結合延展性及可靠度 分散式照明實現智慧建築

作者 : 藍牙技術聯盟

分散式照明系統的應用,將驅動未來智慧建築變得高度可靠及易於擴展,並能透過認證的藍牙網狀(mesh)網路,為使用者提供豐富的功能和價值。

燈泡一問世,人們首先問:「我該如何打開和關閉它?」一直以來,電燈開關為這個問題提供了一個簡單的答案。電燈開關是一種分散式的控制項。多年來,開關在家庭住宅以及小型商業應用中忠實地履行著自己的職能;但在更大規模的工業和商業應用中,依靠人們自己以開燈和關燈操作來避免能源浪費就顯得力不從心。

集中式控制系統在這方面發揮作用,透過使用自動化技術,以及統一的機構對照明裝置進行控制,可以克服人工侷限。但如果使用者開始不相信系統的運行效率,或集中式系統本身出現問題,能耗問題則再次顯現。集中式和分散式照明系統的優劣之爭也由此展開。

在照明和照明控制領域,集中式與去中心化的分散式控制系統之本質可以歸結為:誰擁有最終的控制權?本文將回顧集中式和分散式控制系統所提供的控制功能,並從可擴展性、複雜性、可靠性和安全性的角度來檢視。

在照明領域,藍牙mesh網路就是典型的分散式系統。

誰擁有控制權?

集中式控制系統有一個絕對完全控制權的單一實體(裝置)。該裝置能夠接收所有事實依據和資訊並進行處理。這個單一的權威實體將作出所有決策,並安排或命令裝置採取行動。此外,所有的準則、整個系統內的所有訊息、其流程和邏輯都由此單一實體決定。

分散式系統將系統智慧分佈在多個裝置上。每個裝置都有一套必須遵守的共同規則,且每個相關裝置都能理解自身和周圍裝置的相關資訊,裝置可以處理與自己和周圍裝置相關的資訊,而且每個裝置可以在給定的規則範圍內做出決策。在照明領域,藍牙mesh網路就是典型的分散式系統。

以較低成本實現高可延展性

在集中式系統中,您必須從一開始就了解並規劃所需要的所有資源,並規劃系統規模和分配正確的硬體和軟體功能來滿足這些需求。在此之後,擴展系統可能會變得複雜且昂貴,企業組織將以犧牲預算為代價來滿足未來的需求,並承擔資源休眠的風險。

分散式系統具有更高的靈活性。用戶可以從一個房間開始,擴展到整個樓層,並根據自身需求進一步擴展系統。隨擴展而添加的裝置,不需要配備中央控制器,這確保了基礎設施始終符合用途,既沒有前期的資本支出負擔,也沒有後期的高額升級費用。

低複雜度

集中式照明控制系統必須將所有處理能力放在中心位置,這往往導致儲存區充滿硬體,且需要專業的安裝和程式設計。集中式照明控制系統所需的程式設計工具通常十分複雜、需要操作人員接受大量的培訓,而且需要熟練的工程師進行修改和基本的維護。

分散式照明控制系統則把處理能力分散到各個裝置上,從而使照明控制的實施變得更加細緻。憑藉其微型尺寸,一整套照明控制已能整合於每個燈具中,實現超精密的控制和豐富的感測功能,並獲得更深入和豐富的洞察。軟體工具被大幅簡化,但功能卻沒有改變。透過使用基於網路的工具並發揮藍牙嵌入在直觀行動設裝置中的優勢,使用者可以在第一天就使這些系統的調適變得更快、更便宜並降低長期維護成本,將系統的能力和所有權交還給擁有者。

提高穩定度

在一個集中式系統中,若中央功能發生問題或其他原因而不可用,會導致整個系統發生故障,進而影響使用者的安全和舒適。這種架構被稱為一對多架構。

分散式系統可以確保無論系統中的任何地方出現單一故障,整個系統都不會受到影響。這要歸功於採用多對多拓撲結構的架構。即便一個裝置發生故障,在該問題周圍會有多條通訊路徑,而且每個裝置仍然能夠自行做決定。

市場上有許多無線協議可供選擇,但只有認證藍牙mesh網路能夠真正大規模、可靠、安全地解決智慧建築所面臨的挑戰。

為什麼認證藍牙mesh網路適合智慧建築?

經認證的藍牙mesh網路可提供一個全方位、整體、貫穿整個生命週期的方法來解決常見的問題。

無線通訊:在2050年仍將存在的建築中,有80%如今已建成。每10個照明專案中就有9個是改造項目,而部署新的控制線路在經濟上不具可行性,而且對建築及用戶的干擾程度太大。無線通訊能夠提供便利的解決方案,而藍牙技術是專門為無線應用設計的協議。

廣泛的信任和固有的可用性:全球每一部智慧型手機都支援藍牙技術,而幾乎每個人都有智慧型手機。這種對用戶友好的直觀工具,使用戶能夠與其照明裝置進行理想的互動,方便用戶進行高效、可靠的系統調校。其他系統,尤其是集中式系統,需要更複雜的工具和中繼裝置,增加了部署智慧照明系統的成本和複雜性。

固有的可靠性:分散式照明控制系統杜絕了由單一實體作出決定、處理所有資訊和分配控制的要求,從而避免了單一故障點。藍牙技術採用多對多拓撲結構,與其他類型的通訊(如Zigbee、Wi-Fi)不同,能夠確保沒有單點故障。

可互通和開放式標準認證藍牙mesh網路的獨特性在於,它是為了確保互通性而編寫的,這消除了對廠商鎖定或在未來被鎖定的擔憂。認證mesh網路建立在低功耗藍牙的基礎上,其由下而上的獨特設計確保所有認證裝置都能以同樣的方式說同樣的語言。而認證藍牙mesh網路是一個開放的協定,使該系統變得更容易使用並得到各個產業和開發社區的支援。

BLE Mesh協議的基礎架構。(資料來源:Bluetooth SIG)

可擴展性:無論是一個小房間還是一棟具有數千照明點的大樓,認證藍牙mesh網路結構都可以實現大規模分散式照明控制。

安全性:藍牙技術採用多種方法來保護網路不被入侵並採取多種資料傳輸和儲存方式。

滿足未來需求:使用無線傳輸工具,裝置可以快速、輕鬆地接收軟體更新,並不斷更新至最新版本,從而滿足最新的安全要求和採用最新的可用功能。此外,由於無需任何電纜,因此當一個空間的佈局發生變化時(例如新增一面牆或移動一面牆),無需電工重新佈線。透過採用藍牙技術的行動應用,您可以在沒有專業工程師的參與下輕鬆進行程式設計。

幾十年來,由於缺乏可用的技術,集中式系統一直主導著照明控制領域,儘管創造諸多機會,但它仍然受到自身的限制。隨著分散式系統取代集中式系統,未來的智慧建築將變得高度可靠且易於擴展,並且能夠透過認證藍牙mesh網路,為使用者提供豐富的功能和價值。

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