LonWorks及其在智能小區(qū)中的應(yīng)用

摘要:本文概述了LonWorks技術(shù)特點(diǎn),尤其較詳細(xì)地描述了通訊介質(zhì)訪問控制方式,并介紹LonWorks在智能小區(qū)中的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞:LonWorks,智能小區(qū),通訊介質(zhì)訪問方式

　　
1.引言
　　
隨著網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)的發(fā)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(gòu)造不同廠家的產(chǎn)品能夠互聯(lián)、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(tǒng)BAS,己成為業(yè)主、系統(tǒng)集成商和用戶的迫切需要和現(xiàn)實(shí)追求。
　　
美國Echelon公司于1991年提出了LonWorks(Local Operating Networks,局部操作網(wǎng)絡(luò)）網(wǎng)絡(luò),簡稱L0N網(wǎng),它標(biāo)志著控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的新紀(jì)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(wǎng)絡(luò)技術(shù),眾多的制造廠和用戶紛紛在其控制網(wǎng)絡(luò)方案中采用LonWorks技術(shù)。到目前為止,全世界已有2500多家公司利用LonWorks技術(shù)生產(chǎn)各種各樣的LonWorks產(chǎn)品,以滿足現(xiàn)代化樓宇、工廠、交通運(yùn)輸系統(tǒng)、城市基礎(chǔ)設(shè)施(水、電、氣等)、家庭等環(huán)境自動化系統(tǒng)的分布式控制網(wǎng)絡(luò)要求。在1995年,LonWorks控制網(wǎng)絡(luò)被美國確定為樓宇自動化控制網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)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(shù)改造產(chǎn)品,已形成世界技術(shù)潮流。本文主要介紹LonWorks技術(shù)特點(diǎn),尤其較詳細(xì)地描述了通訊介質(zhì)訪問控制方式,并介紹了LonWorks在智能小區(qū)中的應(yīng)用。
　　
2.Lrks技術(shù)特點(diǎn)
　　
LonWorks網(wǎng)絡(luò)上的每個控制點(diǎn)稱為LonWorks接點(diǎn)或LonWorks智能設(shè)備,它包括一片Neuron神經(jīng)芯片、傳感和控制設(shè)備、收發(fā)器(用于建立Neuron芯片與傳輸之間的物理連接)和電源.

Neuron神經(jīng)芯片是節(jié)點(diǎn)的核心部分,它包括一套完整的通信協(xié)議,即LonTalk協(xié)議,從而確保節(jié)點(diǎn)問使用可靠的通信標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行互操作。LonTalk通訊協(xié)議遵循ISO/OSI的全部七層模型。Neuron神經(jīng)芯片內(nèi)含三個八位CPU:第一個CPU為介質(zhì)訪問控制處理器,實(shí)現(xiàn)Udallt協(xié)議的第1層和第2層:第二個CPU為網(wǎng)絡(luò)處理器,實(shí)現(xiàn)LonTalk協(xié)議的第3層至第6層:第三個CPU為應(yīng)用處理器,實(shí)現(xiàn)LonTallt協(xié)議的第7層。
　　
LonTa1k協(xié)議是直接面向?qū)ο蟮木W(wǎng)絡(luò)協(xié)議,即,通過網(wǎng)絡(luò)變量實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間的聯(lián)結(jié)。當(dāng)定義為輸出的網(wǎng)絡(luò)變量改變時,能自動地將網(wǎng)絡(luò)變量的值發(fā)送出去,使所有該變量定義為輸入的節(jié)點(diǎn)收到它的改變,以便激活相應(yīng)的處理進(jìn)程(事件觸發(fā)型）。標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)變量能使不同制造商的產(chǎn)品通過建立標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)傳送模式、正確地翻譯、傳送數(shù)據(jù),便于設(shè)備的互換和互操作。另外,由于網(wǎng)絡(luò)變量的長度有限,最多31B,又提供了四種類型的報文服務(wù)：應(yīng)答方式、請求/響應(yīng)方式、非應(yīng)答重發(fā)方式、非應(yīng)答方式。
　　
LonWorks有完整的7層協(xié)議,具備了局域網(wǎng)的基本功能,與異型網(wǎng)的兼容性比任何現(xiàn)存的現(xiàn)場總線都好。它還提供了與LAN的接口,從而實(shí)現(xiàn)了二者的有機(jī)結(jié)合。
　　
LonWorks支持多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),如總線型、星型、環(huán)型和混合型等,及多種傳輸介質(zhì),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(jù)不同的現(xiàn)場環(huán)境選擇不同的收發(fā)器和介質(zhì)。采用雙絞線通信速率為78Kbps/2700m/每段64節(jié)點(diǎn)、1.25Mbps/130m/每段64個節(jié)點(diǎn)。Motor01a已開發(fā)出IS一78本安物理通道,使Lodorks網(wǎng)絡(luò)延伸到危險區(qū)域,還可以在單線纜中實(shí)現(xiàn)供電和通信。
　　
總之,Lodorks通過具有通信與控制功能的Neu-ron神經(jīng)芯片、收發(fā)器、電源、傳感器和控制設(shè)備構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn),采用專用的編程工具Neuron C,利用所提供的開發(fā)工具LonBuilder,NodeBuilder和LVS技術(shù),可以快速、方便地開發(fā)節(jié)點(diǎn)和聯(lián)網(wǎng)。當(dāng)有大量的短消息需要頻繁通信應(yīng)用時,是一個普及、低成本的總線系統(tǒng)。
　　
3.通訊介質(zhì)訪問控制方式
　　
由于網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備共享傳輸線路,為了解決在同一時間幾個設(shè)備同時爭用傳輸介質(zhì),需要有某種介質(zhì)訪問控制方式,來協(xié)調(diào)各設(shè)備訪問介質(zhì)的順序,實(shí)現(xiàn)設(shè)各之間數(shù)據(jù)的交換。LonWorks的通訊介質(zhì)訪問控制方式為帶預(yù)測P----堅(jiān)持CSMA(Carrier Sense Multiple Access,載波監(jiān)聽多路訪問),它是一種獨(dú)特的沖突避免算法,使得網(wǎng)絡(luò)即便在過載的情況下,仍可以達(dá)到最大的通信量,而不至于發(fā)生因沖突過多致使網(wǎng)絡(luò)吞吐量急劇下降。
　　
當(dāng)某一節(jié)點(diǎn)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(wǎng)絡(luò)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(jù)網(wǎng)絡(luò)積壓參數(shù)BL產(chǎn)生一個隨機(jī)等待時間片w撈理拾到w之間的隨機(jī)數(shù),W=BL*16。當(dāng)延時結(jié)束時,網(wǎng)絡(luò)仍空閑,節(jié)點(diǎn)以概率p=1/w,發(fā)送報文。此種方式在負(fù)載較輕時使介質(zhì)訪問延遲最小化,而在負(fù)載較重時使沖突最小化,但不能消除沖突。

4.LonWorks在智能小區(qū)中的應(yīng)用 　　
應(yīng)用Lodorks技術(shù)在智能小區(qū)中的典范有z上海郵電二村的智能住宅小區(qū)和深圳市梅林三村住宅小區(qū)等。
　　
智能小區(qū)系統(tǒng)可以通過LonWorks技術(shù)互聯(lián)成一個整體,使智能小區(qū)管理中心能集中管理,分散控制。運(yùn)用LonWorks技術(shù)可以很容易地實(shí)現(xiàn)智能化住宅的所有功能,網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以采用自由拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),布線容易。對不同系統(tǒng)的功能要求,對網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)無需作任何修改,只需對Lodorks節(jié)點(diǎn)編寫相應(yīng)的程序,將其直接連接到控制網(wǎng)絡(luò)上,使得整個智能小區(qū)具有很強(qiáng)的可擴(kuò)展性。早期可以使用一些基本的功能,以后根據(jù)需要不斷地增強(qiáng)系統(tǒng)的功能。
　　
圖為智能小區(qū)LonWorks網(wǎng)絡(luò)整體解決方案。家庭控制系統(tǒng),給排水系統(tǒng),停車場管理系統(tǒng),電梯監(jiān)測系統(tǒng),小區(qū)公共安全防范系統(tǒng),小區(qū)公共設(shè)施管理系統(tǒng)都可以連接到LonWorks總線上。智能小區(qū)對整個網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行監(jiān)視、控制,對各子系統(tǒng)信息進(jìn)行采集。用戶不但可以在LonWorks網(wǎng)絡(luò)上傳輸控制命令,而且可以在LonWorks網(wǎng)絡(luò)上傳輸大量的服務(wù)信息,使小區(qū)的信息服務(wù)功能成為小區(qū)智能化控制系統(tǒng)的主要功能。
　　
5.結(jié)束語
　　
LonWorks技術(shù)已經(jīng)成為小區(qū)智能化系統(tǒng)的基本規(guī)范。LonWorks網(wǎng)絡(luò)非常容易與其他網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)互連,如Internet網(wǎng)絡(luò),可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作和控制。LonWorks開放式、可互操作性、成熟和低成本的特點(diǎn),使得眾多的制造廠和用戶紛紛在其控制網(wǎng)絡(luò)方案中采用LonWorks技術(shù)。另外,對于最終用戶來說,項(xiàng)目的初期投資大為減少,系統(tǒng)管理簡單,增加新功能又十分簡便。由此可以推斷,LonWorks控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)會越來越為人們重視和推廣.