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隨著現代科學技術的發展，小區系統集成度越來高，首先實現了多門口機多管理機系統，接著集成了安防報警、小區服務及信息發布等功能。對講系統的數字化、網絡化、信息化、智能化是樓宇監控今后發展的方向，而對小區可視對講系統底層網絡的研究和實現是進一步提高小區智能化系統各項性能的關鍵。 

    2.小區可視對講系統中的控制網絡總線技術 

    小區可視對講系統在向綜合安全防范系統發展，功能包括訪客可視對講、住宅門窗安防、緊急呼叫、異常自動報警、出入口管理和信息服務等，要實現這些功能關鍵是控制網絡的技術特性。目前可視對講中控制網絡常用的總線有Lonworks總線、CAN(ControllerAreaNetwork)總線及RS-485總線[1,2,3>等。 

    Lonworks總線成本比較昂貴，雖然兼容TCP/IP協議，但是并不能取代上層局域網直接掛接到INTERNET上。另外，它的仲裁方式決定了它會因數據的無限重發而導致網絡的癱瘓，這使Lonworks與CAN相比優勢并不明顯。 

    RS-485總線，是指一種標準異步串行通信接口。RS-485串行總線接口具有很強的抗共模干擾能力，允許一對雙絞線上的一個發送器驅動多個負載設備。RS-485總線沒有硬件通訊協議，其通訊協議wq依賴軟件支持，其數據的丟失率正比于總線數據的流量，其網絡不適合長期處于連續或長字串的收發狀態。但由于其在長線傳輸的抗干擾能力以及傳輸速率方面的優勢，485總線能滿足在單幢多層住宅中構建智能網絡單元內的數據傳輸要求。 

    CAN總線，又稱控制器局域網，是Bosch公司推出的一種多主機局部網。由于其{zy1}的性能，極高的可靠性，獨特靈活的設計和低廉的價格，現已廣泛應用于工業現場控制、智能大廈、環境監控等眾多領域[4,5>。CAN協議是建立在國際標準組織的開放系統互連參考模型基礎上的，主要工作在數據鏈路層和物理層[6>，用戶可在其基礎上開發適合系統實際需要的應用層通信協議。CAN總線在數據通訊方面具有突出的可靠性、實時性和靈活性，不會因數據傳輸而導致網絡癱瘓，其采用短幀結構，數據出錯率極低。 

    3.CAN＋RS458控制網絡的提出 

    本文設計的小區可視對講系統底層網絡模型，采用了“CAN＋RS485”總線的分層結構。考慮到可視對講底層網絡的主干通道要求傳輸較大數據量的信息，而CAN總線在有較大數據容量系統網絡方面的應用有較強的處理能力和優勢，所以CAN總線是構成小區智能化系統底層網絡的較好解決方案之一。 

    但就智能小區而言，由于其節點相對分散而數量巨大（一般有數百到數千個不等），且單層CAN總線網絡的節點容限為110個（在不加接續器的情況下），所以為了不使底層網絡過于復雜和降低成本，將底層網絡分成兩層：上層為CAN網絡層，下層為RS-485網絡層。這樣，既達到了節點數和節點的靈活性方面的要求，避免了單獨由CAN總線構建的底層網絡的層次關系過于復雜，又利用了多主CAN網絡性能方面的優勢，彌補了單獨的CAN底層網絡及RS-485網絡各自的缺點，充分發揮了兩者自身的性能優勢。

4.CAN＋RS458控制網絡的改進 

    對于CAN＋RS458控制網絡，由于CAN有硬件通信協議，其通信性能和效率基本已經穩定，而RS-485的通信協議只能依靠軟件支持，同時RS-485的網絡控制能力不強，因此CAN＋RS458控制網絡的整體性能與RS-485網絡性能的開發和利用有密切關系。 

    對于RS-485多機通信模式，一般采用的是主從式多機通信本設計的改進之處在于采用另一種多機通信方式——對等式多機通信。 

    對等式多機通信與主從式多機通信的區別是主機不是固定在某一單機上，而是所有RS-485總線上的單機都可能成為主機，但是一次不可以有一個以上的主機同時存在。在這些單機中，只要有某一個成為主機，則其它單機就成為此總線上的從機。當前主機完成工作后，自動退出主機模式，作為普通單機。當單機需要作為主機時若此時總線上沒有主機，則可以成為主機；若此時總線上有主機則需要等待當前主機完成工作后，才可能成為主機。 

    對等式多機通信雖然可以適應靈活多變的住戶節點控制和通信,但是由于其控制原理是：當485通信鏈路中有一個節點取得發送資格后，其它各節點都要等待足夠的時間長度，以此來避免多個節點同時爭奪發送資格，引起發送數據的混亂和系統工作的無序，因而對于等待時間的控制非常重要。等待延時控制方式一般有兩種：固定時間延時和動態延時。 

    對于固定時間延時是指當檢測到當前網絡有節點間的通信，其它節點都固定延時相同時間，延時時間到后各個節點再爭取通信權。而動態延時是指當某個節點取得通信權時，發送一個網絡廣播通知其他節點等待，當通信完畢時再發送一個網絡廣播通知網絡節點通信結束，其它節點可以爭取通信權。 

    固定時間延時對于延時時間的控制不能做到準確，它根據信息長短不同；而在延時時間控制方面，只能粗略的劃分為長信息延時和短信息延時。時間的粗陋估計對于網絡利用率是很大浪費，使系統資源浪費和網絡效率降低。對于動態延時，采用節點動態時間控制，達到了只要網絡空閑，則任意節點可以即時進行通信，所以網絡利用率高，但在網絡控制方面比固定延時要復雜一些。 

    下面通過分析多機網絡通信的網絡有效利用率問題來說明采用對等式多機通信的優點： 

    （1）對于主從式多機通信，其網絡有效利用率可以用公式（1）表示： 

    其中表示網絡有效利用率，N表示網絡中總共節點數，m表示網絡中排隊通信的總節點數，tm表示網絡排隊通信的第m個節點需要占用網絡進行通信的時間，tm求和表示網絡中所有等待排隊通信節點需要占用網絡的總通信時間。t表示網絡中非排隊節點被節點主機輪詢占用的時間，(N-1-m)t表示所有非排隊節點被節點主機輪詢的總時間。所以式中分子代表網絡被使用的時間，分母代表總時間,為網絡有效性因子，可見。 

    （2）對于對等式固定延時多機通信，由于采用的不是主從節點輪詢方式控制，非排隊通信的節點不會占用網絡資源，其網絡有效利用率可由節點的固定延時時間和實際通信時間來決定,可以用公式（2）表示： 

    其中t代表節點實際通信時間，T表示節點通信固定延時時間。

而T一般選取{zd0}通信估算時間的2倍，而{zd0}通信估算時間可能是實際通信時間t的1～10倍，當T=2t時取{zd0}值；當T=20t時取最小值；所以的取值范圍一般在0.05～0.5之間。 

    （3）對于對等式動態延時多機通信，由于通信節點采用即時廣播通知獲取通信權限，可以近似認為在式（2）中T=t，所以近似為1。 

    通過以上分析和研究發現，小區可視對講系統底層控制網絡由于其節點關系復雜，通信方式多樣，故對等式多機通信比主從多機通信更適應，而且通過對網絡有效利用率的分析研究，發現對等式多機通信中動態延時方式比固定延時方式更{gx}。RS-485各種通信控制方式的性能和特點對比如下表： 

    RS-485通信性能和特點對比表 

    5.CAN＋RS458控制網絡的實現 

    小區可視對講系統{zd0}的意義是為住戶提供一個先進、方便、安全、舒適的環境，在安防系統自身規范要求的基礎上，融合實際的調查研究結果，系統有以下幾個方面的功能需求： 

    (1)系統由住戶單元、樓門單元、大門單元、中央管理單元組成。 

    (2)系統由4級控制組成：中央單元控制、大門單元控制、樓門單元控制、住戶單元控制。 

    (3)系統實現的功能有來客訪問、呼叫管理員、視頻監控、信息發布、內部呼叫、門口可視對講、安全防衛、緊急呼叫。 

    (4)系統可以實現遠距離通信，必要時可加信號放大中繼單元。 

    (5)系統容量靈活可調。 

    小區可視對講系統中控制網絡要盡量降低網絡的復雜性和建設成本。考慮到可視對講底層網絡的主干通道要求傳輸較大數據量的信息，采用了“CAN＋RS485”總線的分層結構。CAN網絡作為RS-485網絡的上層網絡使得整個控制網絡穩定性比單獨的CAN網絡穩定性大大增強，同時比單獨采用CAN網絡的節點容量擴充很多，這種結構對于可視對講控制環境很適應。 

    可視對講系統控制網絡結構 

    (1)大門口機、N個門口機和CAN接口由CAN網絡連接。 

    (2)N個門口機由控制盒連接在485網絡上，485網絡上有N個住戶機。 

    (3)以太網連接上位機、數據庫服務器、TCP/IP接口。 

    6.小結 

    本文在研究CAN總線和RS-485總線的基礎上，結合小區可視對講系統需要實現的功能，設計并改進了“CAN+RS485”底層網絡，實現了小區安全報警與遠程傳輸的控制系統網絡。該控制網絡將能夠更有效的滿足構建低廉、可靠的小區可視對講系統，實現小區安全防范、信息采集的要求。