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核心提示：在樓宇自控系統(tǒng)建設中常常面臨BACNet與LonWorks技術之爭，或推崇BACNet，或支持LonWorks。事實上，這兩者各擅所長，相輔相成。

關鍵詞：LonWorks，BACNet，LON控制網(wǎng)絡，LonTalk協(xié)議，BACnet IP，BACnet MS/TP，系統(tǒng)集成，樓宇自控，現(xiàn)場網(wǎng)絡，通訊傳輸

一、簡介

本文旨在介紹BACnet 和LonWorks 平臺在總體架構和實施方面的區(qū)別。對使用LonWorks平臺和基于這種平臺之上的開放的、標準的通訊協(xié)議的產(chǎn)品供應商而言，優(yōu)勢包括：快速的將產(chǎn)品投入市場、降低了產(chǎn)品和生命周期成本，以及更易于開發(fā)可互操作的、多供應商的樓宇自動化系統(tǒng)（Building Automation Systems - BAS ）。

二、BACnet協(xié)議

BACnet協(xié)議是用于樓宇自動化網(wǎng)絡的一種數(shù)據(jù)通訊協(xié)議。這種數(shù)據(jù)通訊協(xié)議是用來控制網(wǎng)絡上數(shù)據(jù)交換過程的一組標準。為了實現(xiàn)設備之間的互操作性，連接到同一個網(wǎng)絡的所有類型的設備和所有設備廠商都必須一致地遵循并實施這些規(guī)則。 

BACnet協(xié)議是基于客戶端/ 服務器模式的，其消息被稱為“服務請求（Service Requests ）”?？蛻魴C向服務器發(fā)送一個服務請求，服務器會執(zhí)行相關的服務并將結(jié)果報告給客戶機。BACnet  提供了一個分層的體系架構，其中，工作站位于最頂層，控制設備位于其下一層，依此類推。這種分層的網(wǎng)絡要求使用網(wǎng)關（實際上就是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器）為工作站級別使用的協(xié)議和低級別中可能使用的多種不同協(xié)議之間提供轉(zhuǎn)換。網(wǎng)關是一種昂貴的設備，因此在實施、管理和維護這種分層的系統(tǒng)中，其總體成本會比非分層的（或者說平坦的）系統(tǒng)架構高。 

BACnet協(xié)議為表示各種設備的功能提供了預定義的方法。BACnet協(xié)議是一個基于OSI模型的四層協(xié)議堆棧結(jié)構，分別對應為物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡層和應用層（如下圖所示）。BACnet協(xié)議的設計目的是為了在網(wǎng)絡化設備之間實現(xiàn)唯一的邏輯通道。BACnet的網(wǎng)絡層針對在BACnet系統(tǒng)中的使用進行了自定義，也就是說，標準化的基礎體系組件（如以太網(wǎng)路由器）不能用作BACnet信道之間的路由。為了支持MS/TP數(shù)據(jù)鏈路技術（該技術既不如以太網(wǎng)路由器等標準的基礎體系組件普及，其成本也較高），該網(wǎng)絡層經(jīng)過了自定義。

所有通過BACnet協(xié)議的數(shù)據(jù)必須被ASN.(1)編碼，這對不同于主機的在小型設備（比如VAV控制器、區(qū)域控制器和屋頂設備）中普遍使用的8 位微控制器就很難完成這個任務。對于系統(tǒng)到系統(tǒng)級的或企業(yè)級的通訊，這種使用ASN.(1)的要求將成為一個問題，因為這種編碼的格式遠未達到普及的程度。行業(yè)規(guī)范使用的是XML而不是ASN.(1)，這對那些在整體系統(tǒng)架構中必須包括標準 IP基礎體系結(jié)構和企業(yè)應用的情形而言，這進一步增加了使用BACnet協(xié)議的難度。實際上，如果不借助 OSI表示層，BACnet應用層自身也難以使用BACnet協(xié)議——它只能使用一種傳輸語法，該語法由一個固定的編碼方案定義。 

使用BACnet協(xié)議構建可互操作的設備網(wǎng)絡尤其困難，因為該協(xié)議是圍繞一個包括網(wǎng)關的架構來設計的。舉例而言，BACnet協(xié)議中沒有定義應用接口，這導致各個廠商所采用的接口彼此不同并且互不兼容。在對象（“Object ”）定義方面，BACnet協(xié)議主要定義了低層的對象（如傳感器和執(zhí)行器），而它定義的高級對象（如調(diào)度器、報警告警器和趨勢記錄器）非常少。傳感器和執(zhí)行器對象對網(wǎng)關的實現(xiàn)非常有用，而調(diào)度器和報警告警器對象有助于實現(xiàn)主機端控制器。該協(xié)議沒有定義標準的HVAC設備簡表，而這是構建可互操作網(wǎng)絡所必需的“粘合劑”之一。 

一致性和互操作性

所有遵守BACnet協(xié)議的設備都必須帶有一個協(xié)議實施一致性聲明，該聲明標識了所實施的協(xié)議內(nèi)容。為了符合BACnet協(xié)議，所有設備都必須通過一致性測試，以檢驗PICS聲明中的對象類型和服務得到了正確實施。如果廠商采用了不同的實施方法（這是一種常見情形），則會導致不兼容問題。因此，在理論上原本應可以使用多個廠商的產(chǎn)品并且可互操作的網(wǎng)絡現(xiàn)在卻只能使用某一個廠商的設備；也就是說，實際上變成了一個專有網(wǎng)絡。雖然所使用的仍然是BACnet協(xié)議，但其它支持BACnet 協(xié)議的產(chǎn)品卻無法實現(xiàn)互操作。如果網(wǎng)絡只能采用某一個廠商的產(chǎn)品，那么在購買以及部件更換和產(chǎn)品生命周期方面的成本都會升高。 

下圖顯示了BACnet協(xié)議堆棧結(jié)構：

就控制消息和廣播消息（包括本地、遠程和全局廣播）而言，一個BACnet/IP網(wǎng)絡的功能在概念上等同于其它的非IP網(wǎng)絡類型。本地網(wǎng)絡上的所有工作站接收本地廣播，而某個遠程網(wǎng)絡上的所有工作站接收遠程廣播。在由BACnet互連網(wǎng)絡技術構成的任何網(wǎng)絡上，所有工作站都能接收全局廣播。

大多數(shù)使用BACnet協(xié)議的廠商都對該協(xié)議進行了自己獨特的擴展。在該協(xié)議之上構建的擴展層需要實現(xiàn)除基本通訊以外的所有功能。但真正的問題是，沒有哪兩個供應商會實現(xiàn)相同的自定義擴展，這使得供應商的解決方案完全變成專有的解決方案。

LonWorks平臺是一種分布式控制系統(tǒng)，支持智能設備之間的對等式和/ 或主從式通訊。LonWorks技術使用一種平坦的體系架構，該架構可支持整個系統(tǒng)的尋址要求，同時又允許對網(wǎng)絡進行邏輯分段。網(wǎng)絡劃分是借助網(wǎng)絡級路由器來實現(xiàn)的（對節(jié)點中的應用程序而言，它們是透明的），在網(wǎng)絡任何位置連接的安裝工具、診斷工具或監(jiān)視工具都可以通過這些路由器實現(xiàn)直接訪問。

LonTalk®是一個開放并且基于標準的協(xié)議（它也稱為ANSI/CEA709.1 和IEEE1473-L）。它提供了一整套通訊服務，借此，設備可以通過網(wǎng)絡向其它設備發(fā)送消息和接收來自其它設備的消息。它還為綁定傳輸提供可選的端到端的消息確認機制、消息驗證機制和優(yōu)先傳輸機制。

LonTalk協(xié)議（OSI——針對控制網(wǎng)絡的7 層協(xié)議）提供了下列功能：

第 1  層——物理層 

由于控制網(wǎng)絡應用要求能夠支持多種媒體（以適應不同的安裝需要和簡化系統(tǒng)擴展），LonWorks平臺支持一系列的不同物理介質(zhì)，包括有源和無源的自由拓撲雙絞線、電力線、無線、紅外、光纖和同軸電纜。  

第 2  層——鏈路層（介質(zhì)存取&數(shù)據(jù)幀） 

介質(zhì)存取方案對控制網(wǎng)絡至關重要，系統(tǒng)性能將取決于存取方案的先進性。

LonTalk協(xié)議使用了可預測的p-保持CSMA、沖突避免、可選的優(yōu)先級和沖突檢測存取方案。可以通過信道、節(jié)點或某個特定節(jié)點的變量來調(diào)整這些選項，從而在不影響控制系統(tǒng)其余部分的情況下優(yōu)化并提高網(wǎng)絡性能。應用級別的定論可通過專用的應用軟件來增強。 

第 3  層——網(wǎng)絡層（目標尋址） 

該層確保消息或數(shù)據(jù)包可從一個源設備正確發(fā)送到一個或多個目標設備。主要功能包括無連接、全域廣播、沒有分段、無環(huán)拓撲、自學習路由器。 

第 4  層——傳輸層（端到端的可靠性） 

傳輸層確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾?，包括多種服務（如確認和非確認點對點和組播）、認證服務器和傳輸控制子層（常規(guī)的排序和重復檢測）。有效的實施手段使得LonTalk數(shù)據(jù)包非常小，這有助于節(jié)省網(wǎng)絡帶寬和加快通訊速度。 

第 5  層——會話層（遠程操作） 

會話層負責建立、協(xié)調(diào)和終止應用程序之間的會話、交換和對話。該層還負責處理會話和連接。 

第 6  層——表示層（數(shù)據(jù)解釋） 

該層也稱作語法層，通常是操作系統(tǒng)的一部分。該層定義了在什么位置將輸入和輸出數(shù)據(jù)從一種顯示格式轉(zhuǎn)換為另一種格式。LonTalk協(xié)議用網(wǎng)絡變量、消息或外部組幀的方式傳輸語法，因此提供了巨大靈活性。 

第 7  層——應用層（傳感器/ 執(zhí)行器應用兼容性） 

該層確定通訊雙方服務質(zhì)量和數(shù)據(jù)語法以及用戶身份認證和保密性。該層不是純粹意義的應用層，盡管某些應用可以實現(xiàn)應用層的功能。LonTalk協(xié)議在更低層提供了其中的某些功能，從而使得開發(fā)應用程序和創(chuàng)建可互操作產(chǎn)品變得容易，并且大幅度降低了復雜性。 

下表顯示了典型的LonTalk數(shù)據(jù)包大?。?nbsp;

LonWorks/IP網(wǎng)絡的功能在概念上類似于BACnet/IP網(wǎng)絡，但也存在一個重大區(qū)別：在LonWorks/IP解決方案中，通信數(shù)據(jù)包使用開放的EIA-852標準封裝在UDP/IP數(shù)據(jù)包內(nèi)。這種架構使數(shù)據(jù)包可以使用標準的IP基礎體系（包括以太網(wǎng)路由器）高速傳輸?shù)捷^遠距離。相應地，網(wǎng)絡規(guī)模也可以不受限制（從最基本的兩節(jié)點系統(tǒng)直到基于全球Web并且包括數(shù)以百萬計站點的系統(tǒng)）。 

四、協(xié)議區(qū)別對BAS產(chǎn)品和服務的影響

結(jié)論

BACnet和LonWorks平臺在體系架構和實施方面均存在重大差異。BACnet協(xié)議的初衷是為了讓不同BAS供應商提供的工作站能借助網(wǎng)關將數(shù)據(jù)從設備協(xié)議轉(zhuǎn)換為BACnet協(xié)議，從而實現(xiàn)同其它設備的協(xié)同工作。但BACnet協(xié)議將過多的實施任務交給了產(chǎn)品廠商，這些廠商采取了各不相同的實施方法，他們并不關心產(chǎn)品的互操作性。 

LonWorks平臺在設計上采用了平坦的體系架構，它不需要在設備之間使用網(wǎng)關，并且允許所有設備使用相同的安裝和診斷工具。LonTalk協(xié)議的標準化實施和符合行業(yè)標準的對象使得不同供應商系統(tǒng)實現(xiàn)互操作性成為可能。借助開放的并且基于標準的LonWorks平臺，廠商可以加快產(chǎn)品開發(fā)速度；集成商可以使用通用的安裝和診斷工具；用戶可以降低安裝成本和產(chǎn)品生命周期成本。

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