BACnet網(wǎng)絡(luò)講義(DOC)

1、bacnet網(wǎng)絡(luò)講義(doc) 第1章 bacnet協(xié)議概述 本章介紹bacnet協(xié)議的產(chǎn)生及協(xié)議模型，討論bacnet絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)、拓撲結(jié)構(gòu)、協(xié)議棧以及數(shù)據(jù)流。 1.1 bacnet協(xié)議模型 1.1.1 bacnet簡介 bacnet(adata communication protocol for building automation and control network）是一種為樓宇自動控制絡(luò)所制定的數(shù)據(jù)通信協(xié)議，它由美國冷暖空調(diào)工程師協(xié)會組織的標準項目委員會135p（standard project committee: spc 135p）于1995年6月制定。bacnet標準產(chǎn)生

2、的背景是用戶對樓宇自動控制設(shè)備互操作性（interoperability）的廣泛要求，即將不同廠家的設(shè)備組成一個一致的自控系統(tǒng)。bacnet實現(xiàn)樓宇自控設(shè)備的互操作性的思想是這樣的，一般樓宇自控設(shè)備從功能上講分為兩部分，一部分專門處理設(shè)備的控制功能，另一部分專門處理設(shè)備的數(shù)據(jù)通信功能，不同廠商生產(chǎn)的設(shè)備使用各自專門的數(shù)據(jù)通信的方式，所以不同廠商的設(shè)備之間沒有很好的互操作性。bacnet就是要建立一種統(tǒng)一的數(shù)據(jù)通信的標準，用于設(shè) 備的 通 信 部 分，從而使得按這種標準生產(chǎn)的設(shè)備，都可以進行通信，實現(xiàn)互操作性。bacnet標準只是規(guī)定了樓宇自控設(shè)備之間要進行?對話?所必須遵守的規(guī)則，并不涉及如何

3、實現(xiàn)這些規(guī)則，各廠商可以用不斷進步的技術(shù)來開發(fā)，從而使得整個領(lǐng)域的技術(shù)不斷進步。 1.1.2 bacnet協(xié)議模型 spc征集了各方面的意見，同時參考了國際上各種現(xiàn)已成文的或是事實上的數(shù)據(jù)通信標準，討論得出了一個具有以下特性的絡(luò)協(xié)議模型： （1）所有的絡(luò)設(shè)備，除了主從/令牌傳遞式從屬機（ms/tp slaves : master-slave/token-passing slaves）以外，都是對等的（peer）。當然某些同等設(shè)備可能比其他具有更多的特權(quán)（privilege）和職責（responsibility）。 （2）每一個絡(luò)設(shè)備都稱之為是一個?對象?（object）的實體(entity)，

4、這是一個具有絡(luò)訪問特征的集合模型。每個對象又用一些?屬性?（property）來描述，這些屬性 表示了設(shè)備的硬件、軟件以及操作的各個方面。在不需要了解設(shè)備內(nèi)部設(shè)計或配置細節(jié)的情況下，對象提供了識別和訪問設(shè)備信息的方法。盡管該標準規(guī)定了廣泛的應(yīng)用對象的類型以及它們的屬性，但是一旦需要，利用開發(fā)工具仍可以自由地增加新的對象類型。 （3）通信功能是通過讀寫某些對象的屬性，以及利用其他協(xié)議提供的?服務(wù)?（service）來完成的。盡管該標準規(guī)定了一套詳盡的服務(wù)，但是一旦需要，該標準的機制也同樣允許利用開發(fā)工具增加新的服務(wù)。 （4）設(shè)備的完善性（sophistication），即實現(xiàn)特定服務(wù)請求或理解特

5、定對象類型種類的能力，是由設(shè)備的?一致性類別?（conformance class）所反映的。每一種類別定義了一個包括服務(wù)、對象、屬性的最小集合，聲明為某一類別的設(shè)備必須支持其相應(yīng)的集合。 （5）由于該標準遵循了iso的?分層?通信體系結(jié)構(gòu)的概念，因此使用不同的絡(luò)訪問方法和物理介質(zhì)可以交換相同的報文。這樣可以根據(jù)傳輸速度和吞吐量的要求，采用相宜的開銷來配置bacnet絡(luò)。 （6）該標準是為暖氣、通風、空調(diào)、制冷控制設(shè)備所設(shè)計的，同時它也為其他樓宇控制系統(tǒng)的集成提供了基本原則，例如照明、保安、消防系統(tǒng)等。雖然這些擴展超出了該標準的范圍，但實現(xiàn)起來卻簡單明了。并且，標準中定義的許多對象和服務(wù)也可以

6、不加修改地被應(yīng)用。當然，一旦這些其他類型的樓宇控制功能需要，也可以簡單方便地定義新的對象和服務(wù)。 （7）該標準的目的是為暖氣、通風、空調(diào)、制冷控制設(shè)備和其它樓宇自控設(shè)備的監(jiān)控定義數(shù)據(jù)通信的服務(wù)和協(xié)議。除此之外，標準還定義了抽象的、面向?qū)ο蟮谋硎痉ǎ脕砻枋鲞@些設(shè)備間的信息通信，以便于在樓宇中使用數(shù)字控制技術(shù)。所有的通信協(xié)議都是一個解決各種信息交換問題的方案的集合，并且隨著時間的推移和技術(shù)的進步而不斷改變，bacnet絡(luò)同樣也不例外。 1.2 bacnet協(xié)議的體系結(jié)構(gòu) 國際標準化組織在制定計算機絡(luò)通訊協(xié)議標準時定義了一個模型，稱為開放式系統(tǒng)互聯(lián)參考模型（osi模型），模型的目的是解決計算機與計

7、算機之間普遍的通信問題，并將這個復(fù)雜的問題分解成7個小的、易解決的子問題，每個子問題只與某些通信功能相關(guān)聯(lián)，如圖1-1所示。這樣每個子問題便形成了協(xié)議體系結(jié)構(gòu)中的一?層?。任何兩個遵循該模型及有關(guān)標準的設(shè)備或系統(tǒng)，都可以實現(xiàn)互連和互操作。 spc制定bacnet標準時，確定bacnet作為一種開放性計算機局域協(xié)議，它仍然采用osi模型的?分層?通信體系結(jié)構(gòu)的概念。在確定分層的層數(shù)時，考慮了下列兩個因素： 第一，osi模型的實現(xiàn)需要很高的費用，實際上在絕大部分樓宇自控系統(tǒng)應(yīng)用中也并不需要這么多的層次。但是從osi的功能性方面考慮，經(jīng)過簡化后，osi模型仍然是設(shè)計樓宇自控協(xié)議的一個很好參考，如果只

8、包含osi模型中被選擇的層次，其它各層則去掉，這樣減少了報文長度，降低了通信處理開銷，同時也會節(jié)約樓宇自控工業(yè)的生產(chǎn)成本。 第二，如果能夠充分利用現(xiàn)有的、易用的、廣泛使用的局域技術(shù)，如ethernet、arcnet和lontalk，不但可以降低成本，同時也有利于性能的提高。由此，spc確定bacnet標準協(xié)議體系結(jié)構(gòu)為一個包含四個層次的分層體系結(jié)構(gòu)，這四個層次相對于osi模型中的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、絡(luò)層和應(yīng)用層，如圖1-2所示。bacnet標準定義了自己的應(yīng)用層和絡(luò)層，對于其數(shù)據(jù)鏈路層和物理層，提供了以下五種選擇方案： 第一種選擇是iso 8802-2類型1定義的邏輯鏈路控制（llc）協(xié)議，加

9、上iso 8802-3介質(zhì)訪問控制（mac）協(xié)議和物理層協(xié)議。iso 8802-2類型1提供了無連接不確認的服務(wù)，iso 8802-3則是著名的以太協(xié)議的國際標準。 第二種選擇是iso 8802-2類型1定義的邏輯鏈路控制（llc）協(xié)議，加上arcnet（ata/ansi 878.1）。 第三種選擇是主從/令牌傳遞（ms/tp）協(xié)議加上eia-485協(xié)議。ms/tp協(xié)議是專門針對樓宇自控設(shè)備設(shè)計的，它通過控制eia-485的物理層，向絡(luò)層提供接口。 第四種選擇是點對點（ptp）協(xié)議加上eia-232協(xié)議，為撥號串行異步通信提供了通信機制。 第五種選擇是lontalk協(xié)議。 這些選擇都支持主/從

10、mac、確定性令牌傳遞mac、高速爭用mac以及撥號訪問。拓撲結(jié)構(gòu)上，支持星型和總線型拓撲；物理介質(zhì)上，支持雙絞線、同軸電纜、光纜。 以下詳細討論bacnet選擇一個四層體系結(jié)構(gòu)的原因。首先仔細考慮bacnet絡(luò)的獨特特征。bacnet的特征主要有以下兩點： (1) bacnet絡(luò)是一種局域。即使在某些應(yīng)用中，樓宇中設(shè)備間遠距離的通信必不可少時，這一點仍然是不變的。這種遠距離的通信功能，是由電信來實現(xiàn)。通信過程中要解決的路由、中繼、可靠傳輸?shù)葐栴}，都由電信來處理。在此電信可看成是bacnet絡(luò)外部的部分。 (2) bacnet設(shè)備是靜態(tài)的，即在空間上，它們不會經(jīng)常被移來移去。在要完成的功能上，

11、從某種意義上說也是不變的，即不會今天生產(chǎn)的設(shè)備的功能是這樣，明天就完全不同了。 在充分了解bacnet絡(luò)的特征后，就可討論osi模型的各層在bacnet絡(luò)中的適用性了。 osi模型的物理層提供了設(shè)備間的物理連接，以及傳輸載波信號的方式。顯然在bacnet協(xié)議中，物理層是必不可少的。 osi模型的數(shù)據(jù)鏈路層，負責將數(shù)據(jù)組織成幀（frame）或分組（packet）、管理通訊介質(zhì)的訪問、尋址（address），以及完成一些錯誤校正（error recovery）和流量控制。這些都是bacnet協(xié)議所需要的，因此數(shù)據(jù)鏈路層也是必不可少的。 osi絡(luò)層的功能，包括將全局地址解析為局部地址，在一個或多個絡(luò)中進行報文的路由，協(xié)調(diào)不同類型絡(luò)的差異（如不同絡(luò)所允許的最大報文長度），序列控制，流量控制，差錯控制，以及多路復(fù)用。由于bacnet絡(luò)的拓撲特點，在各個設(shè)備之間只存在一條邏輯通路（參見圖3），這樣便不需要最優(yōu)路由的算法。其次，bacnet絡(luò)是由中繼器或橋