BACnet与lonwrok的比较.docx

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BACnet与lonwrok的比较

长期以来，楼宇自动化中的系统集成问题一直困扰着开发商、集成商、工程师们。

各种专有系统的存在、通信协议的多样化使得各子系统、各家的产品难于集成或只能实现有限的集成，也使得成本大大增加。

采用开放的、标准的、统一的技术成为迫切实际的需要。

于是出现了一些解决方案正在努力解决这方面的问题，比较盛行的有两个。

其中之一是美国暖通空调工程师协会（ASHRAE）推出的BACnet，另一个是美国Echelon公司推出的LonWorks，目前这两种技术方案在楼宇自动化市场上都占有一定的份额。

　　本文的目的是就这两种技术方案作一个全方位的对比，并试图消除目前行业内外存在的各种误解及容易混淆之处。

　　一、什么是BACnet？

　　BACnet，即ADataCommunicationProtocolforBuildingAutomationandControlNetworks，简称BACnet协议，是美国采暖、制冷和空调工程师协会（ASHRAE）经过近9年时间的研究制定的世界上第一个开放的楼宇自动控制网络协议。

它详细地阐述了楼宇自控网的功能，阐明了系统组成单元相互分享数据实现的途径、使用的通讯媒介、可以使用的功能以及信息如何翻译的全部规则。

它确立了不同生产厂家生产的各种BACnet兼容系统在不依赖任何专用芯片的情况下，相互开放通讯的基本规则。

它使不同厂商生产的设备与系统在互连和互操作的基础上实现无缝集成成为可能。

　　该协议1995年一经颁布，即引起了各国政府、专家学者和企业的广泛关注。

1995年由美国国家标准学院通过成为美国国家标准，目前韩国、日本已将其列为国家标准，也成为欧盟的预标准、ISO草案标准。

　　BACnet提供了一个描述各种自动化系统的精确模型，模型包括以下这些组成部分：

　　1．对象：

代表系统信息及数据库，以及统一的存取方法，下图列出了部分对象及其关系[2]。

　　图1BACnet部分对象及之间的关系

　　1．服务：

服务是一个BACnet设备从另一个BACnet设备获得信息或命令另一个设备执行某种动作或通知一个或多个设备发生了某种事件的方法和手段。

BACnet定义了一系列不同的服务，包括存取对象及其属性、报警及事件、设备及通信管理、文件传输、虚拟终端等。

　　2．LANs：

BACnet允许采用当前应用广泛的五种不同LAN技术，这些LAN实现有着不同的特性、成本、性能，可以根据实际情况选用。

这五种LAN技术是：

Ethernet，ARCNET，MS/T，PTP，LonTalk（注意：

不是LonWorks）。

　　3．网络功能：

实际中往往是不同的LAN并存，不同的LAN中的设备要通信必须解决三个问题：

跨网络的信息存取，LAN之间不相关信息的控制隔离，信号的电气匹配。

BACnet路由器能将采用不同LAN技术的BACnet网络连接在一起。

　　4．BIBBs：

BIBBs是一个或多个BACnet服务的集合，是实现设备间一致性及互操作的方法。

　　BACnet是一个实现控制系统互操作的应用独立模型，它有着众多的互操作性类型和通用的对象，这使它不仅可以用于HVAC，还可以用于照明、安防、消防、门禁、交通等领域，事实证明它的应用领域还在不断的扩展之中。

　　一、什么是LonWorks？

　　LonWorks是Echelon公司推出的一套实现控制网络系统的平台，它包括：

Neuron芯片、LonTalk协议、LonWorks收发器、LonBuilder及NodeBuilder开发工具等。

　　LonTalk就象一个邮件系统，为系统设计者提供了在系统之间传输信息的基本机制。

在LonWorks应用层交换信息的一个主要方法是采用SNVTs（标准网络变量类型）进行的，SNVT是一系列预定义的数据结构,不同的SNVT用不同的编码（codenumber）来标识，接收方设备也根据这个编码来识别如何解码收到的信息。

但是LonWorks并没有定义每一个编码代表的含义，这样不同的厂家就有可能采用相同的编码表示不同的含义，从而引起混乱及错误。

为了解决这个问题，成立了LonMark协会，该协会文档对SNVT编码及其对应的含义作出了具体的规定。

　　LonWorks技术上有一定的先进性，在一些场合中也得到了较好的应用。

但目前行业内外流传着很多对LonWorks的看法及其与BACnet之间的关系的说法并不正确。

　　有文章中称LonWorks“…还被选入了许多其他国际标准，如IEEE1473（火车控制）、ANSI/EIA709.1（控制网络）、TC247（楼宇自动化）、AAR（火车电气制动）和SEMI标准（半导体生产设备）。

能够成为这么多的国际标准，证明LonWorks技术是通用的标准；…”[6]，这是不符合事实的。

AAR是美国铁路协会（theAssociationofAmericanRailroads），不是标准团体，也与楼宇自动化无关；SEMI（SemiconductorEquipmentandMaterialsInternational）是一个贸易联合会，不是标准团体。

IEEE、ANSI、EIA是标准团体，但不是国际的标准团体。

提到的唯一属于国际标准团体是CEN，但CEN仅仅采用LonTalk（而不是LonWorks）的一部分作为一个预备标准，还不是标准。

　　提到的这一组中真正属于标准的只有IEEE1473和ANSI/EIA709.1，但它们都只是美国标准。

IEEE1473是一个关于火车通信的标准，与楼宇自动化无关；ANSI/EIA709.1是作为家居自动化（HomeAutomation）系统的标准，而不是商业建筑自动化系统的标准，而且它也只是采用了LonTalk的一个子集。

所以实际上LonWorks从来都不是国际标准。

　　二、BACnet与LonWorks的协议分层模型的比较

　　国际标准化组织在制定计算机网络通讯协议标准时定义了一个参考模型，称为开放系统互联参考模型（OSI）（ISO7498）。

模型的目的是提供解决计算机与计算机之间普遍的通信问题时的共同标准参照系。

在这个模型中，将计算机通信这样一个复杂的问题分解成7个小的、容易解决的子问题，每个子问题只与某些通信功能相关，并且把这些子问题称为协议体系结构的一层，整个模型是一个七层的体系结构。

OSI模型以高度概括的观点来分析计算机与计算机的通信，用来解决在全世界范围内的、巨大而复杂的计算机网络的通信问题。

　　经常有些错误的观点认为“LonTalk是实现了ISO/OSI模型全部七层的现场总线，这是它优势”，事实果真如此吗？

实际上ISO/OSI七层模型是一个考虑很全面的参考模型，但从来没有要求实现所有的层，也不是实现的越多就越好，实现OSI模型全部协议层所需的费用也较高。

现在流行的各种通信协议都根据实际情况作了不同的简化，如TCP/IP协议只有四层，但并不妨碍它的广泛应用。

控制网络的特性使得它不需要实现全部七层协议，所以用于控制领域的总线协议往往根据情况作些删减；同样在绝大部分楼宇自动控制系统中，并不需要实现OSI模型的所有内容。

通过只选择OSI模型中需要的层次，形成一个简化的模型，作为楼宇自动控制系统的协议体系结构，可以减少报文的长度，降低通信处理的开销，并且也满足楼宇自动控制系统的需要。

这个简化的体系结构降低了楼宇自动控制工业的生产成本。

图2是BACnet简化的协议层次结构。

　　BACnet网络层

　　ISO8802-3

　　（IEEE802.3）

　　ARCNET

　　MS/TP

　　（主从/令牌）

　　PTP

　　（点到点协议）

　　EIA-485

　　（RS485）

　　EIA-232

　　（RS232）

　　ISO8802-2

　　（IEEE802.2）类型1

　　LonTalk

　　BACnet应用层

　　BACnet的协议层次

　　应用层

　　网络层

　　数据

　　链路层

　　物理层

　　对应的

　　OSI层次

　　图2BACnet简化的协议体系结构层次图

　　简化的四层BACnet体系结构，一方面是在仔细考虑了BACnet网络的独特特征和要求，以及尽可能少的协议开销原则后得出的。

另一方面，可以充分利用现有的、易用的、应用广泛的局域网技术，如以太网、ARCNET和LonTalk。

这样不但可以降低成本，而且也有利于提高性能，为系统集成开辟新的途径。

　　三、BACnet与LonWorks的关系

　　有人误认为BACnet采纳了LonWorks，实际上不是那么回事。

BACnet只是包含LonTalk的一个子集，将LonTalk的底层作为BACnet物理层及数据链路层的五种选择方式中的一种，而网络层与应用层则与LonWorks完全不同。

有人误认为LonWorks或LonMark是与BACnet兼容的，这完全是错误的。

事实是LonWorks或LonMark设备无法与BACnet设备实现互操作。

　　技术上的原因很简单。

因为即使BACnet采用LonTalk作为它的物理层及数据链路层，BACnet设备传输的信息还是BACnet的语言，只不过封装在LonTalk的“信封”中。

LonWorks或LonMark设备只理解LonWorks语言，BACnet的语言对它们来说是完全不可理解的。

　　图3基于LonTalk上的BACnet与LonWorks

　　如图3[3]所示，设备B正在通过LonTalk网络发送BACnet信息到另一个设备B，设备L也正在通过LonTalk网络发送LonWorks信息到另一个设备L。

虽然这些信息互不干扰，但因为信息内容的不同，互相不能理解，设备B与设备L不能互操作。

　　五、BACnet与LonWorks对象功能的比较

　　不同的设备具有不同的存储信息的数据结构。

为了实现设备间的信息交换，必须定义一种标准的、“网络可见”的信息描述方式。

为实现这种网络可见的描述方式，BACnet采用的方法是面向对象的方法。

BACnet定义了一组标准的对象类型，这组标准对象类型给出了一种抽象的数据结构，为建立应用层服务提供一个框架。

大部分应用层服务设计成为对这些标准对象类型的属性进行访问和操作。

基于这些对象，BACnet在应用层定义了强大的功能。

　　LonWorks的网络通信也采用了面向对象的设计方法，LonWorks中将其称之为"网络变量"。

表1是BACnet与LonMark对象功能的对比[2]。

　　表1BACnet与LonWorks对象实现的功能

　　开放的、标准化的功能

　　BACnet

　　LonMark

　　设备间的数据交换

　　√

　　√

　　监测控制数据点值及事件

　　√

　　√

　　多路报警及报警管理

　　√

　　Ⅹ

　　时间表功能

　　√

　　Ⅹ

　　在线分组/重分组，订阅

　　√

　　Ⅹ

　　趋势/历史

　　√

　　Ⅹ

　　工程

　　Ⅹ

　　Ⅹ

　　备份/恢复

　　√

　　Ⅹ

　　远程管理

　　√

　　Ⅹ

　　IT兼容性（TCP/IP，LAN/WAN，Ethernet）

　　√

　　Ⅹ

　　网络管理

　　√

　　Ⅹ

　　LonMark在这些高端功能上的缺限，使它难以适应管理层、自动化层的应用需求。

　　六、BACnet与LonWorks互操作性的比较

　　前面讲过，由于LonWorks并没有定义每一个编码代表的含义，这样不同的厂家就有可能采用相同的编码表示不同的含义，从而引起混乱及错误。

LonMark协会的成立，对SNVT编码及其对应的含义作出了具体的规定。

应该说，符合LonMark的产品之间才有可能实现互操作。

但LonMark只是LonWorks的一个子集，由于LonMark协会的费用问题，很多公司并没有参加LonMark组织；目前世界上LonWorks产品中符合LonMark的只占很小的一部分，不符合的那一大部分基本上没有可能实现互操作。

　　而且即使是LonMark产品，也不是任意两个LonMark控制器都能保证实现互操作的。

LonMark的互操作是基于profile文件实现的，profile文件规定了一系列的输入、输出参数。

只有两个支持同一个profile文件的设备才有可能实现该文件中规定的功能的互操作。

　　有些设备如iLON是专有的、单一来源的，也就不存在不同产品的互操作性问题。

　　这种高度限制的方法与BACnet的互操作性完全不同。

一个典型的BACnet客户设备几乎可以读取现存的每一个BACnet设备的对象属性及进行互操作。

BACnet的方法是一种更通用的、更广泛实用的方法。

　　BACnet在早期（1995版）使用的是一致性类别及功能组的方法来表示各种BACnet设备实现的对象及服务，每个BACnet设备必须提供协议实现一致性声明（PICS）文件，以声明它实现的一致性类别、支持的功能组。

通过几年的应用，一致性类别及功能组的方法虽然能起到保证BACnet设备互操作的作用，但还是有值得改进的地方，所以BACnet的增补文件ANSI/ASHRAEStandard135-1995Addenda135d中采用了一种更精确的功能分类标准－BACnet互操作性建筑块（BIBBs）。

BIBBs是一个或多个BACnet服务的集合，按照ASHRAE导则13被分为五大互操作区域：

数据共享，报警及时间管理、时间表、趋势记录、设备及网络管理。

BIBBs很好地解决了BACnet设备之间的互操作性问题，它的更新也说明了BACnet的开放性。

　　七、BACnet及LonWorks实现与以太网、IP网及Internet连接的比较

　　首先，Lon设备只要想连接上以太网或IP网络，都需要经过iLON实现；而对BACnet来说则不需要，因为BACnet设备本身可以支持以太网、IP网络（BACnet/IP设备）。

　　LonWorks实现与Internet连接也要通过iLON实现，iLON作为一个隧道路由器（tunnelingrouter），在每一个与Lon网段连接的IP子网中都需要一个iLON设备。

不幸的是隧道路由器有一些复杂的配置问题，需要专业人员的手工配置才能正常工作。

　　iLON采用的技术在BACnet中早得到了实现，与BACnetAnnexH中的技术一样。

而且BACnet的隧道路由器的操作在标准中明确定义了，从而允许不同厂家的隧道路由器之间能互操作；但iLON的操作是专有的，没有标准化，这对Cisco来说是一件好事，但对用户来说可不是一件好事。

　　BACnet为了彻底解决这些限制，采用了全新的BACnet/IP技术，这使得本征（native）BACnet设备不需要隧道路由器也可以在Internet及IP网络上通信，在某些情况下需要采用BACnet广播管理设备（BBMD），同时也解决了自动绑定、发现设备的问题。

LON能通过专业安装人员手动配置克服这些问题，但由于现场情况不同难以做到统一通用的方法。

下图是BACnet实现与Internet连接的一种方式[1][7]。

　　图4BACnet的一种Internet连接方式

　　七、BACnet与LonWorks的开放性的比较

　　按照ISO/IEC2382-26OSIandIEEE1003.0中关于开放协议（openprotocol）的定义：

未来基于公开投票的方式的改进方式（afutureenhancementonabasisofanopenconsensus），显然Lon作不到这一点。

由于LonMark不是一个标准团体，对它的扩展只有在交付高昂的会费成为金牌会员之后才能有投票权。

所以Lon的开放性也是很值得商讨的[8]。

　　而BACnet是一个开放的团体，任何人都可以参加，对协议文本作出的每次修改都会经过广泛的公开评议（publicreview）参加评议的包括众多的制造商、咨询机构、工程师、开发商、政府等等；实际上一些在LonWorks技术上有较大投资的大公司也是BACnet长期以来的积极参与者。

任何开发商都可以依据BACnet协议开发出具有互操作性的产品，而不需要使用专用的芯片。

　　八、BACnet与LonWorks的市场占有率

　　关于BACnet与LonWorks在市场上的占有率，市场上流传着一些各种各样的说法，但都缺乏事实依据及可信度。

　　图5采用各种协议的BA产品的市场销售额

　　去年，美国最受尊敬的市场调查公司之一的Frost&Sullivan公司就北美地区的BA市场作了一个详细的调查，调查显示从1998年起BACnet的市场份额已大大的超出了LonWorks的市场份额，而且正以快得多的速度增长[4]。

图5显示采用各种通信协议的BAS产品的销售总额，纵坐标单位为百万美元[4]。

　　图6是采用BACnet与LonWorks的BAS设备销售件数的比较及今后几年的发展趋势，从中看出BACnet的市场在呈指数上升[4]。

　　图6采用各协议的BAS设备销售件数比较及预测

　　九、BA通信协议的国际标准化动向

　　前面讲过，CENTC247有一个预标准涉及到LonTalk。

所谓预标准是在采纳为官方标准之前的用于测试的临时试用标准。

CENTC247已经决定放弃将LonTalk作为它的预标准，取而代之的是一个推荐中的ISO标准[8]。

这个推荐中的标准是ISO/DIS16484-5，就是BACnet标准的2001版本。

CEN及ISO正在就采纳BACnet为CEN及ISO的BASC（BuildingAutomationSystemControl）的协议标准作表决，表决预计将于今年12月结束[9]。

随着信息技术及整个信息产业的发展，楼宇自动化正向集成化、智能化和网络化方向迈进。

大系统集成的基础就是通信网络，其技术核心体现在系统集成及相关的通信协议上。

为了确保信息正常传送，必须在有关信息传输顺序、信息格式和信息内容等方面有一组约定或规则，这组约定或规则就是网络协议。

简单地说，网络协议好像各设备间通信时使用的语言。

由于各家的通信协议标准和性能的差异，存在着系统间通信兼容和互换性问题，因此需要一个统一的开放式标准来实现各家产品的相互兼容和交换。

这样做的好处是所有厂家的仪表、系统都可进行互相通信，使各制造商的产品不受专有协议的限制，给用户的使用带来极大方便。

主要优点有：

减少布线、安装等费用；节省操作与维修费用；数字传递精度高；增强系统的灵活性和升级的方便性。

目前国际上的网络标准和协议发展很快，而且均处于不断变化中。

在楼宇控制系统领域，目前主要采用Echelon公司的LonWorks（LocalOperatingNetwork）协议及美国ASHRAE（美国暖通、空调和制冷工程师协会）的BACnet（ADateCommunicationProtocolforBuildingAutomationandControlNetworks）协议。

尽管许多厂商均认可这两项技术，甚至它们还被写进欧洲CENTC247建筑控制标准文件中，但是目前许多厂商还是根据自己产品的技术特点，不断发展自己的标准。

　　目前，大多数局域网、主干网与Internet的互连技术已成熟并得到了广泛应用。

然而楼宇系统设备多，控制网络五花八门，各厂家提供的楼宇设备和控制系统，其通信协议不同，造成不同厂商的设备之间没有很好的互操作性，实际上很难在同一系统中混用。

影响系统的管理、维护和安全。

长期以来，用户一直希望打破楼宇控制厂家的垄断局面，迫切盼望采用标准的通信协议。

但是众多厂家也一直在竞争，力争占领更多市场，均希望使自己成为系统开放的关键角色。

结果是楼宇系统越复杂，用户所受限制也越多。

因此，在楼宇自动化领域，要求增加系统透明性、互操作性的呼声也越来越高。

人们已经看到，一个不具备开放性、不能实现互操作的系统会给系统运行维护、升级改造带来极大不便。

在这种形式下，LonWorks和BACnet等标准协议应运而生。

LonWorks与BACnet二者到底谁的优势更大？

似乎各有所长。

本文就控制协议的应用及发展作如下讨论。

1LonWorks的应用情况

　　LonWorks是1993年推出的，它具有统一性、开放性和互操作性。

LonWorks现场总线网络简称为LON网络，其核心为Neuron芯片，它既能管理通信，又具有输入、输出功能，芯片内部含有三个CPU，分别管理网络、介质访问和应用。

LonWorks神经元网络技术是一种近年来已广泛应用于楼宇自动化系统中的一种现场总线技术，其最大特点是挂接在LON总线上的备控制节点都有装配有神经元控制芯片，而在每只芯片内已固化有标准的网络通信协议，这就使得接入LON总线的各类设备可互通信，可实现楼宇自动化系统集成，它在短时间内得到了自动控制领域的广泛关注和普遍接受，在楼宇自动控制领域更成为实际上的标准。

可以说LonWorks技术最大的应用领域就是在楼宇自动化方面，它包括建筑物监控系统的所有领域，即人口控制、电梯和能源管理、消防、救生、供暖通风、测量、保安等。

在建筑业中，LonWorks协议中的介质访问控制层，即第七层协议中的第一、二层已经被（ASHRAE）接纳为建筑自动化控制网络（BACnet）的标准，同时也被美国国家标准协会（ANSI）制定的有关标准所采纳。

　　LON网络采用的通信协议称为Lontalk协议，该协议对用户完全开放，支持多种通信媒介，可以实现不同设备之间的互操作。

　　LonWorks作为局域网络技术在控制领域的应用，LON网络是将控制系统按局域网络（LAN）方式进行构造，用网络节点代替LAN中工作站，并将其安装在监控现场，直接与各种传感器、控制器相连。

LonWorks网中每个节点间可以实现点到点的信息传送，具有很好的互操作性。

支持LonWorks的各种智能节点（如温度、湿度、压力、二氧化碳检测，执行器、控制器、数据记录及趋势分析等），能使传感器、变送器与执行器本身带有数据处理和数据通信功能，它们十分有效地支持了楼宇自动化系统的构建，所有匹配智能节点、输入输出模块的楼宇设备系统，都能方便地组成真正的分布式监控网络。

LON网络在一个测控网络上的节点数最多可达32000个，无论是哪一类节点，都含有用于控制和通信的Neuron芯片，用于连接一个或多个I／O设备的I／O接口，以及负责将节点连接上网的收发器。

采用LonWorks技术的网络可以轻松实现不同系统、不同产品之间的对等通讯，因而广泛地用来构建分布式的控制网络，大大简化了系统设计，提高了系统可靠性。

按照LonWorks互操作协议设计的节点可以实现不同产品之间的互联，这不但为系统集成提供了方便，尤其为打破某些公司的专项技术垄断提供了可能。

　　LonWorks技术用于楼宇自动化系统（BA