如何借助单对以太网进行通信升级？

数字化转型之旅的第一步，应在部署了采用标准10Mbps/100Mbps以太网的楼宇控制器的情况下，通过这些传统协议基于以太网的版本（称为BACnet/IP和ModbusTCP/IP）进行通信。BACnet/IP设备使用与BACnetMS/TP传统设备相同的数据对象，因此很容易实现具有这两种设备的系统。采用BACnet/IP和ModbusTCP/IP等支持现代网络安全措施的基于IP协议的以太网连接设施日益增加。BACnet在全球拥有约60%的市场份额7，约80%的新设施使用基于RS-485的有线串行通信。据建筑服务研究和信息协会(BSRIA)估计，2019年5%的HVAC传感器是无线传感器，其连接可靠性较低，而且需要配备电池，这些因素限制了其应用范围。

供暖和制冷系统有多个组件（包括恒温器、控制器、空气处理装置和可变风量装置）需要交换信息以达到温度设定点。将通信频率从常见的串行波特率9.6kbps至115.2kbps提升到以太网带宽10Mbps，意味着系统的数据吞吐量会大幅增加。这种基于IP的高速通信有几大优势。

图1.多个系统融合可通过单个控制台实现数据可视化，与自动化和AI/ML配合使用时可节约能源。

分析，而不是采样：传统通信的数据传输速率较慢，因此楼宇管理者必须对收集的数据进行优先排序，然后对收集的数据进行采样。借助单对以太网，管理者不必担心串行通信采样率，现在可专注于开发各种高级分析功能，利用从系统收集的更多数据来执行这些分析。

节约能源：利用这些额外数据，可以通过更快的控制环路或借助模型和实时传感器输入信息实现计算密集型能源优化，从而提高节能效率。

融合数据/消除数据孤岛：传统的有线串行通信需要网关将来自边缘设备的数据转换为基于以太网的数据包，然后将这些数据包传输到云端。如果将有线串行通信链路升级为单对以太网10BASE-T1L，则可以重用现有布线，同时消除这些网关。这可避免出现数据孤岛、减少故障点、消除网关成本并缩短总体延迟时间。

实时响应能力：在网关上运行的通信协议和软件会将响应时间减慢到几秒级，而楼宇自动化应用（如IO监控）可能需要100毫秒或更短的延迟时间。单对以太网具有更高吞吐量，同时无需网关，吞吐速度会更快，因此系统可以实时做出响应。

智能楼宇研究领域的领导者Memoori指出，缺乏有效的网络覆盖正在迅速成为智能楼宇应用向前发展的主要障碍。

实现数字化转型面临的最大挑战之一是IT和OT领域的融合。通过升级到BACnet/SC等协议，可以对基于RS-485的传统现场总线OT网络进行安全改造，但这样做成本高昂、耗时很长，并且很容易遗漏现有系统中的漏洞。Kaspersky2020年的一项研究显示，在所有工业控制系统中，楼宇自动化系统受到的网络攻击最多，超过石油和天然气、能源和汽车制造行业，因此有效的安全防护至关重要。

为了确保通信安全，传统的有线串行通信协议BACnet已改为BACnet/SC，后者通过有线串行链路实现安全通信并允许加密。然而，网络上的所有BACnet设备必须同时升级才能充分利用这些新功能。为了添加BACnet/SC所需的额外加密功能，需要重新设计和维护那些使用传统BACnet的现有设备。通过单对以太网（特别是10BASE-T1L），可以使用BACnet/IP协议（可实现基于以太网的安全性）升级和连接借助于不安全的有线串行通信（如BACnet）进行连接的边缘节点。重要的是，无需在现有信号路径上布设昂贵的新电缆即可实现这种经过改进的新型安全状态。

通过升级OT网络上的设备以运行基于以太网的安全协议，可以减轻许多与网络攻击相关联的风险。单对以太网10BASE-T1L有望通过一代硬件升级，从不安全的传统通信过渡到基于以太网的安全通信，同时重用现有的布线基础设施。

单对以太网10BASE-T1L是一项重要技术，可将IP连接扩展到边缘、提高安全性、重用布线、融合IT和OT网络，甚至可以供电。单对以太网具有明显更高的吞吐量、无需网关而且具有高级安全功能，将有助于建筑行业实现IEA的2030年净零排放量目标，即减少15%的排放量。通过实现楼宇通信基础设施现代化，可以提供对楼宇内大量实时数据的访问，同时消除数据孤岛并支持单一控制台管理模式。除了为传统控制方案提供更快的控制环路闭合并支持人工智能和ML优化外，管理人员还将能够产生可行性见解，从而节约大量能源。

ADI拥有一支可持续楼宇专业团队，作为市场先行者，在该技术领域持续创新，专注于支持数字化转型的技术（如单对以太网(10BASE-T1L)、安全和智能IO，以及用于传统系统的隔离和有线RS-485收发器）。ADI已发布多款支持点对点的单对以太网产品(ADIN1100、ADIN1110)，以及支持线环架构的单对以太网产品(ADIN2111)。