LonWorks及其在智能小區(qū)中的應用

1.引言
　　隨著網(wǎng)絡互聯(lián)技術的發(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)實追求。
　　美國Echelon公司于1991年提出了LonWorks(Local OperatingNetworks,局部操作網(wǎng)絡）網(wǎng)絡,簡稱L0N網(wǎng),它標志著控制系統(tǒng)網(wǎng)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(wǎng)絡技術,眾多的制造廠和用戶紛紛在其控制網(wǎng)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(chǎn)各種各樣的LonWorks產(chǎn)品,以滿足現(xiàn)代化樓宇、工廠、交通運輸系統(tǒng)、城市基礎設施(水、電、氣等)、家庭等環(huán)境自動化系統(tǒng)的分布式控制網(wǎng)絡要求。在1995年,LonWorks控制網(wǎng)絡被美國確定為樓宇自動化控制網(wǎng)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(chǎn)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(zhì)訪問控制方式,并介紹了LonWorks在智能小區(qū)中的應用。

2.Lrks技術特點
　　LonWorks網(wǎng)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(jīng)芯片、傳感和控制設備、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)點問使用可靠的通信標準進行互操作。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:**個CPU為介質(zhì)訪問控制處理器,實現(xiàn)Udallt協(xié)議的第1層和第2層:**個CPU為網(wǎng)絡處理器,實現(xiàn)LonTalk協(xié)議的第3層至第6層:第三個CPU為應用處理器,實現(xiàn)LonTallt協(xié)議的第7層。
　　LonTa1k協(xié)議是直接面向?qū)ο蟮木W(wǎng)絡協(xié)議,即,通過網(wǎng)絡變量實現(xiàn)網(wǎng)絡節(jié)點間的聯(lián)結(jié)。當定義為輸出的網(wǎng)絡變量改變時,能自動地將網(wǎng)絡變量的值發(fā)送出去,使所有該變量定義為輸入的節(jié)點收到它的改變,以便激活相應的處理進程(事件觸發(fā)型）。標準網(wǎng)絡變量能使不同制造商的產(chǎn)品通過建立標準的數(shù)據(jù)傳送模式、正確地翻譯、傳送數(shù)據(jù),便于設備的互換和互操作。另外,由于網(wǎng)絡變量的長度有限,*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(fā)方式、非應答方式。
　　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,從而實現(xiàn)了二者的有機結(jié)合。
　　LonWorks支持多種拓撲結(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、1.25Mbps/130m/每段64個節(jié)點。Motor01a已開發(fā)出IS一78本安物理通道,使Lodorks網(wǎng)絡延伸到危險區(qū)域,還可以在單線纜中實現(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、傳感器和控制設備構(gòu)成的網(wǎng)絡節(jié)點,采用專用的編程工具NeuronC,利用所提供的開發(fā)工具LonBuilder,NodeBuilder和LVS技術,可以快速、方便地開發(fā)節(jié)點和聯(lián)網(wǎng)。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(tǒng)。

3.通訊介質(zhì)訪問控制方式
　　由于網(wǎng)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(zhì),需要有某種介質(zhì)訪問控制方式,來協(xié)調(diào)各設備訪問介質(zhì)的順序,實現(xiàn)設各之間數(shù)據(jù)的交換。LonWorks的通訊介質(zhì)訪問控制方式為帶預測P----堅持CSMA(CarrierSense MultipleAccess,載波監(jiān)聽多路訪問),它是一種獨特的沖突避免算法,使得網(wǎng)絡即便在過載的情況下,仍可以達到*大的通信量,而不至于發(fā)生因沖突過多致使網(wǎng)絡吞吐量急劇下降。
　　當某一節(jié)點有信息要發(fā)送而試圖占用通道時,首先在一個固定的周期Betal檢測通道是否處于網(wǎng)絡空閑。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)絡積壓參數(shù)BL產(chǎn)生一個隨機等待時間片w撈理拾到w之間的隨機數(shù),W=BL*16。當延時結(jié)束時,網(wǎng)絡仍空閑,節(jié)點以概率p=1/w,發(fā)送報文。此種方式在負載較輕時使介質(zhì)訪問延遲*小化,而在負載較重時使沖突*小化,但不能消除沖突。

4.LonWorks在智能小區(qū)中的應用
　　應用Lodorks技術在智能小區(qū)中的典范有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。運用LonWorks技術可以很容易地實現(xiàn)智能化住宅的所有功能,網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)可以采用自由拓撲結(jié)構(gòu),布線容易。對不同系統(tǒng)的功能要求,對網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)無需作任何修改,只需對Lodorks節(jié)點編寫相應的程序,將其直接連接到控制網(wǎng)絡上,使得整個智能小區(qū)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(jù)需要不斷地增強系統(tǒng)的功能。
　　智能小區(qū)LonWorks網(wǎng)絡整體解決方案。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**防范系統(tǒng),小區(qū)公共設施管理系統(tǒng)都可以連接到LonWorks總線上。智能小區(qū)對整個網(wǎng)絡進行監(jiān)視、控制,對各子系統(tǒng)信息進行采集。用戶不但可以在LonWorks網(wǎng)絡上傳輸控制命令,而且可以在LonWorks網(wǎng)絡上傳輸大量的服務信息,使小區(qū)的信息服務功能成為小區(qū)智能化控制系統(tǒng)的主要功能。

5.結(jié)束語
　　LonWorks技術已經(jīng)成為小區(qū)智能化系統(tǒng)的基本規(guī)范。LonWorks網(wǎng)絡非常容易與其他網(wǎng)絡實現(xiàn)互連,如Internet網(wǎng)絡,可以實現(xiàn)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(wǎng)絡方案中采用LonWorks技術。另外,對于*終用戶來說,項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)絡技術會越來越為人們重視和推廣.