LonWorksm網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議為LonTalk協(xié)議，LonTalk 協(xié)議在 OSI 七層參考模型的每一層提供服務(wù)。
該協(xié)議可供任何人實施，因此，可從 CEA 獲取 C 編程語言中的參考實施。自發(fā)明以來，該協(xié)議就成為 ANSI 標準、IEC 標準、中國國家標準，最近又獲得 ISO 標準化認證。
在第 一 層，多種物理連接可支持如 RS-485收發(fā)器、埃施朗的自由拓撲 (FT) 和電力線(PLC) 收發(fā)器以及第三方有線、無線和光纖收發(fā)器等。
在鏈路層，即 OSI 模型的第 二層，LonWorks 協(xié)議根據(jù)以太網(wǎng)標準化后對載波偵聽多路訪問協(xié)議家族所做的改進，提供創(chuàng)新型獨立介質(zhì)訪問控制 (MAC) 層。MAC 層結(jié)合運用了兩個概念：p-保持 CSMA 和非保持 CSMA。
P-保持 CSMA。在P-保持 CSMA 中，鏈路訪問是帶時間槽的，傳輸設(shè)備使用P概率訪問鏈路，舉例，在 0.1 保持CSMA鏈路中，會有 10 個時間槽，對鏈路的訪問是隨機的，因此，通過任一時間槽進行傳輸?shù)母怕适?10%。
因此，P 值越小，傳輸設(shè)備可隨機訪問的時間槽越多。時間槽數(shù)量越多，沖突的可能性越小，這是因為任何兩個傳輸設(shè)備選取同一時間槽進行傳輸?shù)臋C率降低了。擁有多個時間槽的缺點是，在閑置網(wǎng)絡(luò)中，發(fā)送消息的平均延時是時間槽數(shù)量除以二。理想狀態(tài)下，如果只有幾個傳輸設(shè)備等待發(fā)送，隨機訪問鏈路只需要通過少量的時間槽；當有較多的傳輸設(shè)備都有消息要發(fā)送時，隨機訪問鏈路需要通過大量的時間槽。P-保持 CSMA 本身并不能解決延時問題。
非保持 CSMA。 利用非保持 CSMA，只要有一個傳輸設(shè)備要發(fā)送消息，就會隨機訪問，而不是立即傳輸。這一技術(shù)可防止多個傳輸設(shè)備對單一事件做出響應(yīng)，從而避免引起數(shù)據(jù)包沖突。
非保持 CSMA 對于數(shù)據(jù)包流量大的網(wǎng)絡(luò)十分有用，許多控制網(wǎng)絡(luò)也擁有這一特性。網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的其他特征為，通常情況下，當某個站點發(fā)送消息時，該站點必須收到響應(yīng)或確認，而這種信息多播技術(shù)非常常用。例如，帶有溫度讀取功能的節(jié)點可能需要同時與多個節(jié)點分享所讀取的溫度值。多播是做到這一點的最有效方式。如果多播需要響應(yīng)或尚未確認，則鏈路上超過半數(shù)的數(shù)據(jù)包可進行預測，因為每個數(shù)據(jù)包至少能產(chǎn)生一次響應(yīng)，有時甚至可產(chǎn)生多次響應(yīng)。
可預測 p-保持 CSMA算法。為了在網(wǎng)絡(luò)擁堵時為鏈路的優(yōu)先訪問提供支持，可能需要為每個獨立站點分配一些供其單獨使用的隨機時間槽。通過這種方式，具有 MAC 優(yōu)先級的站點可使用專用時間槽并有效避免所有鏈路訪問之間的競爭。
圖 1 為帶時間槽的訪問協(xié)議。
圖 2 為專用優(yōu)先時間槽在每個數(shù)據(jù)包之后的使用，以確保關(guān)鍵站點可在避免數(shù)據(jù)包競爭的情況下訪問鏈路。
通過 可預測 CSMA 算法，當某個站點發(fā)送消息時，消息將會產(chǎn)生的響應(yīng)數(shù)據(jù)包的數(shù)量會在數(shù)據(jù)包的 2 層報頭中進行編碼。這被稱為鏈路未完成任務(wù)的增量。發(fā)送者可得知為響應(yīng)初始消息而將要發(fā)送的數(shù)據(jù)包數(shù)量，因為其必須跟蹤這些響應(yīng)以便了解何時停止轉(zhuǎn)發(fā)。鏈路上的所有節(jié)點將收到所有數(shù)據(jù)包并檢查 2 層報頭以了解鏈路未完成任務(wù)的增量情況。它們會利用這個工作中的未完成任務(wù)調(diào)整為自己的鏈路訪問所需隨機分配的時間槽數(shù)量。因此，未完成任務(wù)會在流量增多時動態(tài)增加，并在流量減少時隨時間相應(yīng)減少。
LonWorks 協(xié)議就是通過這種方式來動態(tài)調(diào)整基于已知未來的隨機時間槽數(shù)量。根據(jù)經(jīng)驗，協(xié)議面向?qū)Φ染W(wǎng)絡(luò)的 MAC 算法已用到占據(jù)理論最大值高達 80% 的鏈路帶寬，而碰撞率卻低于 4%。這種協(xié)議不僅具備超高效率，而且只需極小化狀態(tài)，無需了解連接上的站點數(shù)量，也無需準備碰撞檢測硬件。
流量對延遲的圖示說明了可預測 P-保持 CSMA 算法在避免碰撞（甚至在網(wǎng)絡(luò)超負荷期間）方面的出色能力。
除 MAC 算法以外，2 層還可提供位編碼以及 16 位的循環(huán)冗余校驗 (CRC)。CRC 采用 CCITT CRC-16 標準。位編碼屬于雙相間隔編碼。這是差分曼徹斯特編碼的一種變體，可在通過雙絞線進行通信時不受極性影響。安裝人員無需顧慮使用雙終端的兩根通信線具體連接方式。
3 層是網(wǎng)絡(luò)層，提供尋址功能。在 LonWorks 協(xié)議中，尋址需按等級進行，先從節(jié)點的域開始，隨后是其子網(wǎng)和標識號，均以八位數(shù)字表示。或者，一個節(jié)點可屬于多個多播組，每個組地址作為單個字節(jié)進行編碼。一個域可包括多達 256 個多播組和 255 個子網(wǎng)，每個可包含最多 127 個節(jié)點。為節(jié)省帶寬，一個域的地址可編碼為長度為零的一個字節(jié)、三個字節(jié)或六個字節(jié)（確保唯一性）。這種簡單的尋址設(shè)計可使跨多個鏈路的數(shù)據(jù)包路由變得非常簡單。路由表非常小，例如，只帶有一個 256 位的隊列，可確定消息是否應(yīng)通過路由器傳送至特定子網(wǎng)，或是特定組的成員是否在路由器的另一端。
4 層是傳輸產(chǎn)品協(xié)議層，負責處理數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)和重復檢測。當站點發(fā)送數(shù)據(jù)包時，會具體指定使用不可靠服務(wù)還是可靠服務(wù)發(fā)送數(shù)據(jù)包。不可靠服務(wù)包括未確認服務(wù)以及未確認但已重發(fā)的服務(wù)?？煽糠?wù)則包括確認或響應(yīng)加以確認的服務(wù)。協(xié)議可支持可靠單播及多播，使應(yīng)用程序清楚了解其信息正在發(fā)送給一個還是多個站點。對每個數(shù)據(jù)包而言，重試的次數(shù)、重試時間間隔以及接收者一端的總事務(wù)時間均可配置。這可使事務(wù)在限定時間內(nèi)給出失敗或成功結(jié)果，從而滿足應(yīng)用程序響應(yīng)時間要求。
5 層是會話層，負責處理要求響應(yīng)服務(wù)。除發(fā)送響應(yīng)以外，協(xié)議還會保存響應(yīng)，以便在需要重試時快速重新發(fā)送響應(yīng)，而無需應(yīng)用程序進行重新計算和轉(zhuǎn)發(fā)。
6 層是表示層，用于處理埃施朗的“發(fā)布”-“訂閱”數(shù)據(jù)模型。表示層報頭將對傳入應(yīng)用層的數(shù)據(jù)語義進行編碼，并負責傳輸數(shù)據(jù)項的標識符。
7 層是應(yīng)用層，可提供稱作網(wǎng)絡(luò)變量的數(shù)據(jù)。網(wǎng)絡(luò)變量是一種根據(jù)具體應(yīng)用程序而有所區(qū)別的數(shù)據(jù)類型，包括除浮點數(shù)、整數(shù)和布爾數(shù)以外的語義。例如，定義具有高溫和低溫限制的攝氏度溫度，以及定義為有效或無效的值。一個節(jié)點上的輸出網(wǎng)絡(luò)變量可以綁定到其他節(jié)點上的輸入網(wǎng)絡(luò)變量，前提是輸出和輸入網(wǎng)絡(luò)變量的數(shù)據(jù)類型相一致。
當控制計劃修改其中一個輸出網(wǎng)絡(luò)變量時，LonWorks 協(xié)議會捕獲這一改動并向任何擁有該值的“訂閱者”發(fā)送新值。“訂閱者”將在發(fā)送者的輸出網(wǎng)絡(luò)變量擁有新值時看到自己的輸入網(wǎng)絡(luò)變量中與之類型相同的變量。這種利用復雜數(shù)據(jù)并具有豐富語義的數(shù)據(jù)驅(qū)動控制模型可為不取決于命令類型和命令語法一致性的復雜控制場景提供支持。
協(xié)議還可在 7 層中提供節(jié)點發(fā)現(xiàn)，以及更重要的邏輯接口、網(wǎng)絡(luò)變量、每個節(jié)點所支持的功能簡表、可能的配置和其他信息，從而使每個節(jié)點輕松集成到控制系統(tǒng)中。
節(jié)點及其網(wǎng)絡(luò)接口的自動發(fā)現(xiàn)可在實現(xiàn)高效的安裝和網(wǎng)絡(luò)配置的同時減少網(wǎng)絡(luò)安裝時間并降低系統(tǒng)總成本。
最后一點，7 層可支持通過標準方式升級節(jié)點軟件，因此系統(tǒng)可根據(jù)需求變化進化升級。
