建筑節(jié)能運行和改造需建立在獲取照明、消防、空調(diào)等建筑用能信息的基礎之上，在接收到數(shù)據(jù)進行分析之前，各類用能數(shù)據(jù)的傳輸是一個關(guān)鍵問題。傳輸主要采用綜合布線，在建筑內(nèi)布設大量線纜實現(xiàn)傳輸，此方式存在施工復雜、代價高、影響建筑內(nèi)部美觀等缺點，這是有線傳輸方式固有缺陷所決定的，而采用無線傳輸方式則能有效克服。相較于CDMA、GPRS、WLAN等傳統(tǒng)的無線傳輸方式，作為物聯(lián)網(wǎng)基礎組成的WSN（wireless sensor network，傳感網(wǎng)">無線傳感網(wǎng)）技術(shù)更適合于建筑用能信息傳輸?shù)膽脠龊稀?/p>
WSN在建筑能耗監(jiān)測中的適用性
建筑能耗監(jiān)測平臺的組網(wǎng)總體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，在系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集端采用WSN技術(shù)進行組網(wǎng)。整個WSN網(wǎng)絡由若干個終端采集器以及一個匯聚采集器構(gòu)成。通常將WSN的終端采集器稱為采集節(jié)點，將匯聚采集器成為匯聚節(jié)點。采集節(jié)點負責數(shù)據(jù)的采集和傳送，以及根據(jù)匯聚節(jié)點的控制命令設置相應的工作模式等；匯聚節(jié)點是網(wǎng)絡的中心，起到協(xié)調(diào)器和網(wǎng)關(guān)節(jié)點的作用，匯聚節(jié)點負責整個區(qū)域網(wǎng)絡的維護與數(shù)據(jù)的匯集，再將數(shù)據(jù)通過Internet/GSM/CDMA上傳到上級數(shù)據(jù)中心或中轉(zhuǎn)站。系統(tǒng)最大特點就是基于WSN技術(shù)進行信息采集，利用WSN節(jié)點與電表等與用能設備連接，通過無線自組網(wǎng)方式自動采集分散在各處的電、水、氣、冷熱量等實時數(shù)據(jù)，使用戶隨時監(jiān)測現(xiàn)場耗能設備的運行數(shù)據(jù)，為今后實施節(jié)能反饋控制系統(tǒng)的研發(fā)提供基礎，以達到優(yōu)化能源供應、提高能源管理水平、提高能源利用效益、減少能源損耗、節(jié)約能源成本的目的。
基于WSN技術(shù)的建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)屬于WSN與節(jié)能的交叉領(lǐng)域，以WSN和計算機信息處理為技術(shù)核心，建設先進、功能強大的信息采集處理平臺。該系統(tǒng)適用于各種既有和新建建筑，系統(tǒng)組網(wǎng)方便，不占空間，無需綜合布線施工，項目實施快速方便。
在各種無線傳感網(wǎng)技術(shù)中，ZigBee的自組網(wǎng)能力以及高容量特性使其非常適合建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)的應用，在節(jié)點分散、數(shù)量眾多、低速率傳輸?shù)哪芎谋O(jiān)測采集端建設中，有明顯的優(yōu)勢，是當前最適合建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)募夹g(shù)。
除了組網(wǎng)方便、安全、可靠，ZigBee還有低傳輸速率、低功耗、高容量、低成本等特點。ZigBee非常適合有大量終端設備的網(wǎng)絡，如能耗監(jiān)測、樓宇自動化等場合。
自組網(wǎng)過程
對某個能耗監(jiān)測區(qū)域而言，WSN網(wǎng)絡包含一個ZigBee匯聚節(jié)點和若干ZigBee采集節(jié)點。匯聚節(jié)點在通信狀態(tài)下，每隔一段時間發(fā)送一次時標幀，在匯聚節(jié)點通信范圍內(nèi)的采集節(jié)點在偵聽狀態(tài)下偵聽到匯聚節(jié)點發(fā)送的時標幀，確定匯聚節(jié)點為目標父節(jié)點，并在下面的接入狀態(tài)向目標父節(jié)點發(fā)送接入請求之后組成一個WSN網(wǎng)絡。已經(jīng)接入網(wǎng)絡的節(jié)點通過轉(zhuǎn)發(fā)時標幀，向周圍節(jié)點表明自己的存在，其他未入網(wǎng)的節(jié)點在偵聽狀態(tài)下，發(fā)現(xiàn)已經(jīng)入網(wǎng)的節(jié)點并作為自身的目標父節(jié)點，然后在接入狀態(tài)下通過這些最先加入網(wǎng)絡的節(jié)點作為中繼加入網(wǎng)絡。依次類推，若干的ZigBee采集節(jié)點和一個ZigBee匯聚節(jié)點構(gòu)成了WSN網(wǎng)絡。為了延長網(wǎng)絡生存時間，降低節(jié)點功耗，所有節(jié)點都會定時進入休眠階段，關(guān)閉射頻收發(fā)器，保持超低功耗工作，最大限度地節(jié)省節(jié)點能量，在定時器到期后節(jié)點被喚醒恢復正常工作狀態(tài)并開啟射頻收發(fā)器。WSN網(wǎng)絡中的所有節(jié)點定時在通信階段和休眠階段交替工作，以保證網(wǎng)絡的生存時間要求和通信要求。各WSN網(wǎng)絡數(shù)據(jù)再通過無線網(wǎng)由將采集數(shù)據(jù)推送到數(shù)據(jù)中心進行分析處理。
WSN實施優(yōu)勢
內(nèi)網(wǎng)組網(wǎng)靈活，可隨時增加或減少傳感節(jié)點；
無需綜合布線，減少工程量與布線成本、提高安裝速度；
與多種通信主干網(wǎng)融合，方便用戶實現(xiàn)遠程監(jiān)控；
WSN端機體積小、功耗低，價格低；
根據(jù)WSN協(xié)議自動組成通訊內(nèi)部網(wǎng)絡；
系統(tǒng)易于維護，任意節(jié)點的故障不會影響系統(tǒng)工作；
具有本地數(shù)據(jù)存儲功能，確保數(shù)據(jù)完整性；
減少建立建筑能耗及環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)所帶來的施工量以及綜合布線對環(huán)境的影響，減少投資和工期，特別適用于既有建筑和設施。
設備改造方式
如果用戶已有電表、水表等，且?guī)в?85口，則可直接接入采集器，如已有儀表不支持485口，則需要改造和更換設備。每戶的總表最后統(tǒng)一為帶485口的多功能表，外接帶無線傳感模塊的采集器，可以每15分鐘上送一次電量、電壓、電流、功率因素等數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集頻率可根據(jù)具體需要靈活設置，數(shù)據(jù)采集頻率可在15分鐘/次到1小時/次之間調(diào)整。
設備改造的原則：在一定投資成本和不改動已有配電線路的前提下，以最大程度地獲得能耗公示需求數(shù)據(jù)為目標，在既有配電支路上無拆換、無干擾方式安裝。
WSN與通信網(wǎng)的融合應用
在節(jié)點分散且數(shù)量眾多、需要低速率傳輸?shù)慕M網(wǎng)要求下，運用ZigBee技術(shù)應是最佳解決之道。
WSN與基礎通信網(wǎng)的融合思路已經(jīng)得到通信運營商的重視，目前中國移動正與上海微系統(tǒng)所合作研究該課題，希望通過基礎通信網(wǎng)絡與組網(wǎng)靈活的WSN網(wǎng)絡相結(jié)合實現(xiàn)更全面的網(wǎng)絡覆蓋，獲得網(wǎng)絡增值；在上海世博會場館建設中，中國移動與上海微系統(tǒng)所及諾基亞公司共同合作，利用該思路開展不同場館信息展示、參觀者追蹤等多方面的應用；此外，上海移動還將這種融合思路應用到智能停車位監(jiān)控業(yè)務中，實現(xiàn)全上海停車位的預訂、統(tǒng)計、付費等功能。對于WSN等一些新興技術(shù)，示范應用非常重要，如果示范做得好，就能帶動一批類似項目出現(xiàn)，為通信運營商帶來更多的增值業(yè)務。