文/張淂福 本刊資深技術(shù)顧問(wèn) 

　　摘要：門(mén)禁系統(tǒng)從誕生的第一天開(kāi)始就伴隨著大量的布線，一個(gè)完整的門(mén)禁系統(tǒng)由讀卡器、控制器、電鎖、出門(mén)開(kāi)關(guān)、門(mén)磁、電源、管理中心等模塊組成，每個(gè)模塊都需要聯(lián)線。

　　門(mén)禁系統(tǒng)是進(jìn)出管理系統(tǒng)的一個(gè)子系統(tǒng)，通常它采用刷卡、密碼或人體生物特征識(shí)別等技術(shù)，在管理軟件的控制下，對(duì)人員或車(chē)輛出入口進(jìn)行管理，讓取得認(rèn)可進(jìn)出的人車(chē)自由通行，而對(duì)那些不該出入的人則加以禁止。因此在許多需要核對(duì)人車(chē)身份的處所中，門(mén)禁系統(tǒng)已成了不可缺少的配置項(xiàng)目。本期就來(lái)探討一下門(mén)禁網(wǎng)絡(luò)通訊應(yīng)用的技術(shù)。

　　工程原理與傳輸線路

　　工程原理

　　門(mén)禁系統(tǒng)的工程原理與其它自動(dòng)控制系統(tǒng)或智能樓宇系統(tǒng)的原理基本類(lèi)似，它的運(yùn)行可以分為傳感、管理和執(zhí)行三個(gè)環(huán)節(jié)，只是它比較緊湊，比較簡(jiǎn)單而已。

　　傳感：讀卡器、密碼鍵盤(pán)、各種生物識(shí)別器、出門(mén)按鈕、鎖狀態(tài)傳感器都屬于傳感器件，它們的任務(wù)是接受命令，將信號(hào)上傳或在核對(duì)后上傳(生物識(shí)別器)。

　　管理：控制器和管理軟件承擔(dān)著門(mén)禁系統(tǒng)的管理功能，它們?cè)谑盏絺鞲衅靼l(fā)來(lái)的信息后，根據(jù)時(shí)間、卡號(hào)及其它信息對(duì)是否開(kāi)門(mén)做出判斷，如開(kāi)門(mén)，則發(fā)出開(kāi)門(mén)命令給電鎖;而在收到鎖狀態(tài)信息時(shí)，則開(kāi)始計(jì)時(shí)，超時(shí)則報(bào)警。

　　執(zhí)行：電鎖在收到開(kāi)門(mén)或關(guān)門(mén)的命令(供電或斷電)時(shí)，它“執(zhí)行”命令將工作狀態(tài)調(diào)整到與命令一致。而電鎖內(nèi)的鎖狀態(tài)傳感器則起到了反饋和監(jiān)督的作用。

　　有些控制器可以使用繼電器將控制信號(hào)輸出，以控制聯(lián)動(dòng)的攝像機(jī)及照明燈。

　　傳輸線路

　　由工作原理可知，門(mén)禁系統(tǒng)中有以下幾種傳輸線路：

　　電源線

　　門(mén)禁系統(tǒng)的電源大多來(lái)自機(jī)房的UPS，以免在斷電時(shí)造成誤動(dòng)作。電源線通常會(huì)處于220V交流傳遞的方式，目的是減少電源在線的壓降。在控制器旁，配備有穩(wěn)壓電源，將交流220V電源變換成直流12V電源，分別供給控制器和電鎖。門(mén)禁系統(tǒng)用的電鎖絕大多數(shù)屬于12V直流供電方式。在電鎖開(kāi)斷的瞬間，由于電鎖中線包(電磁鐵線圈)的作用，會(huì)在電源線產(chǎn)生很強(qiáng)電流，它容易引起電源波動(dòng)，而這一電源波動(dòng)對(duì)控制器的穩(wěn)定工作極其不利，所以在可靠性要求比較高的門(mén)禁系統(tǒng)中，控制器與電鎖分別使用不同的電源模塊，即220V交流供電到控制器時(shí)，使用兩個(gè)12V直流的電源模塊各自整流/穩(wěn)壓后，分別供給電鎖和控制器。各種電源線的選用基本上都是基于電工手冊(cè)，選用標(biāo)準(zhǔn)的電源線。

　　控制器訊號(hào)線

　　控制器中有三組信號(hào)線，分別連接到讀卡器、電鎖中的鎖狀態(tài)傳感器和出門(mén)按鈕。這三路信號(hào)線可以使用綜合布線中的雙絞線替代。為了避免空間的電磁干擾，讀卡器信號(hào)線應(yīng)采用屏蔽線，另兩種信號(hào)線則可以采用屏蔽線，也可以采用非屏蔽線。

　　遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)訊號(hào)線

　　從控制器到管理計(jì)算機(jī)之間的傳輸，大多采用RS485，距離近時(shí)可用RS232，要求傳輸速率快時(shí)則采用TCP/IP協(xié)議。為了避免電磁干擾，這根信號(hào)線應(yīng)采用屏蔽雙絞線。當(dāng)控制器需要使用輸出硬接點(diǎn)直接控制硬盤(pán)錄像機(jī)(在刷卡開(kāi)門(mén)時(shí)同步錄像)時(shí)，這根控制線(2芯)宜采用屏蔽線，以免因硬盤(pán)錄像機(jī)輸入信號(hào)幅值小的時(shí)候因電磁干擾而引起誤觸發(fā)。但如果是用硬接點(diǎn)直接傳輸照明燈的電源時(shí)，則應(yīng)該采用電源線。

　　根據(jù)上述分析可知，在傳輸電源為電鎖、控制器和照明燈供電時(shí)，應(yīng)采用電源線，其截面積可以根據(jù)電流所產(chǎn)生的壓降和發(fā)熱計(jì)算，也可以查電工手冊(cè)獲得。在傳輸傳感器信號(hào)和控制信號(hào)時(shí)，應(yīng)該根據(jù)讀卡器和控制器的安裝手冊(cè)，選擇屏蔽線或非屏蔽線。隨著門(mén)禁系統(tǒng)鎖控制的門(mén)數(shù)越來(lái)越多，對(duì)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)傳輸速度與布線安全的要求也就越來(lái)越高，而且從事門(mén)禁系統(tǒng)的施工也必須同時(shí)進(jìn)行綜合布線系統(tǒng)的施工，因此使用網(wǎng)絡(luò)雙絞線作為門(mén)禁系統(tǒng)的傳輸線，已經(jīng)成為門(mén)禁系統(tǒng)線纜主要選擇。根據(jù)對(duì)各種門(mén)禁線纜的分析，讀卡器、控制器、管理計(jì)算機(jī)之間的信號(hào)線和控制線都可以使用網(wǎng)絡(luò)雙絞線。

　　在同時(shí)進(jìn)行門(mén)禁系統(tǒng)與綜合布線的案例中，對(duì)于使用TCP/IP協(xié)議的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)信號(hào)線，必然是使用雙絞線傳輸，它完全可以使用綜合布線系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)星型結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)信號(hào)遠(yuǎn)傳。RS485線和RS232線也可以使用網(wǎng)絡(luò)雙絞線，根據(jù)門(mén)禁控制器的安裝原則，這些設(shè)備應(yīng)該采用屏蔽雙絞線，以免電磁干擾造成誤操作。

　　網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用綜合布線的注意事項(xiàng)

　　在使用綜合布線系統(tǒng)作為門(mén)禁的傳輸線路時(shí)，應(yīng)該注意以下因素：接線方法應(yīng)完全按照各種門(mén)禁設(shè)備上的接線規(guī)則，并保留詳細(xì)的接線圖，以避免在維護(hù)時(shí)判斷線路的痛苦。屏蔽雙絞線的屏蔽層應(yīng)根據(jù)讀卡器、控制器的安裝手冊(cè)完成接地。

　　如果使用網(wǎng)絡(luò)屏蔽雙絞線傳輸TCP/IP，則可完全采用屏蔽綜合布線系統(tǒng)的屏蔽層端接線規(guī)則。當(dāng)使用TCP/IP協(xié)議時(shí)，最好不要與其他智能系統(tǒng)(包括辦公自動(dòng)化系統(tǒng)等軟件系統(tǒng))共享網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，以免因協(xié)議沖突發(fā)生傳輸上的意外。當(dāng)使用網(wǎng)絡(luò)TCP/IP協(xié)議時(shí)，可以將門(mén)禁系統(tǒng)的管理計(jì)算機(jī)認(rèn)為是門(mén)禁網(wǎng)絡(luò)中的一臺(tái)服務(wù)器，使用雙絞線或光纜連接到配線架上。綜合布線系統(tǒng)可用于門(mén)禁系統(tǒng)，這一點(diǎn)已經(jīng)為門(mén)禁系統(tǒng)的供貨商和安裝商所證實(shí)，只是在工程中應(yīng)全面評(píng)估造價(jià)、施工和性能，以求達(dá)到最佳的效果。

　　門(mén)禁控制的安全性因素

　　以上都是在門(mén)禁系統(tǒng)剖析上，針對(duì)本期測(cè)試我們需要關(guān)注及在意的部分，除此之外我們還要來(lái)剖析門(mén)禁系統(tǒng)在使用的安全性上可能會(huì)有哪些影響因素存在，具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

　　控制單元的分布︰控制單元必須放置在專(zhuān)門(mén)的弱電間或設(shè)備間內(nèi)集中管理，控制單元與讀卡器之間具有遠(yuǎn)距離信號(hào)傳輸?shù)哪芰?，但不能使用只能傳輸幾公尺距離的韋根(Wiegand)協(xié)議;

　　門(mén)禁控制器的電源供應(yīng)必須帶有UPS系統(tǒng)，在外部的電源無(wú)法提供時(shí)，至少能夠讓門(mén)禁控制器繼續(xù)工作幾個(gè)小時(shí)，以防止有人切斷電源從而導(dǎo)致門(mén)禁失效的情況;

　　門(mén)禁中電源是非常重要的，提供給組件穩(wěn)定、干凈的工作電壓是必要前提，具有良好的濾波和穩(wěn)壓的能力。此外要有很強(qiáng)的抗干擾能力，包括高頻感應(yīng)信號(hào)、雷擊等;

　　門(mén)禁控制器機(jī)箱須具有一定的防砸、防撬、防爆、防火、防腐蝕能力，以防止各種破壞的發(fā)生;

　　門(mén)禁控制單元必須具有各種實(shí)時(shí)報(bào)警能力，如電源、UPS等各種設(shè)備的故障提示，機(jī)箱被打開(kāi)的警告訊息，以及通訊或線路故障等報(bào)警通報(bào)能力;

　　門(mén)禁控制單元不能直接使用開(kāi)關(guān)量信號(hào)，門(mén)禁系統(tǒng)許多信號(hào)只會(huì)以開(kāi)關(guān)ON/OFF的模式輸出，例如門(mén)磁信號(hào)和出門(mén)按鈕信號(hào)等，所以很容易遭到利用和破壞，會(huì)大大降低門(mén)禁系統(tǒng)整體的安全性;

　　門(mén)禁控制單元的整體架構(gòu)設(shè)計(jì)是非常重要的，設(shè)計(jì)良好的門(mén)禁系統(tǒng)需盡量避免使用插槽式的擴(kuò)展板，以防止因長(zhǎng)時(shí)間使用因氧化引起的接觸不良;

　　門(mén)禁控制單元的程序設(shè)計(jì)不能完全依賴計(jì)算機(jī)及軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)的，計(jì)算機(jī)是非常不穩(wěn)定的，所以設(shè)計(jì)良好的門(mén)禁系統(tǒng)中所有的邏輯判斷和各種高級(jí)功能的應(yīng)用，必須依賴門(mén)禁控制單元的硬件系統(tǒng)來(lái)完成;

　　門(mén)禁控制單元的輸出是由繼電器控制工作的，繼電器頻繁工作，如果電流容量太小，很快會(huì)損壞繼電器。通常是大電流的電感再加上電阻或者反向二極管等予以保護(hù)控制單元;

　　電鎖與執(zhí)行單元包括各種電子鎖具、三輥匝、擋車(chē)器等控制設(shè)備，這些設(shè)備在安全性、方便性和可靠性上各有差異，需要根據(jù)具體的實(shí)際情況來(lái)選擇合適的電子鎖具;

　　傳感器與報(bào)警單元應(yīng)具有一定的防破壞措施。設(shè)計(jì)良好的門(mén)禁系統(tǒng)可將磁簧報(bào)警信號(hào)與出門(mén)按鈕信號(hào)進(jìn)行加密或轉(zhuǎn)換，如轉(zhuǎn)換成TTL電平信號(hào)或數(shù)字量信號(hào)。同時(shí)，門(mén)禁系統(tǒng)還可監(jiān)測(cè)出報(bào)警、短路、安全、開(kāi)路、請(qǐng)求退出、噪聲、干擾、屏蔽、設(shè)備斷路、防拆等狀態(tài)，可防止人為對(duì)開(kāi)關(guān)報(bào)警信號(hào)的屏蔽和破壞，提升門(mén)禁系統(tǒng)安全性。

　　門(mén)禁控制單元應(yīng)該可以支持多種聯(lián)機(jī)的通訊模式，如RS232、RS485或TCP/IP等，在不同的情況下使用合適的聯(lián)機(jī)模式，以實(shí)現(xiàn)全國(guó)甚至于全球范圍內(nèi)的系統(tǒng)聯(lián)機(jī)。

　　門(mén)禁系統(tǒng)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用

　　無(wú)線門(mén)禁產(chǎn)品從誕生到現(xiàn)在，經(jīng)過(guò)技術(shù)的不斷演化，已出現(xiàn)了通過(guò)FSK、GPRS、藍(lán)牙、ZigBee等傳輸方式的產(chǎn)品。傳統(tǒng)的門(mén)禁解決方案通過(guò)布置到每個(gè)門(mén)點(diǎn)的線纜進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)和控制。但是隨著項(xiàng)目的一個(gè)個(gè)展開(kāi)，越來(lái)越多的業(yè)內(nèi)同行及客戶開(kāi)始意識(shí)到了有線聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)自身存在著線纜眾多，安裝施工麻煩等諸多缺陷，人們?cè)趯で笾鼮楸憬莸姆绞?，無(wú)線剛好滿足了這方面的需求。

　　無(wú)線門(mén)禁產(chǎn)品可節(jié)省門(mén)禁點(diǎn)和中心的通訊線，這在有些布線不便的場(chǎng)合具有很大的吸引力。第一代無(wú)線門(mén)禁就是在以上的技術(shù)背景下誕生的，這類(lèi)設(shè)備主要是通過(guò)RF315M、RF433M等國(guó)家規(guī)定的自由頻段進(jìn)行通信，采用的通訊技術(shù)也相對(duì)簡(jiǎn)單，一般采用FSK或FMK等基本的無(wú)線調(diào)制方法，頻點(diǎn)固定，多設(shè)備一起工作時(shí)會(huì)有互相干擾，通訊速率也較低，一般在300bps到1200bps之間。因?yàn)榧夹g(shù)手段相對(duì)單一，在使用中普遍存在通訊穩(wěn)定性和可靠性欠佳的問(wèn)題，這類(lèi)產(chǎn)品目前已逐步淡出了市場(chǎng)。手機(jī)無(wú)線門(mén)禁概念是伴隨著手機(jī)技術(shù)的發(fā)展而提出的，因?yàn)榈谝淮鸁o(wú)線門(mén)禁在通訊和傳輸距離上無(wú)法滿足一些特定場(chǎng)所、行業(yè)的需求，因此，部分門(mén)禁廠家將手機(jī)模塊和門(mén)禁控制器綁定在一起，控制信號(hào)通過(guò)聯(lián)通或移動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)以短信或GPRS的方式進(jìn)行無(wú)線傳輸，以達(dá)到遠(yuǎn)距離信號(hào)傳輸?shù)哪康?。但是手機(jī)無(wú)線門(mén)禁由于設(shè)備成本、手機(jī)月租費(fèi)等相關(guān)費(fèi)用的收取，使用成本較高，同時(shí)信號(hào)通過(guò)GSM網(wǎng)絡(luò)傳輸延遲較大，性能也不夠理想，使得手機(jī)無(wú)線門(mén)禁產(chǎn)品目前僅局限在有一定需求的場(chǎng)合及行業(yè)中使用。

　　與此同時(shí)，應(yīng)用了無(wú)線物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的無(wú)線物聯(lián)網(wǎng)門(mén)禁系統(tǒng)也受到了市場(chǎng)上的普遍關(guān)注，據(jù)預(yù)測(cè)，物聯(lián)網(wǎng)將來(lái)會(huì)成為與互聯(lián)網(wǎng)一樣改變?nèi)藗兩畹募夹g(shù)，而將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到無(wú)線門(mén)禁中去無(wú)疑是搶占了未來(lái)無(wú)線門(mén)禁技術(shù)的高地，市場(chǎng)前景將會(huì)十分巨大。和單純粹采用藍(lán)牙、ZigBee技術(shù)進(jìn)行信號(hào)無(wú)線傳輸?shù)臒o(wú)線門(mén)禁不同，物聯(lián)網(wǎng)門(mén)禁更側(cè)重于門(mén)禁的智能感知和低功耗，藍(lán)牙和ZigBee雖然也是低功耗短距無(wú)線傳輸?shù)募夹g(shù)，但應(yīng)用在電池供電的物聯(lián)網(wǎng)門(mén)禁系統(tǒng)里還是太費(fèi)電。

　　無(wú)需布線、可靠且節(jié)能

　　門(mén)禁系統(tǒng)從誕生的第一天開(kāi)始就伴隨著大量的布線，一個(gè)完整的門(mén)禁系統(tǒng)由讀卡器、控制器、電鎖、出門(mén)開(kāi)關(guān)、門(mén)磁、電源、管理中心等模塊組成，每個(gè)模塊都需要聯(lián)線。同時(shí)，門(mén)框的正反面和頂部、門(mén)的頂部都要打孔安裝設(shè)備，因此，施工繁瑣是很現(xiàn)實(shí)的問(wèn)題。無(wú)線物聯(lián)網(wǎng)門(mén)禁將門(mén)點(diǎn)的設(shè)備簡(jiǎn)化到了極致：一把電池供電的鎖具。除了門(mén)上面要開(kāi)孔裝鎖外，門(mén)的四周不需要安裝任何輔助設(shè)備。整個(gè)系統(tǒng)簡(jiǎn)潔明了，大幅縮短了施工工期，也能大大降低后期維護(hù)的成本。跳頻及加密是無(wú)線門(mén)禁的另一個(gè)核心。無(wú)線和有線一個(gè)很大的區(qū)別就是無(wú)線信號(hào)是在空中傳播的，因此很容易受到外界的干擾，同時(shí)也很容易被外界所捕獲。因此安全性與可靠性可以說(shuō)是無(wú)線門(mén)禁產(chǎn)品的生命線。

　　無(wú)線物聯(lián)網(wǎng)門(mén)禁系統(tǒng)的安全與可靠性主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：無(wú)線數(shù)據(jù)通訊的安全性和傳輸數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性。無(wú)線物聯(lián)網(wǎng)門(mén)禁系統(tǒng)通過(guò)智能跳頻技術(shù)來(lái)確保信號(hào)能迅速避開(kāi)干擾，同時(shí)通訊過(guò)程中采用動(dòng)態(tài)密鑰和AES加密算法，讓監(jiān)聽(tīng)者無(wú)法截取。解決了數(shù)據(jù)包加密，但無(wú)線的抗干擾能力卻是始終繞不開(kāi)的話題。對(duì)此，無(wú)線物聯(lián)網(wǎng)門(mén)禁專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)了脫機(jī)工作模式，這是一種確保在無(wú)線受干擾失效或者中心系統(tǒng)宕機(jī)后也能正常開(kāi)門(mén)的工作模式，以無(wú)線門(mén)鎖為例，在無(wú)線通信失敗時(shí)它等同于一把不聯(lián)網(wǎng)的賓館鎖，仍可正常的開(kāi)關(guān)門(mén)(和聯(lián)網(wǎng)時(shí)的開(kāi)門(mén)權(quán)限一致)，用戶感覺(jué)不到脫機(jī)和聯(lián)機(jī)的區(qū)別，唯一的區(qū)別是脫機(jī)時(shí)刷卡數(shù)據(jù)不是實(shí)時(shí)傳到中心，而是暫存在鎖上，在通訊恢復(fù)正常后再自動(dòng)上傳。

　　無(wú)線物聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)超低功耗產(chǎn)品，這樣會(huì)使電池供電的壽命更長(zhǎng);只有電池供電，才有徹底無(wú)線的可能。無(wú)線物聯(lián)網(wǎng)門(mén)禁系統(tǒng)的通訊速度達(dá)到了2Mbps，越快的通訊速度意味著信號(hào)在空中傳輸?shù)臅r(shí)間越短，消耗的電量也越少，同時(shí)無(wú)線物聯(lián)網(wǎng)門(mén)禁系統(tǒng)采用的鎖具是只在執(zhí)行開(kāi)關(guān)門(mén)動(dòng)作時(shí)才消耗電量的。無(wú)線物聯(lián)網(wǎng)門(mén)禁系統(tǒng)可以直接替換現(xiàn)有的有線聯(lián)網(wǎng)或非聯(lián)網(wǎng)門(mén)禁系統(tǒng)。我們相信隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的推廣和無(wú)線物聯(lián)網(wǎng)門(mén)禁案例的一個(gè)個(gè)展開(kāi)，無(wú)線物聯(lián)網(wǎng)門(mén)禁系統(tǒng)必將越來(lái)越得到用戶的喜歡

　　結(jié)論

　　從本質(zhì)上看，安防、通信及IT這三大產(chǎn)業(yè)都是對(duì)門(mén)禁系統(tǒng)信息的處理過(guò)程，而且都朝著網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的方向發(fā)展，門(mén)禁在網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用上的安全威脅不多，大致上來(lái)自于像后門(mén)或特洛伊木馬程序等，這些都是在門(mén)禁網(wǎng)絡(luò)化上不可避免的風(fēng)險(xiǎn)，所以唯有在門(mén)禁網(wǎng)絡(luò)工程施工及架構(gòu)應(yīng)用上做好最佳的選擇才是安全上策。