数字技术与应用
建筑环境监测传感网平台设计
计磊！黄河：彭克发！
应用研究：
(1.重庆电子工程职业学院重庆
401331，2.招商局重庆交通科研设计院有限公司重庆400067）
摘要：建筑节能是推进我国经济社会可持续发展，建立节约型社会的重大举措。本文面向建筑节能对建筑环境信息的监测需求，基于无线传离露网络技术，设计建筑环境检测传离网，实现对温湿度，C0,浓度，照度等室内环境信息、以及各用能设备能耗状况的监测。关键调：建筑节能无线传感器网络
建筑环境监测
中图分类号：TU2
文献标识码：A
1、背景
随着我国城市化的飞速发展，建筑能耗所占社会商品能源总消费量的比例也持续增加，对国民经济发展和人民的正常工作生活的影响目益究出，建筑节能势在必行。建筑节能的前提条件是对建筑环境以及能耗情况进行全面监测，便于能耗分项计量，达到能耗统计的目的。由于现有建筑内布线紫杂，对新增监测节点若采用有线的方式布置，则非常困难，需要大量人力、物力，成本较高，且布线工作易破坏装修，影响建筑正常使用等。针对上述问题，本文采用无线传感器网络技术2，设计有线通信与无线通信相结合的建筑环境监测传感网，实现对温湿度.CO,浓度.照度等室内环境信息，以及各用能设备能耗状况的监测。
2、网络平台组成 2.1概述
由于建筑室内无线通信环境复杂，采用纯无线网络构建监测系统会存在通信可靠性、实时性等方面的技术难点。因此，本文充分结合有线网络在可靠性、实时性方面的优势，以及无线网络在布设便利性、灵活性方面的特点，建立有线网络与无线网络向结合的双向通信网络平台。系统网络是由监测后台、基站、中继、Node等设备组成，骨干网由基于RS485总线的有线网络构成，接人网络由无线网络构成，拓扑结构如图1所示。
中房间
Shak -
正测后台
RS48
图1系统网络拓扑结构图
(1)监测后台：与RS485.总线连接或直接 1基站相连，其主要任务是下达监测命含，并汇集各底层信息采集点的信息，(2)基站：直接与控制后台相连，任务是广播后台操控命令：(3)中继：实现数据转发的功能：(4)No de节点：即终端节点，实现数据采集.上传，并接收监测后台下达的监测命令；
整个系统结构适合于各种类型建筑,对
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文意编号：1007-9416(2011)02-0038-01
于中小型建筑(主要针对10层以下或通信结构3跳范图以内)，则不必布设RS485总线，后台直接通过基站下达操控命令；对丁大型建筑，由丁多跳丢包率比较高.故可采用有线与无线相结合的方式，即后台通过RS485 总线.再由Sink节点广播后台操控命含。
通过在Node节点(无线节点)上接人温度、混度和CO.浓度等传感器，Node节点布设在建筑物内一些重要位置上，建立自组织监测网络。通过无线节点采集有关数据，经过无线中继转发器转发，最后将数据实时汇总到监测后台，形成建筑环境监测传感网平台。
2.2无线网络架构
由于建筑率内障碍较多，要求无线通信具有较好的绕障性能。而在国内ISM段中， 433MHz频段相比2.4GHz.波长较长，绕障能力较强，适合于建筑环境中的应用。因此，本网络系统无线通信采用433MH7频段，在此基础上，借鉴IEEE802.15.4协议标准思想，设计实现Node433TM无线传感器网络(WSN)通信协议栈，其媒介访问控制子层(M AC)和物理层(PHY)的结构如图2所示。
MCPS-SAP接口用于上层和MAC层的数据包交互，MLME-SAP接口用于上层和MAC层的管理消息交互以及上层对MA C的PIB的访问PD-SAP用于MAC层和P HY层的数据包交互，PLME-SAP用于MA C层和PHY层的管理消息交互以及上层对P HY的PIB的访间。
3、系统功能
系统可以快速，自适应组建无线网络获取室内环境信息，建筑能耗信息，具有以下4大功能：(1)灵活快速的无线网络构建。系统可快速、灵活布置在各个需监控的位置，
MCPS-SAP
MAClayer
PD-SAP
PHYlayer
组建无线环境感知网络，网络平台可实时动态地获取整个网络区城的监测信息。(2)事件报警。在楼宇监控平台中，可以导人楼层平面图以及节点配置方案，当某个节点探测到事件发生（例如：CO、气体浓度超标，非法人员人侵、温度过高(火灾隐患)等)，可以及时报警并显示出对应的事件位置。(3)环境信息感知。传感器节点配备温湿度传感器、光照强度传感器、CO，传感器等，可感知环境信息，并将这些信息传输至楼宇监控平台，甚至更远的远程监控层，延伸其感知范围。（4)环境数据统计与分析，系统可实时的感知各个时段的环境参数，能耗数据等，并保存下来，在楼宇监控平台中可以随时查看这些数据的统计图形，了解、分析这些数据可以为更加有效的建筑运营、节能降耗提供数据支撑。
4、结语
本文针对建筑节能需求，设计并实现了建筑环境监测传感网。该网络系统可实现监测后台与现场分散的各信息采集点之间的双向通信，能监测温混度.CO2浓度、照度等室内环境信息、以及各用能设备能耗状况。
参考文献
[1]孙利民,事建中，陈渝.无线传感器网络[M].清华大学出版社,2005.
[2] LF.Akyildiz, I.H.Kasimoglu. Wireless sens or and actor networks; Research challenge sD), Ad Hoc Networks, 2004, 2(4): 3513 67.
[3] 802.15.4 standard [EB/OL]. In http://stan dards.iee.org/getiee e802/downioad/80
2.15.42006.pdf. MLME-SAP
MLME
MAC PIB
PLME-SAP
PLME
RF-SAP
图2PHY和MAC层结构
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PHY PIB