BACnet和LonWorks现场总线技术

表1 BAC net协议与OSI模型的相应层
2. LonWorks现场总线技术
LonWorks由美国Echelon公司于20世纪90年代初期开发出来，是一种完全分散控制的局部操作网技术。目前，已为数千家控制工程公司采用，楼宇自控行业中的巨头们已经加入到这个行列之中，正在生产和开发基于LonWorks通信技术的产品。
LonWorks网络节点由神经元芯片、收发器、固件和I／O接口电路组成。神经元芯片是这种智能节点的核心，它由媒体访问控制处理器、网络处理器和应用处理器组成，这就使得节点既能管理网络通信，又具有控制功能。
芯片附有固件，该固件实现LonTalk通信协议和所有的任务调度。LonTalk协议遵循世界标准组织（International Organization for Standardization，ISO）提出的开放式互联参考模型OSI，具有完整的七层协议，管理网络节点的通信，分配节点地址，运行内含的冲突检测／回避算法，控制物理的／电气的连接等。LonTalk协议对应于OSI参考模型各相应层所提供的服务见表2。在链路层，采用了可预测的CSMA算法：每个发送出的包都含有接收节点的个数，每个节点必须向发送节点的回发应答帧，这使得50％或更多的待发包成为可以预测的。由于能够预测网络通信负荷，就可根据通信流量的多少动态地改变介质存取时延；而且还提供了一种优先权选择，使得具有高优先权的数据帧可在没有竞争的条件下进行传送，这就使整个系统无论在轻载下还是在重载下都处于优化运行状态，保证了控制网络的实时性要求。在顶层，采用了“网络变量”作为用户的应用程序接口。这是一种面向对象的设计方法，它使应用程序中的网络通信程序变成了一种简单的参数设置，极大地方便了每个节点的应用程序与整个系统的信息交换：用户只需要定义网络变量并对将要实现通信的节点中的网络变量进行逻辑连续连接就可以了。

表2  LonTalk 7层协议
LonWorks网络，可以采用多种通信媒体，如双绞线、电力线、同轴电缆、光缆、无线电、红外线，并且提供与上述多种媒体相适应的收发器。这使得同一网络中的信号可以在不同的媒体之间传输，因而可以根据需要组网，不同媒体之间以路由器进行连接。在多种媒体使用的收发器中，特别值得一提的是电力线收发器。利用电力线载波传输网络信息是一个很好的设想，然而只有采用特殊的通信技术才能使其成为现实，因为电力线信道特性变化大、干扰强，无法实现可靠的信息传输。为此，Echelon公司采用扩频传送技术，成功地实现了数百米到数千米距离内的可靠通信，传输速率达10kbps。
如上所述，Neuron芯片除了具有控制功能之外，还带有媒体访问控制处理器和网络处理，并且LonTalk协议固化在芯片的ROM中，这就使得LonWorks的微型节点无需中央主机参与，就可以进行相互通信，从而实现了无中心结构的完全分散式控制模式，将控制功能分散到了现场级仪表。当然，在这种无中心结构达到网络中，如果用户需要对系统进行“集中管理”，又可方便地在网络中设计一个或多个由PC机或其他计算机构成的“网络管理者”节点，通过它可以执行网络管理功能，如定义新节点、更换旧节点等，也可以作为操作站运行用户的应用程序，方便用户管理与操作。
LonTalk是一个完全符合OSI模型的开放式通信协议，具有良好的互操作性，这使不同制造商生产的基于LonWorks技术的新一代智能通信产品能够彼此合作，联网工作。为避免众多制造商以不同的含义来解释LonWorks技术，保证他们的产品能够方便地集成到一起，以便构成一个真正开放的系统，还建立了LonWorks互操作协会，制定了LonWorks标准。这个标准已成为事实上的行业标准，按此标准开发的产品都有一个LonMark商标，这个标志表明该产品经过了LonMark测试并且合格，带有了产品的互操作性，这样，LonWorks技术就使互操作性变成了一个即插即用的具体手段，正如购买家用电器时，不必怀疑它的电压等级是否能够与住宅内的电压等级相匹配一样。这就使来自不同供应商的不同产品能够集成到一起，形成一个真正开放式的系统，以利于整座建筑物的维护、扩展、更新和原有工程的升级改造。