- 相關(guān)推薦
樓宇自動化控制網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信協(xié)議BACnet
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(lǐng)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(guān)鍵詞：BACnet智能建筑樓宇自動化面向?qū)ο?br />
隨著計算機、通信、控制和圖形顯示技術(shù)即４Ｃ技術(shù)的快速發(fā)展和全球?qū)π畔⒏咚俟返拇罅ㄔO(shè)，智能建筑，這個數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和信息化的結(jié)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(fù)雜，致使不同廠商生產(chǎn)的設(shè)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(shè)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。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（ｐｌｕｇａｎｄｐｌａｙ）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(lǐng)域，現(xiàn)場總線和通信協(xié)議主要有：（１）最初應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域的總線協(xié)議，如具有代表性的Ｐｒｏｆｉｂｕｓ總線、Ｌｏｎｗｏｒｋｓ總線、ＣＡＮ總線等；（２）專門針對智能建筑的總線和通信協(xié)議，如美國的ＢＡＣｎｅｔ和ＣＥＢｕｓ、歐洲的ＥＩＢ等。本文就其中的ＢＡＣｎｅｔ作詳細介紹。
圖1BACnet的體系結(jié)構(gòu)層次圖
�。保拢粒茫睿澹魠f(xié)議概述
樓宇自動控制網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信協(xié)議ＢＡＣｎｅｔ（ＡＤａｔａ
�。茫铮恚恚酰睿椋悖幔簦椋铮睿校颍铮簦铮悖铮欤妫铮颍拢酰椋欤洌椋睿纾粒酰簦铮恚幔簦椋铮睿幔睿洌茫铮睿簦颍铮欤危澹簦鳎铮颍耄┯擅绹帷⒅评渑c空調(diào)工程師協(xié)會組織的標準項目委員會１３５Ｐ于１９９５年６月正式通過制定。標準編號為ＡＮＳＩ／ＡＳＨＲＡＥＳｔａｎｄａｒｄｌ３５－１９９５，同年１２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。２０００年１月ＩＳＯ組織ＴＣ２０５委員會的１５個國家（中國、法國、日本、英國、美國等）的代表一致通過決議，將ＢＡＣｎｅｔ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(shè)備從功能上講分為兩部分：一部分專門處理設(shè)備的控制功能；另一部分專門處理設(shè)備的數(shù)據(jù)通信功能。而ＢＡＣｎｅｔ就是要建立一種統(tǒng)一的數(shù)據(jù)通信標準，使得設(shè)備可以互操作。ＢＡＣｎｅｔ協(xié)議只是規(guī)定了設(shè)備之間通信的規(guī)則，并不涉及實現(xiàn)細節(jié)。
ＢＡＣｎｅｔ協(xié)議模型為：（１）所有的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，除基于ＭＳ／ＴＰ協(xié)議的以外，都是完全對等的（ｐｅｅｒｔｏｐｅｅｒ）；（２）每個設(shè)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(luò)中識別和訪問設(shè)備的方法；設(shè)備相互通信是通過讀／寫某些設(shè)備對象的屬性，以及利用協(xié)議提供的“服務(wù)”完成；（３）設(shè)備的完善性（Ｓｏｐｈｉｓｔｉｃａｔｉｏｎ），即其實現(xiàn)服務(wù)請求或理解對象類型種類的能力，由設(shè)備的“一致性類別”（ＣｏｎｆｏｒｍａｎｃｅＣｌａｓｓ）所反映。
１．１ＢＡＣｎｅｔ的體系結(jié)構(gòu)
�。拢粒茫睿澹羰且环N針對智能建筑的開放性的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，遵循ＯＳＩ模型體系結(jié)構(gòu)，ＢＡＣｎｅｔ體系結(jié)構(gòu)層次圖如圖１所示。ＢＡＣｎｅｔ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(luò)應(yīng)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（ＭＳ／ＴＰ）協(xié)議是專門針對樓宇自控設(shè)備設(shè)計的數(shù)據(jù)鏈路規(guī)范。ＢＡＣｎｅｔ在物理介質(zhì)上，支持雙絞線、同軸電纜和光纜。在拓撲結(jié)構(gòu)上，支持星型和總線拓撲。
ＢＡＣｎｅｔ沒有嚴格規(guī)定網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，如圖２所示。其中：網(wǎng)段（Ｓｅｇｍｅｎｔ）是多個物理網(wǎng)段通過中繼器（Ｒ）連接形成的段落區(qū)間；網(wǎng)絡(luò)是多個網(wǎng)段通過網(wǎng)橋（Ｂ）連接而成的，每個網(wǎng)絡(luò)都形成一個ＭＡＣ地址域；ＢＡＣｎｅｔ／Ｉｎｔｅｒｎｅｔ網(wǎng)絡(luò)是將使用不同局域網(wǎng)技術(shù)的多個網(wǎng)絡(luò)用路由器（ＲＴ）互聯(lián)起來形成的網(wǎng)際網(wǎng)。
在ＢＡＣｎｅｔ拓撲中設(shè)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，ＢＡＣｎｅｔ具有單一的局部地址空間，所以ＢＡＣｎｅｔ參照ＯＳＩ模型制定了簡化的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議，向應(yīng)用層提供不確認無連接的數(shù)據(jù)單元傳送服務(wù)。每個ＢＡＣｎｅｔ設(shè)備都被一個網(wǎng)絡(luò)號碼和一個ＭＡＣ地址唯一確定。
網(wǎng)絡(luò)層通過“路由器”實現(xiàn)兩個或多個異類ＢＡＣｎｅｔ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。ＢＡＣｎｅｔ路由器與每個網(wǎng)絡(luò)的連接處稱為一個“端口”。路由表中包含端口的下列項目：（１）端口所連接網(wǎng)絡(luò)的ＭＡＣ地址和網(wǎng)絡(luò)號；（２）端口可到達網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)號列表及與這些網(wǎng)絡(luò)的連接狀態(tài)。圖２中，“１／２ＲＴ”是半路由器，由ＰＴＰ連接形成一個完整的ＢＡＣｎｅｔ路由器，即ＢＡＣｎｅｔ網(wǎng)際網(wǎng)將廣域網(wǎng)技術(shù)向應(yīng)用層屏蔽。
�。拢粒茫睿澹魬�(yīng)用層即ＢＡＣｎｅｔ應(yīng)用實體，通過ＡＰＩ（應(yīng)用編程接口）為上層應(yīng)用程序服務(wù)，并與對等應(yīng)用層實體通信。應(yīng)用實體由兩部分組成：用戶單元和應(yīng)用服務(wù)單元（ＡＳＥ）。ＡＳＥ是一組特定內(nèi)容的應(yīng)用服務(wù)。而用戶單元支持本地ＡＰＩ、保存事務(wù)處理上下文信息、產(chǎn)生請求ＩＤ、記錄ＩＤ對應(yīng)的應(yīng)用服務(wù)響應(yīng)、維護超時重傳機制所需的計數(shù)器以及將設(shè)備行為要求映射為對象。
�。拢粒茫睿澹魬�(yīng)用層提供證實和非證實兩種類型的服務(wù)。ＢＡＣｎｅｔ定義了四種服務(wù)原語：請求、指示、響應(yīng)和證實，它們通過應(yīng)用層協(xié)議數(shù)據(jù)單元（ＡＰＤＵ）傳遞。由于ＢＡＣｎｅｔ建立在無連接的通信模式上，所以ＯＳＩ模型提供端到端服務(wù)的傳輸層部分簡化功能也由應(yīng)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；報文重組和序列控制。
�。保玻拢粒茫睿澹舻膶ο�、服務(wù)和功能組
�。拢粒茫睿澹舨捎妹嫦�?qū)ο蠹夹g(shù)，借此提供一種表示樓宇自控設(shè)備的標準。在ＢＡＣｎｅｔ中，對象就是在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間傳輸?shù)囊唤M數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備通過讀取、修改封裝在應(yīng)用層ＡＰＤＵ中的對象數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)互操作。ＢＡＣｎｅｔ目前定義了１８個對象，如表１所示，每個對象都必須有三個屬性：對象標志符（Ｏｂｊｅｃｔ＿Ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｒ）、對象名稱（Ｏｂｊｅｃｔ＿Ｎａｍｅ）和對象類型（Ｏｂｊｅｃｔ＿Ｔｙｐｅ）。其中，對象標志符用來唯一標識對象；ＢＡＣｎｅｔ設(shè)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(guān)對象的設(shè)備建立聯(lián)系。ＢＡＣｎｅｔ協(xié)議要求每個設(shè)備都要包含“設(shè)備對象”，通過對其屬性的讀取可以讓網(wǎng)絡(luò)獲得設(shè)備的全部信息。
表1BACnet對象
對象名稱應(yīng)用舉例01模擬輸入AnalogInput模擬傳感器輸入如機械開關(guān)On/Off輸入02模擬輸出AnalogOutput模擬控制量輸出03模擬值A(chǔ)nalogValue模擬控制設(shè)備參數(shù)如設(shè)備閥值04數(shù)字輸入BinaryInput數(shù)字傳感器輸入如電子開關(guān)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(shè)備多對象寫多值如日期設(shè)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(shè)備對象，也可通過“通知類”對象通知多設(shè)備對象11文件File允許訪問（讀/寫）設(shè)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(shè)備開、關(guān)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(shè)備開始冷卻、除霜的時間16通知類NotificationClass包含一個設(shè)備列表，配合“事件登記”對象將報警報文發(fā)送給多設(shè)備17程序Program允許設(shè)備應(yīng)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(shè)備Device其屬性表示設(shè)備支持的對象和服務(wù)以及設(shè)備商和固件版本等信息
在ＢＡＣｎｅｔ中，把對象的方法稱為服務(wù)，對象及其屬性提供了對一個樓宇自控設(shè)備“網(wǎng)絡(luò)可見信息”的抽象描述，而服務(wù)提供了如何訪問和操作這些信息的命令和方法。ＢＡＣｎｅｔ設(shè)備通過在網(wǎng)絡(luò)中傳遞服務(wù)請求和服務(wù)應(yīng)答報文實現(xiàn)服務(wù)。ＢＡＣｎｅｔ定義了３５種服務(wù)，并將其劃分為６個類別：（１）報警與事件服務(wù)（ＡｌａｒｍａｎｄＥｖｅｎｔＳｅｒｖｉｃｅｓ）包含８種服務(wù)處理環(huán)境狀態(tài)的變化，提供了ＢＡＣｎｅｔ設(shè)備預(yù)設(shè)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；（２）文件訪問服務(wù)（ＦｉｌｅＡｃｃｅｓｓＳｅｒｖｉｃｅｓ）包含２種服務(wù)，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；（３）對象訪問服務(wù)（ＯｂｊｅｃｔＡｃｃｅｓｓＳｅｒｖｉｃｅｓ）包含９種服務(wù)，提供了讀、修改和寫屬性值以及增刪對象的方法；（４）遠程設(shè)備管理服務(wù)（ＲｅｍｏｔｅＤｅｖｉｃｅＭａｎａｇｅｍｅｎｔＳｅｒｖｉｃｅｓ）包含１１種服務(wù)，提供對ＢＡＣｎｅｔ設(shè)備進行維護和故障檢測的工具、方法；（５）虛擬終端服務(wù)（ＶｉｒｔｕａｌＴｅｒｍｉｎａｌＳｅｒｖｉｃｅｓ）包含３種服務(wù)，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(shè)備成為一個ＢＡＣｎｅｔ虛擬終端并使ＢＡＣｎｅｔ網(wǎng)絡(luò)能對其進行重構(gòu)；（６）網(wǎng)絡(luò)安全服務(wù)（ＮｅｔｗｏｒｋＳｅｃｕｒｉｔｙＳｅｒｖｉｃｅｓ）包含２種服務(wù)，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。
�。拢粒茫睿澹艄δ芙M規(guī)定了實現(xiàn)特定控制功能所需的對象和服務(wù)的組合。ＢＡＣｎｅｔ已定義了１３個功能組，包括時鐘功能組、事件響應(yīng)功能組、文件功能組、虛擬終端功能組、設(shè)備通信功能組等。
�。保常拢粒茫睿澹粼O(shè)備級別和設(shè)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(shè)備都支持、包含上述所有的對象和服務(wù)。因此，ＢＡＣｎｅｔ定義了６個一致性類別（設(shè)備級別）。一致性類別的分級編號為１～６，最低級別是類別ｌ。每個類別都規(guī)定了設(shè)備要實現(xiàn)的最小服務(wù)子集，且包含低級別的所有服務(wù)。
為了幫助用戶和工程人員確定不同ＢＡＣｎｅｔ設(shè)備之間的互操作性，需要廠商為每個設(shè)備提供標準格式文件以標識設(shè)備中己實現(xiàn)的ＢＡＣｎｅｔ標準的內(nèi)容，即文件需包括設(shè)備符合ＢＡＣｎｅｔ等級的說明。這個文件就是ＰＩＣＳ（ＰｒｏｔｏｃｏｌＩｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎＣｏｎｆｏｒｍａｎｃｅＳｔａｔｅｍｅｎｔ），它包括：（１）標識廠商和描述設(shè)備的基本信息；（２）設(shè)備符合ＢＡＣｎｅｔ的級別；（３）設(shè)備所支持的功能組；（４）設(shè)備所支持的基于標準或?qū)Ｓ械姆⻊?wù)，設(shè)備啟動或響應(yīng)服務(wù)請求的能力；（５）設(shè)備所支持的基于標準或?qū)Ｓ械膶ο箢愋图捌鋵傩悦枋�；（６）設(shè)備支持的數(shù)據(jù)鏈路技術(shù)；（７）設(shè)備支持的分段請求和響應(yīng)。
�。玻拢粒茫睿澹舻幕ヂ�(lián)網(wǎng)擴展
目前，ＢＡＣｎｅｔ標準使用兩種技術(shù)實現(xiàn)與Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的互聯(lián)。第一種技術(shù)附件Ｈ中稱之為“隧道”技術(shù)，并將其設(shè)備稱之為分組封裝／拆裝設(shè)備，簡稱ＰＡＤ。其作用就像一個網(wǎng)關(guān)／路由器，這在圖２中兩個半路由器連接廣域網(wǎng)形成一個完全的ＢＡＣｎｅｔ路由器有所體現(xiàn)。第二種技術(shù)附件Ｊ中稱之為ＢＡＣｎｅｔ／ＩＰ，設(shè)備直接封裝ＩＰ幀／包在ＢＡＣｎｅｔ網(wǎng)絡(luò)和Ｉｎｔｅｒｎｅｔ上傳輸。
ＰＡＤ將ＢＡＣｎｅｔ報文數(shù)據(jù)封裝在ＩＰ協(xié)議數(shù)據(jù)包內(nèi)傳輸，在目的ＢＡＣｎｅｔ網(wǎng)絡(luò)解封。因此每個連接Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的ＢＡＣｎｅｔ網(wǎng)絡(luò)都要配置ＰＡＤ網(wǎng)關(guān)／路由器。它可以是一個單獨的設(shè)備，也可以是某種樓宇控制設(shè)備功能的一部分。
ＡＳＨＲＡＥ于１９９９年１月正式發(fā)布附件Ｊ并成為美國國家標準。它規(guī)范了支持ＴＣＰ／ＩＰ的設(shè)備組建ＢＡＣｎｅｔ網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)，并稱之為ＢＡＣｎｅｔ／ＩＰ網(wǎng)絡(luò)，簡稱Ｂ／ＩＰ，是一個或多個ＩＰ子網(wǎng)組成的集合，整體具有單獨的ＢＡＣｎｅｔ網(wǎng)絡(luò)號。ＢＡＣｎｅｔ／ＩＰ網(wǎng)絡(luò)報文在網(wǎng)絡(luò)層是ＩＰ包，在傳輸層是ＵＤＰ數(shù)據(jù)報，從而實現(xiàn)與Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的ＴＣＰ／ＩＰ協(xié)議的融合。
開放、兼容、靈活、獲得廣泛支持并且專門針對智能建筑的通信協(xié)議或現(xiàn)場總線必將成為智能建筑領(lǐng)域的一個發(fā)展方向。而ＢＡＣｎｅｔ協(xié)議正是這樣一種具有開拓性的技術(shù)，使不同廠商的設(shè)備能夠互聯(lián)、互換和互操作，打造無縫連接（Ｓｅａｍｌｅｓｓｌｉｎｋｉｎｇ）的樓宇自動化系統(tǒng)，充分滿足了業(yè)主、用戶和集成商的需求并提供了多種網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)和接入Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的方案，為智能建筑內(nèi)部各系統(tǒng)之間的集成提供了便利條件，使智能建筑搭乘信息高速公路變得輕而易舉。
【樓宇自動化控制網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信協(xié)議BACnet】相關(guān)文章：
基于嵌入式Linux的BACnet控制器軟件設(shè)計08-06
自動化儀表與自動化控制技術(shù)研究08-18
PLC技術(shù)在自動化控制的運用08-19
CA引領(lǐng)自動化數(shù)據(jù)保護新標準08-05
安全總線在自動化控制的應(yīng)用08-19