物聯(lián)網(wǎng)在智能建筑安全防范系統(tǒng)中的應用

　　摘　要：針對傳統(tǒng)智能建筑安全防范系統(tǒng)在布線、功能、可靠性等方面存在的問題，采用新興的物聯(lián)網(wǎng)安全防范系統(tǒng)設計方法，對安全防范系統(tǒng)的感知層、網(wǎng)絡層、應用層進行了合理的配置，同時應用無線傳感器網(wǎng)絡、無線射頻識別和互聯(lián)網(wǎng)等技術，設計了一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術的智能建筑遠程安全防范系統(tǒng)從而有效地解決了傳統(tǒng)安全防范系統(tǒng)中存在的問題。

　　關鍵詞：物聯(lián)網(wǎng);智能建筑;安全防范系統(tǒng)設計;互聯(lián)網(wǎng)

　　0　引　言

　　智能建筑技術是指通過建筑物的結構、設備、服務和管理，根據(jù)用戶的需求進行最優(yōu)化組合，從而為用戶提供一個高效、舒適、便利的人性化建筑環(huán)境。它是傳統(tǒng)建筑與新興信息技術結合的產物，通常包括五個子系統(tǒng)(即5A系統(tǒng))：BAS(Building Automation System，樓宇自動化系統(tǒng))、CAS(Communication Automation System，通訊自動化系統(tǒng))、OAS(Office Automation System, 辦公自動化系統(tǒng))、FAS( Fire Automation System, 消防自動化系統(tǒng))和SAS( Security Automation System,安全防范自動化系統(tǒng))。其中，SAS是根據(jù)建筑物的使用功能、建設標準及安全管理需要，綜合運用電子信息技術、計算機網(wǎng)絡技術、安全防范技術、自動控制等技術構成的先進、可靠、經(jīng)濟、配套的安全技術防范體系，是智能建筑系統(tǒng)的一個主要子系統(tǒng)，它關系著人們的生命與財產安全。安全防范系統(tǒng)(以下簡稱安防系統(tǒng))主要針對以下兩個

　　方面進行防護和防范：一是防止人為的破壞(如非法入侵等);二是防止自然災害的破壞(如火災、煤氣泄漏等)。隨著人們安全防范意識的進一步增強和對建筑物智能化水平要求的不斷提高，傳統(tǒng)智能建筑安防系統(tǒng)在布線、功能、可靠性以及維護等方面的問題也越來越明顯。

　　信息技術日新月異地發(fā)展，與建筑智能化技術融合也不斷深入，特別是近年來，物聯(lián)網(wǎng)技術的興起，為智能建筑安防系統(tǒng)的實現(xiàn)提供了新的思路與更理想的解決方案。

　　物聯(lián)網(wǎng)是多種通信手段融合的一種新興網(wǎng)絡，已對傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)進行了延伸和擴展。物聯(lián)網(wǎng)中的物體可以通過嵌入其中的智能感應裝置、射頻識別(RFID)裝置、紅外感應器、全球定位系統(tǒng)(GPS)等信息傳感設備，按約定的協(xié)議與互聯(lián)網(wǎng)相連，最終形成物與物、人與物之間的自動化信息交換與處理的智能網(wǎng)絡。用戶可通過電腦或手機等終端實現(xiàn)對物體的識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理。

　　1　傳統(tǒng)安防系統(tǒng)的不足及物聯(lián)網(wǎng)技術的優(yōu)勢

　　物聯(lián)網(wǎng)有三個特征：一是全面感知，它可利用RFID、傳感器和二維碼等隨時隨地獲取物體的信息;二是可靠傳輸，可通過各種電信網(wǎng)絡與互聯(lián)網(wǎng)的融合，將物體的信息實時準確地傳遞出去;三是智能處理，利用云計算、模糊識別等各種智能計算技術，對海量數(shù)據(jù)和信息進行分析和處理，對物體實施智能化的控制。將物聯(lián)網(wǎng)技術應用于傳統(tǒng)智能建筑安防系統(tǒng)

　　具有以下幾個方面的優(yōu)勢。

　　1.1 布線優(yōu)勢

　　傳統(tǒng)安防系統(tǒng)在建筑物內的布線方式可以采用電話線、總線、電話線、專線等多種方式，但其總線容量大，集成度高，對線路敷設、抗干擾、總線隔離技術要求等。對于智能家居來說，在家庭內部可共用總線，但在各個家庭間不適合用同一根總線。電話線不需要額外布線，但電話線帶寬窄，容易產生信號堵塞，且不適合傳輸圖形、圖像等信號;專線信號傳輸性能

　　好，但安防系統(tǒng)包含的子系統(tǒng)較多，各子系統(tǒng)均采用專線，則布線繁雜，增加了施工和維護難度。另外，對于舊建筑改造，以上幾種布線方式都存在改造工作量大等問題。

　　物聯(lián)網(wǎng)中的無線傳感器網(wǎng)絡技術能有效解決上述問題。基于無線傳感器網(wǎng)絡的安防系統(tǒng)布線不受建筑物本身的限制，可以按照需要方便地接入各種無線傳感器，從而為設計、施工、維護以及改造提供了極大的方便，同時也節(jié)約了大量的布線材料，在人們不易到達的地方或危險的區(qū)域布置，更是具有得天獨厚的優(yōu)勢。在各傳感器中設置RFID(無線射頻識別)裝置，可實現(xiàn)對傳感器的識別與定位。

　　1.2遠程監(jiān)控的實現(xiàn)

　　傳統(tǒng)的安防系統(tǒng)將各種安防探測器信號集中至管理中心(如大樓保安管理中心或小區(qū)管理中心等)，由中心的智能管理設備或值班人員對這些信號進行監(jiān)控與聯(lián)動處理。這種結構僅局限于建筑物或小區(qū)內部實施安防，而無法滿足遠程監(jiān)控的應用場合，如智能家居中的遠程監(jiān)控等。

　　物聯(lián)網(wǎng)技術為獨立的安防網(wǎng)絡與幾乎無處不在的互聯(lián)網(wǎng)建立起溝通的橋梁，安防管理人員或者住戶本人可以隨時隨地通過各種終端(計算機或手機)對建筑空間進行主動監(jiān)控、當發(fā)生異常情況時，報警信號能夠及時發(fā)送給監(jiān)控者或住戶本人。

　　1.3傳感器的智能化

　　目前智能建筑系統(tǒng)中的各種安防子系統(tǒng)(如門禁、視頻監(jiān)控、火災報警等子系統(tǒng))之間相互獨立，而且所采用的傳感器絕大多數(shù)功能單一，沒有智能化。例如，對非法入侵檢測的紅外線探測器，只要監(jiān)測到紅外信號，無論是否確實為非法入侵，都會產生報警信號;視頻監(jiān)控攝像機只具有攝像功能。這樣，雖然在報警后，各系統(tǒng)之間能夠產生相應的聯(lián)動，但在產生報警信號方面，彼此之間沒有配合。物聯(lián)網(wǎng)技術中的每個傳感器都是一個智能化的節(jié)點，具有信息采集、數(shù)據(jù)處理和通信三方面的功能。它不僅可以使傳感器本身具有智能處理數(shù)據(jù)的功能，而且可以將各種安防子系統(tǒng)組織在一起，形成具有智能聯(lián)動的系統(tǒng)。如紅外探測器節(jié)點檢測到報警信號后，首先經(jīng)過節(jié)點本身數(shù)據(jù)處理模塊對該信號進行判斷，以判斷其是否符合非法入侵的紅外信號特征，同時可經(jīng)通信模塊與視頻監(jiān)控節(jié)點聯(lián)動，由攝像機采樣報警部位的圖像，然后對其進行圖像分析，進一步確認是否滿足非法入侵圖像特征，最后決定是否產生報警。這樣就可以有效減少或防止誤報警的產生。

　　1.4網(wǎng)絡可靠性優(yōu)勢

　　在傳統(tǒng)的布線方式中，如果總線出現(xiàn)故障，那么，這條總線上所有的監(jiān)控設備都將處于癱瘓狀態(tài)。而物聯(lián)網(wǎng)的無線傳感器網(wǎng)絡各節(jié)點地位平等，通過分布式算法可以協(xié)調彼此的行為，實現(xiàn)自動組網(wǎng)。由于消除了中心節(jié)點，因而具有很強的健壯性和抗毀性。無線傳感器網(wǎng)絡各節(jié)點的通信是利用中間節(jié)點的轉發(fā)，形成網(wǎng)絡的多跳路由，而不是由專用的路由設備(如

　　路由器)完成。因此，即使個別節(jié)點出現(xiàn)故障，其他節(jié)點的通信仍然可以依靠彼此維持，從而提高了網(wǎng)絡的可靠性。

　　2　基于物聯(lián)網(wǎng)技術的遠程安防系統(tǒng)結構

　　通常物聯(lián)網(wǎng)應用系統(tǒng)可以分為三層：感知層、網(wǎng)絡層和應用層。感知層主要是識別物體，采集信息;網(wǎng)絡層主要是信息傳遞和處理，實現(xiàn)通信與互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡融合;應用層則是物聯(lián)網(wǎng)與行業(yè)專業(yè)技術的深度融合，其與行業(yè)需求結合，實現(xiàn)行業(yè)智能化。下面以一個基于物聯(lián)網(wǎng)技術的智能家居遠程安防系統(tǒng)為例來介紹其系統(tǒng)結構，其系統(tǒng)結構框圖如圖1所示。

　　圖1　智能家居遠程安防系統(tǒng)結構框圖

　　由圖1可見，該智能家居遠程安防系統(tǒng)由三部分組成。其中，家庭無線傳感器網(wǎng)絡、互聯(lián)網(wǎng)、監(jiān)控終端依次對應物聯(lián)網(wǎng)的感知層、網(wǎng)絡層、應用層。家庭無線傳感器網(wǎng)絡由設置于家庭內部的各種安防傳感器、家庭智能網(wǎng)關組成。安防傳感器一般包括玻璃碎裂傳感器、門窗防盜監(jiān)測模塊、嵌入式攝像機、人體紅外探測器、感煙探測器、燃氣泄露傳感器以及報警按鈕等。各傳感器均作為無線傳感網(wǎng)絡的一個節(jié)點。傳感器節(jié)點組成框圖如圖2所示。其中傳感模塊由于完成對現(xiàn)場環(huán)境的監(jiān)測;MUC微處理器為該節(jié)點的控制中心，MCU可采用單片機或DSP等實現(xiàn);RF射頻通信模塊負責無線信號的發(fā)射與接收，同時可為該節(jié)點定義一個網(wǎng)絡中唯一的身份編碼。無線網(wǎng)絡組網(wǎng)方式采用Zigbee網(wǎng)絡協(xié)議實現(xiàn)。Zigbee是一種新興的近距離無線組網(wǎng)技術，由節(jié)點群組成面向任務的分布式網(wǎng)絡，可通過各類微型傳感器對信息目標進行實時監(jiān)測。智能家庭網(wǎng)關處在智能家庭網(wǎng)絡的中心位置，是通信、決策、報警的核心。其主要功能有兩個：一是對布防在家庭中的各個安防節(jié)點進行環(huán)境數(shù)據(jù)采集和處理;二是通過GSM/GPRS模塊將報警信號提交到網(wǎng)絡層以實現(xiàn)遠程通信。

　　圖2　傳感器節(jié)點組成框圖

　　網(wǎng)絡層是家庭無線傳感器網(wǎng)絡和外界的通信橋梁。它一方面可以通過GSM/GPRS網(wǎng)絡直接向用戶手機發(fā)送報警、現(xiàn)場信號或者接收用戶的控制命令;另一方面可以將現(xiàn)場信息發(fā)送至互聯(lián)網(wǎng)的服務器。常用的監(jiān)控終端包括手機和連接在互聯(lián)網(wǎng)上的計算機，用戶可以通過在其上運行的監(jiān)控軟件實現(xiàn)各種各樣的監(jiān)控功能。

　　3　物聯(lián)網(wǎng)亟待解決的問題

　　雖然將物聯(lián)網(wǎng)技術應用于智能建筑的安防系統(tǒng)具有顯著的優(yōu)勢，但由于其仍處于初期發(fā)展階段，所以也存在一些迫切需要解決的問題。

　　首先是節(jié)點電池能量、計算能力和存儲容量有限等問題。物聯(lián)網(wǎng)中的無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點會受到體積的限制，所以其存儲空間、通信帶寬都比較有限，而且節(jié)點需要持續(xù)供電，目前大多節(jié)點產品只能靠配備電池供電，因此，其使用周期受到嚴重制約。

　　其次是物聯(lián)網(wǎng)對網(wǎng)絡的容錯能力要求高的問題。傳感器網(wǎng)絡具有很強的異構性，節(jié)點的增加、刪除或失效較多，從而使整個系統(tǒng)呈現(xiàn)高度的動態(tài)性，這對無線傳感器網(wǎng)絡的通信算法提出了很高的要求，特別是對于安防系統(tǒng)這種對可靠性要求很高的應用場合。

　　另外，還有信息安全問題。一方面，基于物聯(lián)網(wǎng)技術的安防系統(tǒng)在建筑物內部大多借助無線傳輸，這種暴露的信號很容易被竊取，也容易被干擾，這將直接影響到系統(tǒng)的安全;另一方面，物聯(lián)網(wǎng)將建筑物內部的安防監(jiān)控系統(tǒng)連接到開放的互聯(lián)網(wǎng)中，在引入了互聯(lián)網(wǎng)的眾多優(yōu)點的同時，也引入了互聯(lián)網(wǎng)中的安全隱患，如病毒攻擊等，可能使系統(tǒng)徹底癱瘓，或泄露建筑物內住戶的個人隱私。

　　上述問題都制約著物聯(lián)網(wǎng)技術在智能建筑安防系統(tǒng)中的應用，相信隨著物聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展，這些問題都會得到較好地解決。

　　4　結　語

　　物聯(lián)網(wǎng)技術是多學科交叉的前沿學科，具有良好的發(fā)展空間和廣闊的應用前景。本文針對傳統(tǒng)智能建筑安防系統(tǒng)中存在的問題，提出了一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術的遠程安防系統(tǒng)的應用方案，分析了其優(yōu)勢與亟待解決的問題。該方案對物聯(lián)網(wǎng)技術融入智能建筑其他子系統(tǒng)的應用也具有一定的參考價值。