1. bacnet技術(shù)

bacnet是building automation and control network 的簡稱，是一種為樓宇自控網(wǎng)絡(luò)制定的數(shù)據(jù)通訊協(xié)議。1995年6月，美國暖通空調(diào)工程師協(xié)會(american society of heating, refrigeration, and air-conditioning engineers，ashrae)經(jīng)過8年半時(shí)間，正式通過全球首個樓宇自控行業(yè)通訊標(biāo)準(zhǔn)——bacnet。同年12月成為美國國家標(biāo)準(zhǔn)，并且還得到歐盟委員會的承認(rèn)，成為歐盟標(biāo)準(zhǔn)草案。

bacnet是一個標(biāo)準(zhǔn)通訊和數(shù)據(jù)交換協(xié)議。各廠家按照這一協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)與樓宇自控網(wǎng)兼容的控制器與接口，最終達(dá)到不同廠家生產(chǎn)的控制器都可以相互交換數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)互操作性。根據(jù) 2005 年的資料，目前世界上已有數(shù)百家國際知名的廠家支持 bacnet ，其中包括樓宇自控系統(tǒng)廠家、消防系統(tǒng)廠家、冷凍機(jī)廠家、配電照明系統(tǒng)廠家和安保系統(tǒng)廠家等。

bacnet協(xié)議采用符合osi（open system interconnection，開放式系統(tǒng)互聯(lián)）模型的分層體系結(jié)構(gòu)，由物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層組成。bacnet考慮到樓宇自動控制系統(tǒng)的環(huán)境和控制要求，在確定通信體系所劃分的層數(shù)時(shí)，去掉osi七層模型中的表示層、會話層和傳輸層，構(gòu)成了一個包含四個層次的分層體系結(jié)構(gòu)，這四個層次與osi模型中的層次對應(yīng)關(guān)系(如表1所示)。

在數(shù)據(jù)鏈路層和物理層提供了可供選項(xiàng)的范圍，允許根據(jù)需要進(jìn)行選擇arenet為令牌總線網(wǎng)，數(shù)據(jù)傳輸速率2.5-20mbps,有良好的實(shí)時(shí)性。ms/tp(master-slave/token ring passing)是一種主從/令牌傳遞數(shù)據(jù)鏈路層技術(shù)，允許使用便宜的eia-485硬件，而ptp(peer-to-peer)通信機(jī)制聯(lián)絡(luò)(如利用電話線撥號連接)通過使用eia-232信號標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)，ptp包括數(shù)據(jù)連接建立、數(shù)據(jù)交換、數(shù)據(jù)連接終止三部分。

表1 bac net協(xié)議與osi模型的相應(yīng)層

2. lonworks現(xiàn)場總線技術(shù)

lonworks由美國echelon公司于20世紀(jì)90年代初期開發(fā)出來，是一種完全分散控制的局部操作網(wǎng)技術(shù)。目前，已為數(shù)千家控制工程公司采用，樓宇自控行業(yè)中的巨頭們已經(jīng)加入到這個行列之中，正在生產(chǎn)和開發(fā)基于lonworks通信技術(shù)的產(chǎn)品。

lonworks網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)由神經(jīng)元芯片、收發(fā)器、固件和i／o接口電路組成。神經(jīng)元芯片是這種智能節(jié)點(diǎn)的核心，它由媒體訪問控制處理器、網(wǎng)絡(luò)處理器和應(yīng)用處理器組成，這就使得節(jié)點(diǎn)既能管理網(wǎng)絡(luò)通信，又具有控制功能。

芯片附有固件，該固件實(shí)現(xiàn)lontalk通信協(xié)議和所有的任務(wù)調(diào)度。lontalk協(xié)議遵循世界標(biāo)準(zhǔn)組織（international organization for standardization，iso）提出的開放式互聯(lián)參考模型osi，具有完整的七層協(xié)議，管理網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的通信，分配節(jié)點(diǎn)地址，運(yùn)行內(nèi)含的沖突檢測／回避算法，控制物理的／的連接等。lontalk協(xié)議對應(yīng)于osi參考模型各相應(yīng)層所提供的服務(wù)見表2。在鏈路層，采用了可預(yù)測的csma算法：每個發(fā)送出的包都含有接收節(jié)點(diǎn)的個數(shù)，每個節(jié)點(diǎn)必須向發(fā)送節(jié)點(diǎn)的回發(fā)應(yīng)答幀，這使得50％或更多的待發(fā)包成為可以預(yù)測的。由于能夠預(yù)測網(wǎng)絡(luò)通信負(fù)荷，就可根據(jù)通信流量的多少動態(tài)地改變介質(zhì)存取時(shí)延；而且還提供了一種優(yōu)先權(quán)選擇，使得具有高優(yōu)先權(quán)的數(shù)據(jù)幀可在沒有競爭的條件下進(jìn)行傳送，這就使整個系統(tǒng)無論在輕載下還是在重載下都處于優(yōu)化運(yùn)行狀態(tài)，保證了控制網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性要求。在頂層，采用了“網(wǎng)絡(luò)變量”作為用戶的應(yīng)用程序接口。這是一種面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法，它使應(yīng)用程序中的網(wǎng)絡(luò)通信程序變成了一種簡單的參數(shù)設(shè)置，極大地方便了每個節(jié)點(diǎn)的應(yīng)用程序與整個系統(tǒng)的信息交換：用戶只需要定義網(wǎng)絡(luò)變量并對將要實(shí)現(xiàn)通信的節(jié)點(diǎn)中的網(wǎng)絡(luò)變量進(jìn)行邏輯連續(xù)連接就可以了。

表2 lontalk 7層協(xié)議

lonworks網(wǎng)絡(luò)，可以采用多種通信媒體，如雙絞線、線、同軸電纜、光纜、無線電、紅外線，并且提供與上述多種媒體相適應(yīng)的收發(fā)器。這使得同一網(wǎng)絡(luò)中的信號可以在不同的媒體之間傳輸，因而可以根據(jù)需要組網(wǎng)，不同媒體之間以路由器進(jìn)行連接。在多種媒體使用的收發(fā)器中，特別值得一提的是電力線收發(fā)器。利用電力線載波傳輸網(wǎng)絡(luò)信息是一個很好的設(shè)想，然而只有采用特殊的通信技術(shù)才能使其成為現(xiàn)實(shí)，因?yàn)殡娏€信道特性變化大、干擾強(qiáng)，無法實(shí)現(xiàn)可靠的信息傳輸。為此，echelon公司采用擴(kuò)頻傳送技術(shù)，成功地實(shí)現(xiàn)了數(shù)百米到數(shù)千米距離內(nèi)的可靠通信，傳輸速率達(dá)10kbps。

如上所述，neuron芯片除了具有控制功能之外，還帶有媒體訪問控制處理器和網(wǎng)絡(luò)處理，并且lontalk協(xié)議固化在芯片的rom中，這就使得lonworks的微型節(jié)點(diǎn)無需中央主機(jī)參與，就可以進(jìn)行相互通信，從而實(shí)現(xiàn)了無中心結(jié)構(gòu)的完全分散式控制模式，將控制功能分散到了現(xiàn)場級儀表。當(dāng)然，在這種無中心結(jié)構(gòu)達(dá)到網(wǎng)絡(luò)中，如果用戶需要對系統(tǒng)進(jìn)行“集中管理”，又可方便地在網(wǎng)絡(luò)中設(shè)計(jì)一個或多個由pc機(jī)或其他計(jì)算機(jī)構(gòu)成的“網(wǎng)絡(luò)管理者”節(jié)點(diǎn)，通過它可以執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)管理功能，如定義新節(jié)點(diǎn)、更換舊節(jié)點(diǎn)等，也可以作為操作站運(yùn)行用戶的應(yīng)用程序，方便用戶管理與操作。

lontalk是一個完全符合osi模型的開放式通信協(xié)議，具有良好的互操作性，這使不同制造商生產(chǎn)的基于lonworks技術(shù)的新一代智能通信產(chǎn)品能夠彼此合作，聯(lián)網(wǎng)工作。為避免眾多制造商以不同的含義來解釋lonworks技術(shù)，保證他們的產(chǎn)品能夠方便地集成到一起，以便構(gòu)成一個真正開放的系統(tǒng)，還建立了lonworks互操作協(xié)會，制定了lonworks標(biāo)準(zhǔn)。這個標(biāo)準(zhǔn)已成為事實(shí)上的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，按此標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)的產(chǎn)品都有一個lonmark商標(biāo)，這個標(biāo)志表明該產(chǎn)品經(jīng)過了lonmark測試并且合格，帶有了產(chǎn)品的互操作性，這樣，lonworks技術(shù)就使互操作性變成了一個即插即用的具體手段，正如購買家用電器時(shí)，不必懷疑它的電壓等級是否能夠與住宅內(nèi)的電壓等級相匹配一樣。這就使來自不同供應(yīng)商的不同產(chǎn)品能夠集成到一起，形成一個真正開放式的系統(tǒng)，以利于整座建筑物的維護(hù)、擴(kuò)展、更新和原有工程的升級改造。