统，大大增加了投入成本，同时也使得相关工作人员的工作量也相对较大。另外，虽然当前已经有部分智能楼宇通过运用物联网技术，将内部的门禁系统、报警系统等与建筑大门以及其他设备进行有效连接，从而可以对智能楼宇内部与外部环境进行智能调节。

2 物联网智能楼宇解决方案的架构优化设计

2.1 架构优化设计思路

针对当前物联网智能楼宇现状，本文在对其解决方案架构设计进行优化中，尝试采用分层的设计理念，设计包括应用层、接入层、平面层等。其中智能楼宇中各终端设施设备如空调设备、新风系统等以及其他控制系统设备统一集中在感知层。在传输层中主要通过利用楼宇驻地网以及互联网等为智能楼宇数据传输以及通信管理提供便利。在接入层中，设计智能楼宇物联网接入网关，实现统一接入、协议转换以及上传。而在平面层中，设计包括设备与权限管理、日志管理、人脸识别、视频分析、数据挖掘等众多应用功能。

2.2 智能楼宇系统架构

2.2.1 接入层

本解决方案在接入层的优化设计中，选择将物联网智能楼宇接入网关作为该层最为重要的设备。主要目的在于根据当前智能楼宇前端接入设备协议多种多样的现实情况，物联网接入网关从而有效保障接入设备协议的通用性，使得各智能楼宇前端设备与系统之间可以互联互通，用户能够切实根据自身实际需要对设备系统进行灵活调整使用[1]。在优化设计中，智能楼宇前端设备通过有线或无线通信与设备模型进行相互连接，在设备模型中涉及众多接口与通信协议，包括ZigBee，Modus，BACnet，LonWorks等。而暖通空调、安防门禁、消防与灯控系统、电梯系统等则统一位于应用逻辑中。将各种协议设备模板设置在物联网接入网关内，可以为各协议设备数据向标准软件组件进行转换提供便利。

2.2.2 平台层

本解决方案中平台层负责统一分析处理基于物联网的智能楼宇的各项信息数据，并为其他业务系统、上层应用程序对数据信息的调用提供相应的访问接口。在平台层设计中，一方面保留其现有的基础功能，包括设备接入与管理、安全管理、权限管理等，另一方面，为有效提高智能楼宇的智能化水平，还将支持大数据分析、人工智能等相关服务组件引入其中。通过充分发挥此类服务组件的优势特性，使得平台层可以有效为智能楼宇上层应用提供高效处理各种信息数据的优质服务，例如大数据分析、视频分析、语音识别等。

2.2.3 应用层

本解决方案在应用层优化设计中，智能楼宇将结合具体系统功能进行科学的应用分类[2]。如对车辆与人员进出控制、火灾探测与报警、视频监控等将被统一归为安全防护类应用，而对智能楼宇的电气设备控制、能耗统计分析以及周围环境监测等则将被统一归至智能楼宇的绿色节能类应用。包括访客管理、发布信息、公共广播等在内的其他应用则一并被划分至智能楼宇的高效便捷类应用中。在智能楼宇监控系统中，则主要通过使用云计算技术，将云计算应用依次分成服务应用层、云平台支撑层、数据采集与传输层。

2.3 应用部署模式设计

2.3.1 本地部署

考虑到平台数据服务器并非全部部署在相同的位置上，因此，本文在进行物联网智能楼宇解决方案架构设计的优化过程中，将同时运用以云为基础的远程部署思想和本地部署设计思想。在本地部署中，设计将平台层数据服务器以及智能楼宇本地管理中心全部部署在本地，同时运用Internet/移动通信网络，提供对外开放的远程访问互联网接口，方便工作人员对单一物联网智能楼宇进行实时管理。

2.3.2 远程部署

本文在优化设计物联网智能楼宇解决方案的架构设计中，尝试于第三方云服务平台中部署平台层服务器。此时通过利用Internet访问服务器，无论是智能楼宇本地管理中心还是远程移动管理客戶端，均可以根据自身实际需要随时调用和访问智能楼宇各系统设备的相关数据。以物联网智能楼宇监控远程解决方案为例，其主要通过运用边缘计算的方式，如借助当前较为先进的敏捷物联网关和敏捷控制器产品，搭配使用物联网中间件技术平台，在与大门传感器、智能监控装置等设备进行有效连接后，利用强大的边缘计算能力与开放架构的物联网关，在对监控数据进行实时采集的基础上，借助云计算平台对其展开深入分析和数据仿真，便可以帮助工作人员随时掌握智能监控设备各性能参数，从而在有效了解楼宇整体运行情况，对其进行有效监控管理的同时，也能够提前预判楼宇可能存在的安全隐患[3]。

3 物联网智能楼宇解决方案架构优化设计性能测试

3.1 用户

为了有效验证本文提出的物联网智能楼宇解决方案架构优化设计方案，具有较高的应用价值，在依照相关规范要求完成测试组网环境布设，将接口机与安防系统、视频系统等进行规范连接后，在测试用户登录性能时，选择采用并发测试的方式对100名用户且每名用户登录10次展开测试，并对服务器CPU以及内存使用等进行认真观察。根据测试结果可知，在100名用户且每名用户登录10次的并发情况中，平均每次访问的响应时间为280 ms，错误数目为零，访问平稳。

3.2 平台模块

由于本解决方案中设计的平台模块相对较多，因此，本文选择以查看网关日志为例，在测试中同样采用并发测试的方式对100名用户且每名用户查看、访问10次网关日志管理页面展开测试。要求在测试中对测试工具输出等进行认真观察。而根据最终的测试结果可知，在100名用户且每名用户查看、访问网关日志管理页面10次的并发情况下，平均每次访问的响应时间为250 ms，错误数目为零，访问平稳。而在压力测试中，TOMCAT进程MEMORY内存占用为1.5 G。

3.3 接口访问

在其他测试条件不变的情况下，模拟100名用户且每名用户访问10次页面，每页只调用一次接口的并发测试。根据最终的测试结果可知，在100名用户且每名用户10次并发下，平均每次访问的响应时间为210 ms，错误数目为零，访问平稳。而在压力测试中，TOMCAT进程MEMORY内存占用为1.5 G。整体来看，本解决方案可有效满足数据量较大、高并发且访问时间较长时的工作需求，平均页面访问耗时不超过3 s，用户等待时间较短，而CPU与内存的占用率基本控制在60%左右，因此，证明本解决方案具有较高的应用性。

4 结语

通过本文的分析研究可知，在对物联网智能楼宇解决方案的架构优化设计中，以传统3层架构为基础，在与智能楼宇的实际需求、具体特点等进行有机整合下，将接入层与平台层引入其中，使得物联网智能楼宇各系统、设备之间能够实现互联互通与融合管理。同时经过一系列性能测试，证明该解决方案具有较高的有效性与应用性，值得在智能楼宇领域中得到广泛应用。

[参考文献]

[1]黄宏聪，齐鹏飞，郑青松.基于物联网的智能楼宇综合管理系统架构设计[J].智能建筑与智慧城市，2018（12）：89-91，96.

[2]王鸿彬.基于Android的智能楼宇系统设计与实现[J].电脑知识与技术，2017（29）：174-175.

[3]张超.基于物联网的智能楼宇安全监控平台架构及访问控制研究[D].北京：北京邮电大学，2016.