LonWorks技術起源及標準化
LonWorks系統(tǒng)的許多技術都是源自美國埃施朗公司,包括芯片設計、雙絞線及電力線的通信、LonTalk通信協(xié)議、路由器、網絡管理軟件等。在1999年其通信協(xié)議LonTalk提交給ANSI認可,成為控制網絡的標準ANSI/CEA-709.1-B。其雙絞線及電力線的通信也成為ANSI的標準。
此后,ANSI/CEA-709.1成為許多標準的基礎,例如用在火車控制的IEEE 1473-L、美國鐵路協(xié)會針對貨運列車的電動氣動剎車系統(tǒng)、歐洲的加油站控制協(xié)會IFSF、國際半導體和材料等。在2005年時LonWorks系統(tǒng)成為歐洲智能建筑標準EN 14908。LonTalk協(xié)議也是美國冷凍空調協(xié)會定義的智能建筑通信協(xié)議BACNet中,六種數據鏈接層及物理層中的一種。
中國將LonWorks技術成為國家標準GB/Z 20177.1-2006及智能建筑標準GB/T 20299.4-2006。2008年時國際標準化組織(ISO)及國際電工委員會(IEC)將其通信協(xié)議、雙絞線信號技術、電力線信號技術及以太網協(xié)議(IP)標準化,編號為ISO/IEC14908-1, -2, -3,及-4。
簡介
處理器
埃施朗公司為LonTalk通信協(xié)議設計了神經元蕊片(Neuron chip),早期這是唯一可以支持LonTalk通信協(xié)議的IC,神經蕊片中包括有三個8位的CPU,分別處理媒體訪問、網絡通信及其他應用機能,使用的語言是以ANSIC為基準修改的Neuron C。每一個蕊片上都有一個48位的識別碼(Neuron ID),因此在網絡上可以識別每一個設備。在1999年后,使用泛用的處理器也可以支持LonTalk通信協(xié)議。
物理層
LonWorks網絡使用二種不同的物理層通信技術,分別是名為“free topology”的雙絞線通信技術,以及電力線通信。
其雙絞線通信使用差分曼切斯特編程,可以使用RS485收發(fā)器及變壓器耦合收發(fā)器,RS-485收發(fā)器建議的通信速率為39 kbit/s。LonWorks支持的變壓器耦合收發(fā)器分為二種,只支持總線型網絡拓撲的收發(fā)器,其通信速率可以到1.25Mbit/s,另一種收發(fā)器允許總線型、環(huán)型及星型網絡拓撲,其通信速率為78Kbit/s。電力線通信的通信速度可以是5.4 kbit/s或3.6 kbit/s。
媒體訪問控制
LonWorks的媒體訪問控制層使用一種改良型的載波偵聽多路訪問(CSMA)協(xié)議,稱為可預測P-持續(xù)CSMA,每個節(jié)點在網絡空閑時需等待一段隨機的時間,這段時間內網絡仍沒有數據,才允許傳送數據。隨機時間的范圍由節(jié)點占計的網絡負載決定,網絡負載越重,隨機時間的范圍就越長。
網絡變量及顯式報文
LonWorks采用面向對象的設計方法,其數據數據稱為網絡變量(NV),包括其數據及單位。每一個設備都會定義輸入及輸出的網絡變量,利用網絡管理軟件可以將相同單位的輸入及輸出網絡變量綁定(binding)在一起,創(chuàng)建二個網絡變量的邏輯連接,之后當一設備的輸出網絡變量變更時,設備會自動傳送包括網絡變量數據的隱式報文,網絡上被綁定的輸入網絡變量就可以得到更新的數據。
LonWorks的通信除了網絡變量外,也可以使用顯式報文。顯式報文依其服務方式,可分為確認方式 、非確認重復方式、非確認方式及請求/應答方式。LonWorks網絡變量的長度不能超過31個字節(jié),而顯式報文的長度最大可到228位組,方便傳送較長的信息。另外要使用網絡變量需要利用LonBuilder仿真器或LonMaker軟件進行網絡變量綁定,增加開發(fā)及應用的成本,使用顯式報文就沒有上述問題,不過其缺點是通信內容多半需要自行定義,而LonWorks網絡系統(tǒng)也就成為封閉式的系統(tǒng)。
標準網絡變量性態(tài)
為了方便不同設備的數據交換,LonWorks針對實際物理量定義了標準網絡變量性態(tài)(Standard Network Variable Type,簡稱SNVT),標準網絡變量性態(tài)包括一物理量的單位及其數值及實際物理量的關系,例如表示溫度的標準網絡變量性態(tài)SNVT_temp用0至65535的整數來表示從絕對信度到攝氏6279.5度的溫度范圍。因此不同設備只要其溫度是用SNVT_temp表示,其數值和實際溫度的關系都相同。
開發(fā)及網絡管理工具
LonWorks技術中的開發(fā)工具分為節(jié)點開發(fā)的NodeBuilder軟件,安裝節(jié)點及網絡的LonBuilder開發(fā)平臺(包括硬件、軟件及路由器等),使用LonMaker軟件也可以進行網絡節(jié)點的安裝。
LonWorks技術中的網絡管理工具包括LonManager DDE服務器及LonWorks網絡服務。LonManager DDE服務器可使計算機中支持動態(tài)數據交換的應用程序有監(jiān)控及訪問LonWorks網絡的能力,而LonWorks網絡服務(LNS)支持主從式架構,可視為LonWorks網絡的操作系統(tǒng)。