如何构建高效的智能建筑体系结构

目前，物联网(Internet of Thing, IoT)已成为众人关注的一个热门话题，人们对IoT的兴趣如此之大，以至于忽略了物联网的核心思想：它并不是关于物(Thing)的本身，而在于如果让物变“聪明”。正是通过提取传感器采集数据中的信息，才使物联网变得有用和真实——尤其是在建筑物联领域中。因此，作为一个研究物联网的起点，智能建筑的架构是一个很好的选择。我们所有的物联网应用程序都可以遵循智能建筑原则构建，所有物联网商业模式也都可以根植于此。

摆在我们面前的一个事实，智慧建筑不是经过自上而下的设计而是自下而上拼装而成。这是因为智能建筑中的安防系统，设施控制和其他物联网系统通常是独立设计和单独部署的。因此，要真正获得物联网为建筑所带来的好处，采用自上而下的方法并使所有物联网系统协同工作至关重要。

千里之行始于足下，梳理出智慧建筑体系结构及其组件的层次非常重要。每个系统，无论安防、设备控制还是其它物联应用，都包含两个逻辑层：

1.传感器和控制器层(sensor and controller layer)，将各种外界环境数据转化为电信号；

2.系统集线器(system hub)，将传感器和控制器层连接到上位逻辑控制器或存储服务器。

其中，系统集线器是智能建筑中的关键元素，因为它是通过API与其他智能建筑元素进行信息交换的关键点。

系统集线器通常是一种专用设备，包括与系统的特定任务相关的软件和功能 ，安防，环境监控，照明，空调和电梯等。每个系统的基本行为逻辑都在集线器的控制之下。传感器数据也在系统集线器中进行处理，并在控制回路中反馈，以响应设备层中的变化。这种架构建立了一个很高效的控制循环，监测到波动和作出反馈动作之间的延迟被控制在最短。

智能建筑中真正的智能来自于顶层：一个管理数据流的设备，可将其称为设施控制器。它是在传统服务器或云中运行的一个应用程序集合，通过API接口，它连接着部署于建筑物物联网底层的物联网系统集线器。在大多数物联网应用中，设施控制器不对特定具体的设备进行控制，而是跨系统集成以构建更高级别的智慧控制。正是这个设施控制器创造了智能建筑，这些设施控制器的层次结构让建筑具备智慧——最终发展为智慧城市。

设施控制器由智能建筑体系结构中的三个概念部分组成：集合API，关联和分析，以及规则和策略。智能建筑物联网中的一切都是来自于此三元素的共同作用。

集合API创建了与系统集线器的链接，这使得设施控制器能够查看特定事件并生成控制响应。在大多数情况下，集合API不会捕获系统集线器执行的所有操作或指示每个响应，而是提取代表特殊条件的信号。在某些情况下，这些API还将用于将策略推送到系统集线器，例如控制集线器如何进行边缘控制。

这是设施控制器的核心。这里是人工智能和机器学习等新识别技术的研究重点。从广义上讲，由于集中了系统级别的逻辑条件，跨系统中心的条件相关性是建立智慧建筑的基础。复杂事件处理可以是其中的一个研究方向，但目前的重点是AI技术的应用，更具体地说，使用机器学习来区分日常运行报告和异常事件的警报。

系统级别的逻辑条件梳理是智能建筑IoT应用的关键。条件包括系统运行所需的基本信息，如系统时钟，假日时间表，甚至天气，所有这些通常可以从系统中心获得。还有一些将需要策略模块的协助。采暖系统是否正常运行，市政供电是否可用，网络连接是否正常以及建筑物中的任何系统是否处于警戒状态，这些特定的系统逻辑条件，还必须放入系统时间线中，再进行相关处理。设施控制器必须将通过集合API报告的事件规范化为单个事件集，以促进关联分析和规则策略的应用。

规则和策略可以由控制建筑系统的专家直接输入，或通过机器学习算法进行开发或两者兼用。通常，策略是对由设施控制器可以采取的规则触发动作的约束。规则是对系统范围条件的测试，即设施控制器将命令发送到系统集线器，并通过集线器发送到物联网网络中的各种设备。

以安防系统为例，单个电源故障通常不会触发安全警报，但如果通信丢失导致电源故障，如果随后产生周边警报，则该组合可能使系统进入高警报状态并自动通知保安或警察。

物联网发展至今，已超越了传感器和集线器的传统定义。预计从2017年到2024年，智慧建筑市场全球市场复合年增长率可达34％，并最终将达到619亿美元。

在实际应用中，智能系统必须预留充足的可扩展空间，以便能够容纳尽可能多种类型的传感器和控制设备，以及尽可能多的的系统集线器。如果不这样，用户后期会被迫进行代价昂贵的系统和技术升级。此外，设施控制器中的设备过多，还意味着技术孤岛的高风险，这些孤岛会限制用户将新技术应用于系统中。

如今，物联网智慧技术广泛应用于建筑、社区甚至城市等场景中，本文所讨论的，并不是要求开发一款可适用于各种场景的单一应用，而是需要一个标准化的系统架构。