文/张淂福 本刊资深技术顾问 

　　摘要：门禁系统从诞生的第一天开始就伴随着大量的布线，一个完整的门禁系统由读卡器、控制器、电锁、出门开关、门磁、电源、管理中心等模块组成，每个模块都需要联线。

　　门禁系统是进出管理系统的一个子系统，通常它采用刷卡、密码或人体生物特征识别等技术，在管理软件的控制下，对人员或车辆出入口进行管理，让取得认可进出的人车自由通行，而对那些不该出入的人则加以禁止。因此在许多需要核对人车身份的处所中，门禁系统已成了不可缺少的配置项目。本期就来探讨一下门禁网络通讯应用的技术。

　　工程原理与传输线路

　　工程原理

　　门禁系统的工程原理与其它自动控制系统或智能楼宇系统的原理基本类似，它的运行可以分为传感、管理和执行三个环节，只是它比较紧凑，比较简单而已。

　　传感：读卡器、密码键盘、各种生物识别器、出门按钮、锁状态传感器都属于传感器件，它们的任务是接受命令，将信号上传或在核对后上传(生物识别器)。

　　管理：控制器和管理软件承担着门禁系统的管理功能，它们在收到传感器发来的信息后，根据时间、卡号及其它信息对是否开门做出判断，如开门，则发出开门命令给电锁;而在收到锁状态信息时，则开始计时，超时则报警。

　　执行：电锁在收到开门或关门的命令(供电或断电)时，它“执行”命令将工作状态调整到与命令一致。而电锁内的锁状态传感器则起到了反馈和监督的作用。

　　有些控制器可以使用继电器将控制信号输出，以控制联动的摄像机及照明灯。

　　传输线路

　　由工作原理可知，门禁系统中有以下几种传输线路：

　　电源线

　　门禁系统的电源大多来自机房的UPS，以免在断电时造成误动作。电源线通常会处于220V交流传递的方式，目的是减少电源在线的压降。在控制器旁，配备有稳压电源，将交流220V电源变换成直流12V电源，分别供给控制器和电锁。门禁系统用的电锁绝大多数属于12V直流供电方式。在电锁开断的瞬间，由于电锁中线包(电磁铁线圈)的作用，会在电源线产生很强电流，它容易引起电源波动，而这一电源波动对控制器的稳定工作极其不利，所以在可靠性要求比较高的门禁系统中，控制器与电锁分别使用不同的电源模块，即220V交流供电到控制器时，使用两个12V直流的电源模块各自整流/稳压后，分别供给电锁和控制器。各种电源线的选用基本上都是基于电工手册，选用标准的电源线。

　　控制器讯号线

　　控制器中有三组信号线，分别连接到读卡器、电锁中的锁状态传感器和出门按钮。这三路信号线可以使用综合布线中的双绞线替代。为了避免空间的电磁干扰，读卡器信号线应采用屏蔽线，另两种信号线则可以采用屏蔽线，也可以采用非屏蔽线。

　　远程网络讯号线

　　从控制器到管理计算机之间的传输，大多采用RS485，距离近时可用RS232，要求传输速率快时则采用TCP/IP协议。为了避免电磁干扰，这根信号线应采用屏蔽双绞线。当控制器需要使用输出硬接点直接控制硬盘录像机(在刷卡开门时同步录像)时，这根控制线(2芯)宜采用屏蔽线，以免因硬盘录像机输入信号幅值小的时候因电磁干扰而引起误触发。但如果是用硬接点直接传输照明灯的电源时，则应该采用电源线。

　　根据上述分析可知，在传输电源为电锁、控制器和照明灯供电时，应采用电源线，其截面积可以根据电流所产生的压降和发热计算，也可以查电工手册获得。在传输传感器信号和控制信号时，应该根据读卡器和控制器的安装手册，选择屏蔽线或非屏蔽线。随着门禁系统锁控制的门数越来越多，对系统网络传输速度与布线安全的要求也就越来越高，而且从事门禁系统的施工也必须同时进行综合布线系统的施工，因此使用网络双绞线作为门禁系统的传输线，已经成为门禁系统线缆主要选择。根据对各种门禁线缆的分析，读卡器、控制器、管理计算机之间的信号线和控制线都可以使用网络双绞线。

　　在同时进行门禁系统与综合布线的案例中，对于使用TCP/IP协议的远程网络信号线，必然是使用双绞线传输，它完全可以使用综合布线系统的标准星型结构实现信号远传。RS485线和RS232线也可以使用网络双绞线，根据门禁控制器的安装原则，这些设备应该采用屏蔽双绞线，以免电磁干扰造成误操作。

　　网络应用综合布线的注意事项

　　在使用综合布线系统作为门禁的传输线路时，应该注意以下因素：接线方法应完全按照各种门禁设备上的接线规则，并保留详细的接线图，以避免在维护时判断线路的痛苦。屏蔽双绞线的屏蔽层应根据读卡器、控制器的安装手册完成接地。

　　如果使用网络屏蔽双绞线传输TCP/IP，则可完全采用屏蔽综合布线系统的屏蔽层端接线规则。当使用TCP/IP协议时，最好不要与其他智能系统(包括办公自动化系统等软件系统)共享网络交换机，以免因协议冲突发生传输上的意外。当使用网络TCP/IP协议时，可以将门禁系统的管理计算机认为是门禁网络中的一台服务器，使用双绞线或光缆连接到配线架上。综合布线系统可用于门禁系统，这一点已经为门禁系统的供货商和安装商所证实，只是在工程中应全面评估造价、施工和性能，以求达到最佳的效果。

　　门禁控制的安全性因素

　　以上都是在门禁系统剖析上，针对本期测试我们需要关注及在意的部分，除此之外我们还要来剖析门禁系统在使用的安全性上可能会有哪些影响因素存在，具体表现在以下几个方面：

　　控制单元的分布︰控制单元必须放置在专门的弱电间或设备间内集中管理，控制单元与读卡器之间具有远距离信号传输的能力，但不能使用只能传输几公尺距离的韦根(Wiegand)协议;

　　门禁控制器的电源供应必须带有UPS系统，在外部的电源无法提供时，至少能够让门禁控制器继续工作几个小时，以防止有人切断电源从而导致门禁失效的情况;

　　门禁中电源是非常重要的，提供给组件稳定、干净的工作电压是必要前提，具有良好的滤波和稳压的能力。此外要有很强的抗干扰能力，包括高频感应信号、雷击等;

　　门禁控制器机箱须具有一定的防砸、防撬、防爆、防火、防腐蚀能力，以防止各种破坏的发生;

　　门禁控制单元必须具有各种实时报警能力，如电源、UPS等各种设备的故障提示，机箱被打开的警告讯息，以及通讯或线路故障等报警通报能力;

　　门禁控制单元不能直接使用开关量信号，门禁系统许多信号只会以开关ON/OFF的模式输出，例如门磁信号和出门按钮信号等，所以很容易遭到利用和破坏，会大大降低门禁系统整体的安全性;

　　门禁控制单元的整体架构设计是非常重要的，设计良好的门禁系统需尽量避免使用插槽式的扩展板，以防止因长时间使用因氧化引起的接触不良;

　　门禁控制单元的程序设计不能完全依赖计算机及软件来实现的，计算机是非常不稳定的，所以设计良好的门禁系统中所有的逻辑判断和各种高级功能的应用，必须依赖门禁控制单元的硬件系统来完成;

　　门禁控制单元的输出是由继电器控制工作的，继电器频繁工作，如果电流容量太小，很快会损坏继电器。通常是大电流的电感再加上电阻或者反向二极管等予以保护控制单元;

　　电锁与执行单元包括各种电子锁具、三辊匝、挡车器等控制设备，这些设备在安全性、方便性和可靠性上各有差异，需要根据具体的实际情况来选择合适的电子锁具;

　　传感器与报警单元应具有一定的防破坏措施。设计良好的门禁系统可将磁簧报警信号与出门按钮信号进行加密或转换，如转换成TTL电平信号或数字量信号。同时，门禁系统还可监测出报警、短路、安全、开路、请求退出、噪声、干扰、屏蔽、设备断路、防拆等状态，可防止人为对开关报警信号的屏蔽和破坏，提升门禁系统安全性。

　　门禁控制单元应该可以支持多种联机的通讯模式，如RS232、RS485或TCP/IP等，在不同的情况下使用合适的联机模式，以实现全国甚至于全球范围内的系统联机。

　　门禁系统的无线网络应用

　　无线门禁产品从诞生到现在，经过技术的不断演化，已出现了通过FSK、GPRS、蓝牙、ZigBee等传输方式的产品。传统的门禁解决方案通过布置到每个门点的线缆进行联网和控制。但是随着项目的一个个展开，越来越多的业内同行及客户开始意识到了有线联网系统自身存在着线缆众多，安装施工麻烦等诸多缺陷，人们在寻求着更为便捷的方式，无线刚好满足了这方面的需求。

　　无线门禁产品可节省门禁点和中心的通讯线，这在有些布线不便的场合具有很大的吸引力。第一代无线门禁就是在以上的技术背景下诞生的，这类设备主要是通过RF315M、RF433M等国家规定的自由频段进行通信，采用的通讯技术也相对简单，一般采用FSK或FMK等基本的无线调制方法，频点固定，多设备一起工作时会有互相干扰，通讯速率也较低，一般在300bps到1200bps之间。因为技术手段相对单一，在使用中普遍存在通讯稳定性和可靠性欠佳的问题，这类产品目前已逐步淡出了市场。手机无线门禁概念是伴随着手机技术的发展而提出的，因为第一代无线门禁在通讯和传输距离上无法满足一些特定场所、行业的需求，因此，部分门禁厂家将手机模块和门禁控制器绑定在一起，控制信号通过联通或移动的网络以短信或GPRS的方式进行无线传输，以达到远距离信号传输的目的。但是手机无线门禁由于设备成本、手机月租费等相关费用的收取，使用成本较高，同时信号通过GSM网络传输延迟较大，性能也不够理想，使得手机无线门禁产品目前仅局限在有一定需求的场合及行业中使用。

　　与此同时，应用了无线物联网技术的无线物联网门禁系统也受到了市场上的普遍关注，据预测，物联网将来会成为与互联网一样改变人们生活的技术，而将物联网技术应用到无线门禁中去无疑是抢占了未来无线门禁技术的高地，市场前景将会十分巨大。和单纯粹采用蓝牙、ZigBee技术进行信号无线传输的无线门禁不同，物联网门禁更侧重于门禁的智能感知和低功耗，蓝牙和ZigBee虽然也是低功耗短距无线传输的技术，但应用在电池供电的物联网门禁系统里还是太费电。

　　无需布线、可靠且节能

　　门禁系统从诞生的第一天开始就伴随着大量的布线，一个完整的门禁系统由读卡器、控制器、电锁、出门开关、门磁、电源、管理中心等模块组成，每个模块都需要联线。同时，门框的正反面和顶部、门的顶部都要打孔安装设备，因此，施工繁琐是很现实的问题。无线物联网门禁将门点的设备简化到了极致：一把电池供电的锁具。除了门上面要开孔装锁外，门的四周不需要安装任何辅助设备。整个系统简洁明了，大幅缩短了施工工期，也能大大降低后期维护的成本。跳频及加密是无线门禁的另一个核心。无线和有线一个很大的区别就是无线信号是在空中传播的，因此很容易受到外界的干扰，同时也很容易被外界所捕获。因此安全性与可靠性可以说是无线门禁产品的生命线。

　　无线物联网门禁系统的安全与可靠性主要体现在以下两个方面：无线数据通讯的安全性和传输数据的稳定性。无线物联网门禁系统通过智能跳频技术来确保信号能迅速避开干扰，同时通讯过程中采用动态密钥和AES加密算法，让监听者无法截取。解决了数据包加密，但无线的抗干扰能力却是始终绕不开的话题。对此，无线物联网门禁专门设计了脱机工作模式，这是一种确保在无线受干扰失效或者中心系统宕机后也能正常开门的工作模式，以无线门锁为例，在无线通信失败时它等同于一把不联网的宾馆锁，仍可正常的开关门(和联网时的开门权限一致)，用户感觉不到脱机和联机的区别，唯一的区别是脱机时刷卡数据不是实时传到中心，而是暂存在锁上，在通讯恢复正常后再自动上传。

　　无线物联网是一个超低功耗产品，这样会使电池供电的寿命更长;只有电池供电，才有彻底无线的可能。无线物联网门禁系统的通讯速度达到了2Mbps，越快的通讯速度意味着信号在空中传输的时间越短，消耗的电量也越少，同时无线物联网门禁系统采用的锁具是只在执行开关门动作时才消耗电量的。无线物联网门禁系统可以直接替换现有的有线联网或非联网门禁系统。我们相信随着物联网技术的推广和无线物联网门禁案例的一个个展开，无线物联网门禁系统必将越来越得到用户的喜欢

　　结论

　　从本质上看，安防、通信及IT这三大产业都是对门禁系统信息的处理过程，而且都朝着网络平台的方向发展，门禁在网络应用上的安全威胁不多，大致上来自于像后门或特洛伊木马程序等，这些都是在门禁网络化上不可避免的风险，所以唯有在门禁网络工程施工及架构应用上做好最佳的选择才是安全上策。