张丹育(同方数字城市产业本部， 北京 100083)

1 引言

在当今IT技术一日千里的时代，每天都在谈论着云计算、物联网、下一代网络NGN，不过这些貌似都该是IT精英们的职责，很难与智能建筑系统集成商联系在一起。精英们在以经济性、效率性及易用性等多个维度为坐标的空间里，将这条IP曲线无限上扬，不断地上演着一幕幕信息化产业巨变。从电话交换网络的日益衰败，我们可以看到通信网络的未来，很快将是“everything over IP”的世界。然而在当前的智能建筑领域，也来探讨IP统一承载，是否还有些言之过早？

然而，银行系统的安保主管抱怨说分行越来越多，图像调用、检索、回放越来越慢，各分行之间的设备大多不能兼容，系统扩展变得举步维艰；大型医院的院长前来咨询，是否能将一期门急诊、二期医技楼、三期病房楼的不同传输架构的弱电产品全部集成在一起协同工作；当大规模建筑园区的业主提出他们的困惑，如此多的单体建筑、设备、入驻单位，以及如此多的个性化需求，如何实现并进行灵活有效的运维管理等等。其实这些问题都指向了同一个关键点，即建筑智能化系统传统通信模式的变革时代，由工业总线网过渡到IP网络，由各系统传输独立组网到智能化业务统一融合承载的时代，已经到来了。

从时下互联网不可思议的成功中，我们完全可以获得启示──在通信承载网络设计上，简单有效的业务模型和灵活的物理层设计最具有生命力[1]。因此，互联网可以飞速蔓延到世界每个角落，越来越多的应用被承载在IP网络上，也促使着越来越多基于网络互联应用的新技术和新模式应运而生，进一步将互联网的用处放大到极致。下一代网络NGN已经被明确定义：泛指不同于目前一代的网络，而是以IP技术为核心，可以同时支持话音、数据和多媒体业务的、开放的和融合的网络。IP网络已经强大到谁也无法阻挡它渗透到各行各业每一个领域的脚步，当然，也包括建筑智能化领域。

IP网络在高带宽、经济性、协议开放和标准化等方面的突出优势，潜移默化地影响着建筑智能化系统通信网络的发展方向。上文提到的那些令业主和集成商头疼的问题，唯有通过一个数字化、模块化和高弹性的建筑智能化体系架构才可以解决，而支撑这个功能体系架构的通信平台，正是一个完全融合的IP网络。

2 融合的必然

确定了IP通信架构，自然就面临组网格局的选择，是各子系统单独组网，还是融合承载？

在建筑智能化子系统中，视频监控系统、楼宇控制系统及出入口控制系统等都是比较重要的子系统，其设备数量和成本均在整个智能化系统工程中占据较大份额。几年前，视频监控系统主要以模拟监控为主，摄像机与视频矩阵之间的传输链路采用星形敷设的同轴电缆，楼宇控制系统和出入口控制系统基于工业控制系统发展而来，所以控制器之间的通讯方式均采用工业总线，如C-bus、CAN、FF及Modbus等。建筑物内的智能化子系统各自搭建独立的物理通信链路来实现数据传输的模式，在实际工程中已经沿用了很多年。

如果智能化各子系统的通讯方式全部统一为IP模式后，仍然采用独立的交换和传输设备，不仅会增加网络的建设成本，还会因为设备数量的增多而增加运行维护的成本。尤其是对于现在的网络设备，如果用其强大的交换能力仅仅去承载一个只有几M甚至几百K流量的智能化子系统，这无疑是对网络资源的极大浪费，不符合绿色建筑的建设目标。2010年1月，国务院召开常务会议，决定加快推进电信网、广播电视网和互联网的三网融合。虽然建筑智能化IP网络融合并不是指电信、广电和互联网的融合，但它们在本质上是相同的，都是将多种业务流如视频、语音、控制数据等整合在同一个物理网络上进行传输，最终的目标也都是向全IP化演进。

“融合”的内涵是丰富的，它可以是一种趋势，也可以是一种技术实现手段，还可以是终端用户的体验。融合可以存在于网络层(物理层)、业务层，甚至是运营层。在建筑智能化领域，融合的含义同样是多层次的。随着建筑物规模的园区化、企业的全球化，他们必须要在信息资源上进行跨区域的整合、并要求已有通讯架构具备高度可扩展性，那么就需要一个互通互联的标准化通讯网络实现信息共享和即连即用，这属于信息应用层面的融合；随着建筑物内部弱电子系统越来越多，其传输方式林林总总，吊顶内、竖井内拥挤杂乱，同样需要一个统一的传输承载网来实现“绿色”通信，这属于物理通信平台层面的融合；物业公司作为建筑智能化系统的管理方，更希望面对的是一种完全整合的建筑智能化集成管理平台，简单清晰的设备架构，便于故障排查和日常运维，这属于管理层面的融合。而所有应用层和管理层的融合，最终都要依赖于“通信融合”这个基础平台。

目前，智能建筑行业产品的数字化技术已趋于成熟，随之而来的工作就是厂商们逐步将产品传输架构向IP网络移植，大部分厂商已陆续推出不同深度的、基于IP架构的产品和解决方案，并逐渐成为行业应用主流。在这个大前提下，建筑智能化系统承载网络走向融合，已经成为一种必然的趋势。

3 融合的难点

但是融合并没有那么简单。

由于计算机网络技术和IP技术发展太快，而且产品的研发和应用往往会先于标准规范的出台。因此，目前国内外还鲜有书籍和文献详细探讨建筑智能化的IP网络融合，对于建筑智能化各子系统的业务流量特征也没有任何量化的指标进行描述。建筑智能化专业中很多子系统传输的都是多媒体数据，与传统数据网不同，多媒体业务对网络带宽、延时、抖动和丢包非常敏感，更因为有些子系统(如紧急广播、门禁等)关乎建筑物内人员的生命财产安全，所以建设者和使用者会特别担心这些系统在其承载网络融合之后，能否被可靠传输。所以，要实现建筑物内部真正的“一网到底”，我们还有很多问题需要探究。

1)首先，大部分的集成商和设计院对于近几年涌入建筑智能化市场的IP产品其通讯的核心内容并不了解，即各厂家产品的IP通信处于哪个层级，究竟是采用简单的“隧道”技术(将原有非IP协议数据包通过PAD[2]转换设备进行IP协议包封装和拆装)，还是采用真正意义上的标准化IP体系架构进行成帧和传输管理，能否探知各厂家产品的流量特性，包括数据包大小、突发特性、流量路由、传输使用的端口、采用组播/单播方式等等。

2)其次，IP网络产生之初，就是个不确定性网络。传统以太网采用 “尽力而为”的服务模型以及FIFO的完全平等排队原则，在传输时延和抖动方面的控制非常有限，使得这么多年来传统以太网难以进入工业控制领域。建筑智能化中很多子系统都具有工业控制的“血统”，如楼宇自控系统、出入口控制系统、防盗报警系统……这些系统对数据的实时性要求高，对数据丢包敏感，而视频类信息流具有相当多的突变数组，比如多个I帧重叠，就好像是海浪，一旦在网络上突发，势必会影响到其他子系统的数据传输。由于担心网络出现拥塞，网络设计和配置时自然会考虑增加带宽，只要任何一条链路的可用带宽远远大于平均的通讯负载，设计者就可以高枕无忧了。可这违背了项目投资者的经济性意愿，也不符合我国大力提倡的节能环保基调。如何解决网络配置中“大马拉小车”的通病，设计一个经济合理的网络配置方案，是我们所面临的第二个问题。

3)最后，工程不是实验品，来不得半点差池，没有可靠的测量数据和实际应用案例，一定不能应用在工程上。由于智能建筑行业产品目前还处于模拟向数字化、总线网向IP网完全转型的过渡时期，大部分工程尤其对于视频监控系统规模较大的项目，仍采用各弱电子系统的IP网络单独组网的保守模式。虽然近期有一些智能化项目陆续采用统一网络承载的技术架构，但均因项目体量较小，无法向我们提供实际的工程数据支撑。加之建筑智能化系统众多，迄今为止，也没有任何一家厂商或集成商能够客观的提供各类业务流量的特征数据，以及统一承载后的传输质量评价数据。

基于上述现状，我们急需通过有效的实验测试，拿到量化的数据。

对于建筑智能化网络融合来说，如果网络不能够事先精确了解被承载系统的业务特征，那么基于排队、调度、带宽的QoS标准就不可能被建立。因为只有看清被承载对象的数据特征和业务功能特征，才可以通过有针对性的QoS保障技术，实现建筑智能化IP网络的可靠融合。然而建筑智能化产品大多为进口设备，国外厂商对国内工程商的常规技术支持往往都是差强人意，更不要说涉及产品深层次技术问题的支持了。“与厂商沟通难”是建筑智能化融合所面临的最大困扰。

要充分了解网络上被承载的对象，我们还需要借助网络厂商的支持，只有精通网络技术的厂商，才能为我们提供实现数据采集、数据分析和有针对性的网络模型部署。所以我们选择H3C公司作为建筑智能化设备IP网融合承载实践的合作伙伴，在对于智能建筑行业未来传输架构的发展趋势上，H3C公司与同方有着高度一致的观点，并认同论证的最佳手段就是实验。

4 解决方案初探

实验论证选取一个在建筑规模和使用功能上都较有代表性的实际工程(智能建筑领域最常见的办公楼)，我们将其定义为“典型应用场景”，并对所选取典型子系统的流量大小、流量特征进行深入分析。在此基础上，结合所选取的典型应用场景的规模、点位及用户使用需求特点等，完成相应承载网络设计；并通过1：1组网和流量模拟，在实验室搭建高度仿真的系统模型，通过对火灾报警广播、正常业务广播、视频集中调用、楼控系统实时状态及报警上传、门禁实时状态上传及异常报警等典型业务的模拟操作，测试各种业务场景是否完全正常运行，以证明所设计的智能化IP融合网络在统一承载能力、网络安全、流量优先级策略等方面的设计切实有效。

经过严格论证，制定了如下实验方法和步骤：

1)典型项目场景选取

2)典型应用系统选取

3)典型产品品牌选取

4)典型业务功能确定

5)模型化抽象、流量提取、设计与实验验证

其中第五步的具体实现工作方法为：

·需求分析

·流量采集

·方案设计

·方案验证

最终我们选取了同方股份有限公司在2009年中标的《中石油新疆乌鲁木齐大厦》这个实际工程案例作为联合试验的典型应用场景。实验中涉及智能建筑中五大子系统：楼宇自控系统、视频监控系统、出入口控制系统、背景音乐及紧急广播系统、多媒体信息发布系统。为保证研发项目实施方法的科学性，实验共分成两期，分步实施的目的是能够快速拿到阶段性成果并进行分析和纠错，从而让二期的实验更加有效，以降低实验能耗和风险。

同方作为集成商，在最佳网络融合实践中处于承上启下的位置，不仅要根据目前行业工程现状来把控典型应用场景的选取和智能化产品技术架构的选择，还要将建筑智能化各子系统的业务特性准确的传递给H3C的研发人员，并且整合第三方厂商资源为实验提供被测设备和深层次的技术支持，建立起智能化产品厂商和H3C之间的良好互动关系，保证整个实践每个环节的顺利实现。

网络最佳融合实践持续近一年半的时间，测试结果和预期大体一致。通过测试获得了所需要的各项信息，如：参与测试的厂商产品IP数据包的特征；参与测试的厂商产品通讯架构中的全部数据流向路径；建筑智能化子系统IP网络融合的需求分析方法；建筑智能化系统IP承载网络的设备配置方法以及建筑智能化系统IP承载网络的QoS控制策略部署方法等。据此分析出五大子系统对IP融合承载网络的需求，及同一承载网络下各自的优先级保障需求。

在测试完成之后，通过向未参加测试的主流厂商发放《需求分析模板》文件，获取这些厂商的一部分IP通讯数据特征，包括采用Cobanet、Bacnet/IP协议的产品，同已测试产品进行比对，以提高实验结论的通用性。本实践中所采用的典型应用场景原型——新疆中石油乌鲁木齐大厦项目，进入调试阶段后，也会提供实际的工程运行评价数据。

在测试中可以发现，目前网络厂商的产品技术和QoS控制策略比较完善，对建筑智能化网络的可靠融合是能够保障的。而对于参测的智能化产品来说，由于弱电系统网络融合还处于探索阶段，各弱电厂家的产品研发仍主要聚焦在其弱电功能实现上。传统组网中各弱电设备均是专网保障，无需考虑统一承载，所以弱电产品厂商对自身设备的网络特性关注较少，其数据IP化也缺乏规范，常常是为了IP而IP，导致一些弱电设备在传输中对网络资源的占用较大，或同一子系统中的不同业务数据流无法区分服务端口等等，均给智能化网络融合带来了一定的难度。但总体来说，这些问题都还可以通过VLAN、QoS保障策略来进行屏蔽，确保各业务的有序运行。

5 实践的意义

希望通过实验，能探究出不同子系统、不同品牌的产品，在IP通信层面的差异性和共性，以及网络平台对于建筑智能化系统的承载能力极限，用测试得出的量化数据对上述内容进行描述，进而触类旁通，形成系统的分析思路，最终提出不限于具体品牌的网络融合解决方案。由于实际工程项目不可能穷尽，厂商产品也不可能穷尽，没有也不可能找出一种万能的网络模型适用于所有建筑智能化项目，我们所希望的，是通过整个实践过程，找到分析和解决“建筑智能化统一承载”问题的方法，这才是本项目的主旨所在。只有学会方法，才能让系统设计人员面对不同的项目和不同的产品能提出有效的网络设计方案。建筑工程从来都有着高度的可类比性，虽不能完全复制，但可以进行类比分析，在ISO9000质量认证体系中，也明确指出“类比法”是建筑工程最常用的设计评审标准。所以掌握分析“网络融合承载”问题的方法，是这项网络融合实践的最大意义所在，而且随着实验的推进，测试数据的积累，经验的不断丰富，这种意义也将越来越凸显。

虽然在建筑智能化系统网络融合承载的道路才刚刚开始，但至少同方和H3C已经在这方面沉淀了大量的技术资料和测试数据。目前网络融合实践引起了很多业内专家的关注，GB50314《智能建筑设计标准》和GB50339《智能建筑工程质量验收规范》编制组成员还针对“建筑智能化网络融合”实验进行了专题的讨论，并且在GB50339《智能建筑工程质量验收规范》的新版修编内容中，已经引入建筑智能化设备IP网络整体规划的思路和检测规定。我们有理由相信，今天的一小步探索，会对促进和规范未来智能建筑领域的IP化发展起到很重要的作用。

任何一个小小的进步或是跨越，都不是一个人或是一组战略的功劳，而是来自整个团队的通力合作，而支撑我们克服所有困难、完成融合实践的最大动力，是我们对网络融合的坚定信念，所以在文章的最后，向项目小组每一位成员的辛苦付出致敬！

[1]美 Grenville Armitage.IP网络的服务质量—多业务互联网的基础[M].北京：机械工业出版社，2011.

[2]董春桥.智能楼宇BACnet原理与应用[M].北京：电子工业出版社，2003.