LonWorks技術(shù)和LON總線課件

LonWorks技術(shù)和LON總線LonTalk協(xié)議網(wǎng)絡(luò)變量神經(jīng)元芯片LonWorks技術(shù)和LON總線80年代后期，美國(guó)埃施朗（Echelon）公司開(kāi)發(fā)出這一平臺(tái)技術(shù)以來(lái)，到目前為止，已有約4千萬(wàn)基于LonWorks的設(shè)備安裝在世界各地。這些產(chǎn)品廣泛地應(yīng)用在智能樓宇、工業(yè)控制、家庭智能化和交通等領(lǐng)域。LonWorks技術(shù)的核心是LonTalk協(xié)議，該協(xié)議現(xiàn)在已成為很多組織的標(biāo)準(zhǔn)，包括ANSI/EIA/CEA-709.1-A-1999（最新的版本是：ANSI/EIA/CEA-709.1-B-2002）、ANSI/CEA/EIA852、CENTC247、IEEE1473L等。LonWorks技術(shù)和LON總線LonWorks是一個(gè)開(kāi)放的標(biāo)準(zhǔn)，它使得原始設(shè)備制造（OEM）廠商生產(chǎn)出更好的產(chǎn)品，系統(tǒng)集成商可以籍此來(lái)創(chuàng)建基于多廠商產(chǎn)品的系統(tǒng)，最終為規(guī)范制定人員和業(yè)主提供了選擇性的可能。LonWorks網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)地規(guī)模，可以從有幾個(gè)節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的系統(tǒng)到涵蓋全球的網(wǎng)絡(luò)體系。在全世界，目前有4500多家廠商生產(chǎn)開(kāi)發(fā)基于LonWorks技術(shù)的產(chǎn)品，在中國(guó)從事LonWorks技術(shù)研發(fā)、集成的公司也有上百家。在LonWorks網(wǎng)絡(luò)中，一個(gè)具有網(wǎng)絡(luò)邏輯地址的智能設(shè)備稱(chēng)為一個(gè)節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)的構(gòu)成，一般可以用神經(jīng)元芯片、收發(fā)器和應(yīng)用電路組成。LonWorks技術(shù)和LON總線Echelon公司提供一整套的產(chǎn)品，來(lái)幫助客戶(hù)開(kāi)發(fā)基于LonWorks的產(chǎn)品和集成基于LonWorks的系統(tǒng)。它們包括開(kāi)發(fā)工具、收發(fā)器和智能收發(fā)器模塊、網(wǎng)卡、路由器、互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器、LNS軟件和企業(yè)級(jí)的平臺(tái)軟件Panoramix?等等。自從LonTalk?協(xié)議成為美國(guó)國(guó)家控制網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)后，其它公司也開(kāi)發(fā)出了基于ANSI709.1的芯片。在Echelon公司，ANSI709.1協(xié)議稱(chēng)為L(zhǎng)onTalk協(xié)議。運(yùn)行LonTalk協(xié)議的芯片稱(chēng)為神經(jīng)元芯片（Neuron?Chip）。LonWorks技術(shù)和LON總線引言LonWorks網(wǎng)絡(luò)采用LonTalk通信協(xié)議，其通過(guò)神經(jīng)元芯片（NeuronChip）上的硬件和固件（firmware）實(shí)現(xiàn)，支持OSI的所有七層模型。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以是總線型、星型、環(huán)型和混合型，可實(shí)現(xiàn)真正的自由拓?fù)?。它采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)變量把網(wǎng)絡(luò)通信的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化為參數(shù)設(shè)置，通信速率從300bps到1.25Mbps，直接通信距離可達(dá)2700m（78Kbps,雙絞線）。通信介質(zhì)支持雙絞線、同軸電纜、光纖、射頻、紅外線及電力線等。編址方法提供了巨大的網(wǎng)絡(luò)尋址能力。高可靠性、易于實(shí)現(xiàn)和互操作性，使得LonWorks產(chǎn)品應(yīng)用非常廣泛。為促進(jìn)LonWorks設(shè)備的互操作，Echelon公司和一些LonWorks用戶(hù)成立了LonMark互操作協(xié)會(huì)。我國(guó)也非常重視LonWorks的引入和應(yīng)用。LonWorks技術(shù)和LON總線LonWorks的智能控制網(wǎng)絡(luò)組成

LonWorks控制網(wǎng)在某些方面相似于被稱(chēng)為局域網(wǎng)或LAN的數(shù)據(jù)網(wǎng)。數(shù)據(jù)網(wǎng)由各種通信介質(zhì)及路由器連接的計(jì)算機(jī)組成，而LonWorks控制網(wǎng)通過(guò)通訊介質(zhì)連接基于微處理器的各種智能節(jié)點(diǎn)。LonWorks由于是無(wú)主結(jié)構(gòu)，其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)突破了樹(shù)型、總線型、環(huán)型等限制，并且大大拓寬可以使用的通信媒介。LonWorks技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)真正意義上的分布式控制網(wǎng)絡(luò)。任意分布在現(xiàn)場(chǎng)的智能節(jié)點(diǎn)或處理器之間都可相互通信。LonWorks技術(shù)和LON總線LonWorks技術(shù)和LON總線控制系統(tǒng)利用TCP/IP之類(lèi)的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，就能為L(zhǎng)onWorks報(bào)文提供高速干線。如圖1所示，系統(tǒng)在信道段之間使用“隧道路由器”而不是網(wǎng)關(guān)。LonWorks報(bào)文“穿通”

TCP/IP數(shù)據(jù)包，在TCP/IP網(wǎng)上發(fā)送。把LonWorks數(shù)據(jù)包想象成信封（數(shù)據(jù)包尋址信息）內(nèi)的信（數(shù)據(jù)），借助LonWorks網(wǎng)發(fā)送給收信人；一個(gè)隧道路由器就把這個(gè)“LonWorks信封”包進(jìn)一個(gè)更大的信封，廣域網(wǎng)使用不同的尋址方法把這個(gè)大包發(fā)送到已編址的遠(yuǎn)地LonWorks網(wǎng)絡(luò)段，在那里拆去外封。因?yàn)橄到y(tǒng)已經(jīng)成為一個(gè)整體，連接在任何地方的工具能和任何段上的任何節(jié)點(diǎn)相互作用，網(wǎng)絡(luò)將更易安裝、監(jiān)控和維護(hù)。LonWorks到TCP/IP的路由器提供從LonWorks網(wǎng)段到以太網(wǎng)或廣域干線網(wǎng)的無(wú)縫、透明連接。最終形成一個(gè)協(xié)調(diào)而強(qiáng)大的自動(dòng)化系統(tǒng)，從傳感器到設(shè)備管理軟件都以LonWorks為基礎(chǔ)。這種體系結(jié)構(gòu)能顯著降低系統(tǒng)的成本，并能利用Web和因特網(wǎng)等技術(shù)加入新功能。LonWorks技術(shù)和LON總線LonWorks協(xié)議LONWORKS協(xié)議，也稱(chēng)為L(zhǎng)onTalk協(xié)議和ANSI/EIA709.1控制聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，是LONWORKS系統(tǒng)的核心。協(xié)議提供一系列通信服務(wù)，使設(shè)備中的應(yīng)用程序能在網(wǎng)上對(duì)其他設(shè)備收發(fā)報(bào)文而無(wú)需知道網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、名稱(chēng)、地址或其他設(shè)備的功能。LONWORKS協(xié)議也可以提供端到端的報(bào)文確認(rèn)、報(bào)文鑒別，網(wǎng)絡(luò)地址和參數(shù)的重新配置、應(yīng)用程序的下載、報(bào)告網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題以及設(shè)備應(yīng)用程序的起始/停止/復(fù)位等。LonTalk協(xié)議分為七層。每一層都是面向控制網(wǎng)絡(luò)的，并和OSI參考模型一致。LonTalk協(xié)議是嵌入Neuron芯片內(nèi)部固件中的，它是使用LonWorks技術(shù)組網(wǎng)的基礎(chǔ)。Echelon公司提供的開(kāi)發(fā)系統(tǒng)可以幫助我們利用各種基于Neuron芯片的智能節(jié)點(diǎn)很容易地使用LonTalk協(xié)議組成一個(gè)智能分布式控制網(wǎng)絡(luò)。LonWorks技術(shù)和LON總線LonTalk協(xié)議提供各種服務(wù)以加強(qiáng)可靠性。如16位CRC，對(duì)接收方端到端的應(yīng)答，Watchdog定時(shí)器，片內(nèi)E2PROM內(nèi)容的校驗(yàn)和保護(hù)、失敗報(bào)文的通告以及每個(gè)節(jié)點(diǎn)分組錯(cuò)誤的記錄等。另外協(xié)議還提供鑒別服務(wù)以滿(mǎn)足發(fā)送者的有效識(shí)別。在鑒別服務(wù)中，通過(guò)由收發(fā)方使用的傳輸關(guān)鍵字來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的保護(hù)。由于LonTalk協(xié)議是在芯片內(nèi)部的，所以用戶(hù)不必?fù)?dān)心它的一致性。這樣用戶(hù)可以不必花費(fèi)大量的時(shí)間，來(lái)建立其內(nèi)部的標(biāo)準(zhǔn)。正是由于它的這一特性，使得它可以以很小的代價(jià)，適應(yīng)于各種不同的應(yīng)用場(chǎng)合。在LonTalk協(xié)議中網(wǎng)絡(luò)流量的預(yù)測(cè)和避免擁塞的方法，使得在最壞情況下的響應(yīng)時(shí)間得到了控制。為報(bào)文提供優(yōu)先級(jí)的方式，可以大大提高高優(yōu)先級(jí)報(bào)文的響應(yīng)時(shí)間，其支持高達(dá)125Mbps的傳輸速率，并可支持各種實(shí)時(shí)的應(yīng)用。LonWorks技術(shù)和LON總線LonWorks技術(shù)和LON總線1、物理層定義在通信信道上原始數(shù)據(jù)的傳輸。物理層確保由源設(shè)備發(fā)送的1比特被所有的目的設(shè)備以1比特接收。LONWORKS協(xié)議不依賴(lài)于介質(zhì)，所以有多個(gè)物理層協(xié)議受到支持，隨通信介質(zhì)而定。2、數(shù)據(jù)鏈路層定義介質(zhì)訪問(wèn)和數(shù)據(jù)編碼方法以確保有效使用單一的通信信道。物理層的原始比特分解為數(shù)據(jù)幀。物理層定義何時(shí)源設(shè)備可以發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)幀，目的設(shè)備怎樣接收該數(shù)據(jù)幀并檢測(cè)傳輸誤差。還定義了確保重要報(bào)文發(fā)送的優(yōu)先級(jí)機(jī)制。3、網(wǎng)絡(luò)層定義報(bào)文數(shù)據(jù)包怎樣選擇從源設(shè)備到一個(gè)或多個(gè)目的設(shè)備的路由。此層定義設(shè)備的命名和尋址以確保數(shù)據(jù)包的正確發(fā)送。還定義了設(shè)備在不同的通信信道時(shí)，怎樣在源設(shè)備和目的設(shè)備間選擇路由。4、傳輸層確保報(bào)文數(shù)據(jù)包的可靠發(fā)送。報(bào)文可以使用確認(rèn)服務(wù)來(lái)交換。發(fā)送設(shè)備等待來(lái)自接收設(shè)備的確認(rèn)，假如確認(rèn)未能收到就重發(fā)報(bào)文。傳輸層還定義了重復(fù)報(bào)文怎樣檢測(cè)，假如一個(gè)報(bào)文由于確認(rèn)丟失而重發(fā)，則將其拒絕。

LonWorks技術(shù)和LON總線5、會(huì)話(huà)層在較低層交換的數(shù)據(jù)上增加控制。它支持遠(yuǎn)程操作，使用戶(hù)可以向遠(yuǎn)地服務(wù)器提出請(qǐng)求并獲得對(duì)此請(qǐng)求的響應(yīng)。它還定義了一個(gè)鑒別協(xié)議，使報(bào)文接收者能確定發(fā)送者是否有權(quán)發(fā)送該報(bào)文。6、表示層通過(guò)定義報(bào)文數(shù)據(jù)的編碼，在較低層交換的數(shù)據(jù)上增加結(jié)構(gòu)。報(bào)文可以象網(wǎng)絡(luò)變量，應(yīng)用報(bào)文或外部幀那樣編碼。網(wǎng)絡(luò)變量的互可操作編碼由標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)變量類(lèi)型（SNVT）提供。7、應(yīng)用層在較低層交換的數(shù)據(jù)上增加應(yīng)用程序兼容性。標(biāo)準(zhǔn)對(duì)象確保應(yīng)用軟件對(duì)在較低層交換的數(shù)據(jù)使用共同的語(yǔ)義解釋?zhuān)瑥亩龠M(jìn)互可操作性。共同語(yǔ)義解釋確保不同的應(yīng)用軟件對(duì)網(wǎng)絡(luò)變量的更新顯示共同的行為。LonWorks技術(shù)和LON總線所有通信都由1個(gè)或多個(gè)在設(shè)備間交換的數(shù)據(jù)包組成。每個(gè)數(shù)據(jù)包的長(zhǎng)度由不同數(shù)量的字節(jié)組成，包含對(duì)7層中每一層所要求的數(shù)據(jù)的壓縮表示。壓縮表示使LONWORKS數(shù)據(jù)包非常短，最大限度降低了每LONWORKS設(shè)備的實(shí)施成本。信道上的每個(gè)設(shè)備偵察在信道上傳輸?shù)拿總€(gè)數(shù)據(jù)包以決定它是否是接收者，假如是，它就處理該包以確定該包是否包含設(shè)備應(yīng)用程序所需的數(shù)據(jù)，或者是否是網(wǎng)絡(luò)管理數(shù)據(jù)包。應(yīng)用數(shù)據(jù)包中的數(shù)據(jù)提供給應(yīng)用程序，假如合適，一個(gè)確認(rèn)、響應(yīng)或鑒別報(bào)文就會(huì)發(fā)給發(fā)送設(shè)備。LonWorks技術(shù)和LON總線信道類(lèi)型

LONWORKS協(xié)議不依賴(lài)介質(zhì)，所以LONWORKS設(shè)備能在任何物理傳輸介質(zhì)上通信。這使得網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)者能夠充分利用控制網(wǎng)上各種可用的信道。協(xié)議還提供一些可修改的配置參數(shù)，以便為某一特殊的應(yīng)用在性能、安全和可靠性等各方面取得折衷。信道是特定的物理通信介質(zhì)，LONWORKS設(shè)備通過(guò)專(zhuān)用于該信道的收發(fā)器與其連接。每種信道在所連接設(shè)備的最大數(shù)量、通信比特率和物理距離限值等各方面有不同的特點(diǎn)。表2是幾個(gè)廣泛應(yīng)用的信道類(lèi)型的特點(diǎn)的小結(jié)。特別提出的是自由拓?fù)潆p絞線信道（TP/FT-10），它允許設(shè)備能夠用雙絞線線纜連接，不論其配置如何——沒(méi)有對(duì)短截線長(zhǎng)度、設(shè)備間距、分支長(zhǎng)度等的限制，只是每個(gè)網(wǎng)段的電纜最大長(zhǎng)度有限制。LonWorks技術(shù)和LON總線LonWorks技術(shù)和LON總線LonWorks的介質(zhì)存取協(xié)議LonWorks網(wǎng)絡(luò)采用的介質(zhì)存取協(xié)議稱(chēng)為可預(yù)測(cè)P—堅(jiān)持載波監(jiān)聽(tīng)多路訪問(wèn)沖突檢測(cè)(PredictiveP-PersistenceCSMA/CD)協(xié)議。CSMA協(xié)議要求一個(gè)節(jié)點(diǎn)在發(fā)送報(bào)文之前進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)監(jiān)聽(tīng)，當(dāng)信道空閑時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)，否則延長(zhǎng)一個(gè)時(shí)隙再監(jiān)聽(tīng)發(fā)送。時(shí)隙的選擇必須綜合考慮傳輸媒體的利用率和網(wǎng)絡(luò)沖突的概率。一般的LAN網(wǎng)采用P堅(jiān)持CSMA協(xié)議；由于P固定而不能調(diào)整，若P值選擇較大，則網(wǎng)絡(luò)忙時(shí)沖突不可避免；P選擇太小，必然會(huì)帶來(lái)較大的延時(shí)，這都不能滿(mǎn)足控制網(wǎng)絡(luò)的特殊要求。LonWorks技術(shù)和LON總線LonWorks采用可變的P來(lái)加入時(shí)隙。LonWorks網(wǎng)絡(luò)上節(jié)點(diǎn)的發(fā)送時(shí)間均被隨機(jī)分配到16個(gè)時(shí)隙上。網(wǎng)絡(luò)空閑時(shí)，節(jié)點(diǎn)被分配到這16個(gè)隨機(jī)時(shí)隙上發(fā)送消息；當(dāng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷增加時(shí)，節(jié)點(diǎn)會(huì)自動(dòng)增加發(fā)送時(shí)隙，從而降低沖突概率。P值的動(dòng)態(tài)調(diào)整取決于隨機(jī)時(shí)隙數(shù)目，隨機(jī)時(shí)隙的數(shù)目取決于網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷的預(yù)測(cè)。網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷即網(wǎng)絡(luò)上此時(shí)即將發(fā)送消息的數(shù)目（用D表示），隨機(jī)時(shí)隙的數(shù)目為16*D，D的取值范圍是1到63，此時(shí)的等價(jià)P值為1/（16*D）。發(fā)送節(jié)點(diǎn)在其發(fā)送的消息報(bào)文中插入將要應(yīng)答此消息的接收節(jié)點(diǎn)的數(shù)目，也就是發(fā)送消息包應(yīng)得的應(yīng)答報(bào)文數(shù)目，所有接收到該消息包的節(jié)點(diǎn)的D值都會(huì)加上該應(yīng)答數(shù)目得到新的D值。此種調(diào)整P值的算法建立在應(yīng)答消息服務(wù)的基礎(chǔ)上。在LonWorks網(wǎng)中的默認(rèn)消息服務(wù)即是應(yīng)答服務(wù)，因此，這種預(yù)測(cè)的P值比較準(zhǔn)確。實(shí)驗(yàn)證明，在網(wǎng)絡(luò)通信量較小和較大的情況下，MAC協(xié)議保證了網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行高效可靠。LonWorks技術(shù)和LON總線尋址尋址算法定義數(shù)據(jù)包怎樣通過(guò)路由選擇從源設(shè)備傳輸?shù)揭粋€(gè)或多個(gè)目的設(shè)備。數(shù)據(jù)包可以發(fā)送到單一設(shè)備，到任何一組設(shè)備，或到所有設(shè)備。為了支持從兩個(gè)設(shè)備到成千上萬(wàn)設(shè)備組成的網(wǎng)絡(luò)，LONWORKS協(xié)議支持幾種類(lèi)型的地址，從簡(jiǎn)單的物理地址到指定許多設(shè)備集合的地址。下面列舉LONWORKS地址類(lèi)型：

LonWorks技術(shù)和LON總線物理地址。每個(gè)LONWORKS設(shè)備包括一個(gè)叫做NeuronID（神經(jīng)元ID）的唯一的48位標(biāo)識(shí)符。神經(jīng)元ID通常在設(shè)備制造時(shí)分配，在設(shè)備整個(gè)工作生命周期不會(huì)不改變。設(shè)備地址。LONWORKS設(shè)備安裝到某個(gè)網(wǎng)絡(luò)中時(shí)，就會(huì)分配到一個(gè)地址。設(shè)備地址用來(lái)代替物理地址，因?yàn)樗鼈冎С中矢叩膱?bào)文路由選擇；簡(jiǎn)化失效設(shè)備的更換。為網(wǎng)絡(luò)維持設(shè)備地址數(shù)據(jù)庫(kù)的網(wǎng)絡(luò)安裝工具負(fù)責(zé)分配設(shè)備地址。設(shè)備地址由三部分組成：domainID（域ID）、subnetID（子網(wǎng)ID）和nodeID（節(jié)點(diǎn)ID）。域ID標(biāo)識(shí)可以互操作的一組設(shè)備。要交換數(shù)據(jù)包，各設(shè)備必須在同一域中。一個(gè)域中的設(shè)備可高達(dá)32,385個(gè)。子網(wǎng)ID標(biāo)識(shí)在單一信道上或由中繼器連接的一系列信道上的多達(dá)127個(gè)的設(shè)備。子網(wǎng)ID用于在大型網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)包的高效路由選擇。一個(gè)域中的子網(wǎng)可能高達(dá)255個(gè)，節(jié)點(diǎn)ID標(biāo)識(shí)子網(wǎng)內(nèi)的個(gè)別設(shè)備。LonWorks技術(shù)和LON總線組地址。一個(gè)“group（組）”是一個(gè)域內(nèi)的設(shè)備的邏輯集合。與子網(wǎng)不同，設(shè)備可以集合成組而不問(wèn)其在域中的物理位置。當(dāng)使用不確認(rèn)的報(bào)文發(fā)送時(shí)，一個(gè)組成可以有任意數(shù)量的設(shè)備；假如使用確認(rèn)的報(bào)文發(fā)送，一個(gè)組內(nèi)的設(shè)備限定為最多64個(gè)。對(duì)于發(fā)送到多個(gè)設(shè)備的數(shù)據(jù)包，組是優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)帶寬的有效方法。一個(gè)域中可以有256以下的組。廣播地址。廣播地址標(biāo)識(shí)子網(wǎng)中的所有設(shè)備，或域內(nèi)的所有設(shè)備。廣播地址是跟許多設(shè)備通信的有效方法，有時(shí)也用于代替組地址以保存有限數(shù)量的可用的組地址。

LonWorks技術(shù)和LON總線每個(gè)在網(wǎng)上傳輸?shù)腖ONWORKS數(shù)據(jù)包含有發(fā)送設(shè)備（源地址）的設(shè)備地址和接收設(shè)備（目的地址）的地址。那些地址可能是物理地址、設(shè)備地址、組地址或廣播地址。

假如設(shè)備數(shù)量超過(guò)域的限值或想要分離設(shè)備使其不能互操作，可以使用多個(gè)域。有可能使兩個(gè)或更多的獨(dú)立LONWORKS系統(tǒng)共存在同一物理信道上，只要每個(gè)系統(tǒng)有唯一的域ID。每個(gè)系統(tǒng)中的設(shè)備只響應(yīng)與它們的域ID相符的數(shù)據(jù)包，不知道也不關(guān)心其他域ID發(fā)送的數(shù)據(jù)包。設(shè)備響應(yīng)以它們自己物理地址發(fā)送的數(shù)據(jù)包，該地址通常只有相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)安裝工具知道。物理網(wǎng)絡(luò)共享時(shí)，由于數(shù)據(jù)包數(shù)量增加，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)時(shí)間將受到影響，所以需要進(jìn)行協(xié)調(diào)的整體網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)。LonWorks技術(shù)和LON總線LonWorks的三級(jí)尋址結(jié)構(gòu)LonWorks技術(shù)為設(shè)計(jì)、創(chuàng)建、安裝和維護(hù)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)方面的許多問(wèn)題提供解決方案，其網(wǎng)絡(luò)編制采用三級(jí)尋址結(jié)構(gòu)，分別是：域、子網(wǎng)和節(jié)點(diǎn)地址?？梢灾С?8,446,744,073,726,329,086個(gè)域，一個(gè)域中可以支持255個(gè)子網(wǎng)，一個(gè)子網(wǎng)中可以支持127個(gè)節(jié)點(diǎn)，即一個(gè)域中可最多有32,385個(gè)節(jié)點(diǎn)。LonWorks技術(shù)和LON總線第一層結(jié)構(gòu)是域。域的結(jié)構(gòu)可以保證在不同的域中通信是彼此獨(dú)立的。不同應(yīng)用的節(jié)點(diǎn)共存在同一通信介質(zhì)中時(shí)，不同的域的區(qū)分可以保證它們的應(yīng)用完全獨(dú)立，彼此不會(huì)受到干擾。第二層結(jié)構(gòu)是子網(wǎng)。每一個(gè)域最多有255個(gè)子網(wǎng)。一個(gè)子網(wǎng)可以是一個(gè)或多個(gè)通道的邏輯分組，子網(wǎng)層的智能路由器可以實(shí)現(xiàn)子網(wǎng)的數(shù)據(jù)交換。第三層結(jié)構(gòu)是節(jié)點(diǎn)。每個(gè)子網(wǎng)最多有127個(gè)節(jié)點(diǎn)，所以一個(gè)域最多有255×127=32385個(gè)節(jié)點(diǎn)。任一節(jié)點(diǎn)可以分屬一個(gè)或兩個(gè)域，允許一個(gè)節(jié)點(diǎn)作為兩個(gè)域之間的網(wǎng)關(guān)，也允許一個(gè)節(jié)點(diǎn)將采集來(lái)的數(shù)據(jù)分別發(fā)向兩個(gè)不同的域。節(jié)點(diǎn)也可以被分組，一個(gè)組（Group）可以在一個(gè)域中跨越幾個(gè)子網(wǎng)，或幾個(gè)通道。在一個(gè)域中最多有256個(gè)組，每一個(gè)組中需要應(yīng)答服務(wù)的節(jié)點(diǎn)最多有64個(gè)，而無(wú)應(yīng)答服務(wù)的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)不限，一個(gè)節(jié)點(diǎn)可以分屬15個(gè)組去接收數(shù)據(jù)。分組結(jié)構(gòu)可以使一個(gè)報(bào)文同時(shí)為多個(gè)節(jié)點(diǎn)所接收。LonWorks技術(shù)和LON總線報(bào)文服務(wù)LONWORKS協(xié)議提供三個(gè)基本類(lèi)型的報(bào)文發(fā)送服務(wù)并支持鑒別的報(bào)文。優(yōu)化的網(wǎng)絡(luò)常常要使用所有這些服務(wù)。這些服務(wù)使設(shè)計(jì)人員能在可靠性、效率和安全之間取得折衷。下面列舉這些服務(wù)：

LonWorks技術(shù)和LON總線確認(rèn)報(bào)文發(fā)送服務(wù)——能夠提供端到端的確認(rèn)。使用確認(rèn)報(bào)文發(fā)送時(shí)，報(bào)文發(fā)送給一個(gè)設(shè)備或由64個(gè)以下設(shè)備組成的設(shè)備組，并要求每個(gè)接收設(shè)備發(fā)來(lái)各自的確認(rèn)。假如未收到確認(rèn)，發(fā)送者進(jìn)行超時(shí)安排，重試發(fā)送事務(wù)。重試次數(shù)和超時(shí)兩者都是可配置的。

重復(fù)報(bào)文發(fā)送服務(wù)——該項(xiàng)服務(wù)可以多次把報(bào)文發(fā)到一個(gè)設(shè)備或任意數(shù)量設(shè)備組成的設(shè)備組。此項(xiàng)服務(wù)常用于代替確認(rèn)的報(bào)文發(fā)送，因?yàn)樗粫?huì)造成額外開(kāi)銷(xiāo)比特和等待確認(rèn)帶來(lái)的遲延。在向大型設(shè)備組廣播信息時(shí)，這顯得特別重要，因?yàn)榇_認(rèn)的報(bào)文會(huì)使所有接收設(shè)備在同一時(shí)間內(nèi)嘗試發(fā)送一個(gè)響應(yīng)。LonWorks技術(shù)和LON總線不確認(rèn)報(bào)文發(fā)送服務(wù)——它向一個(gè)設(shè)備或任意數(shù)量設(shè)備組成的設(shè)備組發(fā)送一次報(bào)文，并不要求響應(yīng)。這個(gè)報(bào)文發(fā)送業(yè)務(wù)只需最低的開(kāi)銷(xiāo)比特率，因此成為最常用的服務(wù)。鑒別服務(wù)方式——讓報(bào)文接收者決定發(fā)送者是否有權(quán)發(fā)送此報(bào)文。這樣，鑒別服務(wù)就能防止對(duì)設(shè)備的非授權(quán)訪問(wèn)。LonWorks技術(shù)和LON總線神經(jīng)元芯片運(yùn)行LonTalk協(xié)議的芯片稱(chēng)為神經(jīng)元芯片（Neuron?Chip）。每一個(gè)神經(jīng)元芯片有一個(gè)唯一的48位NeuronID地址，這個(gè)NeuronID地址是在神經(jīng)元芯片出廠時(shí)由廠方規(guī)定的，作為產(chǎn)品的序列號(hào)。一般只在網(wǎng)絡(luò)安裝和配置時(shí)使用。Lonworks的核心是神經(jīng)元芯片(NeuronChip)。神經(jīng)元芯片是高度集成的內(nèi)部含有3個(gè)8位的CPU：第一個(gè)CPU為介質(zhì)訪問(wèn)控制處理器，處理LonTalk協(xié)議的第一層和第二層；Neuron芯片的編程語(yǔ)言為NeuronC，它是從ANSIC中派生出來(lái)的，并對(duì)ANSIC進(jìn)行了刪減和增補(bǔ)。Neuron芯片可以通過(guò)5個(gè)通信管腳與網(wǎng)絡(luò)上的其它節(jié)點(diǎn)交換信息，也可以通過(guò)11個(gè)應(yīng)用管腳與現(xiàn)場(chǎng)的傳感器和執(zhí)行器交換信息。第二個(gè)CPU為網(wǎng)絡(luò)處理器，它實(shí)現(xiàn)LonTalk協(xié)議的第三層至第六層；第三個(gè)CPU為應(yīng)用處理器，實(shí)現(xiàn)LonTalk協(xié)議的第七層，執(zhí)行用戶(hù)編寫(xiě)的代碼及用戶(hù)代碼所調(diào)用的操作系統(tǒng)服務(wù)。神經(jīng)元芯片實(shí)現(xiàn)了完整的Lonworks的LonTalk通信協(xié)議。LonWorks技術(shù)和LON總線網(wǎng)絡(luò)變量LONWORKS協(xié)議推行網(wǎng)絡(luò)變量（NetworkVariable）新概念。網(wǎng)絡(luò)變量大大簡(jiǎn)化了具有互可操作性、使用多個(gè)銷(xiāo)售商產(chǎn)品的LONWORKS應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)工作，而且方便了以信息為基礎(chǔ)而不是以指令為基礎(chǔ)的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。所謂網(wǎng)絡(luò)變量是指一個(gè)特定的設(shè)備應(yīng)用程序期望從網(wǎng)上其他設(shè)備獲得的（輸入網(wǎng)絡(luò)變量）或期望向網(wǎng)上其他設(shè)備提供的（輸出網(wǎng)絡(luò)變量）任何數(shù)據(jù)項(xiàng)（溫度、開(kāi)關(guān)值或執(zhí)行器位置設(shè)定等）。

LonWorks技術(shù)和LON總線設(shè)備中的應(yīng)用程序根本不需要知道輸入網(wǎng)絡(luò)變量由何處來(lái)，輸出網(wǎng)絡(luò)變量往何處去。應(yīng)用程序具有輸出網(wǎng)絡(luò)變量新值時(shí)它就簡(jiǎn)單地把新值發(fā)給設(shè)備固件。通過(guò)一個(gè)在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)過(guò)程中產(chǎn)生的稱(chēng)為“綁定（binding）”的過(guò)程，設(shè)備固件被配置成知道網(wǎng)上要求這個(gè)網(wǎng)絡(luò)變量的其他設(shè)備或設(shè)備組的邏輯地址，于是它就匯集并發(fā)送合適的數(shù)據(jù)包到這些設(shè)備。類(lèi)似地，當(dāng)設(shè)備固件收到應(yīng)用程序所需的輸入網(wǎng)絡(luò)變量的更新值時(shí)，它就把該數(shù)據(jù)發(fā)給應(yīng)用程序。這樣，綁定過(guò)程就在一個(gè)設(shè)備的輸出網(wǎng)絡(luò)變量和另一設(shè)備或設(shè)備組的輸入網(wǎng)絡(luò)變量間建立了邏輯聯(lián)系。這樣的連接也可以看作“虛擬線路”。假如一個(gè)設(shè)備包含一個(gè)物理開(kāi)關(guān)，具有稱(chēng)為“switchon/off”的輸出網(wǎng)絡(luò)變量而另一個(gè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)一個(gè)燈泡，具有相應(yīng)的稱(chēng)為“l(fā)ampon/off”的輸入網(wǎng)絡(luò)變量，把這兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)變量綁定起來(lái)建立的連接具有象從開(kāi)關(guān)到燈泡的同樣的功能效應(yīng)。LonWorks技術(shù)和LON總線LonWorks技術(shù)和LON總線每個(gè)網(wǎng)絡(luò)變量具有類(lèi)型，它定義包含在網(wǎng)絡(luò)變量?jī)?nèi)的數(shù)據(jù)的單位、比例和結(jié)構(gòu)。只有相同類(lèi)型的網(wǎng)絡(luò)變量才能連接。這可以防止發(fā)生通常的安裝錯(cuò)誤，例如，壓力輸出連接到溫度輸入。有類(lèi)型轉(zhuǎn)換程序可把網(wǎng)絡(luò)變量從一個(gè)類(lèi)型轉(zhuǎn)換成另一類(lèi)型。對(duì)通常使用的類(lèi)型定義了一套標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)變量類(lèi)型（SNVT）。另外，制造商為他們自己的用戶(hù)定義網(wǎng)絡(luò)變量類(lèi)型（UNVT）。網(wǎng)絡(luò)變量使我們能拋開(kāi)老式的基于指令的控制系統(tǒng)而建立基于信息的控制系統(tǒng)。這意味著在LONWORKS系統(tǒng)中，每個(gè)設(shè)備應(yīng)用程序根據(jù)從其他設(shè)備收集到的有關(guān)系統(tǒng)的信息作出自己的控制決定。在基于指令的系統(tǒng)中，設(shè)備向其他設(shè)備發(fā)出指令，使得許多銷(xiāo)售商很難設(shè)計(jì)能方便地集成的標(biāo)準(zhǔn)控制設(shè)備。網(wǎng)絡(luò)變量便于制造商設(shè)計(jì)讓集成商方便地結(jié)合互可操作的、以信息為基礎(chǔ)的控制系統(tǒng)。LonWorks技術(shù)和LON總線網(wǎng)絡(luò)變量是一個(gè)節(jié)點(diǎn)中的一個(gè)對(duì)象，它可以與一個(gè)或多個(gè)其它的節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)變量相連接。一個(gè)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)變量從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的觀點(diǎn)定義了它的輸出和輸入，同時(shí)允許在分布式應(yīng)用中共享數(shù)據(jù)。無(wú)論何時(shí)，一個(gè)程序更新了它的輸出網(wǎng)絡(luò)變量（非垂詢(xún)）的值，則該值通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳給所有的與該輸出網(wǎng)絡(luò)變量相連接的其他節(jié)點(diǎn)的輸入網(wǎng)絡(luò)變量。雖然網(wǎng)絡(luò)變量通過(guò)LonTalk報(bào)文傳播，但報(bào)文的傳送是透明的。應(yīng)用程序不需要任何顯式的指令來(lái)接收或發(fā)送網(wǎng)絡(luò)變量的更新。網(wǎng)絡(luò)變量大大簡(jiǎn)化了開(kāi)發(fā)和安裝分布式系統(tǒng)的過(guò)程，因?yàn)楣?jié)點(diǎn)可以獨(dú)立地定義，新的節(jié)點(diǎn)可以很容易地連接入LonWorks系統(tǒng)。當(dāng)使用網(wǎng)絡(luò)變量時(shí)，報(bào)文的實(shí)際建造和發(fā)送發(fā)生在后臺(tái)。如圖2。它包含三個(gè)層次的軟件：應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層和介質(zhì)訪問(wèn)控制層（MAC）。這些軟件層與LonTalk協(xié)議相對(duì)應(yīng)，并且由Neuron芯片上不同的處理器處理。LonWorks技術(shù)和LON總線如圖2所示，當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)向一個(gè)輸出網(wǎng)絡(luò)變量賦值時(shí)，實(shí)際上應(yīng)用程序向網(wǎng)絡(luò)變量寫(xiě)入一個(gè)新值，然后調(diào)度程序建造一個(gè)網(wǎng)絡(luò)變量報(bào)文并傳送該報(bào)文到網(wǎng)絡(luò)層，網(wǎng)絡(luò)層再將地址信息加入該網(wǎng)絡(luò)變量報(bào)文并將其傳送至MAC層。MAC層將更復(fù)雜的信息加入網(wǎng)絡(luò)變量報(bào)文中，通過(guò)通信通道發(fā)送該報(bào)文。當(dāng)接收節(jié)點(diǎn)得到這個(gè)報(bào)文后，首先MAC層使該報(bào)文生效，然后網(wǎng)絡(luò)層檢查包含在該報(bào)文中的地址信息，看是否地址匹配。若是則將網(wǎng)絡(luò)變量信息傳給調(diào)度，而后調(diào)度程序允許應(yīng)用程序使用新值。網(wǎng)絡(luò)層和MAC層軟件存在于LonWorks固件，對(duì)于用戶(hù)而言是隱型的，節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)通信可以理解為應(yīng)用層數(shù)據(jù)的通信。LonWorks技術(shù)和LON總線在一個(gè)Neuron芯片上運(yùn)行的NeuronC應(yīng)用程序最多可以說(shuō)明62個(gè)網(wǎng)絡(luò)變量。而把Neuron芯片作為通訊處理器，另外一個(gè)其它處理器作為應(yīng)用處理器的節(jié)點(diǎn)（Host-based）可以說(shuō)明更多的網(wǎng)絡(luò)變量。這個(gè)應(yīng)用宿主可以是微處理器、微控制器、PC、工作站或任何其它計(jì)算機(jī)。運(yùn)行在每個(gè)Neuron芯片上的程序中的網(wǎng)絡(luò)變量需要事先定義，然后才能使用。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)變量聲明為數(shù)組時(shí)，每個(gè)數(shù)組元素作為單獨(dú)的網(wǎng)絡(luò)變量計(jì)數(shù)。網(wǎng)絡(luò)變量的類(lèi)型說(shuō)明一方面保證節(jié)點(diǎn)應(yīng)用程序正確使用網(wǎng)絡(luò)變量，另一方面則保證網(wǎng)絡(luò)變量之間的正確連接。網(wǎng)絡(luò)變量的大小有限制，一個(gè)網(wǎng)絡(luò)變量最多31個(gè)字節(jié)，在網(wǎng)絡(luò)變量數(shù)組中，單個(gè)元素也被限制在31個(gè)字節(jié)內(nèi)。網(wǎng)絡(luò)變量如果是結(jié)構(gòu)型數(shù)據(jù)，則當(dāng)它被寫(xiě)入節(jié)點(diǎn)修改后，不管是部分或是全部修改，在讀入節(jié)點(diǎn)的一個(gè)關(guān)鍵段區(qū)間結(jié)束時(shí)，整個(gè)結(jié)構(gòu)被更新。網(wǎng)絡(luò)變量如果是數(shù)組，則其中的單元素被寫(xiě)入節(jié)點(diǎn)修改，在讀入節(jié)點(diǎn)中只有被修改的元素被更新。LonWorks技術(shù)和LON總線一個(gè)寫(xiě)入節(jié)點(diǎn)可以改變網(wǎng)絡(luò)變量的值。根據(jù)這個(gè)改變，所有讀入節(jié)點(diǎn)上已經(jīng)與此網(wǎng)絡(luò)變量連接的輸入網(wǎng)絡(luò)變量的值自動(dòng)更新。當(dāng)更新發(fā)生時(shí)，由讀入節(jié)點(diǎn)接收到的網(wǎng)絡(luò)變量的新值，并不立即起作用，而是要等到接收并處理這個(gè)報(bào)文時(shí)。類(lèi)似地，給一個(gè)輸出網(wǎng)絡(luò)變量賦新值，也并非立即發(fā)送一個(gè)報(bào)文。確切地說(shuō)，更新發(fā)生在應(yīng)用程序關(guān)鍵段（CriticalSection