網(wǎng)絡數(shù)據(jù)通信協(xié)議研究論文

1、網(wǎng)絡數(shù)據(jù)通信協(xié)議研究論文摘要：概述了智能建筑中通信協(xié)議和現(xiàn)場總線的現(xiàn)狀，并就此領域內(nèi)出現(xiàn)的新型數(shù)據(jù)通信協(xié)議BACnet作了詳細介紹。 關鍵詞：BACnet智能建筑樓宇自動化面向對象 隨著計算機、通信、控制和圖形顯示技術即技術的快速發(fā)展和全球對信息高速公路的大力建設，智能建筑，這個數(shù)字化、網(wǎng)絡化和信息化的結合產(chǎn)物開始進入人們的視野。然而，如今智能建筑內(nèi)各種控制功能變得愈發(fā)強大而復雜，致使不同廠商生產(chǎn)的設備使用于同一建筑物內(nèi)，但各個廠商基本上都是開發(fā)自己專有的通信協(xié)議，于是各式各樣的通信協(xié)議和設備給智能建筑的系統(tǒng)集成及管理使用帶來諸多不便，用戶處于受制于廠商而使造價提高、使用和維護費用增加的境地。

2、所以制定一個開放的、統(tǒng)一的通信協(xié)議標準，并形成即插即用（）的環(huán)境，就成為十分迫切需要解決的問題。 目前，在智能建筑領域，現(xiàn)場總線和通信協(xié)議主要有：（）最初應用于工業(yè)控制領域的總線協(xié)議，如具有代表性的總線、總線、總線等；（）專門針對智能建筑的總線和通信協(xié)議，如美國的和、歐洲的等。本文就其中的作詳細介紹。 圖1BACnet的體系結構層次圖 協(xié)議概述 樓宇自動控制網(wǎng)絡數(shù)據(jù)通信協(xié)議（ ）由美國供熱、制冷與空調(diào)工程師協(xié)會組織的標準項目委員會于年月正式通過制定。標準編號為，同年月正式成為美國國家標準，并得到歐盟標準委員會的承認，成為歐盟標準草案。年月組織委員會的個國家（中國、法國、日本、英國、美國等）的代

3、表一致通過決議，將作為“委員會草案”進行廣泛評議，適當修改后列為“國際標準化草案”，最后成為國際標準。 一般樓宇自控設備從功能上講分為兩部分：一部分專門處理設備的控制功能；另一部分專門處理設備的數(shù)據(jù)通信功能。而就是要建立一種統(tǒng)一的數(shù)據(jù)通信標準，使得設備可以互操作。協(xié)議只是規(guī)定了設備之間通信的規(guī)則，并不涉及實現(xiàn)細節(jié)。 協(xié)議模型為：（）所有的網(wǎng)絡設備，除基于協(xié)議的以外，都是完全對等的（）；（）每個設備都是一個“對象”的實體，每個對象用其“屬性”描述，并提供了在網(wǎng)絡中識別和訪問設備的方法；設備相互通信是通過讀寫某些設備對象的屬性，以及利用協(xié)議提供的“服務”完成；（）設備的完善性（），即其實現(xiàn)服務請求

4、或理解對象類型種類的能力，由設備的“一致性類別”（）所反映。 的體系結構 是一種針對智能建筑的開放性的網(wǎng)絡協(xié)議，遵循模型體系結構，體系結構層次圖如圖所示。協(xié)議從硬軟件實現(xiàn)、數(shù)據(jù)傳輸速率、系統(tǒng)兼容和網(wǎng)絡應用等幾方面考慮，目前支持五種組合類型的數(shù)據(jù)鏈路物理層規(guī)范。其中主從令牌傳遞（）協(xié)議是專門針對樓宇自控設備設計的數(shù)據(jù)鏈路規(guī)范。在物理介質上，支持雙絞線、同軸電纜和光纜。在拓撲結構上，支持星型和總線拓撲。 沒有嚴格規(guī)定網(wǎng)絡拓撲結構，如圖所示。其中：網(wǎng)段（）是多個物理網(wǎng)段通過中繼器（）連接形成的段落區(qū)間；網(wǎng)絡是多個網(wǎng)段通過網(wǎng)橋（）連接而成的，每個網(wǎng)絡都形成一個地址域；網(wǎng)絡是將使用不同局域網(wǎng)技術的多個網(wǎng)

5、絡用路由器（）互聯(lián)起來形成的網(wǎng)際網(wǎng)。 在拓撲中設備之間只存在一條邏輯通路，無需廣域網(wǎng)的最優(yōu)路由算法；其次，具有單一的局部地址空間，所以參照模型制定了簡化的網(wǎng)絡層協(xié)議，向應用層提供不確認無連接的數(shù)據(jù)單元傳送服務。每個設備都被一個網(wǎng)絡號碼和一個地址唯一確定。 網(wǎng)絡層通過“路由器”實現(xiàn)兩個或多個異類局域網(wǎng)（不同的數(shù)鏈層）的連接，并通過協(xié)議報文進行“路由器”的自動配置、路由表維護和擁塞控制。路由器與每個網(wǎng)絡的連接處稱為一個“端口”。路由表中包含端口的下列項目：（）端口所連接網(wǎng)絡的地址和網(wǎng)絡號；（）端口可到達網(wǎng)絡的網(wǎng)絡號列表及與這些網(wǎng)絡的連接狀態(tài)。圖中，“”是半路由器，由連接形成一個完整的路由器，即網(wǎng)際

6、網(wǎng)將廣域網(wǎng)技術向應用層屏蔽。 應用層即應用實體，通過（應用編程接口）為上層應用程序服務，并與對等應用層實體通信。應用實體由兩部分組成：用戶單元和應用服務單元（）。是一組特定內(nèi)容的應用服務。而用戶單元支持本地、保存事務處理上下文信息、產(chǎn)生請求、記錄對應的應用服務響應、維護超時重傳機制所需的計數(shù)器以及將設備行為要求映射為對象。 應用層提供證實和非證實兩種類型的服務。定義了四種服務原語：請求、指示、響應和證實，它們通過應用層協(xié)議數(shù)據(jù)單元（）傳遞。由于建立在無連接的通信模式上，所以模型提供端到端服務的傳輸層部分簡化功能也由應用層實現(xiàn)，分別為：可靠的端到端傳輸和差錯校驗；報文分段和流量控制；報文重組和序

7、列控制。 的對象、服務和功能組 采用面向對象技術，借此提供一種表示樓宇自控設備的標準。在中，對象就是在網(wǎng)絡設備之間傳輸?shù)囊唤M數(shù)據(jù)結構，網(wǎng)絡設備通過讀取、修改封裝在應用層中的對象數(shù)據(jù)結構，實現(xiàn)互操作。目前定義了個對象，如表所示，每個對象都必須有三個屬性：對象標志符（）、對象名稱（）和對象類型（）。其中，對象標志符用來唯一標識對象；設備可以通過廣播自身包含的某個對象的對象名稱，與包含相關對象的設備建立聯(lián)系。協(xié)議要求每個設備都要包含“設備對象”，通過對其屬性的讀取可以讓網(wǎng)絡獲得設備的全部信息。 表1BACnet對象 對象名稱應用舉例 01模擬輸入AnalogInput模擬傳感器輸入如機械開關On/O

8、ff輸入 02模擬輸出AnalogOutput模擬控制量輸出 03模擬值AnalogValue模擬控制設備參數(shù)如設備閥值 04數(shù)字輸入BinaryInput數(shù)字傳感器輸入如電子開關On/Off輸入 05數(shù)字輸出BinaryOutput繼電器輸出 06數(shù)字值BinaryValue數(shù)字控制系統(tǒng)參數(shù) 07命令Command向多設備多對象寫多值如日期設置 08日歷表Calender程序定義的事件執(zhí)行日期列表 09時間表Schedule周期操作時間表 10事件登記EventEnrollment描述錯誤狀態(tài)事件如輸入值超界或報警事件。通知一個設備對象，也可通過“通知類”對象通知多設備對象 11文件File

9、允許訪問（讀/寫）設備支持的數(shù)據(jù)文件 12組Group提供單一操作下訪問多對象多屬性 13環(huán)Loop提供訪問一個”控制環(huán)”的標準化操作 14多態(tài)輸入Multi-stateOutput表述多狀態(tài)處理程序的狀況，如制冷設備開、關和除霜循環(huán) 15多態(tài)輸出Multi-stateOutput表述多狀態(tài)處理程序的期望狀態(tài)，如制冷設備開始冷卻、除霜的時間 16通知類NotificationClass包含一個設備列表，配合“事件登記”對象將報警報文發(fā)送給多設備 17程序Program允許設備應用程序開始和停止、裝載和卸載，并報告程序當前狀態(tài) 18設備Device其屬性表示設備支持的對象和服務以及設備商和固件版

10、本等信息 在中，把對象的方法稱為服務，對象及其屬性提供了對一個樓宇自控設備“網(wǎng)絡可見信息”的抽象描述，而服務提供了如何訪問和操作這些信息的命令和方法。設備通過在網(wǎng)絡中傳遞服務請求和服務應答報文實現(xiàn)服務。定義了種服務，并將其劃分為個類別：（）報警與事件服務（）包含種服務處理環(huán)境狀態(tài)的變化，提供了設備預設的請求值改變通告、請求報警或事件狀態(tài)摘要、發(fā)送報警或事件通知、收到報警通知確認等方法；（）文件訪問服務（）包含種服務，提供讀寫文件的方法，包括上下載控制程序和數(shù)據(jù)庫的能力；（）對象訪問服務（）包含種服務，提供了讀、修改和寫屬性值以及增刪對象的方法；（）遠程設備管理服務（）包含種服務，提供對設備進行

11、維護和故障檢測的工具、方法；（）虛擬終端服務（）包含種服務，提供了一種面向字符的數(shù)據(jù)雙向交換機制，使其他具有專有特性的樓宇自控設備成為一個虛擬終端并使網(wǎng)絡能對其進行重構；（）網(wǎng)絡安全服務（）包含種服務，提供對等實體驗證、數(shù)據(jù)源驗證、操作者驗證和數(shù)據(jù)加密等功能。 功能組規(guī)定了實現(xiàn)特定控制功能所需的對象和服務的組合。已定義了個功能組，包括時鐘功能組、事件響應功能組、文件功能組、虛擬終端功能組、設備通信功能組等。 設備級別和設備等級說明 在實際的樓宇自動化系統(tǒng)中，沒有必要也不可能所有的設備都支持、包含上述所有的對象和服務。因此，定義了個一致性類別（設備級別）。一致性類別的分級編號為，最低級別是類別。

12、每個類別都規(guī)定了設備要實現(xiàn)的最小服務子集，且包含低級別的所有服務。 為了幫助用戶和工程人員確定不同設備之間的互操作性，需要廠商為每個設備提供標準格式文件以標識設備中己實現(xiàn)的標準的內(nèi)容，即文件需包括設備符合等級的說明。這個文件就是（），它包括：（）標識廠商和描述設備的基本信息；（）設備符合的級別；（）設備所支持的功能組；（）設備所支持的基于標準或專有的服務，設備啟動或響應服務請求的能力；（）設備所支持的基于標準或專有的對象類型及其屬性描述；（）設備支持的數(shù)據(jù)鏈路技術；（）設備支持的分段請求和響應。 的互聯(lián)網(wǎng)擴展 目前，標準使用兩種技術實現(xiàn)與的互聯(lián)。第一種技術附件中稱之為“隧道”技術，并將其設備稱之為分組封裝拆裝設備，簡稱。其作用就像一個網(wǎng)關路由器，這在圖中兩個半路由器連接廣域網(wǎng)形成一個完全的路由器有所體現(xiàn)。第二種技術附件中稱之為，設備直接封裝幀包在網(wǎng)絡和上傳輸。 將報文數(shù)據(jù)封裝在協(xié)議數(shù)據(jù)包內(nèi)傳輸，在目的網(wǎng)絡解封。因此每個連接的網(wǎng)絡都要配置網(wǎng)關路由器。它可以是一個單獨的設備，也可以是某種樓宇控制設備功能的一部分。 于年月正式發(fā)布附件并成為美國國家標準。它規(guī)范了支持的設備組建網(wǎng)絡的技術，并稱之為網(wǎng)絡，簡稱，是一個或多個子網(wǎng)組成的集合，整體具有單獨的網(wǎng)絡號。網(wǎng)絡報文在網(wǎng)絡層是包，在傳輸層是數(shù)