探究建筑设备物联网中无线网络的设计与实现

石洪巍

（中国联通西安市分公司，陕西 西安 710065）

0 引言

在城市化建设背景下，我国逐渐开始建设智能建筑，其和传统建筑相比，具有诸多优势，且经济效益可观。最近几年，随着我国通信技术、控制技术、微计算机技术、多媒体技术的不断发展，智能建筑技术也在不断的进步。现阶段，在建筑各楼宇自控子系统之间可以实现关联，可以完成远程控制和多个子系统操作任务。虽然智能建筑技术降低了建筑能耗，提升了楼宇智能化水平，但是仍然存在一些问题。无线网络，具有节点部署方便、网络维护简单、无需布线等优势，并且成本和功耗相对较低，因此，我们可以在建筑设备物联网中，对无线网络进行设计和实现，进而有效促进智能建筑的长期稳定发展。

1 建筑设备物联网中无线网络的优点

无线网络技术应用至建筑设备物联网中，促进智能建筑无线网络系统的发展。智能建筑网络系统运用有线网络技术开展通信工作，其综合布线工作是十分复杂的，而且扩展性不理想。在楼宇设备物联网中的，运用无线网络就可以解决有线网络无法解决的问题，且无线网络节点在部署、维护等，均比有线网络更简单，因此可把该网络更好运用至智能建筑物内。

伴随物联网技术在建筑领域的应用不断加强，物联网技术为智能建筑的发展提供了重要的保障，在技术方面的支持十分有力。物联网技术也是未来建筑在发展中所要使用的创新型技术，该技术目前正在不断优化。物联网技术将各种建筑设备组合成一个复杂的无线通信网络系统，形成通信与计算相结合的复杂无线网络。建筑设备物联网可运用无线传感器网络系统在建筑设备中运用。建筑设备物联网的网络拓扑结构主要由无线网络以太网组成。在功能上，通过物联网无线传感器节点获取建筑室内二氧化碳和温度的数据参数信息（这些信息是非常重要的），并通过无线网络发送到管理控制中心和管理控制中心系统，由管理控制中心接收数据每个节点模块，并以SQL数据库的形式存储数据。建筑设备物联网通过无线网络技术物联网技术实现对建筑设备的远程控制和管理，实现智能建筑节点的数据访问。

通过无线网络的设计和实现，可以提供给建筑设备物联网一个底层硬件平台，在平台中可以实现数据采集与执行控制命令，可以对有线通信面临的问题进行有效解决，可以对智能建筑技术发展需求进行满足。在建筑设备物联网中，对无线网络进行应用具备以下几个优点：第一，在建筑物初期设计、建造、使用时，通过无线网络，可以避免复杂的综合布线设计和繁琐的布线施工，还可以对后期的维护费用进行降低。第二，通过无线网络，所有无限节点都可以在无线网络信号覆盖区域中的任何一点，加入到网络中，不会被有线网络信息点位置固定的限制所束缚[1]。第三，如果利用有限通信网络，因为其可扩展性相对较差，建筑设计人员在设计工作中需要对建筑未来发展需求进行全面考虑，需要对相应的信息点进行预留，致使建筑中存在大量利用率较低的信息点。在后期进行使用时，如果需求超出了当初的设计，便需要重新进行布线。而通过无线网络，可以有效减少或避免出现上述情况。第四，由于受到建筑自身功能与结构的影响，一些部位无法进行布线，利用无线网络不会碰到该问题。第五，在建筑使用时，有可能出现调整功能区域，或者是出现自动化系统升级改造情况，这时如果利用的是有线网络，需要对传感器与执行器位置进行重新设施，需要消耗大量的人力和物理；而通过无线网络，可以有效控制成本[2]。

2 建筑设备物联网中无线网络的选型

在建筑设备物联网中，无线网络属于底层硬件平台，是系统实现的基础。因此，需要根据智能建筑的特点，挑选合适的无线网络。在通信频率方面，可以挑选433MHz，其具有较好的信号穿透性，不容易受到阻碍物影响，适合用再建筑中；并且成本相对较低，该频段不需要申请ISM频段，有助于推广产品和降低成本，并且该技术利用的射频芯片技术较为成熟，价格较为便宜，对于微处理器要求相对较低，而且该技术协议较为简练，可以有效降低开发成本与时间；该通信频率功耗也相对较低，传输速率是9600bps，在满足应用的基础上，较低速率可以节能无限节点，其利用的无线射频芯片采用的是低功耗技术，在空闲时可以进入到睡眠模式；具有较大的网络容量，可以利用16位网络地址，可以容纳65536个无限节点，可以完全适用到智能建筑中[3]。在网络拓扑结构方面，可以挑选基于区域分簇的网络结构，在该结构中，以物联网节点为核心，主要负责和维护无线网络，并且担当所在区域的簇头。中继节点提供数据路由服务，并且可以经过一定算法当选所在区域的簇头；终端节点主要负责采集数据和执行控制命令。该无线网络拓扑结构和其他相比，更加适用于智能建筑中，具有较高的网络稳定性，且核心节点工作负担较低、路由开销相对较低，设计较为简单。

3 建筑设备物联网中无线网络的设计与实现

3.1 无线模块节点设计

在建筑设备物联网中，无线收发芯片与微处理器组成了无线模块节点，其中微处理器属于核心部件，在对微处理器处理速度进行选择时需要结合无限阶段的需求来进行。通常情况下，微处理器低功耗都是经过多种工作模式来实现的，我们可以利用软件的方式，调整微处理器工作模式，进而对功耗进行降低。结合实际需求，在微处理器芯片设计方面，可以集成度合适的芯片，这样不仅可以降低设计成本与难度，还可以对芯片设计周期与开发周期进行缩短。在设计与选择无线节点时，可以利用较高性能、成本较低、功耗较小的微处理器芯片，如ARMCortex-M4，其处理速度可以实现26MHz，闪存可以实现66K，SRAM内存可以实现9K，该芯片中集成复位电路、RC振荡器等功能。

此外，针对无线收发芯片，在设计时应利用小体积、管脚数量较少的电路板芯片，这样不仅可以节约空间，还可以保证芯片丰富的硬件功能，进而有效提升无线网络的安全性。在实际设计中，可以利用CC1200无线收发芯片，其功耗较小、成本较低，其可以实现在443MHz频段工作，并且内部集成了调至解调器与接受发射机等。

3.2 传感器与执行器模块节点的设计

无线传感器模块节点，其主要是采集建筑内部温度与二氧化碳等环境信息数据，因此需要由相应功能传感器来完成采集不同信息数据，传感器节点主要由无线节点模块与传感器组成，执行器节点主要是控制建筑内用电设备，其由无线模块与执行设备相互结合组成[4]。在传感器节点与执行器节点软件工作流程中，需要加电节点，初始化节点后，和无线网络对接，在传感器节点接入到网络后，读取传感器采集的数据值，并把采集到的数据根据数据格式进行包装，发送给目的节点，目的节点在对数据包进行接收后进行响应，把回应帧返回给传感器节点，然后传感器节点在确认接收到回应帧后，对数据包发送，发送成功便完成了一个周期工作。执行节点工作原理主要是在加电后连接网络，对控制命令的送达进行等待，在对控制命令进行接收后，对相应操作进行执行，经过物联网节点船体，达到执行器节点，在完成命令后进入到休眠状态，对下一次控制命令进行等待，进而实现唤醒。

4 结束语

总而言之，在新时代背景下，在建筑设备物联网中，进行无线网络设计和实现是非常重要的，不仅可以有效降低电力能耗和成本，还可以有效促进建筑设备物联网的发展。现阶段，由于受到多种因素的影响，建筑设备物联网中无线网络的设计与实现还存在一些问题，严重阻碍了智能建筑的发展。因此，在实际工作中，我们需要给予无线网络设计与实现足够的重视，并结合实际情况，通过科学合理的手段，挑选合适的无线通信频率和无线网络拓扑结构，并以此为基础，对无线网络关键技术进行研究，进而高效完成无线网络系统软硬件设计与集成，把其更好的应用到实际中。