LonWorks技術，通訊介質訪問方式控制在智能小區中的應用

隨著網絡互聯技術的發展和Internet在全球范圍的盛行,開放、互連和信息共享已成為IT時代的潮流,構造不同廠家的產品能夠互聯、互換和互操作并可以與Internet無縫連接的新一代樓宇自動控制系統BAS,己成為業主、系統集成商和用戶的迫切需要和現實追求。
美國Echelon公司于1991年提出了LonWorks(Local Operating Networks,局部操作網絡）網絡,簡稱L0N網,它標志著控制系統網絡的新紀元。LonWorks是一種完整的、全開放的、可互操作的、成熟的和低成本的分布式控制網絡技術,眾多的制造廠和用戶紛紛在其控制網絡方案中采用LonWorks技術。到目前為止,全世界已有2500多家公司利用LonWorks技術生產各種各樣的LonWorks產品,以滿足現代化樓宇、工廠、交通運輸系統、城市基礎設施(水、電、氣等)、家庭等環境自動化系統的分布式控制網絡要求。在1995年,LonWorks控制網絡被美國確定為樓宇自動化控制網絡標準的一部份。目前,世界大的樓宇控制公司,如霍尼維爾、安德沃、西比、江森、蘭吉爾、薩切維爾等都正在采用LonWorks技術改造產品,已形成世界技術潮流。本文主要介紹LonWorks技術特點,尤其較詳細地描述了通訊介質訪問控制方式,并介紹了LonWorks在智能小區中的應用。
Lrks技術特點
LonWorks網絡上的每個控制點稱為LonWorks接點或LonWorks智能設備,它包括一片Neuron神經芯片、傳感和控制設備、收發器(用于建立Neuron芯片與傳輸之間的物理連接)和電源。
Neuron神經芯片是節點的核心部分,它包括一套完整的通信協議,即LonTalk協議,從而確保節點問使用可靠的通信標準進行互操作。LonTalk通訊協議遵循ISO/OSI的全部七層模型。Neuron神經芯片內含三個八位CPU:第一個CPU為介質訪問控制處理器,實現Udallt協議的第1層和第2層:第二個CPU為網絡處理器,實現LonTalk協議的第3層至第6層:第三個CPU為應用處理器,實現LonTallt協議的第7層。
LonTa1k協議是直接面向對象的網絡協議,即,通過網絡變量實現網絡節點間的聯結。當定義為輸出的網絡變量改變時,能自動地將網絡變量的值發送出去,使所有該變量定義為輸入的節點收到它的改變,以便激活相應的處理進程(事件觸發型）。標準網絡變量能使不同制造商的產品通過建立標準的數據傳送模式、正確地翻譯、傳送數據,便于設備的互換和互操作。另外,由于網絡變量的長度有限,最多31B,又提供了四種類型的報文服務：應答方式、請求/響應方式、非應答重發方式、非應答方式。
LonWorks有完整的7層協議,具備了局域網的基本功能,與異型網的兼容性比任何現存的現場總線都好。它還提供了與LAN的接口,從而實現了二者的有機結合。
LonWorks支持多種拓撲結構,如總線型、星型、環型和混合型等,及多種傳輸介質,如雙絞線、電力線、無線電波、紅外線、光纖、同軸電纜和電源線等。這樣,可以根據不同的現場環境選擇不同的收發器和介質。采用雙絞線通信速率為78Kbps/2700m/每段64節點、1.25Mbps/130m/每段64個節點。Motor01a已開發出IS一78本安物理通道,使Lodorks網絡延伸到危險區域,還可以在單線纜中實現供電和通信。
總之,Lodorks通過具有通信與控制功能的Neu-ron神經芯片、收發器、電源、傳感器和控制設備構成的網絡節點,采用專用的編程工具Neuron C,利用所提供的開發工具LonBuilder,NodeBuilder和LVS技術,可以快速、方便地開發節點和聯網。當有大量的短消息需要頻繁通信應用時,是一個普及、低成本的總線系統。
通訊介質訪問控制方式
由于網絡上的設備共享傳輸線路,為了解決在同一時間幾個設備同時爭用傳輸介質,需要有某種介質訪問控制方式,來協調各設備訪問介質的順序,實現設各之間數據的交換。LonWorks的通訊介質訪問控制方式為帶預測P----堅持CSMA(Carrier Sense Multiple Access,載波監聽多路訪問),它是一種獨特的沖突避免算法,使得網絡即便在過載的情況下,仍可以達到最大的通信量,而不至于發生因沖突過多致使網絡吞吐量急劇下降。
當某一節點有信息要發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。為了支持優先級,還要增加優先級時間片,優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BL產生一個隨機等待時間片w撈理拾到w之間的隨機數,W=BL*16。當延時結束時,網絡仍空閑,節點以概率p=1/w,發送報文。此種方式在負載較輕時使介質訪問延遲最小化,而在負載較重時使沖突最小化,但不能消除沖突。
LonWorks在智能小區中的應用
應用Lodorks技術在智能小區中的典范有z上海郵電二村的智能住宅小區和深圳市梅林三村住宅小區等。
智能小區系統可以通過LonWorks技術互聯成一個整體,使智能小區管理中心能集中管理,分散控制。運用LonWorks技術可以很容易地實現智能化住宅的所有功能,網絡結構可以采用自由拓撲結構,布線容易。對不同系統的功能要求,對網絡結構無需作任何修改,只需對Lodorks節點編寫相應的程序,將其直接連接到控制網絡上,使得整個智能小區具有很強的可擴展性。早期可以使用一些基本的功能,以后根據需要不斷地增強系統的功能。
智能小區LonWorks網絡整體解決方案。家庭控制系統,給排水系統,停車場管理系統,電梯監測系統,小區公共安全防范系統,小區公共設施管理系統都可以連接到LonWorks總線上。智能小區對整個網絡進行監視、控制,對各子系統信息進行采集。用戶不但可以在LonWorks網絡上傳輸控制命令,而且可以在LonWorks網絡上傳輸大量的服務信息,使小區的信息服務功能成為小區智能化控制系統的主要功能。
LonWorks技術已經成為小區智能化系統的基本規范。LonWorks網絡非常容易與其他網絡實現互連,如Internet網絡,可以實現遠程操作和控制。LonWorks開放式、可互操作性、成熟和低成本的特點,使得眾多的制造廠和用戶紛紛在其控制網絡方案中采用LonWorks技術。另外,對于最終用戶來說,項目的初期投資大為減少,系統管理簡單,增加新功能又十分簡便。由此可以推斷,LonWorks控制網絡技術會越來越為人們重視和推廣。