最權威的BACnetIP開發(fā)經驗分享

最權威的BACnetIP開發(fā)經驗分享介紹BACnetIP開發(fā)經驗分享 --什么是 BACnet/IP介紹BACnet是ADataCommunicationProtocolforBuildingAutomationandControlNetwork的簡稱，是一種為樓宇自控網絡制定的數據通訊協(xié)議。隨著因特網的迅猛發(fā)展，智能建筑與因特網之間產生了越來越多的結合點，可以看到目前基于因特網的智能建筑應用技術和產品大批涌現(xiàn)出來。而把UDP/IP協(xié)議與BACnet標準相結合，使用UDP/IP協(xié)議來實現(xiàn)BACnet網絡的互聯(lián)與報文傳輸，必將為智能建筑向開放性和靈活性的發(fā)展提供更廣闊的空間。實現(xiàn)IP互聯(lián)BACnet網絡技術，一種技術在BACnet標準附件H中進行了描述，稱之為“隧道”技術，其設備稱之為BACnet/IP分組封裝拆裝設備，簡稱PAD,其作用像一個路由器，將BACnet報文通過IP互聯(lián)網傳送。另一種技術在附件 J中進行了描述，稱之為BACnet/IP網絡技術，設備稱之為BACnet/IP設備，其作用就是直接將BACnet報文封裝進IP幀中進行傳輸。用PADffl建BACnet互聯(lián)網隧道技術是指要實現(xiàn)這樣一個過程，首先將數據封裝在一個網絡協(xié)議的數據包內，然后使用該協(xié)議進行數據傳輸，最后在它們到達其目的地時解開封裝。為了通過 IP網絡連接 BACnet網絡，在每一個BACnet網絡中要配置一個稱為PAD勺特殊類型的路由器，其作用是通過IP網絡將兩個 BACnet網絡互連。PADM以是一個單獨的設備，也可以是樓宇控制設備的一部分功能。PAD的功能像一個BACnet路由器，當它接收到一個BACnet報文時，將該報文封裝進一個IP幀中，給出位于目標BACnet網絡中對應的PAD的IP地址，作為封裝幀的目標 IP地址，將此幀發(fā)送到IP互聯(lián)網中。接收方的PAD從IP幀中取出BACnet報文，并將其傳送給本地局域網內的目標設備。使用隧道傳輸技術的好處是，在將數據包發(fā)往遠程目的地之前，PAD設備可以修改數據包。為此，最常見的用法就是對數據包進行加密，從而形成一個安全的網絡。用BACnet/IP組建BACnet互聯(lián)網。1999年1月，常設標準方案135委員會(SSPC135而PAD基礎上改進、開發(fā)了新的互聯(lián)協(xié)議，稱為BACnet/IP，簡稱B/IP,作為BACnet標準附件J。B/IP路由器的主要作用就是直接將BACnet報文封裝進IP幀中進行傳輸。IP只取代BACnet標準體系結構中的鏈路層和物理層，并重新定義了一個微協(xié)議層 (MicoProtocolLayer)。該微協(xié)議層稱為BACnet虛擬鏈路層，簡稱為BVLL位于BACnet網絡層與IP協(xié)議之間，其作用是進行BACnet廣播管理，并提供向其他通信協(xié)議擴展的擴展機制。同時，為了充分利用IP協(xié)議棧，減少對 IP協(xié)議的影響，這種擴展方式利用IP用戶數據報

(UDP)進行BACnet信息傳輸。圖1為這種擴展方式的體系結構圖，該體系結構圖即為BACnet/IP體系結構。BACnet的層次OSI

BACnet的層次應用層BACcet應用層應用層網絡層BACn巳t網絡層網絡層圖-1BACnet/IP體系結構二、介紹BACnetIP開發(fā)經驗分享----工具準備篇。1網絡調試程序因為在BACnetIP開發(fā)中，開發(fā)者要時刻關心 BACnet數據包的狀態(tài)，在這里僅給大家推薦2款串口監(jiān)視調試軟件。Ethereal這個工具很常見，在網絡上可以搜索到很多，筆者用的是比較舊的版本，剛剛開始 TCP/IP或者UDP/IP廣播網絡探索階段，基本上都是依靠該軟件，信息 分析結果比較可靠也比較權威，但是在特定環(huán)境下也是存在著分析結果不太準確的狀況， 這就需要配合其他軟件一起使用，來分析誰對誰錯?？赡苁枪P者使用的版本 太老的緣故，該工具無法解析 BACnet數據包。Wireshark筆者感覺在分析BACnetIP數據包方面，Wireshark還是比較簡單易用，它能夠解析絕大多數BACnet數據包格式，而且一個便利之處就在于您可以下載 BACnet開發(fā)前輩Save的BACnet開發(fā)中的數據結構結果， 從中來分析BACnetIP數據的組成狀況，在初級開發(fā)階段，該工具相當值得推薦，而且它會把 Ethernet數據包、BVLL層數據包、UDP數據包、IP數據包、BACnetNPDU、BACnetAPDU等所有層次的數據包都一層一層的分撥開來，分析起來層次關系相當明晰。該工具在BACnet下載頁面中也有提供。Sniffer在談到網絡通訊數據包的捕捉方面， 好些年長的技術大佬都推薦 Sniffer,筆者沒有使用過該工具，如果您的開發(fā)環(huán)境發(fā)現(xiàn)其他的網絡監(jiān)視工具都不太理想的話，可以嘗試該工具。2數據包仿真軟件什么樣的BACnetIP數據包是準確的符合BACnetIP協(xié)議標準的數據包，這個是初級開發(fā)人員時常困惑的問題，筆者在初步接觸BACnet的時候，也是無從下手，好在筆者開發(fā)的條件比較充足，手上不僅有一個標準的BACnetIPDDC,還有一些前輩已經摸著石頭趟了一番BACnetIP開發(fā)的渾水，并且留下了一批槍支彈藥。2.1VTSVTS是BACnet開發(fā)認證的官方測試工具， 功能很好很強大，但是由于文檔有限，很多功能都需要慢慢挖掘，不過在后續(xù)章節(jié)中，筆者會給大家詳細介紹 VTS,并以圖式的方式給大家一個VTS使用的快速入門。注：在BACnet官方認證階段，BACnet是否符合BACnetBTL認證標準，也需要提供一個預先在 VTS中Pre-Scan的PICS腳本文檔，該文檔是BTL認證的重要組成部分。2.2BACbeatBACbeat也是筆者開發(fā)中經常用到的一款很不錯的 BACnet開發(fā)工具，他的數據包和數據分發(fā)方式，筆者認為借鑒作用很大，不過也有一些弊端，后續(xù)會和大家分享。三、介紹BACnetIP開發(fā)經驗分享--BACnetIP數據包篇。在BACnet中國技術聯(lián)盟的BACnet開發(fā)討論欄目中，已經介紹了相關的數據包格式，這里主要是分享一下， BACnetIP數據包EncodingDecoding中的注意事項。其網站鏈接如下： 什么是BACnet/IP介紹，最權威的BACnet/IP中文版介紹（組圖）BACnetIP的實現(xiàn)，按照實現(xiàn)的硬件平臺，可以分為設備級（在樓宇自動化行業(yè)中主要是在DDC上以Firmware的方式實現(xiàn)）和PC級實現(xiàn)（主要是作為BACnetIP的配置工具或仿真、調試工具在個人電腦上以執(zhí)行文件 EXE的方式實現(xiàn)），在后續(xù)的章節(jié)中，我們都假設為后面的這種實現(xiàn)方式，即在PC上以配置、調試工具的方式在Windows上的實現(xiàn)。BACnetIP數據包的接收BACnetIP是建構在UDP/IP協(xié)議棧之上的，BACnet協(xié)議在網絡通信上的實現(xiàn)。 為了進行設備的路由和擴展多網絡設備，引入了BVLL的概念，也就是BACnet虛擬邏輯鏈路層。引入該微型協(xié)議的目的就是實現(xiàn)跨不同網絡的設備管理，包括廣播消息、以及注冊外網設備（ForeignDevice）,并且引入了BACnet廣播管理設備BBMD、和廣播分發(fā)表Broadcast-Distribution-Table的概念，就是為了 兼容不同網絡設備之間的通訊。涉及到BACnetIP數據包的接收，則要求BACnetIP開發(fā)技術人員具有一定的網絡開發(fā)經驗，為了接收BACnet數據包，首先要建立一個在 0xBAC0端口下的UDP/IP的Socket綁定，此處提醒開發(fā)人員就是為了能夠復用該 BACnet規(guī)定必須支持通訊端口 0xBAC0,開發(fā)人員應該建立一個包括選項為 SO_REUSEADDR的Socket,并且為了能夠進行廣播消息傳輸要添加上SO_BROADCAST的Socket選項。完成了建立Socket,設定了Socket選項，并且bind到一個端口，則進入recvfrom的阻塞式監(jiān)聽狀態(tài)就可以了，然后根據進來的數據包包頭來篩選出BACnet數據包，后續(xù)進行廣播數據、本地數據的分類解碼， 根據不同的BVLL->NPDU->APDU 的層層處理，如果有應答需求，把組好的 BACnet數據包再放到發(fā)送線程處理。那數據包如何接收合適呢，最簡單的解釋就是只要不影響您的 OS系統(tǒng)的其他任務的運行，采樣越快越好，這樣才不會造成通訊過程中數據包的丟失。BACnetIP數據包的發(fā)送數據包的發(fā)送小節(jié)，主要是介紹 BACnetIP的非分段數據包發(fā)送過程。做為一個BACnetIPServer,有兩種數據包的發(fā)送方式，一種是對于每一個接收到的 Socket數據建立一個，接收->解析->發(fā)送的線程，處理整個Socket的生命周期內的事務；另一種方式是建立幾個獨立的循環(huán)狀態(tài)機，分別去處理接收 ->解析->發(fā)送的各個事務，把Socket的連接作為這些狀態(tài)機的一個參數傳入各個 BACnetIP狀態(tài)機進行循環(huán)處理，直到發(fā)送完數據結束該UDP/IP連接的生命周期。兩種方式只要處理得當，都是BACnetIPServer狀態(tài)機的不錯選擇。BACnetIP數據包的發(fā)送，其BVLL數據包頭部分，如果在消息優(yōu)先級上沒有特殊處理，可以直接反過程接收的BVLL數據包頭數據即可四、介紹BACnetIP開發(fā)經驗分享----狀態(tài)機篇。在BACnetMS/TP協(xié)議定義了3個有限狀態(tài)機。一個是接收數據幀狀態(tài)機(BACnetReceiveFrameFiniteStateMachine),2一個是Master節(jié)點狀態(tài)機(BACnetMasterNodeFiniteStateMachine),3一個是Slave節(jié)點狀態(tài)機(BACnetSlaveNodeStateMachine)。詳情參見相關的鏈接： 【百度谷歌原創(chuàng)排行榜-原創(chuàng)系列-置頂推薦】【絕對原創(chuàng)】BACnetMS/TPFF發(fā)經驗分享系列-003狀態(tài)機篇(組圖)而在BACnetIP部分，BACnet技術協(xié)會并沒有給出一個嚴格的BACnetIP的官方狀態(tài)機的開發(fā)指導，簡單分析原因在于BACnetIP的主要OSI映射部分，數據鏈路層和物理層是建構在成熟的UDP/IP基礎上的，而BVLL只是一個簡單的微協(xié)議，主要目的是實現(xiàn)BACnet協(xié)議開發(fā)互聯(lián)的要求，能夠將其他不同網絡的設備掛接至ijBACnetIPServer上，在這里只簡單介紹BACnetIPBVLL的Original-Unicast-NPDU,也就是在相同子網絡內部的設備直接的互聯(lián)。BVLL很大程度上Follow的是以太網Ethernet的封裝方式，只是一個增強版的Ethernent的邏輯鏈路層部分。下面就簡單介紹一下BVLL的組成。圖形化表示如下所示，BVLL長度描述1字節(jié)0x81代表BACnet/IP的BVLL功能碼1字節(jié)0x0a代表Original-Unicast-NPDU,非廣播的本地網絡數據長度2字節(jié)該長度為整個BACnet/IP數據包的長度，包括BVLL的類型、功能碼、長度和NPDU勺長度數據區(qū)N字節(jié)后面NPDU勺數據包或網絡分發(fā)表數據或Foreign設備注冊信息為了BACnet開發(fā)的統(tǒng)一性，在BACnetIP中同樣可以模仿BACnetMS/TP的結構，定義出接收狀態(tài)機和主節(jié)點處理狀態(tài)機，來完成 BACnetIPServer和Client之間的交互。只是接收狀態(tài)機中的串口接收部分要轉換成以 Socket為主的UDP/IP接收部分，主狀態(tài)機部分的時序控制主要根據Client的接入順序和NPDU中的消息優(yōu)先級部分進行排序處理，并在發(fā)送數據封包處理程序中進行 Socket的分發(fā)處理，完成一個服務器和客戶端 的數據交換過程。在BACnetIP開發(fā)經驗分享的本章節(jié)中，給大家介紹 BACnet開發(fā)--UDP/IP傳輸篇。在BACnet串口傳輸這個章節(jié)中，重點給大家介紹兩部分內容。1BACnet數據包的接收部分BACnet/IP的數據通訊架構在UDP/IP通訊協(xié)議之上，它的優(yōu)點是數據包的傳輸效率高，沒有太多的多余數據包信息，缺點是 UDP/IP屬于無連接的、非安全性的數據傳輸協(xié)議，不排除有丟包、錯誤數據包的情況發(fā)生，這就要求 BACnet協(xié)議的應用層去進行相關的處理，添加Retry機制，保障數據通 訊的穩(wěn)定和安全性。當BACnet/IP作為服務器端運行時，要保障有一個的比較大的網絡吞吐量，則一方面要有一個運行速度足夠強大的BACnet運行的硬件系統(tǒng)，另一方面要對每一個呼入的BACnet客戶端進行多線程的處理，保障每一個BACnetClient的請求都能夠在BACnetClient的允許時間內給出解析和應答。BACnet數據包的發(fā)送部分在BACnet數據包的發(fā)送部分，如果 BACnet數據包字節(jié)個數不是很多的話，最好一次性的輸出。防止UDP/IP數據包在下層傳輸時，如果跨越 BACnet或標準Ethernet路由器，而造成應答的分段數據包不能按照順序到達，還需要在接受端進行數據包的分組和排序加重BACnet設備的通訊 處理時間和負載。BACnet開發(fā)注意事項：在 BACnet/IP數據包傳輸過程中，數據的處理要進行預期的篩選和判斷，防止無效的數據過多的影響后面的BACnet狀態(tài)機狀態(tài)，造成 BACnet設備CPU的Loading過高，影響其他事務的處理過程。五、介紹BACnetIP開發(fā)經驗分享 優(yōu)化篇。在Windows操作系統(tǒng)中，如何實現(xiàn) BACnet/IP狀態(tài)機BACnet/IP協(xié)議屬于BACnet協(xié)議的AnnexJ的附錄部分程序，在最新版本的BACnet協(xié)議2008版本中，還沒有一個規(guī)范化的BACnetIP的狀態(tài)機。而市場上主流的BACnet廠商都已經提供了BACnet/IP的設備，所以如何實現(xiàn)一個 BACnet/IP的狀態(tài)機才能和眾多的樓宇自動化廠商的BACnet設備正常通訊。這就需要相關的樓宇自動化行業(yè)經驗和依靠BACnet咨詢培訓機構的指導。筆者多年的BACnet開發(fā)經驗告訴大家，工欲善其事，必先利其器，擁有一個經驗豐富的BACnet研發(fā)團隊，更需要一個高瞻遠矚的BACnet開發(fā)架構師。如果想得到更好的BACnet設備兼容性，一方面要保證狀態(tài)機設計規(guī)范，嚴格遵守 BACnet協(xié)議規(guī)定，另一方面要有豐富的BACnet設備、網絡設備的TCP/IP，UDP/IP的調試經驗，具體問題具體分析，針對特定的應用環(huán)境設計不同的BACnet/IP狀態(tài)機。如何提高BACnet設備的數據訪問速度由于BACnet/IP的特性是架構在Ethernet網絡環(huán)境中，這一特性和 BACnetMS/TP比起來就有很大的優(yōu)勢，不像 RS-485串行接口那樣，只能通過令牌環(huán) Token的模式，保障 BACnet設備通訊的正常進行。BACnet/IP可以充分利用當前的不斷升級的網絡運行環(huán)境，從100base的以太網到1000base的以太網，以及目前正在普及的光纖網絡，這些都保障了BACnet/IP可以達到幾倍于、幾十倍于 BACnetMS/TP網絡模式的數據訪問吞吐量。如何提高 BACnet設備的數據訪問速度的問題就只是在 BACnet軟件