1.引言
随着网络互联技术的发展和Internet在全球范围的盛行,开放、互连和信息共享已成为IT时代的潮流,构造不同厂家的产品能够互联、互换和互操作并可以与Internet无缝连接的新一代楼宇自动控制系统BAS,己成为业主、系统集成商和用户的迫切需要和现实追求。
美国Echelon公司于1991年提出了LonWorks(Local Operating Networks,局部操作网络）网络,简称L0N网,它标志着控制系统网络的新纪元。LonWorks是一种完整的、全开放的、可互操作的、成熟的和低成本的分布式控制网络技术,众多的制造厂和用户纷纷在其控制网络方案中采用LonWorks技术。到目前为止,全世界已有2500多家公司利用LonWorks技术生产各种各样的LonWorks产品,以满足现代化楼宇、工厂、交通运输系统、城市基础设施(水、电、气等)、家庭等环境自动化系统的分布式控制网络要求。在1995年,LonWorks控制网络被美国确定为楼宇自动化控制网络标准的一部份。目前,世界大的楼宇控制公司,如霍尼维尔、安德沃、西比、江森、兰吉尔、萨切维尔等都正在采用LonWorks技术改造产品,已形成世界技术潮流。本文主要介绍LonWorks技术特点,尤其较详细地描述了通讯介质访问控制方式,并介绍了LonWorks在智能小区中的应用。
2.Lrks技术特点
LonWorks网络上的每个控制点称为LonWorks接点或LonWorks智能设备,它包括一片Neuron神经芯片、传感和控制设备、收发器(用于建立Neuron芯片与传输之间的物理连接)和电源,图1为一种典型LonWorks节点的方框图。
由图可见,Neuron神经芯片是节点的核心部分,它包括一套完整的通信协议,即LonTalk协议,从而确保节点问使用可靠的通信标准进行互操作。LonTalk通讯协议遵循ISO/OSI的全部七层模型。Neuron神经芯片内含三个八位CPU:第一个CPU为介质访问控制处理器,实现Udallt协议的第1层和第2层:第二个CPU为网络处理器,实现LonTalk协议的第3层至第6层:第三个CPU为应用处理器,实现LonTallt协议的第7层。
LonTa1k协议是直接面向对象的网络协议,即,通过网络变量实现网络节点间的联结。当定义为输出的网络变量改变时,能自动地将网络变量的值发送出去,使所有该变量定义为输入的节点收到它的改变,以便激活相应的处理进程(事件触发型）。标准网络变量能使不同制造商的产品通过建立标准的数据传送模式、正确地翻译、传送数据,便于设备的互换和互操作。另外,由于网络变量的长度有限,最多31B,又提供了四种类型的报文服务：应答方式、请求/响应方式、非应答重发方式、非应答方式。
LonWorks有完整的7层协议,具备了局域网的基本功能,与异型网的兼容性比任何现存的现场总线都好。它还提供了与LAN的接口,从而实现了二者的有机结合。
LonWorks支持多种拓扑结构,如总线型、星型、环型和混合型等,及多种传输介质,如双绞线、电力线、无线电波、红外线、光纤、同轴电缆和电源线等。这样,可以根据不同的现场环境选择不同的收发器和介质。采用双绞线通信速率为78Kbps/2700m/每段64节点、1.25Mbps/130m/每段64个节点。Motor01a已开发出IS一78本安物理通道,使Lodorks网络延伸到危险区域,还可以在单线缆中实现供电和通信。
总之,Lodorks通过具有通信与控制功能的Neu-ron神经芯片、收发器、电源、传感器和控制设备构成的网络节点,采用专用的编程工具Neuron C,利用所提供的开发工具LonBuilder,NodeBuilder和LVS技术,可以快速、方便地开发节点和联网。当有大量的短消息需要频繁通信应用时,是一个普及、低成本的总线系统。
3.通讯介质访问控制方式
由于网络上的设备共享传输线路,为了解决在同一时间几个设备同时争用传输介质,需要有某种介质访问控制方式,来协调各设备访问介质的顺序,实现设各之间数据的交换。LonWorks的通讯介质访问控制方式为带预测P----坚持CSMA(Carrier Sense Multiple Access,载波监听多路访问),它是一种独特的冲突避免算法,使得网络即便在过载的情况下,仍可以达到最大的通信量,而不至于发生因冲突过多致使网络吞吐量急剧下降。
当某一节点有信息要发送而试图占用通道时,首先在一个固定的周期Beta l检测通道是否处于网络空闲。为了支持优先级,还要增加优先级时间片,优先级越高的所加的时间片就越少。随后再根据网络积压参数BL产生一个随机等待时间片w捞理拾到w之间的随机数,W=BL*16。当延时结束时,网络仍空闲,节点以概率p=1/w,发送报文。此种方式在负载较轻时使介质访问延迟最小化,而在负载较重时使冲突最小化,但不能消除冲突。图2.为LonWorks的优先级带预测P----坚持CSMA概念示意图。
4.LonWorks在智能小区中的应用
应用Lodorks技术在智能小区中的典范有z上海邮电二村的智能住宅小区和深圳市梅林三村住宅小区等。智能小区系统可以通过LonWorks技术互联成一个整体,使智能小区管理中心能集中管理,分散控制。运用LonWorks技术可以很容易地实现智能化住宅的所有功能,网络结构可以采用自由拓扑结构,布线容易。对不同系统的功能要求,对网络结构无需作任何修改,只需对Lodorks节点编写相应的程序,将其直接连接到控制网络上,使得整个智能小区具有很强的可扩展性。早期可以使用一些基本的功能,以后根据需要不断地增强系统的功能。
5.结束语
LonWorks技术已经成为小区智能化系统的基本规范。LonWorks网络非常容易与其他网络实现互连,如Internet网络,可以实现远程操作和控制。LonWorks开放式、可互操作性、成熟和低成本的特点,使得众多的制造厂和用户纷纷在其控制网络方案中采用LonWorks技术。另外,对于最终用户来说,项目的初期投资大为减少,系统管理简单,增加新功能又十分简便。由此可以推断,LonWorks控制网络技术会越来越为人们重视和推广。
