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                                     （海思技術(shù)部推薦閱讀）

核心提示：在樓宇自控系統(tǒng)建設(shè)中常常面臨BACNet與LonWorks技術(shù)之爭(zhēng)，或推崇BACNet，或支持LonWorks。事實(shí)上，這兩者各擅所長(zhǎng)，相輔相成。

關(guān)鍵詞：LonWorks，BACNet，LON控制網(wǎng)絡(luò)，LonTalk協(xié)議，BACnet IP，BACnet MS/TP，系統(tǒng)集成，樓宇自控，現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)，通訊傳輸

一、簡(jiǎn)介

本文旨在介紹BACnet 和LonWorks 平臺(tái)在總體架構(gòu)和實(shí)施方面的區(qū)別。對(duì)使用LonWorks平臺(tái)和基于這種平臺(tái)之上的開(kāi)放的、標(biāo)準(zhǔn)的通訊協(xié)議的產(chǎn)品供應(yīng)商而言，優(yōu)勢(shì)包括：快速的將產(chǎn)品投入市場(chǎng)、降低了產(chǎn)品和生命周期成本，以及更易于開(kāi)發(fā)可互操作的、多供應(yīng)商的樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)（Building Automation Systems - BAS ）。

二、BACnet協(xié)議

BACnet協(xié)議是用于樓宇自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)的一種數(shù)據(jù)通訊協(xié)議。這種數(shù)據(jù)通訊協(xié)議是用來(lái)控制網(wǎng)絡(luò)上數(shù)據(jù)交換過(guò)程的一組標(biāo)準(zhǔn)。為了實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的互操作性，連接到同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的所有類(lèi)型的設(shè)備和所有設(shè)備廠(chǎng)商都必須一致地遵循并實(shí)施這些規(guī)則。 

BACnet協(xié)議是基于客戶(hù)端/ 服務(wù)器模式的，其消息被稱(chēng)為“服務(wù)請(qǐng)求（Service Requests ）”。客戶(hù)機(jī)向服務(wù)器發(fā)送一個(gè)服務(wù)請(qǐng)求，服務(wù)器會(huì)執(zhí)行相關(guān)的服務(wù)并將結(jié)果報(bào)告給客戶(hù)機(jī)。BACnet  提供了一個(gè)分層的體系架構(gòu)，其中，工作站位于最頂層，控制設(shè)備位于其下一層，依此類(lèi)推。這種分層的網(wǎng)絡(luò)要求使用網(wǎng)關(guān)（實(shí)際上就是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器）為工作站級(jí)別使用的協(xié)議和低級(jí)別中可能使用的多種不同協(xié)議之間提供轉(zhuǎn)換。網(wǎng)關(guān)是一種昂貴的設(shè)備，因此在實(shí)施、管理和維護(hù)這種分層的系統(tǒng)中，其總體成本會(huì)比非分層的（或者說(shuō)平坦的）系統(tǒng)架構(gòu)高。 

BACnet協(xié)議為表示各種設(shè)備的功能提供了預(yù)定義的方法。BACnet協(xié)議是一個(gè)基于OSI模型的四層協(xié)議堆棧結(jié)構(gòu)，分別對(duì)應(yīng)為物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層（如下圖所示）。BACnet協(xié)議的設(shè)計(jì)目的是為了在網(wǎng)絡(luò)化設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)唯一的邏輯通道。BACnet的網(wǎng)絡(luò)層針對(duì)在BACnet系統(tǒng)中的使用進(jìn)行了自定義，也就是說(shuō)，標(biāo)準(zhǔn)化的基礎(chǔ)體系組件（如以太網(wǎng)路由器）不能用作BACnet信道之間的路由。為了支持MS/TP數(shù)據(jù)鏈路技術(shù)（該技術(shù)既不如以太網(wǎng)路由器等標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)體系組件普及，其成本也較高），該網(wǎng)絡(luò)層經(jīng)過(guò)了自定義。

所有通過(guò)BACnet協(xié)議的數(shù)據(jù)必須被ASN.(1)編碼，這對(duì)不同于主機(jī)的在小型設(shè)備（比如VAV控制器、區(qū)域控制器和屋頂設(shè)備）中普遍使用的8 位微控制器就很難完成這個(gè)任務(wù)。對(duì)于系統(tǒng)到系統(tǒng)級(jí)的或企業(yè)級(jí)的通訊，這種使用ASN.(1)的要求將成為一個(gè)問(wèn)題，因?yàn)檫@種編碼的格式遠(yuǎn)未達(dá)到普及的程度。行業(yè)規(guī)范使用的是XML而不是ASN.(1)，這對(duì)那些在整體系統(tǒng)架構(gòu)中必須包括標(biāo)準(zhǔn) IP基礎(chǔ)體系結(jié)構(gòu)和企業(yè)應(yīng)用的情形而言，這進(jìn)一步增加了使用BACnet協(xié)議的難度。實(shí)際上，如果不借助 OSI表示層，BACnet應(yīng)用層自身也難以使用BACnet協(xié)議——它只能使用一種傳輸語(yǔ)法，該語(yǔ)法由一個(gè)固定的編碼方案定義。 

使用BACnet協(xié)議構(gòu)建可互操作的設(shè)備網(wǎng)絡(luò)尤其困難，因?yàn)樵搮f(xié)議是圍繞一個(gè)包括網(wǎng)關(guān)的架構(gòu)來(lái)設(shè)計(jì)的。舉例而言，BACnet協(xié)議中沒(méi)有定義應(yīng)用接口，這導(dǎo)致各個(gè)廠(chǎng)商所采用的接口彼此不同并且互不兼容。在對(duì)象（“Object ”）定義方面，BACnet協(xié)議主要定義了低層的對(duì)象（如傳感器和執(zhí)行器），而它定義的高級(jí)對(duì)象（如調(diào)度器、報(bào)警告警器和趨勢(shì)記錄器）非常少。傳感器和執(zhí)行器對(duì)象對(duì)網(wǎng)關(guān)的實(shí)現(xiàn)非常有用，而調(diào)度器和報(bào)警告警器對(duì)象有助于實(shí)現(xiàn)主機(jī)端控制器。該協(xié)議沒(méi)有定義標(biāo)準(zhǔn)的HVAC設(shè)備簡(jiǎn)表，而這是構(gòu)建可互操作網(wǎng)絡(luò)所必需的“粘合劑”之一。 

一致性和互操作性

所有遵守BACnet協(xié)議的設(shè)備都必須帶有一個(gè)協(xié)議實(shí)施一致性聲明，該聲明標(biāo)識(shí)了所實(shí)施的協(xié)議內(nèi)容。為了符合BACnet協(xié)議，所有設(shè)備都必須通過(guò)一致性測(cè)試，以檢驗(yàn)PICS聲明中的對(duì)象類(lèi)型和服務(wù)得到了正確實(shí)施。如果廠(chǎng)商采用了不同的實(shí)施方法（這是一種常見(jiàn)情形），則會(huì)導(dǎo)致不兼容問(wèn)題。因此，在理論上原本應(yīng)可以使用多個(gè)廠(chǎng)商的產(chǎn)品并且可互操作的網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)在卻只能使用某一個(gè)廠(chǎng)商的設(shè)備；也就是說(shuō)，實(shí)際上變成了一個(gè)專(zhuān)有網(wǎng)絡(luò)。雖然所使用的仍然是BACnet協(xié)議，但其它支持BACnet 協(xié)議的產(chǎn)品卻無(wú)法實(shí)現(xiàn)互操作。如果網(wǎng)絡(luò)只能采用某一個(gè)廠(chǎng)商的產(chǎn)品，那么在購(gòu)買(mǎi)以及部件更換和產(chǎn)品生命周期方面的成本都會(huì)升高。 

下圖顯示了BACnet協(xié)議堆棧結(jié)構(gòu)：

就控制消息和廣播消息（包括本地、遠(yuǎn)程和全局廣播）而言，一個(gè)BACnet/IP網(wǎng)絡(luò)的功能在概念上等同于其它的非IP網(wǎng)絡(luò)類(lèi)型。本地網(wǎng)絡(luò)上的所有工作站接收本地廣播，而某個(gè)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)上的所有工作站接收遠(yuǎn)程廣播。在由BACnet互連網(wǎng)絡(luò)技術(shù)構(gòu)成的任何網(wǎng)絡(luò)上，所有工作站都能接收全局廣播。

大多數(shù)使用BACnet協(xié)議的廠(chǎng)商都對(duì)該協(xié)議進(jìn)行了自己獨(dú)特的擴(kuò)展。在該協(xié)議之上構(gòu)建的擴(kuò)展層需要實(shí)現(xiàn)除基本通訊以外的所有功能。但真正的問(wèn)題是，沒(méi)有哪兩個(gè)供應(yīng)商會(huì)實(shí)現(xiàn)相同的自定義擴(kuò)展，這使得供應(yīng)商的解決方案完全變成專(zhuān)有的解決方案。

LonWorks平臺(tái)是一種分布式控制系統(tǒng)，支持智能設(shè)備之間的對(duì)等式和/ 或主從式通訊。LonWorks技術(shù)使用一種平坦的體系架構(gòu)，該架構(gòu)可支持整個(gè)系統(tǒng)的尋址要求，同時(shí)又允許對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行邏輯分段。網(wǎng)絡(luò)劃分是借助網(wǎng)絡(luò)級(jí)路由器來(lái)實(shí)現(xiàn)的（對(duì)節(jié)點(diǎn)中的應(yīng)用程序而言，它們是透明的），在網(wǎng)絡(luò)任何位置連接的安裝工具、診斷工具或監(jiān)視工具都可以通過(guò)這些路由器實(shí)現(xiàn)直接訪(fǎng)問(wèn)。

LonTalk®是一個(gè)開(kāi)放并且基于標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議（它也稱(chēng)為ANSI/CEA709.1 和IEEE1473-L）。它提供了一整套通訊服務(wù)，借此，設(shè)備可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)向其它設(shè)備發(fā)送消息和接收來(lái)自其它設(shè)備的消息。它還為綁定傳輸提供可選的端到端的消息確認(rèn)機(jī)制、消息驗(yàn)證機(jī)制和優(yōu)先傳輸機(jī)制。

LonTalk協(xié)議（OSI——針對(duì)控制網(wǎng)絡(luò)的7 層協(xié)議）提供了下列功能：

第 1  層——物理層 

由于控制網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用要求能夠支持多種媒體（以適應(yīng)不同的安裝需要和簡(jiǎn)化系統(tǒng)擴(kuò)展），LonWorks平臺(tái)支持一系列的不同物理介質(zhì)，包括有源和無(wú)源的自由拓?fù)潆p絞線(xiàn)、電力線(xiàn)、無(wú)線(xiàn)、紅外、光纖和同軸電纜。  

第 2  層——鏈路層（介質(zhì)存取&數(shù)據(jù)幀） 

介質(zhì)存取方案對(duì)控制網(wǎng)絡(luò)至關(guān)重要，系統(tǒng)性能將取決于存取方案的先進(jìn)性。

LonTalk協(xié)議使用了可預(yù)測(cè)的p-保持CSMA、沖突避免、可選的優(yōu)先級(jí)和沖突檢測(cè)存取方案。可以通過(guò)信道、節(jié)點(diǎn)或某個(gè)特定節(jié)點(diǎn)的變量來(lái)調(diào)整這些選項(xiàng)，從而在不影響控制系統(tǒng)其余部分的情況下優(yōu)化并提高網(wǎng)絡(luò)性能。應(yīng)用級(jí)別的定論可通過(guò)專(zhuān)用的應(yīng)用軟件來(lái)增強(qiáng)。 

第 3  層——網(wǎng)絡(luò)層（目標(biāo)尋址） 

該層確保消息或數(shù)據(jù)包可從一個(gè)源設(shè)備正確發(fā)送到一個(gè)或多個(gè)目標(biāo)設(shè)備。主要功能包括無(wú)連接、全域廣播、沒(méi)有分段、無(wú)環(huán)拓?fù)洹⒆詫W(xué)習(xí)路由器。 

第 4  層——傳輸層（端到端的可靠性） 

傳輸層確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾裕ǘ喾N服務(wù)（如確認(rèn)和非確認(rèn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)和組播）、認(rèn)證服務(wù)器和傳輸控制子層（常規(guī)的排序和重復(fù)檢測(cè)）。有效的實(shí)施手段使得LonTalk數(shù)據(jù)包非常小，這有助于節(jié)省網(wǎng)絡(luò)帶寬和加快通訊速度。 

第 5  層——會(huì)話(huà)層（遠(yuǎn)程操作） 

會(huì)話(huà)層負(fù)責(zé)建立、協(xié)調(diào)和終止應(yīng)用程序之間的會(huì)話(huà)、交換和對(duì)話(huà)。該層還負(fù)責(zé)處理會(huì)話(huà)和連接。 

第 6  層——表示層（數(shù)據(jù)解釋?zhuān)?nbsp;

該層也稱(chēng)作語(yǔ)法層，通常是操作系統(tǒng)的一部分。該層定義了在什么位置將輸入和輸出數(shù)據(jù)從一種顯示格式轉(zhuǎn)換為另一種格式。LonTalk協(xié)議用網(wǎng)絡(luò)變量、消息或外部組幀的方式傳輸語(yǔ)法，因此提供了巨大靈活性。 

第 7  層——應(yīng)用層（傳感器/ 執(zhí)行器應(yīng)用兼容性） 

該層確定通訊雙方服務(wù)質(zhì)量和數(shù)據(jù)語(yǔ)法以及用戶(hù)身份認(rèn)證和保密性。該層不是純粹意義的應(yīng)用層，盡管某些應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)應(yīng)用層的功能。LonTalk協(xié)議在更低層提供了其中的某些功能，從而使得開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序和創(chuàng)建可互操作產(chǎn)品變得容易，并且大幅度降低了復(fù)雜性。 

下表顯示了典型的LonTalk數(shù)據(jù)包大小： 

LonWorks/IP網(wǎng)絡(luò)的功能在概念上類(lèi)似于BACnet/IP網(wǎng)絡(luò)，但也存在一個(gè)重大區(qū)別：在LonWorks/IP解決方案中，通信數(shù)據(jù)包使用開(kāi)放的EIA-852標(biāo)準(zhǔn)封裝在UDP/IP數(shù)據(jù)包內(nèi)。這種架構(gòu)使數(shù)據(jù)包可以使用標(biāo)準(zhǔn)的IP基礎(chǔ)體系（包括以太網(wǎng)路由器）高速傳輸?shù)捷^遠(yuǎn)距離。相應(yīng)地，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模也可以不受限制（從最基本的兩節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)直到基于全球Web并且包括數(shù)以百萬(wàn)計(jì)站點(diǎn)的系統(tǒng)）。 

四、協(xié)議區(qū)別對(duì)BAS產(chǎn)品和服務(wù)的影響

結(jié)論

BACnet和LonWorks平臺(tái)在體系架構(gòu)和實(shí)施方面均存在重大差異。BACnet協(xié)議的初衷是為了讓不同BAS供應(yīng)商提供的工作站能借助網(wǎng)關(guān)將數(shù)據(jù)從設(shè)備協(xié)議轉(zhuǎn)換為BACnet協(xié)議，從而實(shí)現(xiàn)同其它設(shè)備的協(xié)同工作。但BACnet協(xié)議將過(guò)多的實(shí)施任務(wù)交給了產(chǎn)品廠(chǎng)商，這些廠(chǎng)商采取了各不相同的實(shí)施方法，他們并不關(guān)心產(chǎn)品的互操作性。 

LonWorks平臺(tái)在設(shè)計(jì)上采用了平坦的體系架構(gòu)，它不需要在設(shè)備之間使用網(wǎng)關(guān)，并且允許所有設(shè)備使用相同的安裝和診斷工具。LonTalk協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)施和符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)象使得不同供應(yīng)商系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)互操作性成為可能。借助開(kāi)放的并且基于標(biāo)準(zhǔn)的LonWorks平臺(tái)，廠(chǎng)商可以加快產(chǎn)品開(kāi)發(fā)速度；集成商可以使用通用的安裝和診斷工具；用戶(hù)可以降低安裝成本和產(chǎn)品生命周期成本。

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