為了達成淨零排放目標，建築需要對其通訊基礎設施進行現代化改造。本文將介紹如何利用單對乙太網路(特別是10BASE-T1L)輕鬆改造使用RS-485等傳統鏈路的建築。
通訊升級好處多
(承前文)暖氣和冷卻系統具有多個元件，包括恆溫器、控制器、空氣處理器和可變風量裝置，這些元件需要交換資訊以達到溫度設定點。將通訊頻率從常見的串列鮑率9.6kbps至115.2kbps提升到乙太網路頻寬10Mbps，表示系統的資料傳輸量將大幅增加。此種基於IP的高速通訊具有幾大優勢：
- 分析，而不是採樣：傳統通訊方案的資料傳輸速率較低，因此建築管理者必須對資料收集進行優先排序，並且對收集到的資料進行採樣。借助單對乙太網路，管理者不必擔心串列通訊的取樣速率，可專注於開發各種進階分析功能，利用從系統收集而來的更多資料來執行這些分析。[14]
- 節約能源：利用這些額外資料，可以透過更快的控制迴路，或是借助模型和即時感測器輸入資訊實現運算密集型能源優化，進而提升節能表現。
- 融合資料/消除資料孤島：傳統的有線串列通訊需要透過閘道器將來自邊緣裝置的資料轉換為基於乙太網路的資料封包，接著再將這些資料封包傳輸至雲端。如果將有線串列通訊鏈路升級為單對乙太網路10BASE-T1L，將可在重複利用現有布線的情況下，消除這些閘道器。如此一來便可避免出現資料孤島、減少故障點、消除閘道器成本並降低總體延遲。
- 即時回應能力：在閘道器上運行的通訊協定和軟體會將回應時間減慢至幾秒等級，而建築自動化應用(如IO監控)可能需要100毫秒或更短的延遲時間。[13]單對乙太網路具有更高的傳輸量，同時無需使用閘道器，資料吞吐速度更快，因此系統可以即時做出回應。
通訊更安全
智慧建築產業分析公司Memoori[12]指出，缺乏有效的網路覆蓋正迅速成為智慧建築應用向前發展的主要障礙。
實現數位轉型面臨的最大挑戰之一，是IT和OT領域的融合。透過升級到BACnet/SC等協定，可以對基於RS-485的傳統現場匯流排OT網路進行安全改造，但此做法成本高昂、耗時長，並且很容易遺漏現有系統中的漏洞。Kaspersky 2020年的一項研究顯示，在所有工業控制系統中，建築自動化系統受到的網路攻擊最多，超過石油和天然氣、能源，以及汽車製造產業，因此有效的安全防護十分重要。[15]
為了確保通訊安全，傳統的有線串列通訊協定BACnet已改為BACnet/SC[12]，後者透過允許進行加密的有線串列鏈路實現安全通訊。然而，網路上的所有BACnet設備必須同時升級，才能充分利用這些新功能。為了增加BACnet/SC所需的額外加密功能，需要重新設計和維護那些使用傳統BACnet的現有裝置。
透過單對乙太網路(特別是10BASE-T1L)，原先以不安全有線串列通訊(如BACnet)進行連接的邊緣節點將可升級，透過BACnet/IP協定進行連接，而BACnet/IP協定將可實現基於乙太網路的安全性。重要的是，無需在現有訊號路徑上布設昂貴的新乙太網路電纜，即可實現經過改進的新型安全狀態。
透過升級OT網路上的裝置以運行基於乙太網路的安全協定，可以減輕許多與網路攻擊相關的風險。藉由單對乙太網路10BASE-T1L，可望透過一代硬體升級，從不安全的傳統通訊轉換至基於乙太網路的安全通訊，重複使用現有的布線基礎設施。
高速/低延遲通訊駕到 即時資料促進節能決策
單對乙太網路10BASE-T1L是一項重要的技術，可將IP連接拓展至邊緣，提高安全性、重複使用既有布線、融合IT和OT網路，甚至可以進行供電。單對乙太網路具有明顯更高的資料傳輸量、無需閘道器且具有進階安全功能，將有助建築業實現IEA的2030年淨零碳排目標，即減少15%的排放量。透過實現建築通訊基礎設施現代化，可以提供對建築內大量即時資料的存取，同時消除資料孤島並支援單一控制台管理模式。除了為傳統控制方案提供更快的控制迴路閉合並支援人工智慧和ML優化外，管理人員也能夠產生可行性見解，進而節約大量能源。
ADI專注於支援數位轉型的技術，例如單對乙太網路(10BASE-T1L)、安全和智慧IO，以及用於傳統系統的隔離和有線RS-485收發器。同時，ADI也發表多款支援點對點的單對乙太網路產品(ADIN1100、ADIN1110)，以及支援線環架構的單對乙太網路產品(ADIN2111)。[16]針對單對乙太網路供電產品，則提供LTC4296-1(電源端)，以及LTC9111(裝置端)。
(本文作者為ADI策略市場行銷總監)
參考資料
[12] “Cyber Security in Smart Commercial Buildings 2022 to 2027.” Memoori, 2022.
[13] “Industry 4.0 for Energy Productivity.” RACE for 2030, 2021.
[14] “How IP Controls Are Changing Building Automation Controls.” ControlTrends, February 2022.
[15] “Threat Landscape for Industrial Automation Systems.” Kaspersky, March 2021.
[16] “Building Automation Controllers and Networks.” Analog Devices, Inc.
運用現有布線進行升級 單對乙太網路助攻建築節能(1)
運用現有布線進行升級 單對乙太網路助攻建築節能(2)