Протокол LonTalk

Открытый протокол LonTalk является одной из главных составляющих технологии LonWorks [3].

Протокол LonTalk не опирается на определенную реализацию физического уровня и обеспечивает передачу данных по самым различным каналам связи с использованием разнообразных методов кодирования. Например, для витой пары используется метод дифференциального кодирования, а для работы на сегментах линий напряжения и на радиочастотах применяется FSK-модуляция.

Каждый узел LonWorks работает с физическим уровнем в одном из двух режимов – прямом или специальном. В прямом режиме информация передается в закодированном виде (например, с применением дифференциального манчестерского  кодирования битов), а в  специальном режиме данные передаются последовательно и без кодирования. Причем в обоих режимах каждый пакет сопровождается 16-битовым CRC-кодом. Это позволяет не учитывать при передаче битов конкретную реализацию среды передачи. При работе в прямом режиме контроль над скоростью передачи данных, длиной заголовков пакетов и кодированием берет на себя микроконтроллер Neuron. В специальном режиме эти задачи выполняет приемопередатчик, используемый для сопряжения различных физических протоколов.

На подуровне MAC в качестве средства борьбы с коллизиями (конфликтными ситуациями) используется предиктивный метод, основанный на упорядочении доступа к каналу с учетом предполагаемой нагрузки на канал. Передающий узел всегда получает доступ к каналу со случайной задержкой из диапазона от 0 до некоторой величины w, являющейся функцией числа незавершенных заданий, стоящих в очереди на выполнение. Разрешение коллизий на этом подуровне осуществляется по следующим правилам:

1. Если коллизия возникла после двух последовательных попыток передачи пакета с приоритетом, то следующая отсылка пакета будет происходить без приоритета.
2. При обнаружении коллизии передающий узел должен инкрементировать число незавершенных заданий.
3. Если после 255 последовательных попыток передачи пакета возникает коллизия, то задание снимается.

Функции канального уровня используют простое кодирование кадров и несложный механизм обнаружения ошибок без восстановления за счет повторной передачи. Пропускная способность канала зависит от группы факторов: скорости передачи, времени доступа к среде передачи, размера пакетов и т.д.

Транспортный уровень обеспечивает достоверную передачу пакетов одному абоненту или группе абонентов. Для связи с сеансовым уровнем на транспортном уровне LonTalk реализована поддержка следующих функциональных запросов: послать телеграмму, принять телеграмму, подтверждение завершения передачи.

Сеансовый уровень отвечает за реализацию простого механизма запроса/ответа для доступа к удаленным серверам данных и обеспечивает выполнение всего одной функции – запрос/ответ. При этом любой запрос будет ожидать ответа. Функции запроса/ответа можно использовать для прикладных задач, работающих по принципу клиент-сервер.

И на транспортном, и на сеансовом уровнях включен механизм контроля авторизованного доступа: запрос, не обладающий правом доступа к данным текущего узла, не будет обслужен.

Уровень приложений и предоставления данных создает основу для совместимости узлов протокола LonTalk. Одной из важных задач, решаемых на этом уровне, является передача чужеродных по отношению к LonTalk телеграмм. Такая функция используется для организации шлюзов между доменами, а также для перехода через LonTalk к другим протоколам. В LonWorks используется модифицированный произвольный доступ с контролем несущей (CSMA/CD). Для уменьшения нагрузки на сеть используется событийный механизм обмена сообщениями, а для сокращения внутрисетевого трафика можно использовать сегментацию сети при помощи маршрутизаторов, выпускаемых различными производителями.

LonWorks – это платформа, способная решить большинство проблем, возникающих при проектировании, инсталляции и обслуживании систем управления зданиями. Решения, основанные на LonWorks, обеспечивают возможность построения легко масштабируемых систем управления на базе продуктов различных производителей. Использование технологии LonWorks дает компаниям-поставщикам оборудования для систем управления зданиями возможность без дополнительной координации разрабатывать и производить функционально совместимые устройства для сетей LonWorks. Протокол LonTalk как стандарт официально признан такими организациями, как EIA, ASHRAE, SEMI, IEEE, AAR, IFSF. Для обеспечения  координационной работы была создана организация LonMark – независимая ассоциация производителей оборудования по технологии LonWorks, которая формирует единые рекомендации для разработчиков и проводит сертификацию совместимого с LonWorks оборудования.

Протокол BACnet

BACnet представляет собой специализированный протокол передачи данных для автоматизации зданий и управляющих сетей [11]. Его главный приоритет сосредоточен на уровне прикладной задачи.

Название протокола BACnet представляет собой аббревиатуру Building Automation and Control Networks (сети автоматизации и управления зданий).

BACnet представляет собой специализированный протокол передачи данных для автоматизации зданий и управляющих сетей. Его главный приоритет сосредоточен на уровне прикладной задачи.

Протоколом BACnet регламентируются:

• Параметры электрических сигналов.
• Система адресации.
• Способы сетевого доступа (Master-Slave, Peer-to-Peer).
• Процедуры проверки ошибок.
• Процедуры управления потоком (Flow control).
• Последовательность сообщений, система сегментации, наличие контрольных точек.
• Формат представления (упаковки, шифрования).
• Формат сообщений.

Каждый объект в сети BACnet характеризуется набором "свойств", которые описывают его поведение или управляют его работой.

На рисунке представлен набор основных стандартных объектов BACnet (не всех). Предполагается, что в дальнейшем будут появляться новые стандартные объекты. Кроме того, стандартом оговорено допущение на использование разработчиками своих собственных объектов, а также способы взаимодействия с ними со стороны устройств сторонних производителей.

Любое устройство в сети BACnet описывается в виде набора стандартных объектов. Причем количество одинаковых объектов, составляющих устройство, не ограничено.

Стандартом BACnet заданы следующие классы прикладных задач, которые выполняют устройства:

• тревоги и события;
• доступ к файлам;
• доступ к объектам;
• управление удаленным устройством;
• виртуальный терминал.

Эти классы прикладных задач описаны набором услуг (Services), которые выполняются определенным классом задач.

Помимо прикладного уровня протокол BACnet описывает возможные опции локальной сети. Первоначально протокол допускал использование следующих сетевых технологий:

• Ethernet;
• ARCNET;
• Master-Slave/Token Passing (MS/TP);
• Point-to-Point (PTP);
• LonTalk.

Эти опции обеспечивают различные характеристики сети, покрывая специфические потребности конкретных приложений.

Для связи с частными сетями требуется наличие специализированных шлюзов, которые при переупаковке сообщений BACnet должны, кроме того, осуществлять их "перевод" на язык соответствующего частного протокола.

Для взаимодействия через IP-сети BACnet предусматривает 2 режима работы:

• туннелирование IP-сообщений;
• использование BACnet/IP.

Данный протокол имеет следующие преимущества:

• BACnet предназначен специально для автоматизации зданий.
• Так как BACnet комитет ASHRAE (SSPC 135) состоит из экспертов в области автоматизации зданий, то сам протокол BACnet обладает особенностями и возможностями, точно предназначенными для систем автоматизации зданий, чего нельзя сказать про другие протоколы. Среди таких особенностей: создание расписаний событий по часам и дням, построение приоритетов в командах для задания точек данных (setpoints) и точек выхода, ведение журналов трендов, обширные возможности обработки различных событий и тревог, и т.д.
• BACnet не имеет строгой зависимости от локальных или глобальных сетевых технологий.
• В то время как некоторые протоколы привязаны к специфическим сетевым технологиям, сообщения протокола BACnet могут быть переданы посредством различных физических сред и сетевых топологий, в зависимости от требований в каждом конкретном случае. Вам всего лишь необходимо описать требуемую пропускную способность сети. Кроме того, протокол BACnet был усовершенствован дополнением BACnet/IP - спецификация для использования BACnet по IP (Интернет протоколу). Технология, заключающаяся в BACnet/IP, может с легкостью распространяться на различные типы сетей (например, ATM, SONET, ISDN) и на требования к процессам (например, шифрование и сжатие), когда такие требования возникают.
• BACnet - это национальный американский стандарт и европейский стандарт ISO.
• Возможности протокола BACnet были признаны и предложены для стандартизации всеми ведущими мировыми организациями по стандартизации, включая Европейский Комитет по Стандартизации (CEN) и Международную Организацию по Стандартизации (ISO).
• BACnet легко масштабируется от маленьких приложений для автоматизации здания до глобальных сетей с тысячами устройств.
• Фактически BACnet не имеет ограничений по числу внутресетевых устройств и количеству точек данных, которые должны принадлежать какому-то из устройств. Более того, BACnet может быть применен в устройствах фактически любого размера: от крошечных специфических, до больших программируемых устройств.
• BACnet зарекомендовал себя с наилучшей стороны в реальной практике применения его в системах автоматизации зданий.
  BACnet успешно применен в тысячах проектов зданий по всему миру: как минимум в 16 странах и даже в Антарктиде. Успешные применения BACnet распространяются от самых маленьких и простых проектов, например: присоединение чиллера к существующей закрытой (proprietary) системе управления энергопотреблением здания, до очень масштабных проектов, например: федеральное здание Phillip Burton в Сан-Франциско, новый комплекс зданий парламента Германии в Берлине и взаимосвязь управлением муниципальными зданиями в г. Мемфис (шт. Теннеси).
• BACnet - полностью открытый протокол и его будущее находится в руках промышленности.