技术解读：KNX技术应用新发展
随着人们生活水平的日益提高，随着计算机和网络技术的日益发展,我们周围的一切已处于一个数字化，网络化的世界。我们对所居住环境的要求也日益提高。以前闻所未闻的一些家居设施已经在我们的社区里面深入发展。我们居住环境可以给我们的生命安全提供保护；我们可以让家居里面的传感设备互相协调从而创造出温馨的家居环境；我们可以使家用电器依照某种厂商和电力公司提供的模式工作从而节省能源和费用，我们可利用互联网或其他公共网络来远程遥控和监测家庭内发生的事等。这一切已经不是梦想，它们是正在发生的事情。
随着数字社区工作的深入推广，社区控制管理平台的建设也被提到日程上。这个控制管理平台不外乎有以下几个重点：首先，需要有一个开放的控制平台技术，在此基础上可形成适合小区的设备网络并管理这一网络；其次，如何解决网络的互操作性；最后，各种服务如何利用这个平台接入到家庭之中。美国Echelon公司的LonWorks技术就是一个适合数字社区的开放的控制平台技术。
一、Lonworks技术
1992年美国的Echelon公司推出Lonworks技术，它是把系统中的一次元件，如传感器、执行元件、断路器等，通过基于Lontalk协议采用自由拓扑结构方式把控制单元连接成开放的测控网络，这个网络符合国际标准化组织（ISO）制定的开放系统互联（OSI ）模式。LonWorks——是美国Echelon 公司开发的点对点双向通信的单层分布式控制网络。它追求网络的全面控制，包含了传感器总线、设备总线和现场总线三层意义，实用性很强。可以用在工业控制和管理方面，但约50% 的节点，是用在建筑物自动化领域，是理想的现场实时控制网络。
LonWorks 技术最这主要的优点是可以实现互操作，但LonWorks 技术留给用户应用时有较大的自由度，不同的厂商利用LonWorks技术开发的产品，不一定就能实现互操作，为此180 家重要厂商组成了LonMark 互操作协会，通过全面定义LonWorks实施办法，使每个技术细节都有标准化文件的严密规定。按照这样标准生产的产品，可以实现互操作，这一点应该引起国内开发商的注意。
LonWorks技术开始从工业自动化发展应用于智能建筑，它的开放性、互操作性、高可靠性、无中心检测等突出优点，已被世人公认，是当今智能建筑控制系统的主流技术，其正在不断的发展中完善。LonWorks技术具有一个完整的开发系统平台，包含着所有设计、配置和支持控制的元素，LonWorks技术组成包括硬件部分和神经元（NEURON）芯片和软件部分的通信协议LonTalk 。采用LonWorks技术的智能建筑，其LonWorks网络的基本单元是节点，网络节点也是监控模块，利用一根总线可将系统所有的监控模块连接起来，每个监控模块是由神经元芯片、电源、一个通过媒介通信收发器和被监控设备接口的I/O电路组成，监控模块能够处理大量信息，对被控设备实时监控和调节，由于监控模块设置在被控设备附近，线路结构变得简化，布线数量减少，实现真正的分布系统，使整个系统的可靠性大为提高。由于LonWorks系统扩展能力强，如增加控制设备，只需在总线上增加节点，就可以实现系统的扩展，由于系统的开放性，可实现不同厂商器件的互操作、互相替换，为系统的技术升级提供了多种手段。
二、 Lonworks技术的特点
Lonworks技术通过基于Lontalk协议采用自由拓扑结构方式把控制单元连接成开放的测控网络，这个网络符合国际标准化组织（ISO）制定的开放系统互联（OSI ）模式。其具有开放性、互操作性、控制节点间可采用多种媒体连接进行通信、可靠性高、应用编程采用高级语言，并且符合国际标准等特点。
开放系统概念就是使用开放系统相互连接（OSI）基准模型（块）以发展计算机通信标准。OSI模型是建立在七层协议基础上，作为一个起始点以发展计算机通信标准。每层都有一定等级功能，具有规定的高层或低层的接口；为提供一定功能通信标准，并不一定所有的层都需要。当与很好定义的程序模块连接时，该模块定义了数据意义及格式，OSI模块将提供一个多卖主相互操作的高水平工具。一个典型的开放系统结构可以应用在工业和商业的控制系统上，按照布置，所有的开放系统元件，使用标准协议作为本系统语言，无需翻译，可以相互通信。
国际标准化组织（ISO）的ISO7498所定义的开放系统互连模型OSI作为通信网络国际标准化的参考模型，它详细描述了软件功能的七个层次。如下表所示：
1.物理层
物理层的下面是物理媒体，如双绞线、同轴电缆、光缆等，物理层为用户提供建立保持和断开的物理连接功能，如：RS232C、RS422/RS485。物理层用以实现两实体间的物理连接，传送二进制码bit码，本层处理与电、机械、功能和过程有关的各种特性，以使建立、维持和折除物理连接。
2.数据链路层
数据链路层在物理层提供的bit码服务基础上，用以建立相邻节点之间的数据链路，数据以帧为单位传送，每一帧包含一定数量的数据和必要的控制信息，如：同步信息、地址信息、差错控制和流量控制信息。数据链路层负责在两个相邻节点间的链路上，实现差错控制，数据成帧同步控制。 3.网络层
网络层用在通信子网中传输信息，包括报文分组（具有地址标识和网络层协议信息格式化信息组）报文包组塞的处理和通信子网内路选择和拥挤控制。
4.传输层
传输层的信息传送单位是报文Message（一个报文可分成若干个报文分组），它的主要功能是差错控制、顺序控制、流量控制、管理多路复用和连接支持，在网内两实体间提供一个可靠的端对端（end—to—end）数据传送服务。
5.会话层
会话层用在两实体之间建立通信联系，管理和折除会话连接方法，其功能是支持通信管理和实现最终用户应用进程之间的同步，按正确的顺序收发数据、进行各种对话。
6.表示层
表示层用于应用层信息内容的形式交换，如：数据加密/解密、信息压缩/解压和数据兼容，把应用层提供的信息转换成能够相互理解的方式，本层执行通用数据交换功能，提供标准应用接口、公共通信服务。
7.应用层
应用层作为OSI的最高层，为用户的应用服务提供信息交换，为应用接口提供操作标准，并负责应用管理执行应用程序，本层为用户提供开放系统互连环境的各种服务，管理和分配网络资源建立应用程序。
三、Lonworks的核心技术
Lonworks网络是采用神经元芯片技术，在OSI七层协议上实现的控制网络。其神经元芯片和LonTalk 网络协议是Lonworks 技术的核心。
1神经元芯片
神经元芯片（NeuronChip ）使用CMOCLSI 技术，神经元芯片高度集成，使用它需要的外部器件最少！其芯片内有3 个8位CPU 。
Neuron芯片MC143120和MC143150，主要应用于使用LonWorks技术的自动检测与控制系统中。Echelon公司已经为使用LonWorks技术和上述两种芯片设计出了一套完整的开发工具和软件。许多OEM公司，如VACOM公司，为LonWorks技术的具体应用、方便用户更快地将此技术应用于楼宇自动化和工业控制工程项目中，设计了多种通用或专用的基于Neuron芯片的智能检测和控制节点。这些都为LonWorks技术的普及和应用提供了极为方便的条件。
MC143120和MC143150两个芯片都实现了与OSI参考模型兼容的LonTalk通信协议。它们之间的不同之处在于它们的存储器配置的类型及容量，前者主要用于造价较低、范围较小的应用场合。而后者可应用于较复杂的应用环境和具有较高要求的系统中。两个芯片内部都包括三个处理器，两个用于通信，一个用于执行应用程序。Neuron芯片所提供的各种I/O接口，都可以很简单地用高级语言来调用，以实现各种传感器、执行器、定时及计数等设备的连接。 [Page]
2 LonTalk协议
LonTalk通信协议是LonWorks技术的核心，该协议提供一套通信服务，使装置中的应用程序能在网上，对其他装置发送和接收报文，而无需知道网络拓扑、名称、地址或其他装置的功能。LonTalk协议能有选择地提供端到端的报文确认、报文证实和优先级发送，以便设定有界事务处理时间。为了处理网上报文冲突，LonTalk使用类似以太网上所用的“载波监听多路访问”（CSMA）算法。LonTalk协议建立在CSMA的基础上，提供介质访问协议，使得可以根据预测网络业务量，发送优先级报文和动态调整时间槽的数目。通过动态调整网络带宽称为预测性，
P-Persistent CSMA协议的算法，使网络能在极高网络业务量出现时继续运行，而在业务量较小时间不降低网络速度。
(1) LonTalk协议寻址
为了简化网络配置和管理，把逻辑地址分配给节点。逻辑地址让用户把一个名字和物理装置或节点配合，在控制网中配置时定义。所有的逻辑地址包括2个部分。第一部分是指定域的域ID（Domain ID）。所谓域就是节点的集合，常常是整个系统，他们可以互操作。逻辑地址的第2部分以独特的15位节点地址规定域中的一个单一节点，或者以它独特的8位组地址规定一个预先定义的节点组。每个在网上传输的包，包含传输节点（源地址）的逻辑地址和接收节点地址（目的地址），它们可能是物理神经元地址、逻辑节点地址、组地址或广播地址。
组是域中节点的集合。不像子网，组是不论物理信道位置组合起来的节点的集合。最大组的规模是发送确认报文时的64个节点；发送不确认报文的组规模是无限制的。组是一个有效的优化方法， 用于一个对多个的网络变量和报文标签连接。
使用LonTalk协议的系统中的每个域可以有32385个以下的装置。一个域中可以有256个以下的组。每个组可以有任意数目的分配给它的节点，只是在端到端的确认时，组被限制在64个节点。每个节点可以属于15个以下的组。
●域中的组 255
●网络中的信道 无限制
●网络变量的字节 31
●显示报文中的字节 228
●数据文档中的字节 2 32
●子网中的节点 127
●域中的子网 225
●域中的节点 32385
●系统中最多的节点 32K×2 48
●网络中的域 2 48
●组中的成员
◆ 确认或要求响应用的 63
◆ 确认或重复的 无限制
（2） LonTalk的特征与优点
●支持广泛范围的通信介质，包括双绞线和电力线。
●支持可靠通信，包括防范未经授权的使用系统。
●无论网络规模，提供可预测的响应时间。
●支持混合介质和不同通信速度构成的网络。
●提供对节点透明的接口。
●支持几万节点——但在只有几个节点的网络中同样有效。
●允许节点间的任意连通。
●允许对等通信，这样就使它可用于分布式控制系统中。
●为产品的互可操作性提供有效机制，使来自一个制造商的产品能和其他制造商的产品共享标准物理量的信息。
●实施协议内网络管理问题的解决。
总之LonTalk协议的多种服务提高了可靠性、安全性和网络资源的优化。LonTalk协议是EIA709.1控制联网标准下的一个公开标准。所以该协议可以自由地提供给任何人，并从http://global.his.com/要求EIA709.1的一份复制件。最经济的执行LonTalk协议的方法，仍然是购买神经元芯片。
EIA标准允许愿意投资的公司在它们自己选定的微处理器中执行其协议。这对于在应用时，需要更强大的处理器的装置，在经济上可能比神经元芯片更合算。
对开发者来说，神经元芯片之优越在于它的完整性。内装协议和处理器，免除了在这些方面的任何开发和编程。神经元芯片提供了ISO/OSI模型中7层通信协议的6层，只需要提供应用层编程和配置。这就使协议的实施标准化，并使开发和配置较为容易。
四、LonWorks技术的应用
数字社区并不是一个孤立的概念，必须有多行业的产品和服务供应商配合。今天，除了智能社区本身的应用外，LonWorks技术在家用电器产业和电力行业得到深入的推广。这些辅助的产品和服务会充实数字社区的内容。高新科技和信息正以前所未有的速度发展，在这种数字化聚合效应下，增值服务业将日新月异。数字社区和家庭设备网络的市场正在快速成长，在此基础上的互联网服务业也将得到蓬勃发展。
LonWorks应用的优点
1、LonWorks是用于住宅、工业、商业控制网的开放式平台，其协议公平地提供给所有的OEM制造商。
2、包含LonTalk协议的神经元芯片，在全球由摩托罗拉和东芝公司供应。该协议在所有的LonWorks节点上通用，无需昂贵的自定义。
3、LonWorks电力线收发器能够保证可靠的电力线通信。Echelon公司更多的收发器，支持双绞线、无线、红外、光纤、同轴电缆通信。
4、无需开发基础通信技术，用户就能使用LonWorks技术为DA/DSM、仪表计测、变电所、发电厂用途制订更好、更高智能的方案。
5、LonWorks控制网经济、可靠、快速地为各种用户提供服务。
五、结论语
LonWorks技术作为控制网络和管理的平台技术可真正给数字社区带来一个开放的，多厂商，多品种的互操作的系统并将互联网带入日常生活中。
感谢Echelon公司提供技术支持
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