（通信與信息系統(tǒng)專業(yè)論文）基于lonworks技術(shù)的智能小區(qū)信息管理系統(tǒng)的應(yīng)用研究.pdf

摘要 過去十年里，互聯(lián)網(wǎng)世界中爆發(fā)了一場(chǎng)悄無聲息的革命。l o n w o r k s 技術(shù)作 為新一代網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)，以優(yōu)良的開放性、互操作性、網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)性、靈活的網(wǎng) 絡(luò)拓?fù)湟约懊嫦驅(qū)ο蟮木W(wǎng)絡(luò)通信設(shè)計(jì)等特點(diǎn)處于這場(chǎng)技術(shù)革命的前沿，并在智 能建筑和智能小區(qū)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。 本文首先提出了智能小區(qū)的概念和功能目標(biāo)。在分析了智能小區(qū)建設(shè)中選用 l o n w o r k s 技術(shù)的優(yōu)勢(shì)后，對(duì)l o n w o r k s 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的組成進(jìn)行了詳盡的介紹， 包括l o n w o r k s 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、l o n t a l k 通信協(xié)議、l o n w o r k s 網(wǎng)絡(luò)硬件實(shí)現(xiàn)和 l o n w o r k s 開發(fā)工具。隨后，本文從應(yīng)用的視角出發(fā)，構(gòu)建了一個(gè)完整的智能小 區(qū)信息管理系統(tǒng)。本文的第三章主要給出底層智能小區(qū)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)，包括 智能小區(qū)住戶節(jié)點(diǎn)的功能規(guī)劃、硬件設(shè)計(jì)及軟件開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)小區(qū)住戶水、 電、氣三表數(shù)據(jù)的采集、安防報(bào)警和家電控制等功能；在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建了一 個(gè)智能小區(qū)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并采用l o n m a k e r 網(wǎng)絡(luò)開發(fā)工具進(jìn)行組網(wǎng)。這部分重 點(diǎn)研究了n e u r o n 芯片技術(shù)、n e u r o nc 編程以及l(fā) o n m a k e r 組網(wǎng)。第四章主要解 決底層l o n w o r k s 網(wǎng)絡(luò)與上層應(yīng)用軟件間的通信問題。利用d d e 技術(shù)，本文實(shí) 現(xiàn)了v i s u a lc + + 應(yīng)用程序與l n sd d e 服務(wù)器的實(shí)時(shí)通信，從而獲取了底層 l o n w o r k s 控制網(wǎng)絡(luò)中各網(wǎng)絡(luò)設(shè)備信息。本章詳細(xì)分析了利用c + + 類如何實(shí)現(xiàn) d d e 通信的過程，并給出了相應(yīng)的程序代碼。第五章主要對(duì)智能小區(qū)信息管理 系統(tǒng)的軟件平臺(tái)進(jìn)行了功能規(guī)劃，將其劃分為三部分：智能小區(qū)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控予系 統(tǒng)、智能小區(qū)物業(yè)管理子系統(tǒng)和智能小區(qū)用戶信息查詢子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)底層 l o n w o r k s 網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備的監(jiān)控和管理、物業(yè)管理中的用戶權(quán)限、用戶信息、報(bào)警、 繳費(fèi)和報(bào)表打印等功能以及面對(duì)用戶服務(wù)的用戶查詢功能。針對(duì)智能小區(qū)信息 管理系統(tǒng)軟件功能的規(guī)劃，本文給出了相應(yīng)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)。 隨著i n t e r n e t 技術(shù)的飛速發(fā)展，對(duì)智能小區(qū)信息管理系統(tǒng)的開放和信息共享 已經(jīng)成為一種日益增長(zhǎng)的需求。智能小區(qū)控制網(wǎng)絡(luò)連入i n t e m e t 之后，可以使之 增加許多新的、有價(jià)值的、超越局域網(wǎng)的服務(wù)功能。在文章的最后，對(duì)基于w e b 的智能小區(qū)信息系統(tǒng)的應(yīng)用進(jìn)行了展望。 關(guān)鍵詞：智能小區(qū)，l o n w o r k s ，n e u r o n 芯片，n e u r o nc ，d d e a b s t r a c t o v e rt h ep a s td e c a d e ，as i l e n tr e v o l u t i o nh a st a k e n p l a c ei nt h en e t w o r k i n g w o r l d l o n w o r k st e c h n o l o g ya san e wc o n t r o lt e c h n o l o g yo fn e t w o r ki sa tt h ef o r e f r o n to f t h i s t e c h n o l o g i c a lr e v o l u t i o nb e c a u s eo ft h ec h a r a c t e r i s t i co ff i n eo p e ns y s t e m ， i n t e r a c t i o n o p e r a t i o n ，n e t w o r ka d a p t a b i l i t y , f l e x i b l e n e t w o r k t o p o l o g y a n d o b j e c t o r i e n t e dn e t w o r k c o m m u n i c a t i o nd e s i g n ，a n dw i d e l yu s e di nt h ef i e l d so ft h e i n t e l l i g e n tb u i l d i n g a n d i n t e l l i g e n tc o m m u n i t y e t c t h ep a p e rh a sp u tf o r w a r dt h ec o n c e p to ft h ei n t e l l i g e n tc o m m u n i t ya n di t s f u n c t i o ng o a l a tf i r s t a f t e ra n a l y z i n gt h ea d v a n t a g eo fl o n w o r k st e c h n o l o g yw h i c h u s e di nt h ec o n s t r u c t i o no f i n t e l l i g e n tc o m m u n i t y , t h el o n w o r k s f i e l db u st e c h n o l o g y h a sb e e ni n t r o d u c e di nd e t a i l ，i n c l u d i n gl o n w o r k sn e t w o r ka r c h i t e c t u r e ，l o n t a l k c o m m u n i c a t i o np r o t o c o l ，l o n w o r k sn e t w o r kh a r d w a r er e a l i z a t i o na n dl o n w o r k s d e v e l o p i n gt o o l s t h e n ，a ni n t e g r a t e di n f o r m a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e mo fi n t e l l i g e n t c o m m u n i t y h a sb e e ns t r u c t u r e db a s e do nv i s u a la n g l eo f a p p l i c a t i o n c h a p t e r 3o ft h i s p a p e rp r o v i d e sg r o u n df l o o rn e t w o r kd e s i g no ft h ei n t e l l i g e n tc o m m u n i t ym a i n l y , i n c l u d i n gf u n c t i o n a lp l a n n i n g ，h a r d w a r ed e s i g n a n ds o f t w a r ed e v e l o p m e n to ft h e h o u s e h o l d sn o d ei na l l i n t e l l i g e n tc o m m u n i t y , t or e a l i z ed a t ac o l l e c t i o no fw a t e r m e t e r ，a m m e t e ra n dg a sm e t e ro ft h eh o m e ，s a f e t ya l a r ma n de l e c t r i cd e v i c ec o n t r o l ； b a s e do ni t ，ac o n t r o ln e t w o r ko fi n t e h i g e n tc o m m u n i t yh a sb e e ns t r u c t u r e d ，a n d d e v e l o p e db yl o n m a k e ri n t e g r a t i o nt 0 0 1 t h i sp a r th a sm a i n l yr e s e a r c h e dn e u r o n c h i pt e c h n o l o g y , n e u r o ncp r o g r a m m i n ga n di n s t a l l i n g al o n w o r k sn e t w o r kb y l o n m a k e r c h a p t e r4s o l v e 毒t h ec o m m u n i c a t i o np r o b l e mb e t w e e nt h eg r o u n df l o o r l o n w o r k sn e t w o r ka n du p p e r a p p l i c a t i o n s o f t w a r e p r i m a r i l y b a s e d o nd d e t e c h n o l o g y , t h i sc h a p t e r r e a l i z e st h er e a l t i m ec o m m u n i c a t i o nb e t w e e nv i s u a lc + + a p p l i c a t i o np r o g r a m a n dl n sd d e s e r v e r , a n de a s i l yo b t a i n i n gt h ei n f o r m a t i o n f r o m d e v i c e si n ag r o u n df l o o rl o n w o r k sn e t w o r k t h e c h a p t e r i n t r o d u c c sh o wt o i m p l e m e n t d d eu s i n gc + + c l a s s e si n d e t m la n d p r o v i d e s t h e c o r r e s p o n d i n g p r o c e d u r ec o d e c h a p t e r 5c a l i e so nt h ef u n c t i o n a lp l a n n i n gt ot h es o f t w a r ep l a t f o r m o ft h ei n f o r m a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e mo fi n t e l l i g e n tc o m m u n i t ym a i n l y , a n dd i v i d e s i ti n t ot h r e e p a n s ：n e t w o r km o n i t o r i n gs u b s y s t e m ，i n f o r m a t i o n m a n a g e m e n t s u b s y s t e m a n du s e ri n f o r m a t i o n i n q u i r ys u b s y s t e m ，t o r e a l i z et h ec o n t r o la n d m a n a g e m e n to ft h e d e v i c e si nt h eg r o u n df l o o rl o n w o r k sn e t w o r k ，i n f o r m a t i o n m a n a g e m e n to fu s e ra u t h o r i t y , u s e ri n f o r m a t i o n ，a l a r m ，p a yt h ef e e sa n dt h ef u n c t i o n o f i n q u i r i n gi n f o r m a t i o nb yu s e r s t ot h es o f t w a r ef u n c t i o n a lp l a n n i n go fi n f o r m a t i o n m a n a g e m e n t o f i n t e l l i g e n tc o m m u n i t y , t h ec h a p t e rp r o v i d e st h er e l e v a n td e s i g no ft h e r e l a t i o nd a t a b a s e w i t ht h eh i g h s p e e dd e v e l o p m e n to fi n t e r n e tt e c h n o l o g y , o p e na n di n f o r m a t i o n s h a r i n g i na ni n f o r m a t i o n m a n a g e m e n t b e c o m eo n ed e m a n dt h a ti n c r e a s e s p r o g r e s s i v e l y a f t e r c o n n e c t e dt o i n t e r n e t ，t h e c o n t r o ln e t w o r k so f i n t e l l i g e n t c o m m u n i t yc a nm a k en e w , v a l u a b l es e r v i c e sf u n c t i o na n de v e nb eb e t t e rt h a nl a n a tt h ee n do ft h i sp a p e r , i th a sal o o kf o r w a r dt ot h ew e b a p p l i c a t i o no fi n f o r m a t i o n m a n a g e m e n ts y s t e mo fi n t e l l i g e n tc o m m u n i t y k e y w o r d s ：i n t e l l i g e n tc o m m u n i t y , l o n w o r k s ，n e u r o nc h i p ，n e u r o nc ，d d e 武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 1 1 智能小區(qū)的概念 第1 章引言 2 0 世紀(jì)中葉以來，科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展，特別是電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通 信技術(shù)和控制技術(shù)的迅猛發(fā)展，對(duì)有數(shù)千年歷史的建筑行業(yè)產(chǎn)生了重大的影響。 建筑不僅僅只是一個(gè)擋風(fēng)遮雨、防寒保暖的庇護(hù)所，進(jìn)而成為一個(gè)能感覺、能 反應(yīng)、能傳遞信息、能判斷決策，特別是能適應(yīng)各種變化的安全、高效、舒適 的生活、工作環(huán)境。智能建筑是人們?cè)谛畔r(shí)代對(duì)辦公條件和居住環(huán)境提出更 高要求的呼聲下應(yīng)運(yùn)而生的，是信息時(shí)代的必然產(chǎn)物。 智能小區(qū)是結(jié)合智能大廈、智能住宅和國(guó)內(nèi)住宅小區(qū)的特點(diǎn)而衍生出來的。 建設(shè)部關(guān)于住宅產(chǎn)業(yè)化辦公室提出的住宅小區(qū)的基本概念如下：智能小區(qū)是以 科學(xué)技術(shù)為基礎(chǔ)，依賴先進(jìn)的設(shè)備和科學(xué)的管理，利用計(jì)算機(jī)及其相關(guān)最新技 術(shù)，將自然生態(tài)環(huán)境和建筑技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、通信與信息處 理技術(shù)等相結(jié)合的高度綜合復(fù)雜系統(tǒng)；它為小區(qū)住戶提供更加安全、方便、快 捷、舒適開放的家居環(huán)境，實(shí)現(xiàn)小區(qū)基礎(chǔ)物業(yè)管理，安防管理以及信息管理方 面的高度綜合自動(dòng)化，以實(shí)現(xiàn)降低成本、節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境和提高服務(wù)等目 標(biāo)。 1 2 智能小區(qū)信息系統(tǒng)的功能目標(biāo) 全國(guó)住宅小區(qū)智能化系統(tǒng)示范工程建設(shè)要點(diǎn)與技術(shù)導(dǎo)則( 試行稿) 按照 不同星級(jí)，從安全防范子系統(tǒng)、信息管理子系統(tǒng)、信息網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)三個(gè)方面提 出對(duì)住宅小區(qū)智能化系統(tǒng)示范工程的功能要求。 ( 1 ) 安全防范子系統(tǒng) 安全防范子系統(tǒng)由出入口管理及周界防越報(bào)警系統(tǒng)、閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)、 對(duì)講防盜門系統(tǒng)、住戶報(bào)警系統(tǒng)和保安巡更管理系統(tǒng)五部分構(gòu)成。各部分功能 目標(biāo)如下： 出入口管理及周界防越報(bào)警系統(tǒng) 出入口管理及周界防越報(bào)警系統(tǒng)主要的功能目標(biāo)是建立封閉式小區(qū)，加強(qiáng) 出入口管理，防范區(qū)外閑雜人員進(jìn)入，同時(shí)防范非法翻越圍墻或柵欄。 閉路電視監(jiān)控系統(tǒng) 閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)是在小區(qū)主要通道、重要公建及周界設(shè)置前端攝像機(jī)， 將圖像傳到管理中心。中心對(duì)整個(gè)小區(qū)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和記錄，使中心管理人員 武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 充分了解小區(qū)動(dòng)態(tài)。 對(duì)講防盜門系統(tǒng) 對(duì)講防盜門在各個(gè)單元路口安裝防盜門和對(duì)講裝置，以實(shí)現(xiàn)訪客與住戶對(duì) 講可視對(duì)講。住戶可遙控開啟防盜門，有效地防止非法人員進(jìn)入住宅樓內(nèi)。 住戶報(bào)警系統(tǒng) 住戶報(bào)警系統(tǒng)是為了保證住戶在住宅內(nèi)的人身財(cái)產(chǎn)安全。通過在住宅內(nèi)門 窗及室內(nèi)其它部位安裝各種探測(cè)器進(jìn)行晝夜監(jiān)控。當(dāng)監(jiān)測(cè)到警情時(shí)通過住宅內(nèi) 的報(bào)警主機(jī)傳輸至智能化管理中心的報(bào)警接收計(jì)算機(jī)。接收機(jī)將準(zhǔn)確顯示警情 發(fā)生的住戶名稱、地址和所遭受的入侵方式等，提示保安人員迅速確認(rèn)警情， 及時(shí)趕赴現(xiàn)場(chǎng)，以確保住戶人身和財(cái)產(chǎn)安全。同時(shí)住戶也可通過固定式緊急呼 救報(bào)警系統(tǒng)或便攜式報(bào)警裝置，在住宅內(nèi)發(fā)生搶劫案件和病人突發(fā)疾病時(shí)，向 智能化管理中心呼救報(bào)警，中心可根據(jù)情況迅速出警。 保安巡更管理系統(tǒng) 保安巡更管理系統(tǒng)是在小區(qū)各區(qū)域內(nèi)及重要部位制定保安人員巡更路線， 并安裝巡更站點(diǎn)。保安巡更人員攜帶巡更記錄機(jī)需按指定的路線和時(shí)間到達(dá)巡 更點(diǎn)并進(jìn)行記錄，將記錄信息傳送到智能化管理中心。管理人員可調(diào)閱打印各 保安巡更人員的工作情況，加強(qiáng)保安人員的管理，從而實(shí)現(xiàn)人防和技防的結(jié)合。 ( 2 ) 信息管理子系統(tǒng) 信息管理子系統(tǒng)也由五部分構(gòu)成，各部分功能目標(biāo)如下： 水、電、氣、熱等表具遠(yuǎn)程抄收 計(jì)量水、電、氣、熱等表遠(yuǎn)程抄收系統(tǒng)是通過采集抄收各表數(shù)據(jù)傳送到智 能化物業(yè)管理中心，實(shí)現(xiàn)各戶各表數(shù)據(jù)的錄入、費(fèi)用計(jì)算并打印收費(fèi)帳單，將 相關(guān)數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的職能部門，避免入戶抄表擾民和人為讀數(shù)誤差。 供電設(shè)備、公共照明、電梯、供水等主要設(shè)備監(jiān)控管理 對(duì)小區(qū)內(nèi)給排水、變配電系統(tǒng)以及電梯等進(jìn)行工作狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制， 從而實(shí)現(xiàn)公共設(shè)備的最優(yōu)化管理并降低故障率。同時(shí)，利用傳感器技術(shù)和網(wǎng)絡(luò) 通訊控制技術(shù)，根據(jù)自然光亮度和使用要求，采用智能開關(guān)方式和定時(shí)自動(dòng)控 制方式實(shí)現(xiàn)公共照明及環(huán)境燈光的自動(dòng)控制。從而達(dá)到優(yōu)化整個(gè)小區(qū)燈光照明， 延長(zhǎng)燈具壽命和節(jié)約能源的目的。 車輛出入，停車管理 車輛出入停車管理系統(tǒng)通過對(duì)小區(qū)停車場(chǎng)出入口的控制，完成對(duì)車輛進(jìn)出 及收費(fèi)的有效管理。 緊急廣播與背景音樂 在小區(qū)廣場(chǎng)、中心綠地、組團(tuán)綠地、道路交匯等處設(shè)置音箱，音柱等放音 2 武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 設(shè)備，由管理中心集中控制，可在節(jié)假日、每日早晚及特定時(shí)間播放音樂，也 可通過遍布于小區(qū)內(nèi)的音箱播放一些公共通知、科普知識(shí)、娛樂節(jié)目等。同時(shí)， 在發(fā)生緊急事件時(shí)可作為緊急廣播強(qiáng)制切入使用。 物業(yè)計(jì)算機(jī)管理 硬件部分采用計(jì)算機(jī)或計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)組成。軟件部分以高效、便捷的軟件 體系來協(xié)調(diào)小區(qū)居民、物業(yè)管理人員、物業(yè)服務(wù)人員三者之間的關(guān)系。對(duì)物業(yè) 管理中的房產(chǎn)、住戶、服務(wù)、公共設(shè)旋、工程檔案、各項(xiàng)費(fèi)用及維修信息資料 進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、傳遞、加工、存儲(chǔ)、計(jì)算等操作，反映物業(yè)管理的各種運(yùn)行狀 況。軟件結(jié)構(gòu)應(yīng)以網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)信息共享，方便物業(yè)公司和住戶信息溝通。 ( 3 ) 信息網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng) 針對(duì)小區(qū)星級(jí)的不同，對(duì)信息網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)有不同的具體要求。信息網(wǎng)絡(luò)予 系統(tǒng)主要提供小區(qū)的信息傳輸通道，是目前發(fā)展迅速的高科技領(lǐng)域之一。 1 。3 智能小區(qū)建設(shè)中應(yīng)用l o n w o r k s 技術(shù)的特點(diǎn) l o n w o r k s 技術(shù)是目前國(guó)際上控制領(lǐng)域中最熱門的通用控制總線技術(shù)之一， 它得到世界各大著名工控產(chǎn)品生產(chǎn)廠家的支持，應(yīng)用范圍極為廣泛。在智能小 區(qū)建設(shè)中選用l o n w o r k s 技術(shù)有以下特點(diǎn)： ( 1 ) 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)靈活多變?？筛鶕?jù)建筑物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)采用不同的連接方 式，可以最大限度地降低布線的復(fù)雜性和工作量，提高系統(tǒng)的可靠性和維護(hù)性。 ( 2 ) l o n w o r k s 網(wǎng)絡(luò)是對(duì)等網(wǎng)絡(luò)。其任一節(jié)點(diǎn)的故障不會(huì)造成系統(tǒng)癱瘓。一 個(gè)住戶節(jié)點(diǎn)的損壞和關(guān)閉不影響其他住戶節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行。 ( 3 ) n e u r o n 芯片內(nèi)置現(xiàn)成的i 0 對(duì)象、l o n t a l k 協(xié)議，并使用高級(jí)語言編 程，大大縮短開發(fā)周期。 ( 4 ) l o n w o r k s 節(jié)點(diǎn)之聞使用邏輯連接，很容易添加和修改節(jié)點(diǎn)，便于系統(tǒng) 調(diào)整和擴(kuò)充升級(jí)。 1 4 本課題的研究意義及創(chuàng)新 隨著網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)的發(fā)展和i n t e m e t 在全球范圍的盛行，開放、互連和信息 共享已成為r r 時(shí)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i n t e r n e t 無縫連接的新一代樓宇自動(dòng)控制系統(tǒng)( b u i l d i n g a u t o m a t i o ns y s t e m ， b a s ) ，已成為業(yè)主、系統(tǒng)集成商和用戶的迫切需要和現(xiàn)實(shí)追求。 l o n w o r k s 技術(shù)作為新一代網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)，以優(yōu)良的開放性、互操作性、網(wǎng) 絡(luò)適應(yīng)性、靈活的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟约懊嫦驅(qū)ο蟮木W(wǎng)絡(luò)通信設(shè)計(jì)等特點(diǎn)，成為現(xiàn)場(chǎng)總 武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 線技術(shù)和控制領(lǐng)域的一個(gè)最佳選擇，并成為小區(qū)智能化建設(shè)的最佳方案之一。 智能小區(qū)系統(tǒng)可以通過l o n w o r k s 技術(shù)互聯(lián)成一個(gè)整體，使智能小區(qū)管理中一i i , 能 集中管理，分散控制。運(yùn)用l o n w o r k s 技術(shù)可以很容易地實(shí)現(xiàn)智能化住宅的所有 功能，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以采用自由拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，布線容易。對(duì)不同系統(tǒng)的功能要求， 對(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)無需作任何修改，只需對(duì)l o n w o r k s 節(jié)點(diǎn)編寫相應(yīng)的程序，將其直接 連接到控制網(wǎng)絡(luò)上，使得整個(gè)智能小區(qū)具有很強(qiáng)的可擴(kuò)展性。旱期可以使用 些基本的功能，以后根據(jù)需要不斷地增強(qiáng)系統(tǒng)的功能。對(duì)于最終用戶來說，項(xiàng) 目的初期投資大為減少，系統(tǒng)管理簡(jiǎn)單，增加新功能又十分簡(jiǎn)便。 本課題在參考了全國(guó)住宅小區(qū)智能化系統(tǒng)示范工程建設(shè)要點(diǎn)與技術(shù)導(dǎo)則 ( 試行稿) 的基礎(chǔ)上，提出了智能小區(qū)信息管理系統(tǒng)的功能規(guī)劃，并針對(duì)小區(qū) 住戶三表數(shù)據(jù)抄表、安防報(bào)警和家電控制等功能需求設(shè)計(jì)了小區(qū)住戶智能節(jié)點(diǎn)， 同時(shí)構(gòu)建了一個(gè)智能小區(qū)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。在底層網(wǎng)絡(luò)與上位監(jiān)控機(jī)之間通信方面， 采用v i s u a lc + + 進(jìn)行l(wèi) n sd d e 編程，利用c + + 類實(shí)現(xiàn)了客戶應(yīng)用程序與l n s d d e s e r v e r 之間的d d e 通信，最終實(shí)現(xiàn)了上位機(jī)對(duì)底層控制網(wǎng)絡(luò)的信息采集、 監(jiān)控和數(shù)據(jù)庫管理，這是本文的主要?jiǎng)?chuàng)新之處。 4 武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 第2 章l o n w o r k s 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù) 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)是計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和控制技術(shù)的綜合與集成，廣泛應(yīng) 用于各類自動(dòng)化控制系統(tǒng)中。本章首先介紹了現(xiàn)場(chǎng)總線的概念和特點(diǎn)，隨后， 著重討論了本課題涉及的l o n w o r k s 現(xiàn)場(chǎng)總線，包括其網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成、l o n t a l k 通信 協(xié)議、l o n w o r k s 網(wǎng)絡(luò)的硬件實(shí)現(xiàn)以及開發(fā)工具，為后文中的應(yīng)用開發(fā)提供了理 論支持。 2 1 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)概述 現(xiàn)代工業(yè)過程控制領(lǐng)域?qū)y(cè)控系統(tǒng)的速度、精度、成本等方面提出了更高 的要求，全數(shù)字、雙向、多節(jié)點(diǎn)的現(xiàn)場(chǎng)總線應(yīng)運(yùn)而生【l 】?，F(xiàn)場(chǎng)總線是一種串行的 數(shù)字通信鏈路，它溝通了生產(chǎn)領(lǐng)域中現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間以及更高層次控制過程設(shè)備 之間的聯(lián)系?，F(xiàn)場(chǎng)總線的出現(xiàn)帶來了自動(dòng)控制領(lǐng)域的革命性變革，為實(shí)施大范 圍智能控制提供了強(qiáng)大的技術(shù)支持。 2 1 1 現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的特點(diǎn) 現(xiàn)場(chǎng)總線是應(yīng)用在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)和在微機(jī)化測(cè)量控制設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)雙向串行數(shù) 字通信的系統(tǒng)。它在制造業(yè)、工業(yè)過程、交通和樓字等自動(dòng)化系統(tǒng)中具有廣泛 的應(yīng)用前景。與傳統(tǒng)控制技術(shù)相比，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)具有隊(duì)下鮮明的特點(diǎn)： ( 1 ) 開放式控制網(wǎng)絡(luò) 開放式控制網(wǎng)絡(luò)允許許多智能設(shè)備之間相互通信，而不需加入監(jiān)控設(shè)備并 能負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)級(jí)的控制算法。網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備構(gòu)成對(duì)等( p e e r t op e e r ) 結(jié)構(gòu)，即 每個(gè)設(shè)備負(fù)責(zé)直接將信息發(fā)布到網(wǎng)絡(luò)上的其他設(shè)備，信息由設(shè)備的發(fā)送器以數(shù) 據(jù)包形式發(fā)出，一個(gè)或多個(gè)接收器接收這些數(shù)據(jù)包。 ( 2 ) 分布式智能 網(wǎng)絡(luò)己出現(xiàn)許多年了，除了大型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)外，通常還沒有應(yīng)用到網(wǎng)絡(luò)控 制設(shè)備，絕大多數(shù)通信協(xié)議仍被用來進(jìn)行計(jì)算機(jī)或個(gè)人之間的數(shù)據(jù)通信。隨著 微處理器價(jià)格的不斷下降，可以將微處理器嵌入到價(jià)格低廉的控制器和控制設(shè) 備。在這個(gè)意義上說，控制設(shè)備具有通信和信息處理的能力( n x 擔(dān)傳感測(cè)量、 補(bǔ)償計(jì)算、數(shù)據(jù)處理和控制任務(wù)) ，該設(shè)備亦稱為“智能設(shè)備”。 ( 3 ) 強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能 在傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中，采用的通信協(xié)議通常服務(wù)于網(wǎng)絡(luò)性能的優(yōu)化。然而在控制 網(wǎng)絡(luò)中，通信協(xié)議主要提供智能設(shè)備間頻繁、可靠、安全的通信，設(shè)備間對(duì)等 武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 的信息傳輸?，F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)采用自由拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備自治，以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信 方式實(shí)現(xiàn)分散基礎(chǔ)上的信息融合。通過各種智能網(wǎng)關(guān)、橋接器和路由器不僅實(shí) 現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的分段成組，還可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)向信息系統(tǒng)的集成。 2 1 2 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的發(fā)展 現(xiàn)場(chǎng)總線自2 0 世紀(jì)8 0 年代中期問世，傳統(tǒng)的自動(dòng)化儀表、集散控制系統(tǒng) ( d i s t r i b u t e dc o n t r o l s y s t e m ，d c s ) 、可編程控制器( p r o g r a m m a b l el o g i c c o n t r o l l e r ，p l c ) 的產(chǎn)品功能結(jié)構(gòu)受到了挑戰(zhàn)。自動(dòng)化設(shè)備的制造廠家被迫進(jìn)行 產(chǎn)品更新?lián)Q代，出現(xiàn)了一批集檢測(cè)、運(yùn)算、控制功能于一體的變送控制器，具 有通信功能的智能化數(shù)字儀表，以及帶有控制模塊和故障信息的執(zhí)行器，大大 改變了現(xiàn)有設(shè)備的維護(hù)管理方式?，F(xiàn)場(chǎng)總線是新型自動(dòng)化系統(tǒng)，又是低帶寬的 底層控制網(wǎng)絡(luò)，它可與i n t e r n e t 的企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)相連，溝通生產(chǎn)過程現(xiàn)場(chǎng)級(jí)設(shè)備與 更高控制管理層之間的聯(lián)系，以分布式的智能和強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)能力增強(qiáng)了系統(tǒng)的 可靠性和品質(zhì)，代表了工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展方向。由于現(xiàn)場(chǎng)總線擔(dān)負(fù)測(cè)量控制的 特殊任務(wù)，具有信息傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性、高可靠性和短幀傳送，其傳輸速率一般在 幾k b s 至1 0 m b s 之間。 目前國(guó)際上有幾種現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)已逐漸形成其影響，并在一些特定的應(yīng)用領(lǐng) 域顯示了自己的優(yōu)勢(shì)。它們分別為基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線( f o u n d a t i o n f i e l db u s ，f f ) 、 l o n w o r k s 現(xiàn)場(chǎng)總線、c a n ( c o n t r o la r e an e t w o r k s ) 總線和h a r t ( h i g h w a y a d d r e s s a b l er e m o t et r a n s d u c e r ) 總線等。其中l(wèi) o n w o r k s 總線以其支持o s i o s i 七層模型、支持多種通信媒介及易于實(shí)現(xiàn)等諸多特征，受到了廣泛的關(guān)注。 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)產(chǎn)品具有很強(qiáng)的開放性、兼容性、可靠性和互操作性，廣泛用 于工業(yè)過程、樓宇、家庭、能源等自動(dòng)化領(lǐng)域?，F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)促使控制網(wǎng)絡(luò)與 信息網(wǎng)絡(luò)的集成，極大地改變?nèi)藗兊纳a(chǎn)方式和生活方式，擴(kuò)大了傳統(tǒng)控制領(lǐng) 域的范疇。 2 1 3l o n w o r k s 總線技術(shù)優(yōu)勢(shì) l o n w o r k s 總線技術(shù)是美國(guó)e c h e l o n 公司1 9 9 2 年推出的構(gòu)建控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的 完整平劊2 】。包括：為控制網(wǎng)絡(luò)提供智能、具備通信和控制功能的n e u r o n 芯片； 符合i s o o s i 七層通信協(xié)議的l o n t a l k 協(xié)議；支持多種傳輸介質(zhì)的收發(fā)器；用于 節(jié)點(diǎn)研制、調(diào)試和組網(wǎng)的n o d e b u i l d e r 工具；能方便高效地管理網(wǎng)絡(luò)安裝、維護(hù) 和監(jiān)測(cè)，以保證整個(gè)網(wǎng)絡(luò)具有互操作性的l o n w o r k s 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)體系架構(gòu)l n s ；用 于應(yīng)用層軟件開發(fā)的n e u r o nc 等。 高可靠性、安全性、易于實(shí)現(xiàn)和互操作性，使得l o n w o r k s 產(chǎn)品應(yīng)用非常廣 武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 泛。它廣泛應(yīng)用于過程控制、電梯控制、能源管理、環(huán)境監(jiān)視、污水處理、火 災(zāi)報(bào)警、采暖通風(fēng)和空調(diào)控制、交通管理、家庭網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化等【3 】o 為了便于各個(gè) 廠商不同設(shè)備的互操作，e c h e l o n 公司和一些l o n w o r k s 用戶在1 9 9 4 年成立了 l o n w o r k s 互操作協(xié)會(huì)。協(xié)會(huì)的主要任務(wù)是制定和推廣l o n w o r k s 技術(shù)的設(shè)計(jì)指 導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)，并幫助生產(chǎn)廠商和最終用戶制造和使用可互操作的l o n w o r k s 產(chǎn)品。 l o n w o r k s 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議已成為諸多組織、行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)。消費(fèi)電子制造商蜘會(huì) ( c e m a ) 將l o n w o r k s 協(xié)議作為家庭網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化的標(biāo)準(zhǔn)( e i a 7 0 9 ) 。1 9 9 9 年 1 0 月，a n s i 接納l o n w o r k s 網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)協(xié)議作為一個(gè)開放工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，包含在 a n s i e i a 7 0 9 1 中。國(guó)際半導(dǎo)體原料協(xié)會(huì)( s e m i ) 明確采納l o n w o r k s 網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 作為其行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，還有許多國(guó)際行業(yè)協(xié)會(huì)采納l o n w o r k s 協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，這將鞏固 l o n w o r k s 產(chǎn)品在諸多行業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的地位，推動(dòng)l o n w o r k s 技術(shù)的發(fā)展。 2 2l o n w o r k s 網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成 構(gòu)成l o n w o r k s 網(wǎng)絡(luò)主要單元是智能節(jié)點(diǎn)，它的核心是n e u r o n 芯片，此外 還包括l o n t a l k 收發(fā)器、存儲(chǔ)器、電源和外圍電路。智能節(jié)點(diǎn)是物理設(shè)備的抽象， 應(yīng)用設(shè)備、路由器、網(wǎng)絡(luò)接口卡都可以稱為智能節(jié)點(diǎn)。 2 2 1l o n w o r k s 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) l o n w o r k s 技術(shù)可以通過多種收發(fā)器，提供多種典型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如總線型、 星型、環(huán)型、混合型等，這給網(wǎng)絡(luò)安裝提供了極大方便。圖2 - 1 所示為一個(gè)混合 型的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。 圖2 - 1 混合型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 2 2 2l o n w o r k s 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 智能節(jié)點(diǎn)是構(gòu)成l o n w o r k s 網(wǎng)絡(luò)的主要單元?；趌 o n t a l k 通信阱議，智能 節(jié)點(diǎn)之問通過各種通信介質(zhì)進(jìn)行相互通信。當(dāng)控制網(wǎng)絡(luò)中存在幾種不同的通信 介質(zhì)時(shí)，可以通過路由器互連。l o n w o r k s 控制網(wǎng)絡(luò)也可以通過網(wǎng)關(guān)連接其它的 武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 控制網(wǎng)絡(luò)。圖2 - 2 所示為l o n w o r k s 控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖。 圖2 - 2l o n w o r k s 控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 2 3l o n t a l k 通信協(xié)議 摶盤 托割 終 l o n w o r k s 通信協(xié)議稱為l o n t a l k 協(xié)議和a n s i e i a 7 0 9 1 控制網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，是 l o n w o r k s 系統(tǒng)的核心【4 1 。該協(xié)議提供一系列通信服務(wù)使得一個(gè)設(shè)備的應(yīng)用程序 可以在不了解網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、名稱、地址或其它設(shè)備功能的情況下發(fā)送和接收網(wǎng)絡(luò) 上其他設(shè)備的消息。l o n t a l k 協(xié)議能提供端到消息確認(rèn)、消息認(rèn)證、打包業(yè)務(wù)和 優(yōu)先傳送服務(wù)，提供網(wǎng)絡(luò)管理服務(wù)的支持，并允許遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)管理工具與網(wǎng)絡(luò)設(shè) 備進(jìn)行交互。 2 3 1l o n t a l k 協(xié)議的特點(diǎn) ( 1 ) l o n t a l k 協(xié)議采用分級(jí)編址方式，即域、子網(wǎng)和節(jié)點(diǎn)地址。 ( 2 ) l o n t a l k 協(xié)議支持多種通信介質(zhì)，包括雙絞線、電力線、同軸電纜、 無線電和紅外線、光纖傳輸介質(zhì)等。 ( 3 ) 互操作性強(qiáng)，網(wǎng)絡(luò)上任一節(jié)點(diǎn)可對(duì)其它節(jié)點(diǎn)進(jìn)行操作，傳輸控制信息。 ( 4 ) 響應(yīng)時(shí)間快，通信安全可靠。 2 - 3 2l o n t a l k 協(xié)議的七層模型 l o n t a l k 協(xié)議是一個(gè)分層的、基于數(shù)據(jù)包的對(duì)等通信協(xié)議。l o n t a l k 協(xié)議提 供了o s i 參考模型的所有七層服務(wù)。表2 - 1 給出了o s i 七層協(xié)議模型以及對(duì)應(yīng) 的l o n t a l k 協(xié)議服務(wù)。 武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 表2 - 1l o n t a l k 協(xié)議的各層功能 層次o s i 層次服務(wù)l o n t a l k 提供的服務(wù)處理器 7應(yīng)用層 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)類型應(yīng)用處理器 6表示層 數(shù)據(jù)表示網(wǎng)絡(luò)變量，外部幀傳輸網(wǎng)絡(luò)處理器 5會(huì)話層遠(yuǎn)程遙控 請(qǐng)求響應(yīng)，認(rèn)證，網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)處理器 絡(luò)管理 4傳輸層端對(duì)端可靠傳輸應(yīng)答，非應(yīng)答，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)處理器 及雙重檢查 3網(wǎng)絡(luò)層傳輸分組地址，路由網(wǎng)絡(luò)處理器 鏈鏈路層幀結(jié)構(gòu)幀結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)解碼， 2路 c r c 錯(cuò)誤檢查m a c 處理器 層m a c介質(zhì)訪問可預(yù)測(cè)c s m a ，沖突避 子層免，優(yōu)先級(jí) 1物理層電路連接 介質(zhì)，電氣接口m a c 處理器 ( 1 ) 物理層：物理層定義了在通信信道上位流的傳輸。物理層確保一個(gè)源 設(shè)備發(fā)送的位流準(zhǔn)確地被目的設(shè)備所接收。l o n t a l k 協(xié)議是基于傳輸介質(zhì)的，多 個(gè)物理層協(xié)議支持不同的通信介質(zhì)。 ( 2 ) 數(shù)據(jù)鏈路層：數(shù)據(jù)鏈路層定義介質(zhì)訪問方法和確保有效利用單一信道 的數(shù)據(jù)編碼。物理層的位流被分割成數(shù)據(jù)幀，數(shù)據(jù)鏈路層定義源設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù) 幀的時(shí)刻，目的設(shè)備如何接收數(shù)據(jù)幀以及檢測(cè)傳輸錯(cuò)誤，同時(shí)還定義了優(yōu)先級(jí) 機(jī)制以確保重要信息的傳送。 ( 3 ) 網(wǎng)絡(luò)層：網(wǎng)絡(luò)層定義了來自源設(shè)備的消息是如何選擇路由到達(dá)一個(gè)或 多個(gè)目的設(shè)備的。網(wǎng)絡(luò)定義設(shè)備名稱和地址，還定義了當(dāng)源設(shè)備和目的設(shè)備不 在同一個(gè)信道上時(shí)，如何確定消息路由。 ( 4 ) 傳輸層：傳輸層確保可靠的消息傳輸。消息可以用一種確認(rèn)服務(wù)方式 來進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，即源設(shè)備等待來自接收設(shè)備的確認(rèn)信號(hào)并且當(dāng)未收到確認(rèn)信 息時(shí)重發(fā)消息。同時(shí)，傳輸層還定義了由于丟失了確認(rèn)消息重發(fā)時(shí)，如何排除 重發(fā)消息。 ( 5 ) 會(huì)話層：會(huì)話層對(duì)較低層數(shù)據(jù)交換加以控制。它支持遠(yuǎn)程操作，使得 客戶可以對(duì)遠(yuǎn)程服務(wù)提出請(qǐng)求，并接收對(duì)請(qǐng)求的響應(yīng)；它還定義了一個(gè)認(rèn)證協(xié) 議，使得消息接收者確認(rèn)發(fā)送者是否有權(quán)發(fā)送該消息。 ( 6 ) 表示層：表示層定義消息數(shù)據(jù)的編碼。消息被編碼為網(wǎng)絡(luò)變量、應(yīng)用 消息或外部幀。用標(biāo)準(zhǔn)化網(wǎng)絡(luò)變量類型s n v t s 支持網(wǎng)絡(luò)變量的互操作。 9 武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 ( 7 ) 應(yīng)用層：應(yīng)用層定義為一種低層交換數(shù)據(jù)的公共語義解釋，使不同的 應(yīng)用程序中網(wǎng)絡(luò)變量改變時(shí)，均能自動(dòng)將更新的網(wǎng)絡(luò)變量值下傳( 發(fā)送) 或上 傳( 接收) 。應(yīng)用層還定義了一個(gè)文件傳輸協(xié)議，用來傳輸應(yīng)用程序問的傳輸流。 2 3 3l o n t a l k 協(xié)議的編址方式 l o n t a l k 協(xié)議定義了一種分層編址方式，這種方式使用了域( d o m a i n ) 地址、 子剜( s u b n e t ) 地址和節(jié)點(diǎn)( n o d e ) 地址。為了進(jìn)一步簡(jiǎn)化多個(gè)分教 ，點(diǎn)的編址， l o n t a l k 協(xié)議還定義了另一級(jí)地址：組( g r o u p ) 地址。下面分別介紹。 ( 1 ) 域地址：l o n t a l k 編址的最頂層是域，是一個(gè)或多個(gè)通道上的節(jié)點(diǎn)的 一個(gè)邏輯集合( 一個(gè)通道是指在物理上能獨(dú)立發(fā)送消息而不需要轉(zhuǎn)發(fā)的一段介 質(zhì)) 。它只有在一個(gè)域中的節(jié)點(diǎn)才能互相通信。換句話說，在同一通道上的節(jié)點(diǎn) 完全可以通過賦予不同的域名而執(zhí)行不同的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，并絕對(duì)做到不同的網(wǎng)絡(luò) 應(yīng)用之間完全獨(dú)立、互不干擾地運(yùn)行。所以，域又稱為虛擬網(wǎng)絡(luò)。域標(biāo)識(shí)使用 域標(biāo)識(shí)符，域標(biāo)識(shí)符對(duì)應(yīng)的字?jǐn)?shù)可在0 、1 、3 、6 個(gè)字節(jié)的4 個(gè)值中選擇。 ( 2 ) 子網(wǎng)地址：編址的第二層是子網(wǎng)，子網(wǎng)是域中節(jié)點(diǎn)的一個(gè)邏輯集合。 每個(gè)子網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)數(shù)最多為1 2 7 個(gè)，而每個(gè)域最多有2 5 5 個(gè)子網(wǎng)。子網(wǎng)中的所有 節(jié)點(diǎn)必須是在同一區(qū)段上，子網(wǎng)不能跨越智能路由器。 ( 3 ) 節(jié)點(diǎn)地址：編址的第三層是節(jié)點(diǎn)。子網(wǎng)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都被賦予一個(gè)唯 一的數(shù)值，該數(shù)值是7 位二進(jìn)制值，這樣每個(gè)子網(wǎng)最多可配置的節(jié)點(diǎn)數(shù)為1 2 7 個(gè)。 ( 4 ) 組地址：一個(gè)組是一個(gè)域中的節(jié)點(diǎn)的邏輯集合。與子網(wǎng)不同，作為一 個(gè)組的節(jié)點(diǎn)無需考慮它在域中所處的物理位置。一個(gè)域中最多可指定2 5 6 個(gè)組， 而且對(duì)采用應(yīng)答服務(wù)或請(qǐng)求響應(yīng)服務(wù)的節(jié)點(diǎn)數(shù)最多為6 4 個(gè)；對(duì)采用非應(yīng)答服務(wù) 的組節(jié)點(diǎn)數(shù)不限制。單獨(dú)的一個(gè)節(jié)點(diǎn)可同屬于多個(gè)組( 最多1 5 個(gè)組) 。組編址 的優(yōu)點(diǎn)是降低隨同消息發(fā)送的地址信息的字節(jié)數(shù)，同時(shí)也使同一組中的多個(gè)節(jié) 點(diǎn)可同時(shí)接收網(wǎng)上發(fā)出的單個(gè)消息。節(jié)點(diǎn)的組不僅可跨越同一域中的多個(gè)子網(wǎng)， 而且可跨越多個(gè)通道。 ( 5 ) n e u r o n 芯片標(biāo)識(shí)：已知n e u r o n 芯片的標(biāo)識(shí)符i d 可用作地址，并且這 個(gè)i d 值只在網(wǎng)絡(luò)安裝及配置時(shí)用作網(wǎng)絡(luò)尋址。網(wǎng)絡(luò)管理工具用在節(jié)點(diǎn)安裝時(shí)， 用它給安裝的節(jié)點(diǎn)配置屬于一個(gè)域還是兩個(gè)域，對(duì)應(yīng)用消息不使用這種編址格 式。節(jié)點(diǎn)使用的編址格式有5 種，不同的編址格式?jīng)Q定了原地址及目標(biāo)地址將 占用的字節(jié)數(shù)，編址格式如表2 2 所示。 1 0 武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 表2 - 2l o n t a l k 協(xié)議的五種地址格式 地址格式目標(biāo)地址長(zhǎng)度( - 7 節(jié)數(shù)) 域( 子網(wǎng)= o )域內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)3 域、子網(wǎng)子網(wǎng)內(nèi)所有節(jié)點(diǎn) 3 域、子網(wǎng)、節(jié)點(diǎn)子網(wǎng)內(nèi)的特定節(jié)點(diǎn) 4 【域、組組內(nèi)所有節(jié)點(diǎn) 3 l 域、n e u r o n i d特定節(jié)點(diǎn)9 2 3 4l o n t a l k 協(xié)議的通信服務(wù) ( 1 ) 網(wǎng)絡(luò)效率：網(wǎng)絡(luò)的響應(yīng)時(shí)間、安全性和可靠性是相互關(guān)聯(lián)的。 ( 2 ) l o n t n k 消息服務(wù)：l o n t m k 協(xié)議提供以下4 種可選擇的消息服務(wù)： 確認(rèn)服務(wù)( a c k n o w l e d g e d ) ：以這種方式發(fā)送消息，發(fā)送方必須收到每 個(gè)接收節(jié)點(diǎn)的確認(rèn)信號(hào)。如果事務(wù)定時(shí)器溢出還沒有收到所有節(jié)點(diǎn)的全部確認(rèn) 信號(hào)將重新發(fā)送，而重發(fā)次數(shù)和事務(wù)定時(shí)是可以任選的。確認(rèn)信號(hào)由n e u r o n 芯 片的網(wǎng)絡(luò)處理器產(chǎn)生，而無需應(yīng)用程序干涉。事務(wù)i d 號(hào)用于跟蹤消息和確認(rèn)信 號(hào)，以避免應(yīng)用程序不會(huì)收到重復(fù)的消息。 請(qǐng)求腔答服務(wù)( r e q u e s t r e s p o n s e ) ：請(qǐng)求應(yīng)答服務(wù)與確認(rèn)服務(wù)有相同的 可靠性，發(fā)送方需要接收到每個(gè)接收節(jié)點(diǎn)的應(yīng)答信號(hào)，也包括重發(fā)次數(shù)和事項(xiàng) 定時(shí)。應(yīng)答信號(hào)包含數(shù)據(jù)，所以該方式適用于遠(yuǎn)程過程調(diào)用或客戶機(jī)服務(wù)器應(yīng) 用。 非確認(rèn)重發(fā)服務(wù)( u n a c k n o w l e d g e dr e p e a t e d ) ：這是一種比較可靠的方式， 消息向一個(gè)或一組節(jié)點(diǎn)發(fā)送多次，而不等待應(yīng)答信號(hào)。這種消息方式適用于向 節(jié)點(diǎn)數(shù)較多的組進(jìn)行廣播傳送，這時(shí)如果組內(nèi)節(jié)點(diǎn)都產(chǎn)生應(yīng)答，網(wǎng)絡(luò)就會(huì)過載。 非確認(rèn)服務(wù)( u n a c k n o w l e d g e d ) ：非確認(rèn)服務(wù)是最不可靠的一種服務(wù)， 它不需要等待接收節(jié)點(diǎn)的應(yīng)答信號(hào)。它適用于對(duì)網(wǎng)絡(luò)效率要求很高而網(wǎng)絡(luò)帶寬 有限，且對(duì)消息的丟失不敏感的應(yīng)用場(chǎng)合。 ( 3 ) 沖突檢測(cè)：l o n t a l k 協(xié)議的沖突退避的算法是特有的，稱為預(yù)測(cè)p - 堅(jiān) 持c s m a ( p r e d i c t i v ep p e r s i s t e n c ec s m a ) 。它在保留c s m a 優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，克服 了其缺點(diǎn)，保證在過載的情況下不會(huì)因?yàn)闆_突而降低吞吐量。當(dāng)使用支持硬件 沖突檢測(cè)的傳輸介質(zhì)( 雙絞線) 時(shí)，一旦收發(fā)器檢測(cè)到?jīng)_突，l o n t a l k 協(xié)議就可 以有選擇地取消消息的發(fā)送，這使節(jié)點(diǎn)可以馬上重新發(fā)送并使沖突不再重發(fā)。 ( 4 ) 消息認(rèn)證：l o n t a l k 協(xié)議支持消息認(rèn)證服務(wù)，即允許消息的接收者確 定消息的發(fā)送方是否有權(quán)發(fā)送。它用于防止未授權(quán)節(jié)點(diǎn)介入應(yīng)用。消息認(rèn)證的 武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 實(shí)現(xiàn)使在節(jié)點(diǎn)安裝時(shí)，分配到一個(gè)4 8 位的密鑰，對(duì)于一個(gè)消息被接受方接收， 則發(fā)送方和接受方要有相同的密鑰。 2 4l o n w o r k s 網(wǎng)絡(luò)的硬件實(shí)現(xiàn) l o n w o r k s 網(wǎng)絡(luò)中的硬件主要以n e u r o n 芯片為核心的智能節(jié)點(diǎn)設(shè)備構(gòu)成， 按其應(yīng)用的不同可以分為l o n w o r k s 設(shè)備、l o n p o i n t 模塊和l o n w o r k s 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。 2 4 1l o n w o r k s 設(shè)備 l o n w o r k s 設(shè)備是l o n w o r k s 網(wǎng)絡(luò)開發(fā)人員根據(jù)其具體應(yīng)用開發(fā)的智能節(jié)點(diǎn) 設(shè)備，一般分為基于芯片的智能節(jié)點(diǎn)和基于主機(jī)的智能節(jié)點(diǎn)兩大類，圖2 2 中包 含了這兩類節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)框圖。l o n w o r k s 設(shè)備的最基本組成包括一片n e u r o n 芯 片、收發(fā)器、存儲(chǔ)器、晶振和電源，這個(gè)最小系統(tǒng)也稱為l o n w o r k s 功能模塊。 另外，在實(shí)際應(yīng)用中，可以根據(jù)需要對(duì)這個(gè)最小系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的i o 電路擴(kuò)展。 2 4 1 1n e u r o n 芯片 l o n w o r k s 技術(shù)的核心是n e u r o n 芯片【4 】【5 1 。n e u r o n 芯片主要包含m c l 4 3 1 5 0 和m c l 4 3 1 2 0 兩大系列，m c l 4 3 1 5 0 支持外部存儲(chǔ)器，適合更為復(fù)雜的應(yīng)用， 而m c1 4 3 1 2 0 則不支持外部存儲(chǔ)器，它本身帶有r o m 。3 1 5 0 為6 4 管腳，3 1 2 0 為3 2 管腳。 ( 1 ) 處理單元 n e u r o n 芯片內(nèi)部裝有三個(gè)微處理器：媒體訪問控制( m a c ) 處理器、網(wǎng) 絡(luò)( n e t w o r k ) 處理器和應(yīng)用( a p p l i c