如何配置一台深度学习主机

搞AI，谁又能没有“GPU之惑”？下面列出了一些适合进行深度学习模型训练的GPU，并将它们进行了横向比较，一起来看看吧！

CPU与GPU对比

CPU是一个有多种功能的优秀领导者。它的优点在于调度、管理、协调能力强，计算能力则位于其次。而GPU相当于一个接受CPU调度的“拥有大量计算能力”的员工。

下图是处理器内部结构图：

DRAM即动态随机存取存储器，是常见的系统内存。

Cache存储器：电脑中作为高速缓冲存储器，是位于CPU和主存储器DRAM之间，规模较小，但速度很高的存储器。

算术逻辑单元ALU是能实现多组算术运算和逻辑运算的组合逻辑电路。

当需要对大数据bigdata做同样的事情时，GPU更合适，当需要对同一数据做很多事情时，CPU正好合适。

GPU能做什么？关于图形方面的以及大型矩阵运算，如机器学习算法等方面，GPU就能大显身手。

简而言之，CPU擅长统领全局等复杂操作，GPU擅长对大数据进行简单重复操作。CPU是从事复杂脑力劳动的教授，而GPU是进行大量并行计算的体力劳动者。

深度学习是模拟人脑神经系统而建立的数学网络模型，这个模型的最大特点是，需要大数据来训练。因此，对电脑处理器的要求，就是需要大量的并行的重复计算，GPU正好有这个专长，时势造英雄，因此，GPU就出山担当重任了。

太长不看版

截至2020年2月，以下GPU可以训练所有当今语言和图像模型：

RTX 8000：48GB VRAM，约5500美元RTX 6000：24GB VRAM，约4000美元Titan RTX：24GB VRAM，约2500美元

以下GPU可以训练大多数（但不是全部）模型：RTX 2080 Ti：11GB VRAM，约1150美元GTX 1080 Ti：11GB VRAM，返厂翻新机约800美元RTX 2080：8GB VRAM，约720美元RTX 2070：8GB VRAM，约500美元

以下GPU不适合用于训练现在模型：RTX 2060：6GB VRAM，约359美元。

在这个GPU上进行训练需要相对较小的batch size，模型的分布近似会受到影响，从而模型精度可能会较低。

GPU购买建议

RTX 2060（6 GB）：你想在业余时间探索深度学习。RTX 2070或2080（8 GB）：你在认真研究深度学习，但GPU预算只有600-800美元。8 GB的VRAM适用于大多数模型。RTX 2080 Ti（11 GB）：你在认真研究深度学习并且您的GPU预算约为1,200美元。RTX 2080 Ti比RTX 2080快大约40％。Titan RTX和Quadro RTX 6000（24 GB）：你正在广泛使用现代模型，但却没有足够买下RTX 8000的预算。Quadro RTX 8000（48 GB）：你要么是想投资未来，要么是在研究2020年最新最酷炫的模型。NV TESLA V100 （32GB）：如果你需要在NVIDIA数据中心使用CUDA，那么TESLA就是必选品了。图像模型

内存不足之前的最大批处理大小：表示GPU没有足够的内存来运行模型。

性能（以每秒处理的图像为单位）：表示GPU没有足够的内存来运行模型。

语言模型

内存不足之前的最大批处理大小：表示GPU没有足够的内存来运行模型。

性能： GPU没有足够的内存来运行模型。

使用Quadro RTX 8000结果进行标准化后的表现

图像模型

语言模型

结论

语言模型比图像模型受益于更大的GPU内存。注意右图的曲线比左图更陡。这表明语言模型受内存大小限制更大，而图像模型受计算力限制更大。具有较大VRAM的GPU具有更好的性能，因为使用较大的批处理大小有助于使CUDA内核饱和。具有更高VRAM的GPU可按比例实现更大的批处理大小。只懂小学数学的人都知道这很合理：拥有24 GB VRAM的GPU可以比具有8 GB VRAM的GPU容纳3倍大的批次。比起其他模型来说，长序列语言模型不成比例地占用大量的内存，因为注意力（attention）是序列长度的二次项。

附注：测试模型

图像模型：

语言模型：

云轩Cloudhin专注Deep learning和高性能计算服务器定制，针对主要深度学习框架（如TensorFlow、Caffe 2、Theano或Torch）进行了优化和设置，在桌面上即可提供强大的深度学习功能。

按服务器的处理器架构（也就是服务器CPU所采用的指令系统）划分把服务器分为CISC架构服务器、RISC架构服务器和VLIW架构服务器三种。

CISC架构服务器

CISC的英文全称为“Complex Instruction Set Computer”,即“复杂指令系统计算机”，从计算机诞生以来，人们一直沿用CISC指令集方式。早期的桌面软件是按CISC设计的，并一直沿续到现在，所以，微处理器（CPU）厂商一直在走CISC的发展道路，包括Intel、AMD，还有其他一些现在已经更名的厂商，如TI（德州仪器）、Cyrix以及VIA（威盛）等。在CISC微处理器中，程序的各条指令是按顺序串行执行的，每条指令中的各个操作也是按顺序串行执行的。顺序执行的优点是控制简单，但计算机各部分的利用率不高，执行速度慢。CISC架构的服务器主要以IA-32架构（Intel Architecture,英特尔架构）为主，而且多数为中低档服务器所采用。

如果企业的应用都是基于NT平台的应用，那么服务器的选择基本上就定位于IA架构（CISC架构）的服务器。如果企业的应用主要是基于Linux操作系统，那么服务器的选择也是基于IA结构的服务器。如果应用必须是基于Solaris的，那么服务器只能选择SUN服务器。如果应用基于AIX（IBM的Unix操作系统）的，那么只能选择IBM Unix服务器（RISC架构服务器）。

RISC架构服务器

RISC的英文全称为“Reduced Instruction Set Computing”，中文即“精简指令集”，它的指令系统相对简单，它只要求硬件执行很有限且最常用的那部分执令，大部分复杂的操作则使用成熟的编译技术，由简单指令合成。目前在中高档服务器中普遍采用这一指令系统的CPU，特别是高档服务器全都采用RISC指令系统的CPU。在中高档服务器中采用RISC指令的CPU主要有Compaq（康柏，即新惠普）公司的Alpha、HP公司的PA-RISC、IBM公司的Power PC、MIPS公司的MIPS和SUN公司的Spare。

VLIW架构服务器

VLIW是英文“Very Long Instruction Word”的缩写，中文意思是“超长指令集架构”，VLIW架构采用了先进的EPIC（清晰并行指令）设计，我们也把这种构架叫做“IA-64架构”。每时钟周期例如IA-64可运行20条指令，而CISC通常只能运行1-3条指令，RISC能运行4条指令，可见VLIW要比CISC和RISC强大的多。VLIW的最大优点是简化了处理器的结构，删除了处理器内部许多复杂的控制电路，这些电路通常是超标量芯片（CISC和RISC）协调并行工作时必须使用的，VLIW的结构简单，也能够使其芯片制造成本降低，价格低廉，能耗少，而且性能也要比超标量芯片高得多。目前基于这种指令架构的微处理器主要有Intel的IA-64和AMD的x86-64两种。

3按服务器按用途划分为通用型服务器和专用型服务器两类。

通用型服务器

通用型服务器是没有为某种特殊服务专门设计的、可以提供各种服务功能的服务器，当前大多数服务器是通用型服务器。这类服务器因为不是专为某一功能而设计，所以在设计时就要兼顾多方面的应用需要，服务器的结构就相对较为复杂，而且要求性能较高，当然在价格上也就更贵些。

专用型服务器

专用型（或称“功能型”）服务器是专门为某一种或某几种功能专门设计的服务器。在某些方面与通用型服务器不同。如光盘镜像服务器主要是用来存放光盘镜像文件的，在服务器性能上也就需要具有相应的功能与之相适应。光盘镜像服务器需要配备大容量、高速的硬盘以及光盘镜像软件。FTP服务器主要用于在网上（包括Intranet和Internet）进行文件传输，这就要求服务器在硬盘稳定性、存取速度、I/O（输入/输出）带宽方面具有明显优势。而E－mail服务器则主要是要求服务器配置高速宽带上网工具，硬盘容量要大等。这些功能型的服务器的性能要求比较低，因为它只需要满足某些需要的功能应用即可，所以结构比较简单，采用单CPU结构即可；在稳定性、扩展性等方面要求不高，价格也便宜许多，相当于2台左右的高性能计算机价格。HP的一款Web服务器HP access server，它采用的是PIII113Gbit/s左右的CPU，内存标准配置也只有128MB/256MB，与一台性能较好的普通计算机差不多，但在某些方它还是具有PC机无可替代的优势。

4按服务器的机箱结构来划分，可以把服务器划分为“台式服务器”、“机架式服务器”、“机柜式服务器”和“刀片式服务器”四类。

台式服务器

台式服务器也称为“塔式服务器”。有的台式服务器采用大小与普通立式计算机大致相当的机箱，有的采用大容量的机箱，像个硕大的柜子。低档服务器由于功能较弱，整个服务器的内部结构比较简单，所以机箱不大，都采用台式机箱结构。这里所介绍的台式不是平时普通计算机中的台式，立式机箱也属于台式机范围，目前这类服务器在整个服务器市场中占有相当大的份额。

DELL 塔式服务器

机架式服务器

机架式服务器的外形看来不像计算机，而像交换机，有1U（1U=175英寸）、2U、4U等规格。机架式服务器安装在标准的19英寸机柜里面。这种结构的多为功能型服务器。

DELL机架式服务器

对于信息服务企业（如ISP/ICP/ISV/IDC）而言，选择服务器时首先要考虑服务器的体积、功耗、发热量等物理参数，因为信息服务企业通常使用大型专用机房统一部署和管理大量的服务器资源，机房通常设有严密的保安措施、良好的冷却系统、多重备份的供电系统，其机房的造价相当昂贵。如何在有限的空间内部署更多的服务器直接关系到企业的服务成本，通常选用机械尺寸符合19英寸工业标准的机架式服务器。机架式服务器也有多种规格，例如1U（445cm高）、2U、4U、6U、8U等。通常1U的机架式服务器最节省空间，但性能和可扩展性较差，适合一些业务相对固定的使用领域。4U以上的产品性能较高，可扩展性好，一般支持4个以上的高性能处理器和大量的标准热插拔部件。管理也十分方便，厂商通常提供人相应的管理和监控工具，适合大访问量的关键应用，但体积较大，空间利用率不高。

机柜式服务器

在一些高档企业服务器中由于内部结构复杂，内部设备较多，有的还具有许多不同的设备单元或几个服务器都放在一个机柜中，这种服务器就是机柜式服务器。

联想机柜式高性能服务器

对于证券、银行、邮电等重要企业，则应采用具有完备的故障自修复能力的系统，关键部件应采用冗余措施，对于关键业务使用的服务器也可以采用双机热备份高可用系统或者是高性能计算机，这样的系统可用性就可以得到很好的保证。

刀片式服务器

刀片式服务器是一种HAHD（High Availability High Density，高可用高密度）的低成本服务器平台，是专门为特殊应用行业和高密度计算机环境设计的，其中每一块“刀片”实际上就是一块系统母板，类似于一个个独立的服务器。在这种模式下，每一个母板运行自己的系统，服务于指定的不同用户群，相互之间没有关联。不过可以使用系统软件将这些母板集合成一个服务器集群。在集群模式下，所有的母板可以连接起来提供高速的网络环境，可以共享资源，为相同的用户群服务。当前市场上的刀片式服务器有两大类：一类主要为电信行业设计，接口标准和尺寸规格符合PICMG（PCI Industrial Computer Manufacturer's Group）1x或2x，未来还将推出符合PICMG 3x 的产品，采用相同标准的不同厂商的刀片和机柜在理论上可以互相兼容；另一类为通用计算设计，接口上可能采用了上述标准或厂商标准，但 尺寸规格是厂商自定，注重性能价格比，目前属于这一类的产品居多。刀片式服务器目前最适合群集计算和IxP提供互联网服务。

IA服务器

通常将采用Intel（英特尔）处理器的服务器称之为IA（Intel Architecture）架构服务器，又称CISC（Complex Instruction Set Computer复杂指令集）架构服务器，由于IA架构的服务器是基于PC的体系结构，所以又把IA架构的服务器称为PC服务器。如联想的万全系列服务器，HP公司的Netserver系列服务器等。

由于该架构服务器采用了开放式体系，以"小、巧、稳"为特点,凭借可靠的性能、低廉的价格，并且实现了工业标准化技术和得到国内外大量软硬件供应商的支持，在大批量生产的基础上，以其极高的性能价格比而在全球范围内，尤其在我国得到广泛的应用。在互联网和局域网内更多的完成文件服务、打印服务、通讯服务、WEB服务、电子邮件服务、数据库服务、应用服务等主要应用。

虽然IA构架服务器始于PC,但经过不断的发展，IA架构服务器已经远远超出了PC的概念，它在如下几个方面不同于PC。

在CPU处理能力方面

由于服务器要将其数据、硬件提供给网络共享，在运行网络应用程序时要处理大量的数据。因此要求CPU要有很强的处理能力。大多数IA架构的服务器采用多CPU对称处理技术，多颗CPU共同进行数据运算，大大地提高了服务器的计算能力，满足学校的教学、多媒体应用方面的需求。而普通电脑PC基本上都配置的是单颗CPU，所以PC在数据处理能力上比起服务器当然要差许多了。如果用PC充当服务器，在日常应用中就会经常发生死机、停滞或启动很慢等现象。

在I/O（输入输出）性能方面

在中小型企业或校园网络应用中，经常有许多的用户同时访问服务器，网络上存在着大量多媒体信息的传输，要求服务器的I/O(输入/输出)性能要强大。服务器上采用了SCSI卡、RAID卡、高速网卡、内存中继器等设备，大大提高了服务器I/O能力。因为PC是个人电脑，无需提供额外的网络服务，因此在PC上很少使用高性能的I/O技术，和服务器相比其I/O性能自然相差甚远。

在安全可靠性方面

由于服务器是网络中的核心设备，因此它必须具备高可靠性、安全性。服务器采用专用的ECC内存、RAID技术、热插拔技术、冗余电源(如下图所示)、冗余风扇等方法使服务器具备容错能力、安全保护能力。

服务器需保证长时间连续运行。多长的时间算长时间呢？不同的服务器有不同的标准。一般来说，对工作组级服务器的要求是在工作时间(每天8小时，每周5天)内没有故障；对部门级服务器的要求是每天24小时、每周5天内没有故障；而对企业级服务器的要求是最高的，要求全年365天、每天24小时都要保证没有故障，也就是说，服务器随时可用。而PC是针对个人用户而设计的，因此在安全、可靠性方面PC要远远低于服务器。如果用PC作为服务器，那么在日常应用中出现停机或发生数据丢失的现象自然是不可避免的了。

在扩展性方面

随着网络信息化应用的不断成熟，我们必然会面临网络设备的扩充和升级问题。服务器具备较多的扩展插槽、较多的驱动器支架及较大的硬盘、内存扩展能力，使得用户的网络扩充时，服务器也能满足新的需求，保护了设备投资成本。如图2所示的服务器主板，具有数量高达8个之多的内存插槽，最高支持16GB的内存，这样的扩充能力是PC无可比拟的。

服务器主板上的多个内存插槽

在可管理性方面

从软、硬件的设计上，服务器具备较完善的管理能力。多数服务器在主板上集成了各种传感器，用于检测服务器上的各种硬件设备，同时配合相应管理软件，可以远程监测服务器，从而使网络管理员对服务器系统进行及时有效的管理。有的管理软件可以远程检测服务器主板上的传感器记录的信号，对服务器进行远程的监测和资源分配。而PC由于其应用场合较为简单，所以没有较完善的硬件管理系统。对于缺乏专业技术人员来说，选用可管理性强的服务器可以免去许多烦恼。

伴随着我国经济的快速发展和科学技术的不断进步，近些年来我国的楼宇自动化技术得到了长足的提升。下面是我精心推荐的一些楼宇自动化技术论文，希望你能有所感触!

　楼宇自动化技术论文篇一

楼宇自动化控制网络技术研究

摘 要高层建筑、超大面积建筑越来越多的现代社会，如何实现对楼宇内零散分布的大型设备进行集中管理控制是影响楼宇运行是否良性运行的重要因素。这种分散式的控制需求也决定了全新自动化控制系统的诞生，它需要实现分散楼宇设备的监控、控制和测量。本文对比了楼宇自动化控制系统的发展历程中各种系统的优缺点，阐述了以太网对于楼宇自动化控制系统构建的意义，在遵循相关标准、原则和依据的基础上，讨论了楼宇自动化控制网络的组成、既定目标最后以以太网技术为基础，集成现场总线控制系统，创建OPC服务器实现通信接口数据高效传输和自动化控制系统设计。

关键词楼宇;自动化控制;网络;以太网;OPC

伴随着我国经济的快速发展和科学技术的不断进步，近些年来我国的楼宇自动化控制技术得到了长足的提升。所谓楼宇自动化控制系统是一种基于科学技术进行高度自动化管理和控制的系统机制，通过这样一个网络控制平台实现对楼宇内各种设备的一键管理。这里的科学技术包含了计算机网络技术、自动化控制以及网络通信技术等，能够统一管理的设备则包括空调系统、温度系统、电梯、消防系统、照明设备等等。楼宇自动化控制系统可以大大减轻管理难度和人工成本，具有高效率性和环保节能性。可以说自动化控制网络系统的发展在一定程度上决定了智能楼宇未来的发展方向。

1 楼宇自动化控制系统的发展历程

11 楼宇自动化系统的发展历程

楼宇自动化控制系统紧握科学信息技术的发展潮流，在三四十余年时间里一共经历了四个阶段的发展历程。第一阶段是始于1970年代的CCMS中央监控系统。其原理为通过设置信息采集站于建筑物各处，然后将总线与中央站连接起来，创建CCMS中央监控系统。系统的枢纽是中央计算机，通过接收处理信息采集站的信息，做出相应的决策并发出命令，调节楼宇内设备的各项参数。第二阶段是1980年代的DCS集散控制系统。其实年代的信息采集器进化成了80年代的科技产物：数字控制器。通过为每一个数字控制器配置集散式控制系统计算机，每一个独立的数字控制器都可以显示、处理采集到的信息，只需要在其上布设一个起到监视作用的中央电脑，就可以实现分站完全自主处理信息的功能。第三阶段是1990年代的开放式集散系统。通过应用ON现场总线，布设三层结构的BAS控制网络系统，形成中央站、DDC分站、现场网络层的输入输出结构，这就使得整个系统更加具有开放性，对于系统的配置和管理也更加灵活。第四阶段是进入21世纪之后的网络集成系统。网络系统中具有一个中央主控站，将子系统进行优化组合，诸如消防、安全、照明、温度等，然后统一集成管理，更加方便快捷。

在跨越四十年的发展历程中，楼宇自动控制系统最大的变化就是现场总线控制系统(FCS)取代了分布式控制系统(DCS)。虽然DCS拥有较好的模拟、操作和管理性能，但是费用高、可靠性差、系统开放性差是制约其发展的瓶颈。而现场总线控制系统随着科学技术的发展而兴起，其上烙印了典型的现代科技，具有更高更强的可控性和科学性。它最大的优点就是简单了系统布线方法，提高了操作性和维护性，优化了实时性，并且降低了成本。

12 以太网开始进入楼宇自控领域

以太网一直都是局域网构建中的核心技术网络，而随着科技的进一步发展，以太网中的站点完成了单独收发数据信息的进化，这就减少了物理层数据的碰撞、拥塞和缓存，为楼宇自动化系统的开发设计提供了独特的思路。而在IEEE8023af标准颁布之后，基于以太网的工业交换机产品大幅增加，基于现场总线的开放式以太网标准也纷纷涌现。比如ODVA、CI、HSE、Profinet等。以太网和现场总线控制系统的结合，弥补了各方的缺点，使得工业自控系统的设计逐渐成形，而其在工业控制领域的成功应用直接促成了其在楼宇控制系统中的快速发展，从最初的信息层道控制层，以太网被越来越多的应用。

太网的优点很明显，那就是实现了从信息网到控制层的完美过渡，实现了各层统一，对这样系统的开发和管理也就更加便捷，也实现了和智能楼宇中其他系统的快速完美融合。但是同时需要认识到时，以太网技术和现场总线控制系统的集成研究还处于起步阶段，因为科研成本较高，产品较少，就会导致用户选择不多同时推广性也会受到阻碍，还有就是以太网的维护性、实时性还需要时间的考证。

2 楼宇自动化系统的组成与基本功能

21 楼宇自动化系统的组成

楼宇自动化控制系统通常包括空调、消防、供电、电梯、安全管理、给排水等子系统。可以通过以太网技术，建立通讯网络，集成现场总线控制系统，建立控制层、管理层和设备层，实现操作站和网络控制单元之间的连接。采用传送控制协议/协议，建立用户数据协议，构建OPC服务器，既集中完成控制端对所有设备的管理，也可以实现用户对客户端的自由访问，而避免了亲自查看设备的繁冗过程。通过增加网络控制单元可以实现楼宇内每一个子系统的监控、共享和管理，通过相应的多种统计计算功能，可以在一定的情况下可以代替操作站功能，完成手提式应急信息处理和指令控制。

22 楼宇自动化系统的功能

楼宇自动化控制系统的基本功能有以下几点：

(1)实现对众多子系统启动和停止的控制、设备运行状态的监控。

(2)收集设备运行的历史数据，完成设备一生运行的技术性数据分析;

(3)根据外界环境的变化，自动调整设备运行参数;

(4)监视楼宇各系统运行中可能出现的故障及突发事件，并配置一整套处理方案;

(5)实现对水电、煤气等科学管理，节能高效自动;

(6)针对各子系统中的设备，保存一份包含运行档案、历史、维修情况的设备管理报表，以供参阅。

3 楼宇自动化控制网络系统设计方案

31 自动化控制系统设计总则　楼宇自动化系统的最主要功能还是实现对楼宇内各个子系统的监控，采集运行数据，对比分析运算，保证在任何情况下设备都能正常运行，并且实现快捷简单的远程监控。最显著的优点就是大大减少了事故发生的概率，也就相应地延长了设备的使用寿命。通过这样集约化的控制和管理，实现对各子系统统一而有序的管理，使其健康运行，充分发挥各个系统的功能，为智能楼宇的建设打下坚实基础。这里以最具有代表性的高层、现代化智能大楼作为设计对象，就自动化控制网络系统的创设关键技术作简要阐述。

如同前文所述，楼宇自动化控制系统必须要首先保证子系统的高效运行，实现子系统有序运转和灵活自动运转，从而减轻人员管理，节约劳动力资源和资金成本。这里设计的系统主要是基于一般业主的要求和极高的性价比，采用最优化的方案设计出一套可以同时实现集中管理和分散管理的自控系统。比如著名的BACTalk楼宇管理系统，它是一种基于BMS的自控系统，可以将消防系统、保安系统、照明系统、电梯等集中在一个平台上进行控制，并且具有先进的现场控制器以及和其他系统设备的开放性接口。根据现代高层大楼的特点，设计一下需要主要监控的子系统：电梯系统、中央空调系统、照明共点系统、给排水系统等。

32 楼宇自动化控制网络系统设计的原则和依据

在设计一个楼宇自动系统时，必须遵循以下的原则。首先是可靠性。可靠性是检验一个自控系统是否合格的第一标准，优先采用分布式的控制系统，将自动控制的任务交给很多现场处理器完成，这样可以避免因为单独的处理器出现故障而影响整个系统健康运行的情况。可靠性的另一个表现就是系统数据采集和记录的准确性，不能误报，也不能有故障而不报，所以对于系统硬件和软件的要求极为严格。其次是灵活扩展性。楼宇自动系统和其他的网络系统一样，都会伴随着科学技术的发展而进行进化和升级。我们在建立了初始系统之后，应该考虑到伴随着科学信息技术的发展，原始系统势必要进行优化和升级，所以这对系统的可扩展性提出了一个新的要求。当然灵活性也很重要，主要表现在现场控制器的增减不能影响整个系统的性能，系统的组成和功能应用都必须具备灵活性，便于随着外界环境的改变而改变系统。第三是实用性。设计的系统总归是要应用的，这要求设计人员从高深的科学信息技术中提取出便于应用的普通知识，系统可以根据楼宇的多功能性实现不同需求的给予和完成。是否方便快捷是实用性是否合格的另一个标志。管理方式是否合理简约是检验一个系统是否成熟的重要标志，一个好的楼宇控制系统可以实现楼宇各子系统资料内容的完美综合，并且统一呈现在中央层，减小了管理难度。最后是经济性。我们要求系统的设计采取最为精准和尖端的技术，但是也要考虑到实际需求高度。采用现场处理器应该可以满足相当长时间之内的系统运转，所以要合理规划，切不可盲目投资。

楼宇自动化控制系统的设计首先要以相应的电气图纸和标准规范作为基础，然后需要满足国家及其他国际标准。比如建设设计防火系统、照明设计标准、电梯设计标准、空调安装及采风设计标准、工民建供电系统设计标准等等，对于需要设计的每一个子系统都应该按照国家相应的规范指导系统设计。

33 系统功能设计

设计的系统方案以以太网技术为基础，以此来实现各总线的集成。包含网络层、控制层和设备层三层结构。其中设备层网络技术依托CAN总线和Lonworks等，用以太网技术来实现管理层和控制层之间的通信。

依据前文所述，现场总线控制系统(FCS)更加开放、集散，同时便于维护、成本低，所以更加适合楼宇自动化控制系统的设计，辅以以太网技术，实现楼宇自动化控制。详细设计图见图1。

图1 以太网构成的楼宇自动化控制系统简图

331 自控系统的网络结构

设计的系统主要包括管理层、控制层和设备层。现场控制器之间的点对点通信构成的智能监控区域层就是控制层，CAN总线、Lonworks总线上都布设有监控节点;管理层则包括中央主控机和分系统的计算机系统，以太网技术构建管理层，管理层中的操作站可以控制中央计算机，对各子系统进行集成统一指令管理，并对系统中所有的数据进行分析和处理;设备层就是楼宇内的各机电设备，在控制层的管理下按照预设程序运转。

332 自控系统集成技术

OPC技术可以标准化控制层和管理层之间的设备数据信息交换，并且加快数据传输速度和可靠性，同时降低成本。在楼宇自动系统中选择OPC，需要根据不同的子系统以及需要实现的功能来开发相应的OPC服务器，完成设备层的独立数据采集。

一个完整的OPC服务器包括标准接口和用于通讯的接口两部分。利用ASPNET2005对两个接口进行开发，也就实现了OPC服务器的开发。标准接口的开发因为数据库而变得简单，用于通讯的接口开发需要特定的通信协议和数据采集模式来编写特定的动态链接库。以此来构建的OPC服务器结构如图2。

图2 OPC服务器总体结构简图

通过该结构调用API函数，记录、注销服务器数据信息，并且按照特定的接口模块，读写交换数据，随即封装读写的信息来满足客户端的需求。该设计的关键是函数的调用来建立动态链接库，通过ASPNET2005的DLL调用来构建API函数原型。常用的通信协议一般为TCP/IP协议，通过通信接口来读写封装的信息可以实现计算机端和客户端的数据共同访问，操作者在进行数据管理控制的时候不需要到每一个硬件设备中进行采集，只需要查看子系统相应的OPC服务器就可以实现数据的自主收集。有了这些数据也就有了自控各子系统的基础资料，通过一定的分析和处理，就可以实现子系统运行数据和运行状态的统一呈现，极大方便了后续的自动化控制管理。这就是一个完整的楼宇自动控制过程。

4 结论

智能建筑正在成为未来建筑的发展方向，实现楼宇设备系统的集中有序管理是实现社会节能理念和劳动力节约的关键环节。科学信息技术的发展为设计一个可靠实时成本低的楼宇自动控制系统提供了可能。利用现场总线控制系统、以太网技术可以实现系统设计，本着可靠灵活使用的目标，以以太网技术为基础，集成CAN和Lonworks总线技术，利用OPC技术创设服务器，可以快速且准确的实现诸如消防、照明、电梯、空调、温度、供电等系统的信息数据集成，同时也可以集散控制楼宇中的子系统，实时监控设备运行状态，及时调整故障，减少人员管理成本，保证楼宇健康安全高效运行。在建筑面积越来越大、高度越来越高的现代社会，自动化控制网络系统必定可以大大完善楼宇内部功能，提供安全舒适的生活工作环境。

参考文献

[1]羊梅LonWorks技术在楼宇自动化系统中的应用研究[D]西南交通大学，2008

[2]林黄龙楼宇自动控制系统(BAS)中空调系统的监控软件设计与实现[D]华东交通大学，2009

[3]吉顺平网络控制系统的控制器与通信协议的研究与设计[D]南京航空航天大学，2009

[4]张翰禹Lonworks在楼宇控制系统中的应用[J]电子制作，2014，04：48

[5]李丹现场总线控制网络的比较解析与发展[J]装备制造技术，2014，04：240-242

[6]智淑亚浅论LonWorks技术在楼宇自控系统中的应用[J]金陵科技学院学报，2013，01：34-37

[7]Terry SDavies，HNouri and Fred WBrittonTowards TheControl of Contact Bounce[J]IEEE TransOnComponent，Packaging and Manufacturing Technology-part A，1996，19(3)

[8]Jan Siroky，Frauke Oldewurtel，Jiri Cigler et alExperimental analysis of model predictive control for an energy efficient building heating system[J]Applied energy，2011，88(9)：3079-3087

[9]Peter Fantke，Peter Wieland，Cedric Wannaz et alDynamics of pesticide uptake into plants： From system functioning to parsimonious modeling[J]Environmental modelling &; software，2013，40(Feb)：316-324

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文件服务器、数据库服务器、邮件服务器。

文件服务器是指在计算机网络中,以文件数据的存储与共享为主要功能的服务器,负责中央存储和数据文件管理,处于同一网络环境。数据库服务器因为数据文件的重要性及数据的文件都较大,数据库服务器一般是指运行在网络中的一台或多台服务器和数据库管理系统软件，邮件服务器。

文件服务器（Fileserver），又称档案伺服器，是指在计算机网络环境中，所有用户都可访问的文件存储设备，是一种专供其他电脑检索文件和存储的特殊电脑。文件服务器通常比一般的个人电脑拥有更大的存储容量，并具有一些其他的功能，如磁盘镜像、多个网络接口。

不知道你指什么网络哦

那有服务器，路由，交换机，工作站，客户端，还有网线

1、网络硬件组成

服务器：为客户机提供服务，用于网络管理、运行应用程序、处理客户机请求、连接外部设备等。

客户机：直接面对用户，提出服务请求，完成用户任务。

传输介质：传输网络数据。按传输方式可划分为有线和无线两种，常用有线传输介质分双绞线和光缆。

通信连接设备：引导网络信息准确到达目标节点。主要有网卡、中继器与接线器、网桥与交换机、路由器等。

2、网络软件系统

网络操作系统：常用的有Windows NT、Windows 2000、Windows 2003、Unix、Linux

网络应用软件：网络媒体播放器、文件上传与下载工具、企业网络信息管理系统等P42~43和教材P13~15或者知识拓展栏目中的文章。

更详细的如下：

一个基本的计算机网络由下列硬件组成：服务器，工作站，网络接口卡，电缆系统，共享的资源与外围设备。

一、服务器

为网上用户提供服务的结点称为服务器（Server），在服务器上装有网络操作系统和网络驱动器，它能处理分组的发送和接收以及网络接口的处理。而使用这个服务器的称为该服务器的客户（Clients）或用户。

常见的服务器类型有以下几种。

（1）文件服务器

文件服务器给用户提供了操作系统中文件系统的各种功能，例如生成文件、删除文件、共享文件等。文件服务器涉及的很多问题和操作系统、数据库设计涉及的问题是类似的。所不同的是，这些问题要在网络环境下处理。

一般的文件服务器除了文件管理外还包括用户管理、安全管理、网络管理、系统管理等功能。

（2）打印服务器

打印服务器上接有打印机，网上其他结点和该服务器通信，并使用与其相连的打印机打印文件。

（3）终端服务器

终端服务器又称为终端集中器，终端通过终端集中器再接到网上，终端到其他结点之间的通信都通过终端集中器。

二、工作站

使用服务器提供的功能的网络结点就是工作站。工作站可以是基于DOS、Windows 95/98的PC机，Apple Macintosh系统、运行OS/2的系统以及无盘工作站。无盘工作站没有软驱和硬驱，而是使用网络接口卡上固化在引导芯片中的特殊引导程序直接从服务器上引导。

络接口卡的后部。

三、网络接口卡

（1） 网卡驱动程序

驱动程序文件包含有卡的配置与诊断、其电缆访问法及其通信特点的信息。

（2）网卡线速度

网卡线速度表示能够多快地产生物理信号，例如：10Mbit/s、100Mbit/s和1000Mbit/s。如果想使网卡的适应性更广，也可以考虑10/100M等多速自适应的网卡。

（3）网卡总线类型

10M以太网卡的总线体系结构仍是工业标准体系结构（ISA）。ISA总线的特点是：总线只有16位宽；工作时钟频率只有8MHz；不允许猝发式数据传输；大多数ISA总线为I/O映射型，从而降低了数据传输速度。

ISA总线的理论带宽是533MB/S或4267Mbit/s。网卡实际可用的ISA总线带宽大约只是1/4的理论带宽值，即约为11Mbit/s，刚够覆盖10Mbit/s的信道。

外部设备互连（PCI）总线可提供132MB/S的理论带宽和具有真正的即插即用（PnP）的特点，极像SUN的S-BUS。

PCI总线是得到计算机厂家广泛支持的高性能的与处理器无关的总线。

四、传输介质

常用的传输介质包括双绞线、同轴电缆和光导纤维，另外，还有通过大气的各种形式的电磁传播，如微波、红外线和激光等。

1、双绞线

双绞线是把两根绝缘铜线拧成有规则的螺旋形。双绞线的抗干扰性较差，易受各种电信号的干扰，可靠性差。若把若干对双绞线集成一束，并用结实的保护外皮包住，就形成了典型的双绞线电缆。把多个线对扭在一块可以使各线对之间或其他电子噪声源的电磁干扰最小。

用于网络的双绞线和用于电话系统的双绞线是有差别的。

双绞线主要分为两类，即非屏蔽双绞线（UTP，Unshielded Twisted-Pair）和屏蔽双绞线（STP，Shielded Twisted-Pair）。

EIA/TIA为非屏蔽双绞线制定了布线标准，该标准包括5类UTP。

1类线：可用于电话传输，但不适合数据传输，这一级电缆没有固定的性能要求。

2类线：可用于电话传输和最高为4Mbit/s的数据传输，包括4对双绞线。

3类线：可用于最高为10Mbit/s的数据传输，包括4对双绞线，常用于10BaseT以太网。

4类线：可用于16Mbit/s的令牌环网和大型10BaseT以太网，包括4对双绞线。其测试速度可达20Mbit/s。

5类线：可用于100Mbit/s的快速以太网，包括4对双绞线。

双绞线使用RJ-45接头连接计算机的网卡或集线器等通信设备。

2、同轴电缆

同轴电缆是由一根空心的外圆柱形的导体围绕着单根内导体构成的。内导体为实芯或多芯硬质铜线电缆，外导体为硬金属或金属网。内外导体之间有绝缘材料隔离，外导体外还有外皮套或屏蔽物。

同轴电缆可以用于长距离的电话网络，有线电视信号的传输通道以及计算机局域网络。50Ω的同轴电缆可用于数字信号发送，称为基带；75Ω的同轴电缆可用于频分多路转换的模拟信号发送，称为宽带。在抗干扰性方面，对于较高的频率，同轴电缆优于双绞线。

有5种不同的同轴电缆可用于计算机网络。

3、光导纤维

它是采用超纯的熔凝石英玻璃拉成的比人头发丝还细的芯线。一般的做法是在给定的频率下以光的出现和消失分别代表两个二进制数字，就像在电路中以通电和不通电表示二进制数一样。光纤通信就是 通过光导纤维传递光脉冲进行通信的。

A、光导纤维

光导纤维导芯外包一层玻璃同心层构成圆柱体，包层比导芯的折射率低，使光线全反射至导芯内，经过多次反射，达到传导光波的目的。

每根光纤只能单向传送信号，因此光缆中至少包括两条独立的导芯，一条发送，另一条接收。一根光缆可以包括二至数百根光纤，并用加强芯和填充物来提高机械强度。

光导纤维可以分为多模和单模两种。

只要到达光纤表面的光线入射角大于临界角，便产生全反射，因此可以由多条入射角度不同的光线同时在一条光纤中传播，这种光纤称为多模光纤。

如果光纤导芯的直径小到只有一个光的波长，光纤就成了一种波导管，光线则不必经过多次反射式的传播，而是一直向前传播，这种光纤称为单模光纤。

在使用光导纤维的通信系统中采用两种不同的光源：发光二极管（LED）和注入式激光二极管（ILD）。

发光二极管当电流通过时产生可见光，价格便宜，多模光纤采用这种光源。

注入式激光二极管产生的激光定向性好，用于单模光纤，价格昂贵很多。

B、光纤的特点

光纤的很多优点使得它在远距离通信中起着重要作用。光纤与同轴电缆相比有如下优点：

（a）光纤有较大的带宽，通信容量大。

（b）光纤的传输速率高，能超过千兆位/秒。

（c）光纤的传输衰减小，连接的范围更广。

（d）光纤不受外界电磁波的干扰，因而电磁绝缘性能好，适宜在电气干扰严重的环境中应用。

（e）光纤无串音干扰，不易被窃听和截取数据，因而安全保密性好。

目前，光缆通常用高速的主干网络。

4、无线传输介质

通过大气传输电磁波的三种主要技术是：微波、红外线和激光。这三种技术都需要在发送方和接收方之间有一条视线通路。

由于这些设备工作在高频范围内（微波工作在109－1010Hz，激光工作在1014－1015Hz），因此有可能实现很高的数据的传输率。

在几公里范围内，无线传输有几Mbit/s的数据传输率。

红外线和激光都对环境干扰特别敏感，对环境干扰不敏感的要算微波。微波的方向性要求不强，因此存在着窃听、插入和干扰等一系列不安全问题。

第二节、网络互连设备

一、网络互连设备的分类

网络互连设备通常分成如下4种：

1、中继器：在物理层上透明地复制二进制位，以补偿信号的衰减。它不与更高层次的协议交互作用。

2、网桥：在不同或相同类型的局域网之间存储并转发帧，必要时进行链路层上的协议转换。可连接两个或多个网络，在其中传送信息包。

3、路由器：工作在网络层，在不同的网络间存储并转发分组，根据信息包的地址将信息包发送到目的地，必要时进行网络层上的协议转换。

4、网关（协议转换器）：指对高层协议（包括传输层及更高层次）进行转换的网间连接器。

52 10Base5网络

10Base5网络也采用总线拓扑和基带传输，速率为10Mbit/s，也称为标准

5、中继器

中继器主要用于扩充局域网电缆线段的距离限制。值得注意的是，中继器不具备检查错误和纠正错误的功能，中继器还会引入延时，一些中继器可以滤除噪声。

1）、中继器的特性

（A）中继器主要用于线性电缆系统，如以太网。

（B）中继器工作在协议层次的最低层，即物理层。两段必须使用同种的介质访问法。

（C）中继器通常在一栋楼中使用。

（D）扩展段上的结点地址不能与现行段上的结点地址相同。

2）、注意事项：

使用中继器时应注意以下两点：

（A）用中继器连接的以太网不能形成环。

（B）必须遵守MAC协议定时特性，即不能用中继器将电缆段无限连接下去。

6、网桥

多个局域网可以通过一种工作在数据链路层的设备连接起来，这种设备叫做网桥。它并不对网络层的头部进行检查，因此，可以同等地复制IP，IPX或OSI分组。

网桥的基本特点

（A）网桥工作在数据链路层

它可以实现不同类型的局域网的互连。

（B）网桥独立于网络层协议

对互不兼容的网络层协议，如IP，IPX，DECnet或Apple talk等都能以无意义的数据封装在帧内经网桥运行。所以网桥各端口分别连接的各网段属于同一个逻辑网络号/子网号。例如，所有网段都应有同一个IP网络号/子网号。

网桥是一个存储转发设备

网桥是一个有源的帧存储转发设备，这使网桥能具有如下功能：

①能匹配不同端口的速度

②对帧具有检测和过滤的作用

③网桥能扩大网络地理范围

④提升网络带宽

7、路由器

随着网络的扩大，网桥在路由选择、拥塞控制、容错及网络管理等方面远远不能满足要求。路由器则加强了这方面的功能。

由器工作在网络层，因而能获得更多的网络信息，为来到的信息包找到最佳路径。路由器与协议有关，利用互连网协议，它可以为网络管理员提供整个网络的信息以便于管理网络。1．路由器与网桥的区别

路由器和网桥的一个重要区别是：网桥独立于高层协议，它把几个物理网络连接起来后提供给用户的仍然是一个逻辑网络，用户根本不知道有网桥存在；路由器则利用互连网协议将网络分成几个逻辑子网。

使用了路由器，便开始进入广域网和远程通信链路的范畴。

如果存在以下原因，可考虑使用路由器来代替网桥。

（A）需要高级的信息包筛选。

（B）互连网络具有多重协议，且需要使用特殊的协议将业务筛选到特殊的区域。

（C）需要智能路由选择来改进性能。

（D）当使用速度慢、造价高的远程通信线路时，带有高级过滤功能的路由器很重要。

有协议专用的路由器，也有运用多重协议的路由器。

路由器允许网络分割成易于管理的逻辑网络。分段可以用来防止网络“广播风暴”的事故。当结点连接不当，而使网络中的广播信息达到饱和时，就会引起广播风暴。这种情况最初发生在TCP/IP网络上。

购置路由器时，要保证路由器之间的路由选择方法和协议相适合。在所有位置使用相同的路由器可以避免麻烦，尽管路由选择方法一般是标准化的，但失配仍会妨碍局域网之间的连接。

8、交换机

随着客户/服务器结构的兴起，网络应用越来越复杂，局域网上的信息量迅猛增长，要求速率高、延迟小、有服务质量保证的业务大量出现，对主干网带来了巨大的压力。

路由器解决方法成为网络通信不可逾越的瓶颈。

（A）第二层交换

交换机通常将多协议路由嵌入到了硬件中，因此速度相当高，一般只限几十微秒。此类交换机称为第二层交换机。第二层交换机是真正的多端口网桥。

第二层交换机的弱点是处理广播包的方法不太有效，当一个交换机收到一个广播包时，便会把它传到所有其他端口去，可能形成广播风暴，降低整个网络的有效利用率。

对局域网来说，路由器速度慢，并且价格昂贵。局域网中使用路由器的局限性，促进了交换技术的发展，并最终导致了局域网中交换机代替路由器。

（B）第三层交换

路由器是工作在第三层的，它通过软件交换信息包。它将网络分为几个管理方便的广播域，在工作组中设置独立的广播域，减少了广播流量并保证了网络的安全。但是路由器的配置和管理技术复杂，成本昂贵，而且它的接入增加了数据传输的时间延迟，在一定程度上降低了网络的性能。

第三层交换机是实现路由功能的基于硬件的设备。它能够根据网络层信息，对包含有网络目的地址和信息类型的数据进行更好地转发，还可选择优先权工作，交换MAC地址，从而解决网络瓶颈问题。

第三交换机的运行速度通常要比路由器快得多，它还可以运行像RIP这类传统的路由协议。

目前，尽管第三层交换机通常仅支持IP或IPX，但第三层路由交换机要比传统的基于软件的多协议路由器快一个数量级。

路由器的地位：现在路由器的应用已经被挤到网络的边缘上去了，在广域网中需要使用路由器。在局域网中尽量使用交换机，必要时才使用路由器。

第三节、以太网组网配置

以太网。10Base5网络并不是将结点直接连接到网络公用电缆上，而是使用短电缆从结点连接到公用电缆。这些短电缆称为附加装置接口（AUI）电缆或收发电缆。收发电缆通过一个线路分接头（AUI或

1、10Base5网络的组成部件

（1）网卡：网卡背面应带有DIX（AUI）型插座，以连接收发电缆。

（2）收发器：收发器是粗以太网电缆上的接线盒，工作站可与之连接。

（3）收发电缆：收发电缆通常与收发器在一起。

（4）粗以太网电缆：用于粗以太网的电缆是50Ω，直径04英寸的RG-8或RG-11型的较粗的同轴电缆。

（5）N系列插头：这种插头连接在所有粗缆段的端头上，用于将粗缆与收发器相连。

（6）N系列桶型插头：它用来将两段电缆连接在一起。

（7）N系列终端连接器：每个电缆段都必须使用50Ω的N系列终端连接器接在两个端头上。每个电缆段都需要一个接地终端连接器和一个不接地终端连接器。

（8）中继器：可选。中继器通过收发电缆与每条电缆中继线上的收发器相连。

2、10Base5网络的一些物理限制

（1）一个网段（中继线段）的最大长度为500米。

（2）收发电缆最大长度为50米。

（3）两站收发器之间的最小距离为25米。

（4）可使用4个中继器连接5段中继线。只有3段允许连有工作站，其余用于扩展距离的远程连接。

（5）网络最大长度为2500（500x5）米。

（6）每个网段上最多可有100个结点。中继器也算作一个结点。

（7）每个网段的一端必须装有终端连接器，另一端的终端连接器必须接地。

3、10BaseT网络

10BaseT网络不采用总线拓扑，而是采用星状拓扑。10BaseT网络也采用基带传输，速率为10Mbit/s，T表示使用双绞线作为传输介质。

4、10BaseT网络的部分组成部件

（1）网卡：网卡背面应带有双绞线接口（RJ-45接口），以连接双绞线。

（2）集线器：集线器（HUB）实际上起着中继器的作用。它可有多个RJ-45端口，如8、12、16、24个端口，用于连接双绞线，还可以有一个用于连接同轴电缆或光纤的端口。

（3）双绞线电缆：10BaseT网络可使用屏蔽双绞线（STP）或非屏蔽双绞线（UTP）电缆作为传输介质。

（4）RJ-45接头：用于连接在一段双绞线的两个端头。要使用专门的压接工具才能将RJ-45接头接在双绞线上。

5、10BaseT网络的一些物理限制

（1）工作站到集线器和集线器之间双绞线的最大长度为100米。

（2）一般使用RJ-45连接器。引线1、2用于传送，引线3、6用于接收。

（3）集线器相互级连时，最多只允许有4级。

（4）不使用网桥，网络总共可有1024个工作站。

6、100BaseX网络

100BaseX网络也称为快速以太网，采用星状拓扑，使用CSMA/CD介质访问控制方法，为基带传输，速率为100Mbit/s，采用集线器连接，和10BaseT网络一样。在物理层上，100BaseX网络的安装可以使用3种不同介质标准中的任何一种，即100BaseTX，100BaseT4和100BaseFX。

（1）站点数量小于30，速率不超过10M，但每个站点要求独享10M带宽，只是将HUB换成10M的交换机即可。

（2）站点数量大于30，速率不超过10M的共享网络

（1）使用细缆加中继器。

（2）使用双绞线加HUB，只是要多级连几个HUB。

（3）混用细缆和双绞线，利用HUB背面的BNC插座，用细缆将各HUB串联起来，在细缆上的每一个HUB算细缆上的一个结点。

（4）速率不超过100M的共享网络

使用5类双绞线加100M或10/100M的HUB，参见图4-12，只是要多级连几个HUB或使用可堆叠的HUB。

（5）速率不超过100M，各端口独享100M带宽的网络

使用5类双绞线加100M或10/100M的交换机，也可使用可堆叠的交换机。

交换式以太网是在结点之间沿指定路径转发报文。

交换式以太网是个并行系统。

交换式局域网是高度可扩充的，其带宽随着用户的增加而扩张。

交换技术适用于升级任何共享型局域网。

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