BACnet介紹解讀課件

BACnet標(biāo)準(zhǔn)介紹2009.11.01BACnet標(biāo)準(zhǔn)介紹2009.11.01BACnet簡介BACnet-ADataCommunicationProtocolforBuildingAutomationandControlNetwork；是一種為樓宇自動控制網(wǎng)絡(luò)所制定的數(shù)據(jù)通信協(xié)議；由美國采暖、制冷與空調(diào)工程師協(xié)會（ASHRAE）資助的標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目委員會（StandardProjectCommittee:SPC135P）于1995年6月制定；1995年12月成為美國標(biāo)準(zhǔn)2003年1月正式成為國際標(biāo)準(zhǔn)(ISO16484-5)是智能建筑樓宇自控領(lǐng)域中唯一的國際標(biāo)準(zhǔn)BACnet標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)生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)。22009-11-01BACnet簡介BACnet-ADataCommunBACnet協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)BACnet標(biāo)準(zhǔn)對ISO/OSI-RM進(jìn)行了精簡和壓縮。其目的是為了解決樓宇自控網(wǎng)絡(luò)信息通信和互操作的基本問題，在體系結(jié)構(gòu)上可以劃分為通信功能和互操作性兩個大部分，并且這兩大功能部分既相互獨(dú)立，又相互聯(lián)系。通信功能由物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層三個協(xié)議層進(jìn)行定義；互操作功能由應(yīng)用層單獨(dú)定義。32009-11-01BACnet協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)BACnet標(biāo)準(zhǔn)對ISO/OSI-BACnet的協(xié)議棧和數(shù)據(jù)流由應(yīng)用層服務(wù)原語產(chǎn)生的應(yīng)用層協(xié)議數(shù)據(jù)單元（APDU），構(gòu)成了網(wǎng)絡(luò)層服務(wù)原語的數(shù)據(jù)部分，并通過網(wǎng)絡(luò)層服務(wù)訪問點(diǎn)下傳到網(wǎng)絡(luò)層；同樣，這個請求將進(jìn)一步下傳到本地設(shè)備協(xié)議棧的以下各層；PDU：協(xié)議數(shù)據(jù)單元NPCI網(wǎng)絡(luò)層服務(wù)數(shù)據(jù)單元（NSDU）LPCI數(shù)據(jù)鏈路層服務(wù)數(shù)據(jù)單元（LSDU）MPCIMAC層服務(wù)數(shù)據(jù)單元（MSDU）PPCI物理層服務(wù)數(shù)據(jù)單元（PSDU）APCI與服務(wù)相關(guān)的數(shù)據(jù)塊APDUMPDULPDUNPDU應(yīng)用層BACnet請求與服務(wù)有關(guān)的參數(shù)與網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層、MAC層相關(guān)的參數(shù)N-UNITDATA.請求DL-UNITDATA.請求MA-UNITDATA.請求P-UNITDATA.請求PPDU與數(shù)據(jù)鏈路層、MAC層相關(guān)的參數(shù)與MAC層相關(guān)的參數(shù)BACnet服務(wù)請求應(yīng)用程序應(yīng)用層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路LLCMAC物理層圖1-4BACnet協(xié)議棧及數(shù)據(jù)流PCI：協(xié)議控制信息（ProtocolControlInformation）PDU：協(xié)議數(shù)據(jù)單元（ProtocolDataUnit）42009-11-01BACnet的協(xié)議棧和數(shù)據(jù)流由應(yīng)用層服務(wù)原語產(chǎn)生的應(yīng)用層協(xié)議52009-11-01BACnet應(yīng)用層52009-11-01BACnet應(yīng)用層BACnet應(yīng)用層規(guī)范BACnet的應(yīng)用層協(xié)議要解決三個問題：向應(yīng)用程序提供通信服務(wù)的規(guī)范，與下層協(xié)議進(jìn)行信息交換的規(guī)范與對等的遠(yuǎn)程應(yīng)用層實(shí)體交互的規(guī)范BACnet應(yīng)用層主要有兩個功能：定義樓宇自控設(shè)備的信息模型——BACnet對象模型定義面向應(yīng)用的通信服務(wù)62009-11-01BACnet應(yīng)用層規(guī)范BACnet的應(yīng)用層協(xié)議要解決三個問題BACnet應(yīng)用進(jìn)程模型72009-11-01應(yīng)用層應(yīng)用進(jìn)程應(yīng)用程序BACnet用戶單元BACnetASEAPI應(yīng)用實(shí)體NSAP應(yīng)用進(jìn)程：為了實(shí)現(xiàn)某個特定的應(yīng)用（例如，節(jié)點(diǎn)設(shè)備向一個遠(yuǎn)端的溫度傳感器設(shè)備請求當(dāng)前溫度值）所需要的進(jìn)行信息處理的一組方法。一般來說，這是一組計(jì)算機(jī)軟件應(yīng)用進(jìn)程分為兩部分，一部分專門進(jìn)行信息處理，不涉及通信功能，這部分稱為應(yīng)用程序。另一部分處理BACnet通信事務(wù)，稱為應(yīng)用實(shí)體。BACnet應(yīng)用進(jìn)程模型應(yīng)用程序與應(yīng)用實(shí)體之間通過應(yīng)用程序接口(API)進(jìn)行交互。BACnet應(yīng)用層協(xié)議只對應(yīng)用實(shí)體進(jìn)行規(guī)范，不涉及應(yīng)用程序和應(yīng)用程序接口。但在具體實(shí)現(xiàn)過程中，應(yīng)用程序接口一定是某個函數(shù)、過程或子程序的調(diào)用。BACnet應(yīng)用進(jìn)程模型72009-11-01應(yīng)用層應(yīng)用進(jìn)程BACnet應(yīng)用程序通信一個BACnet設(shè)備的應(yīng)用程序要向一個遠(yuǎn)地設(shè)備的應(yīng)用程序發(fā)送一個請求服務(wù)信息，它調(diào)用API，并將相應(yīng)的參數(shù)填入API中。API中的某些參數(shù)，如服務(wù)請求接收設(shè)備的標(biāo)志號（或地址）、協(xié)議控制信息等，將直接下傳到網(wǎng)絡(luò)層或數(shù)據(jù)鏈路層；其余參數(shù)則組成一個應(yīng)用層服務(wù)原語，通過BACnet用戶單元傳到BACnet應(yīng)用服務(wù)單元（ASE），形成應(yīng)用層協(xié)議數(shù)據(jù)單元（APDU）。APDU則通過網(wǎng)絡(luò)層的服務(wù)訪問點(diǎn)（NSAP）下傳到網(wǎng)絡(luò)層，成為網(wǎng)絡(luò)層服務(wù)原語的數(shù)據(jù)部分。這個請求將進(jìn)一步下傳到本地設(shè)備協(xié)議棧中的下層，最終由物理層傳送到遠(yuǎn)地設(shè)備，并通過遠(yuǎn)地設(shè)備協(xié)議棧逐級上傳到遠(yuǎn)地用戶單元。同樣，從遠(yuǎn)地設(shè)備發(fā)回的響應(yīng)，也是以相同方式回傳給請求設(shè)備。82009-11-01當(dāng)一個BACnet設(shè)備中的應(yīng)用程序需要與網(wǎng)絡(luò)中其它BACnet設(shè)備中的應(yīng)用程序進(jìn)行通信時，應(yīng)用程序只需通過調(diào)用API訪問本地的BACnet用戶單元來實(shí)現(xiàn)。BACnet應(yīng)用程序通信一個BACnet設(shè)備的應(yīng)用程序要向BACnet對象模型BACnet對象就是利用面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)和分析的方法對樓宇自控設(shè)備進(jìn)行抽象表示的信息模型。通過對樓宇自控設(shè)備的功能進(jìn)行分解，形成眾多具有特定樓宇自控功能的“功能單元”。當(dāng)定義了具有復(fù)用功能的標(biāo)準(zhǔn)BACnet對象后，就可以通過標(biāo)準(zhǔn)BACnet對象的不同組合對實(shí)際樓宇自控設(shè)備進(jìn)行表示。在BACnet標(biāo)準(zhǔn)中，屬性和方法是分開的，BACnet對象只由屬性組成，不包含訪問和操作屬性的方法，訪問和操作屬性的方法被定義為一個非常重要的協(xié)議元素——應(yīng)用層服務(wù)。92009-11-01按面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)語言而言，對象通常由“屬性”和“方法”構(gòu)成，其中屬性描述對象的狀態(tài)，方法則表示對屬性的訪問和操作。BACnet對象模型BACnet對象就是利用面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)和分BACnet的對象(28)102009-11-01BinaryInputBinaryOutputBinaryValueAnalogInputAnalogOutputAnalogValueMulti-stateInputMulti-stateOutputCalendarNotificationClassCommandFileProgramScheduleGlobalGroupEventLogDeviceLoopMulti-stateValueAveragingTrendLogLifeSafetyZoneLifeSafetyPointAccumulatorEventEnrollmentGroupPulseConverterTrendLogMultipleBACnet的對象(28)102009-11-01Bina部分BACnet對象應(yīng)用實(shí)例對象名稱應(yīng)用實(shí)例模擬輸入AnalogInput傳感器輸入模擬輸出AnalogOutput控制輸出模擬值A(chǔ)nalogValue設(shè)置的閾值或其它模擬控制系統(tǒng)參數(shù)二進(jìn)制輸入BinaryInput開關(guān)輸入二進(jìn)制輸出BinaryOutput繼電器輸出二進(jìn)制值BinaryValue數(shù)字控制系統(tǒng)參數(shù)日歷Calendar為按事件執(zhí)行程序定義的日期列表命令Command為完成諸如日期設(shè)置等特定操作而向多設(shè)備的多對象寫多值設(shè)備Device其屬性表示設(shè)備支持的對象和服務(wù)以及設(shè)備商和固件版本事件登記EventEnrollment描述可能處于錯誤狀態(tài)的事件（例如“輸入超出范圍”），或者其它設(shè)備需要的報(bào)警。該對象可直接通知一個設(shè)備，也可用通知類(NotificationClass)對象通知多對象文件File允許讀寫訪問設(shè)備支持的數(shù)據(jù)文件組Group提供在一個讀單一操作下訪問多對象的多屬性環(huán)Loop提供標(biāo)準(zhǔn)化地訪問一個“控制環(huán)”多態(tài)輸入Multi-stateInput表述一個多狀態(tài)處理程序的狀況，如冰箱的開、關(guān)和除霜循環(huán)等多態(tài)輸出Multi-stateOutput表述一個多狀態(tài)處理程序的期望狀態(tài)，如冰箱的開始冷卻時間、開始除霜時間等通知類NotificationClass包含一個設(shè)備列表，其中包括如果一個事件登記對象確定有一個警告或報(bào)警報(bào)文需要發(fā)送則將要送給的那些設(shè)備程序Program允許設(shè)備中的一個程序開始，停止，裝載，卸載，以及報(bào)告程序當(dāng)前狀態(tài)等時間表Schedule定義一個按周期的操作時間表112009-11-01部分BACnet對象應(yīng)用實(shí)例對象名稱應(yīng)用實(shí)例模擬輸入Ana122009-11-01BACnet網(wǎng)絡(luò)層122009-11-01BACnet網(wǎng)絡(luò)層BACnet網(wǎng)絡(luò)層規(guī)范網(wǎng)絡(luò)層提供將報(bào)文直接傳遞到一個遠(yuǎn)程的BACnet設(shè)備、廣播到一個遠(yuǎn)程BACnet網(wǎng)絡(luò)、或者廣播到所有的BACnet網(wǎng)絡(luò)中的所有BACnet設(shè)備的能力。一個BACnet設(shè)備由一個網(wǎng)絡(luò)號碼和一個MAC地址唯一確定。網(wǎng)絡(luò)層的功能就是實(shí)現(xiàn)連接兩個異類的BACnet局域網(wǎng)使用不同的數(shù)據(jù)鏈路層技術(shù)的局域網(wǎng)稱為異類網(wǎng)絡(luò)，例如，以太網(wǎng)、ARCNET網(wǎng)絡(luò)和Lonworks網(wǎng)絡(luò)等就是異類網(wǎng)絡(luò)。實(shí)現(xiàn)異類網(wǎng)絡(luò)連接的設(shè)備稱為“BACnet路由器”從協(xié)議的觀點(diǎn)看，網(wǎng)絡(luò)層的功能是向應(yīng)用層提供統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)平臺，屏蔽異類網(wǎng)絡(luò)的差異。132009-11-01BACnet網(wǎng)絡(luò)層規(guī)范網(wǎng)絡(luò)層提供將報(bào)文直接傳遞到一個遠(yuǎn)程的BBACnet網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)BACnet網(wǎng)絡(luò)是拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定的自控網(wǎng)絡(luò)一旦樓宇自控設(shè)備安裝完成后，其安裝位置在整個生命周期范圍內(nèi)通常是固定的路由算法得到簡化固定的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)樹形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：BACnet標(biāo)準(zhǔn)又規(guī)定任意兩節(jié)點(diǎn)間只能有一條路徑，不得形成環(huán)路。BACnet網(wǎng)絡(luò)層不提供報(bào)文分段傳輸和可靠性傳輸?shù)墓δ軕?yīng)用層具有報(bào)文分段傳輸和可靠性傳輸?shù)墓δ埽蚨鳥ACnet網(wǎng)絡(luò)層的功能再次得到簡化。樓宇絕大多數(shù)自控設(shè)備間交換的信息字節(jié)數(shù)較少，報(bào)文分段情況較少。142009-11-01BACnet網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)BACnet網(wǎng)絡(luò)是拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定的自BACnet互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)物理網(wǎng)段(PhysicalSegment)：直接連接一些BACnet設(shè)備的一段物理介質(zhì)。網(wǎng)段(Segment)：多個物理網(wǎng)段通過“中繼器”在物理層連接，所形成的網(wǎng)絡(luò)段。網(wǎng)絡(luò)(Network)：多個BACnet網(wǎng)段通過“網(wǎng)橋”互連而成，每個BACnet網(wǎng)絡(luò)都形成一個單一的MAC地址域。這些在物理層和數(shù)據(jù)鏈路層上連接各個網(wǎng)段的設(shè)備，可以利用MAC地址實(shí)現(xiàn)報(bào)文的過濾。互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)(Internetwork)：將使用不同LAN技術(shù)的多個網(wǎng)絡(luò)，用BACnet“路由器”互聯(lián)起來，便形成了一個BACnet“互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)”。在一個BACnet互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中，任意兩個節(jié)點(diǎn)之間恰好存在著一條報(bào)文通路。152009-11-01RTR1/2RTR1/2RTBRR物理網(wǎng)段物理網(wǎng)段物理網(wǎng)段物理網(wǎng)段物理網(wǎng)段RRB網(wǎng)段1網(wǎng)段2物理網(wǎng)段物理網(wǎng)段物理網(wǎng)段物理網(wǎng)段物理網(wǎng)段物理網(wǎng)段網(wǎng)絡(luò)1網(wǎng)段3網(wǎng)段4網(wǎng)絡(luò)2網(wǎng)絡(luò)3PTP點(diǎn)到點(diǎn)連接網(wǎng)段5BACnet互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)其中：B=網(wǎng)橋，RT=路由器，R=中繼器，1/2RT=半路由器圖1-3BACnet互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖BACnet互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)物理網(wǎng)段(PhysicalSeBACnet網(wǎng)絡(luò)層的服務(wù)原語當(dāng)網(wǎng)絡(luò)層從應(yīng)用層收到一個N-UNITDATA.request請求原語后，就用網(wǎng)絡(luò)層規(guī)范所表述的方式發(fā)送一個網(wǎng)絡(luò)層服務(wù)數(shù)據(jù)單元NSDU。當(dāng)一個網(wǎng)絡(luò)實(shí)體收到從一個對等網(wǎng)絡(luò)實(shí)體發(fā)來的NSDU后，它作如下處理：通過一個直接連接的網(wǎng)絡(luò)將NSDU發(fā)送到目的地；將NSDU發(fā)送到下一個BACnet路由器后再路由到目的地；如果NSDU的地址與它自己的應(yīng)用層中的某個實(shí)體的地址匹配，則向這個實(shí)體發(fā)送一個N-UNITDATA.indication原語，通知有一個NSDU到達(dá)。162009-11-01請求N-UNITDATA.reques(destination_address，data，network_priority，data_expecting_reply)指示N-UNITDATA.indication(source_address，destination_address，data，network_priority，data_expecting_reply)BACnet網(wǎng)絡(luò)層的服務(wù)原語當(dāng)網(wǎng)絡(luò)層從應(yīng)用層收到一個N-UN172009-11-01BACnet數(shù)據(jù)鏈路/物理層172009-11-01BACnet數(shù)據(jù)鏈路/物理層BACnet數(shù)據(jù)鏈路/物理層規(guī)范BACnet標(biāo)準(zhǔn)將五種類型的數(shù)據(jù)鏈路/物理層技術(shù)作為自己所支持的數(shù)據(jù)鏈路/物理層技術(shù)進(jìn)行規(guī)范，形成其協(xié)議Ethernet(ISO8802-3)局域網(wǎng)；ARCNET局域網(wǎng)；主從/令牌傳遞(MS/TP)局域網(wǎng)；點(diǎn)到點(diǎn)(PTP)連接；LonTalk局域網(wǎng)；182009-11-01用同一種技術(shù)建立起來的通信鏈路連接的一組計(jì)算機(jī)設(shè)備就稱為一個類型的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)用載波偵聽多路訪問/沖突檢測技術(shù)建立的網(wǎng)絡(luò)稱為以太網(wǎng)；用LonTalk協(xié)議技術(shù)建立的網(wǎng)絡(luò)稱為LonWork網(wǎng)絡(luò);不同技術(shù)所建立的網(wǎng)絡(luò)在數(shù)據(jù)傳輸速率、傳輸?shù)臄?shù)據(jù)幀格式、設(shè)備使用介質(zhì)的方式等等方面都不相同BACnet標(biāo)準(zhǔn)自己定義BACnet數(shù)據(jù)鏈路/物理層規(guī)范BACnet標(biāo)準(zhǔn)將五種類型的主從/令牌傳遞(MS/TP)協(xié)議BACnet的主從/令牌傳遞局域網(wǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)是使用EIA-485標(biāo)準(zhǔn)。由于EIA-485標(biāo)準(zhǔn)只是一個物理層標(biāo)準(zhǔn)，不能解決設(shè)備訪問傳輸介質(zhì)的問題，BACnet定義了主從/令牌傳遞(MS/TP)協(xié)議，提供數(shù)據(jù)鏈路層功能。MS/TP網(wǎng)絡(luò)使用一個令牌來控制設(shè)備對網(wǎng)絡(luò)總線的訪問當(dāng)主節(jié)點(diǎn)掌握令牌時，它可以發(fā)送數(shù)據(jù)幀。凡是收到主節(jié)點(diǎn)請求報(bào)文的主（從）節(jié)點(diǎn)都可以發(fā)送響應(yīng)報(bào)文。一個主節(jié)點(diǎn)在發(fā)送完報(bào)文之后，就將令牌傳遞給下一個主節(jié)點(diǎn)。如果主節(jié)點(diǎn)有許多報(bào)文要發(fā)送，當(dāng)它一次掌握令牌期間最多只能發(fā)送Nmax_info_frames個數(shù)據(jù)幀，就必須將令牌傳遞給下一個主節(jié)點(diǎn)，其它數(shù)據(jù)幀只能在它再一次掌握令牌時，才能發(fā)送。192009-11-01主從/令牌傳遞(MS/TP)協(xié)議BACnet的主從/令牌傳遞點(diǎn)到點(diǎn)(PTP)通信協(xié)議為了使兩個BACnet設(shè)備能夠使用各種點(diǎn)到點(diǎn)通信機(jī)制進(jìn)行通信，BACnet定義了點(diǎn)到點(diǎn)數(shù)據(jù)鏈路層通信協(xié)議，面向連接的協(xié)議，這個協(xié)議的功能是：使兩個BACnet網(wǎng)絡(luò)層實(shí)體建立點(diǎn)到點(diǎn)數(shù)據(jù)鏈路連接，可靠地交換BACnetPDU，使用已建立的物理連接執(zhí)行BACnet點(diǎn)到點(diǎn)連接的有序終止。一旦這種連接成功建立之后，兩個設(shè)備就可以透明地交換BACnetPDU。不論呼叫設(shè)備還是被叫設(shè)備都可以啟動釋放連接過程，而只有每個設(shè)備都發(fā)送了終止請求之后，連接才會終止。對應(yīng)的物理連接方式有：EIA-232連接調(diào)制解調(diào)器，線路驅(qū)動器，或者其它數(shù)據(jù)通信設(shè)備。202009-11-01點(diǎn)到點(diǎn)(PTP)通信協(xié)議為了使兩個BACnet設(shè)備能夠使用各"Native"BACnetNativeBACnetdevicesprovideBACnetcommunicationsdirectly,devicetod