BACnet簡(jiǎn)化的體系結(jié)構(gòu)

BACnet簡(jiǎn)化的體系結(jié)構(gòu)BACnet建立在包含四個(gè)層次的簡(jiǎn)化分層體系結(jié)構(gòu)上，這四層相當(dāng)于OSI模型中的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層，如圖42所示。BACnet標(biāo)準(zhǔn)定義了自己的應(yīng)用層和簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)層，對(duì)于其數(shù)據(jù)鏈路層和物理層，提供了以下五種選擇方案。BACnet網(wǎng)絡(luò)層ISO 8802-3(IEEE 802.3)ARCNETMS/TP(主從/令牌傳遞)PTP(點(diǎn)到點(diǎn)協(xié)議)EIA-485 (RS485)EIA-232(RS232)ISO 8802-2(IEEE 802.2)類型1LonTalkBACnet應(yīng)用層BACnet的協(xié)議層次應(yīng)用層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層對(duì)應(yīng)的OSI層次圖42 BACnet簡(jiǎn)化的體系結(jié)構(gòu)層次圖第一種選擇是ISO 8802-2類型1定義的邏輯鏈路控制（LLC）協(xié)議，加上ISO 8802-3介質(zhì)訪問(wèn)控制（MAC）協(xié)議和物理層協(xié)議。ISO 8802-2類型1提供了無(wú)連接（Connectionless）不確認(rèn)（Unacknowledged）的服務(wù)，ISO 8802-3則是著名的以太網(wǎng)協(xié)議的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。第二種選擇是ISO 8802-2類型1定義的邏輯鏈路控制協(xié)議，加上ARCNET（ATA/ANSI 878.1）。第三種選擇是主從/令牌傳遞（MS/TP）協(xié)議加上EIA-485協(xié)議。MS/TP協(xié)議是專門(mén)針對(duì)樓宇自動(dòng)控制設(shè)備設(shè)計(jì)的，同ISO 8802-2類型1一樣，它通過(guò)控制EIA-485的物理層，向網(wǎng)絡(luò)層提供接口。第四種選擇是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)（PTP）協(xié)議加上EIA-232協(xié)議，為撥號(hào)串行異步通信提供了通信機(jī)制。第五種選擇是LonTalk協(xié)議。這些選擇都支持主/從MAC、確定性令牌傳遞MAC、高速爭(zhēng)用MAC以及撥號(hào)訪問(wèn)。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上，支持星型和總線型拓?fù)?。物理介質(zhì)上，支持雙絞線、同軸電纜、光纜。這五種選項(xiàng)將在7節(jié)到11節(jié)中深入論述。簡(jiǎn)化的四層BACnet體系結(jié)構(gòu)，是在仔細(xì)考慮了BACnet網(wǎng)絡(luò)的獨(dú)特特征和要求，以及盡可能少的協(xié)議開(kāi)銷原則后得出的。在下面的分析里，將討論BACnet體系結(jié)構(gòu)只包括物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層的原因。BACnet完成其固有的操作到底需要哪些層次呢？仔細(xì)分析BACnet網(wǎng)絡(luò)的特征后，可以得到以下兩點(diǎn)：首先，BACnet是一種局域網(wǎng)。即使在某些應(yīng)用中，樓宇里設(shè)備間的遠(yuǎn)距離通信必不可少時(shí)，BACnet仍然是一種局域網(wǎng)。因?yàn)檫@種遠(yuǎn)距離的通信功能，由電信網(wǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。通信中要完成的路由、中繼、可靠的傳輸?shù)葐?wèn)題都由電信網(wǎng)來(lái)處理，電信網(wǎng)可看成是BACnet外部的部分。其次，BACnet設(shè)備是靜態(tài)的（static），即在空間上，它們不會(huì)經(jīng)常被移來(lái)移去。在要完成的功能上，從某種意義上說(shuō)也是不變的，即不會(huì)今天生產(chǎn)的設(shè)備的功能是這樣，明天就完全不同了。在充分了解BACnet網(wǎng)絡(luò)的特征后，就可討論OSI模型的各層在BACnet網(wǎng)絡(luò)中的適用性了。物理層提供了連接設(shè)備和傳輸數(shù)據(jù)載波信號(hào)的方式，顯然在BACnet協(xié)議中，物理層是必不可少的。數(shù)據(jù)鏈路層負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)組織成幀（frame）或分組（packet）、管理通訊介質(zhì)的訪問(wèn)、尋址，以及完成一些差錯(cuò)校正和流量控制的任務(wù)，這些都是BACnet協(xié)議所需要的，因此數(shù)據(jù)鏈路層也是必不可少的。網(wǎng)絡(luò)層的功能包括：將全局地址解析為局部地址、在一個(gè)或多個(gè)網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行報(bào)文的路由、協(xié)調(diào)不同類型網(wǎng)絡(luò)的差異（如不同網(wǎng)絡(luò)所允許的最大報(bào)文長(zhǎng)度）、序列控制、流量控制、差錯(cuò)控制以及多路復(fù)用。由于BACnet網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)涮攸c(diǎn)，在各個(gè)設(shè)備之間只存在一條邏輯通路（參見(jiàn)圖4-3），這樣便不需要最優(yōu)路由的算法。其次，BACnet網(wǎng)絡(luò)是由中繼器或者網(wǎng)橋互聯(lián)起來(lái)的一個(gè)或者多個(gè)網(wǎng)段所組成的網(wǎng)絡(luò)，它具有單一的局部地址空間。在這樣一種單一網(wǎng)絡(luò)中，許多OSI網(wǎng)絡(luò)層的功能也變得多余，或者與數(shù)據(jù)鏈路層相重復(fù)。但是在BACnet網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)層又是必不可少的。例如，在一個(gè)BACnet的互聯(lián)網(wǎng)【注】（internet）中，當(dāng)兩個(gè)或者多個(gè)網(wǎng)絡(luò)使用了不同的MAC層時(shí)，便需要區(qū)別局部地址和全局地址，這樣才能將報(bào)文路由到正確的網(wǎng)絡(luò)上去。在BACnet協(xié)議中，通過(guò)定義了一個(gè)包含必要的尋徑和控制信息的網(wǎng)絡(luò)層頭部，來(lái)完成這種簡(jiǎn)化了的網(wǎng)絡(luò)層功能。傳輸層主要是負(fù)責(zé)提供可靠的端到端的報(bào)文傳輸、報(bào)文分段、序列控制、流量控制，以及差錯(cuò)校正。傳輸層的許多功能與數(shù)據(jù)鏈路層相似，只是在作用范圍上有所不同。傳輸層提供的是端到端的服務(wù)，而數(shù)據(jù)鏈路層則提供的是單一網(wǎng)絡(luò)上點(diǎn)到點(diǎn)的服務(wù)。由于BACnet支持多種網(wǎng)絡(luò)的配置，因此協(xié)議必須提供傳輸層端到端的服務(wù)。而可靠的端到端傳輸和差錯(cuò)校正功能，在BACnet協(xié)議中由BACnet的應(yīng)用層利用報(bào)文超時(shí)重傳方式來(lái)完成。其次，考慮到緩沖區(qū)和處理器資源的管理，報(bào)文分段和端到端的流量控制也是必要的。這是因?yàn)榧词挂粋€(gè)簡(jiǎn)單的BACnet請(qǐng)求，都可能會(huì)導(dǎo)致大量的信息回傳。同樣，這些功能也是由BACnet的應(yīng)用層完成的。最后，為了實(shí)現(xiàn)報(bào)文的正確重組，序列控制也是必須的。這也是由BACnet的應(yīng)用層中的分段過(guò)程實(shí)現(xiàn)的?？偟膩?lái)說(shuō)，由于BACnet是建立在無(wú)連接的通信模型基礎(chǔ)上的，因此所需的服務(wù)大大減少，并且可以被高層來(lái)實(shí)現(xiàn)，這樣便省去了一個(gè)單獨(dú)傳輸層所會(huì)增加的通信開(kāi)銷。在BACnet協(xié)議中，不設(shè)單獨(dú)的傳輸層，所需的功能由應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)。會(huì)話層的功能是在通信雙方之間建立和管理長(zhǎng)時(shí)間對(duì)話，其中的一個(gè)重要功能是建立同步標(biāo)志點(diǎn)，用來(lái)在發(fā)生差錯(cuò)時(shí)回復(fù)到前一個(gè)標(biāo)志點(diǎn)，以避免對(duì)話重新開(kāi)始。但是在一個(gè)BACnet網(wǎng)絡(luò)中，絕大部分的通信都是很簡(jiǎn)短的，比如讀寫(xiě)一個(gè)值或者一些值，通知（notify）某個(gè)設(shè)備有某個(gè)警報(bào)或事件（event）發(fā)生，或者更改某個(gè)設(shè)定值。當(dāng)然長(zhǎng)時(shí)間的信息交換偶然也會(huì)發(fā)生的，比如上載或下載某個(gè)設(shè)備參數(shù)。由于絕大部分事務(wù)處理都是簡(jiǎn)短的，會(huì)話層的服務(wù)極少用到，再考慮到設(shè)置單獨(dú)的會(huì)話層所帶來(lái)的開(kāi)銷，所以BACnet標(biāo)準(zhǔn)中不包括單獨(dú)的會(huì)話層。表示層為通信雙方提供了屏蔽下層傳送語(yǔ)法的服務(wù)。這種傳送語(yǔ)法是用來(lái)將應(yīng)用層中抽象的用戶數(shù)據(jù)視圖，變成適合下層傳輸?shù)淖止?jié)序列。但當(dāng)只存在一種傳送語(yǔ)法時(shí)，表示層的功能便減少到對(duì)應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼。由于在BACnet應(yīng)用層中定義了一個(gè)固定的編碼方案，因此一個(gè)獨(dú)立的表示層也變得不再需要。協(xié)議的應(yīng)用層為應(yīng)用程序提供了完成各自功能所需的通信服務(wù)。在此基礎(chǔ)上，應(yīng)用程序可以監(jiān)控HVAC&R和其他樓宇自動(dòng)控制系統(tǒng)。顯然應(yīng)用層是本協(xié)議所必須的。譯者注internet和internetwork這兩個(gè)詞都代表一般的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)所形成的網(wǎng)絡(luò)，在本書(shū)中翻譯為“互聯(lián)網(wǎng)”。Internet這個(gè)詞代表特定的已經(jīng)存在于世界范圍的計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)，在本書(shū)中翻譯為“因特網(wǎng)”。 從以上討論中，可以得到以下幾點(diǎn)：( a ) 實(shí)現(xiàn)一個(gè)完全的OSI七層體系結(jié)構(gòu)需要大量的資源和開(kāi)銷，因此它對(duì)于目前的樓宇自動(dòng)控制系統(tǒng)是不適用的。( b ) 按照OSI模型的方式構(gòu)造協(xié)議體系結(jié)構(gòu)，并且采用現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可以使得新協(xié)議具有實(shí)現(xiàn)成本低和便于與其他計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)集成的特點(diǎn)。( c ) 根據(jù)樓宇自動(dòng)控制系