（海思技術部供稿）
作為LonWorks技術中國領航企業(yè)，海思在全力研發(fā)Lonworks產品供應市場以滿足用戶需求的同時，向國內用戶介紹LonWorks技術的先進性，以及應用開發(fā)所需具備的基礎知識等方面，海思更是盡心盡力。下面向大家全面介紹LonWorks總線技術的核心，幫助大家認識LonWorks總線技術。
美國埃施朗公司上世紀九十年代研發(fā)、推出的LonWorks(Local Operating Network)總線技術是一個開放的、全分布式監(jiān)控系統(tǒng)專用網絡平臺技術，以其獨特的特點已成為目前所有現(xiàn)有的現(xiàn)場總線網絡功能最為強大，市場效率最高的總線，其技術已被我國多部國家規(guī)范所采納。它使用了具有分布控制與通信聯(lián)網功能的大規(guī)模集成的神經元芯片構成各個智能監(jiān)控節(jié)點，通過網絡收發(fā)器及網絡通信媒體將各節(jié)點構成全分布式局部操作網絡。
一.LonWorks網絡技木特點
1.智能節(jié)點作為現(xiàn)場總線網絡控制器；
2.多種網絡拓撲結構：總線形、星形、環(huán)形、自由形；
3.多種網絡系統(tǒng)結構：主從式、對等式及Client/ Server式；
4.多種傳輸媒體：雙絞線、動力電源線、無線、光纖、紅外、電話線等；
5.介質訪問方法：帶預測和優(yōu)先級的P—堅持CSMA(Carrier Sense Multiple Access，載波監(jiān)聽多路訪問)；
6.網絡通信協(xié)議：基于IS0/OSI七層參考模型的網絡通信協(xié)議——LonTalk通信協(xié)議，系統(tǒng)開放；
7.同異型網絡的互連方便。
二. LonWorks網絡的結構模型
LonWorks采用開放式ISO/OSI模型的全部七層通訊協(xié)議結構，具備了局域網的基本功能,與異型網的兼容性比任何現(xiàn)存的現(xiàn)場總線都好，被譽為通用控制網絡，它還提供了與LAN的接口，從而實現(xiàn)了二者的有機結合。
其各層功能如下表所示。
三.LonWorks的通訊介質訪問控制方式
當某一節(jié)點有信息要發(fā)送而試圖占用通道時，首先在一個固定的周期Beta l檢測通道是否處于網絡空閑。為了支持優(yōu)先級，還要增加優(yōu)先級時間片，優(yōu)先級越高的所加的時間片就越少。隨后再根據網絡積壓參數(shù)BL產生一個隨機等待時間片w，按理拾到w之間的隨機數(shù)W=BL*16。當延時結束時，網絡仍空閑，節(jié)點以概率p=1/w發(fā)送報(如下圖)?！ ?/font>
四.LonWorks網絡的技術組成
一個典型的現(xiàn)場控制節(jié)點主要包括以下幾部分功能模塊：應用CPU、I/O處理單元、通信處理器、收發(fā)器和電源。 LonWorks以Neuron神經元芯片為核心組成智能控制節(jié)點，典型使用神經元芯片的現(xiàn)場控制節(jié)點如下圖：
五.神經元芯片
Lonworks的核心是Neuron神經元芯片。它包括一套完整的通信協(xié)議，即LonTalk協(xié)議。使用CMOS CLSI技術高度集成，每個神經元芯片有唯一的48位ID地址，內部含有3個8位的CPU：第一個CPU為介質訪問控制處理器，處理LonTalk協(xié)議的第一層和第二層;Neuron芯片的編程語言為Neuron C，它是從ANSI C中派生出來的，并對ANSI C進行了刪減和增補。第二個CPU為網絡處理器，它實現(xiàn)LonTalk協(xié)議的第三層至第六層;第三個CPU為應用處理器，實現(xiàn)LonTalk協(xié)議的第七層，執(zhí)行用戶編寫的代碼及用戶代碼所調用的操作系統(tǒng)服務。所以這個芯片即是一個網絡通信處理器，又是一個應用程序處理器，實現(xiàn)了完整的Lonworks的LonTalk通信協(xié)議。
神經元芯片的結構框圖如下圖所示
六.LonWorks路由器
透明地支持多種傳輸媒介是LonWorks技術中一項獨特功能，它使得開發(fā)者選擇最適合他們需求的傳輸媒介和通信方法。這種多介質的支持是通過路由器實現(xiàn)的。路由器能夠用于控制網絡交通和分割網絡，增加網絡吞吐量和容量。它使LonWorks總線突破了傳統(tǒng)現(xiàn)場總線的限制，使其通信不受通信介質、通信距離和通信速率的限制。
LonWorks路由器包括中繼器、橋接器等。
采用RTR-10路由器核心模塊構成的路由器框圖如下所示?！ ?/font>
七.LonWorks 通信協(xié)議
LonWorks技術采用LonTalk通信協(xié)議，該協(xié)議為七層協(xié)議，通過網絡變量直接面向對象通信。該協(xié)議具有以下特點：
1.發(fā)送的報文都是很短的數(shù)據，一般是幾個字節(jié)到幾十個字節(jié)；
2.通信帶寬不高，一般從幾kb/s到20Mb/s；
3.網絡上各節(jié)點往往是低成本、低維護的單片機；
4.多節(jié)點；
5.多介質；
6.可靠性高；
7.實時性高。
LonTalk協(xié)議的網絡地址采用三層結構，即：域(Domain)、子網(Subnet)和節(jié)點(Node)。
域：為第一層結構，它保證在不同域中通信的彼此獨立性。
子網：為網絡地址結構的第二層，每一個域最多有255個子網，一個子網可以是一個或多個通道的邏輯分組。
節(jié)點：為網絡地址的第三層，每個子網最多可以有127個節(jié)點。
所以一個域最多可以有255×127=32385個節(jié)點。
八.LonWorks 收發(fā)器
LonWorks技術的一個重要特征是它支持多種介質通信。根據通信介質的不同，LonWorks技術可分為以下多種總線收發(fā)器：
1.雙絞線收發(fā)器
雙絞線是使用最為廣泛的一種介質，用于雙絞線介質的收發(fā)器主要以下三種：
A.直接驅動收發(fā)器
直接驅動是使用神經元芯片的通信端口作為收發(fā)器，同時加入電阻和瞬態(tài)抑制器作為電流限制和ESD保護 。
這種方式適合于網絡上的所有節(jié)點在同一個大設備中使用同一個電源。
B.EIA-485收發(fā)器
EIA-485接口是現(xiàn)場總線中常用的電氣接口，LonWorks同樣也支持該電氣接口。使用EIA-485共模電壓比直接驅動要好，但不如變壓器耦合驅動。
C.變壓器耦合驅動收發(fā)器
變壓器耦合驅動能滿足系統(tǒng)的高性能、高共模隔離要求，并具有噪聲隔離的作用 。目前相當多的網絡收發(fā)器采用變壓器耦合的方式。
D.電源線收發(fā)器
電源線是指通信線和電源線纜共用一對雙絞線。使用電源線的意義在于所有節(jié)點通過一個48V直流中央電源供電，這對于一些電力資源匱乏的地區(qū)具有非常重要的意義;同時采用通信線和電源線纜共用一對雙絞線可以節(jié)約一對雙絞線，也便于系統(tǒng)的安裝和維護。由于電源線收發(fā)器采用的是直流供電，可以和變壓器耦合的雙絞線直接連接。
E.電力線收發(fā)器
電力線接收器是將通信數(shù)據調制成載波信號或擴頻信號，然后通過耦合器耦合到220V或其他交直流電力線上，甚至是沒有電力的雙絞線。這種方式減少了施工布線等建設費用，是一種將神經元節(jié)點加入到電力線中簡單、有效的方法。
但該方法會遇到電力線通信的普遍問題——電力線間歇性噪聲大等問題，因此需要采用一定的技術加以解決。
5.其他收發(fā)器
除上述收發(fā)器外，LonWorks技術中還廣泛采用無線收發(fā)器、光纖收發(fā)器等，以滿足特殊情況需要。
九.LonWorks技術的應用
目前LonWorks技術己經被廣泛應用在智能大廈、家庭自動化、保安系統(tǒng)，辦公設備、運輸設備、工業(yè)過程控制等行業(yè)，成為發(fā)展最快的現(xiàn)場總線之一，尤其在建筑領域，該技術已成為國際公認的標準?！ ?/font>
上圖所示的是兩級Lonworks網絡結構形式,一路是路由器，一路是智能節(jié)點，它將每一用戶設計為一個 Lonworks智能節(jié)點，由該智能節(jié)點對用戶內各部件進行實時監(jiān)控，完成控制系統(tǒng)的大部分功能。
Lonworks 總線技術規(guī)定：一個Lonworks網絡最多可以有255個子網，而每個子網最多可以有127個節(jié)點。
在上述結構中，每127個節(jié)點需要一個路由器以支持更多的節(jié)點。所以Lonworks網絡其節(jié)點數(shù)最多可以達到 255 ×127= 32385。
