BACnet介绍解读课件.ppt

1、BACnet 标准介绍标准介绍2009.11.01BACnet简介简介nBACnet-A Data Communication Protocol for Building Automation and Control Network；n是一种为楼宇自动控制网络所制定的数据通信协议；n由美国采暖、制冷与空调工程师协会（ASHRAE）资助的标准项目委员会（Standard Project Committee:SPC 135P）于1995年6月制定；1995年12月成为美国标准2003年1月正式成为国际标准(ISO 16484-5)是智能建筑楼宇自控领域中唯一的国际标准nBACnet标准产生的背景是

2、用户对楼宇自动控制设备互操作性（Interoperability）的广泛要求，即将不同厂家的设备组成一个一致的自控系统。22009-11-01BACnet协议的体系结构协议的体系结构nBACnet标准对ISO/OSI-RM进行了精简和压缩。其目的是为了解决楼宇自控网络信息通信和互操作的基本问题，在体系结构上可以划分为通信功能和互操作性两个大部分，并且这两大功能部分既相互独立，又相互联系。通信功能由物理层、数据链路层和网络层三个协议层进行定义；互操作功能由应用层单独定义。32009-11-01BACnet的协议栈和数据流的协议栈和数据流n由应用层服务原语产生的应用层协议数据单元（APDU），构成

3、了网络层服务原语的数据部分，并通过网络层服务访问点下传到网络层；n同样，这个请求将进一步下传到本地设备协议栈的以下各层；nPDU：协议数据单元NPCI 网络层服务数据单元（NSDU）LPCI数据链路层服务数据单元（LSDU）MPCIMAC层服务数据单元（MSDU）PPCI 物理层服务数据单元（PSDU）APCI与服务相关的数据块APDUMPDULPDUNPDU应用层BACnet请求与服务有关的参数与网络层、数据链路层、MAC层相关的参数N-UNITDATA.请求DL-UNITDATA.请求MA-UNITDATA.请求P-UNITDATA.请求PPDU与数据链路层、MAC层相关的参数与MAC层相

4、关的参数BACnet服务请求应用程序应用层网络层数据链路LLCMAC物理层图1-4 BACnet协议栈及数据流PCI：协议控制信息（Protocol Control Information）PDU：协议数据单元（Protocol Data Unit）42009-11-0152009-11-01BACnet应用层BACnet应用层规范应用层规范nBACnet的应用层协议要解决三个问题：三个问题：向应用程序提供通信服务的规范，与下层协议进行信息交换的规范与对等的远程应用层实体交互的规范nBACnet应用层主要有两个功能：两个功能：定义楼宇自控设备的信息模型BACnet对象模型定义面向应用的通信服务

5、62009-11-01BACnet应用进程模型应用进程模型72009-11-01应用层应用进程应用程序BACnet用户单元BACnetASEAPI应用实体NSAPn应用进程：为了实现某个特定的应用（例如，节点设备向一个远端的温度传感器设备请求当前温度值）所需要的进行信息处理的一组方法。一般来说，这是一组计算机软件n应用进程分为两部分，一部分专门进行信息处理，不涉及通信功能，这部分称为应用程序。另一部分处理BACnet通信事务，称为应用实体。BACnet应用进程模型n应用程序与应用实体之间通过应用程序接口(API)进行交互。nBACnet应用层协议只对应用实体进行规范，不涉及应用程序和应用程序接

6、口。但在具体实现过程中，应用程序接口一定是某个函数、过程或子程序的调用。BACnet应用程序通信应用程序通信n一个BACnet 设备的应用程序要向一个远地设备的应用程序发送一个请求服务信息，它调用API，并将相应的参数填入API中。API中的某些参数，如服务请求接收设备的标志号（或地址）、协议控制信息等，将直接下传到网络层或数据链路层；其余参数则组成一个应用层服务原语，通过BACnet用户单元传到BACnet应用服务单元（ASE），形成应用层协议数据单元（APDU）。APDU则通过网络层的服务访问点（NSAP）下传到网络层，成为网络层服务原语的数据部分。这个请求将进一步下传到本地设备协议栈中的

7、下层，最终由物理层传送到远地设备，并通过远地设备协议栈逐级上传到远地用户单元。n同样，从远地设备发回的响应，也是以相同方式回传给请求设备。82009-11-01n当一个BACnet设备中的应用程序需要与网络中其它BACnet设备中的应用程序进行通信时，应用程序只需通过调用API访问本地的BACnet用户单元来实现。BACnet对象模型对象模型nBACnet对象就是利用面向对象设计和分析的方法对楼宇自控设备进行抽象表示的信息模型。n通过对楼宇自控设备的功能进行分解，形成众多具有特定楼宇自控功能的“功能单元”。n当定义了具有复用功能的标准BACnet对象后，就可以通过标准BACnet对象的不同组合

8、对实际楼宇自控设备进行表示。n在BACnet标准中，属性和方法是分开的，BACnet对象只由属性组成，不包含访问和操作属性的方法，访问和操作属性的方法被定义为一个非常重要的协议元素应用层服务。92009-11-01按面向对象的程序设计语言而言，对象通常由“属性”和“方法”构成，其中属性描述对象的状态，方法则表示对属性的访问和操作。BACnet的对象的对象(28)102009-11-01Binary InputBinary OutputBinary ValueAnalog InputAnalog OutputAnalog ValueMulti-state InputMulti-state Out

9、putCalendarNotification ClassCommandFileProgramScheduleGlobal GroupEvent LogDeviceLoopMulti-state ValueAveragingTrend LogLife Safety ZoneLife Safety PointAccumulatorEvent EnrollmentGroupPulse ConverterTrend Log Multiple部分部分BACnet对象应用实例对象应用实例对象名称对象名称应用实例应用实例模拟输入 Analog Input传感器输入模拟输出 Analog Output控制输

10、出模拟值 Analog Value设置的阈值或其它模拟控制系统参数二进制输入 Binary Input开关输入二进制输出 Binary Output继电器输出二进制值 Binary Value数字控制系统参数日历 Calendar为按事件执行程序定义的日期列表命令Command为完成诸如日期设置等特定操作而向多设备的多对象写多值设备Device其属性表示设备支持的对象和服务以及设备商和固件版本事件登记Event Enrollment描述可能处于错误状态的事件（例如“输入超出范围”），或者其它设备需要的报警。该对象可直接通知一个设备，也可用通知类(Notification Class)对象通知多

11、对象文件File允许读写访问设备支持的数据文件组Group提供在一个读单一操作下访问多对象的多属性环Loop提供标准化地访问一个“控制环”多态输入Multi-state Input表述一个多状态处理程序的状况，如冰箱的开、关和除霜循环等多态输出Multi-state Output表述一个多状态处理程序的期望状态，如冰箱的开始冷却时间、开始除霜时间等通知类Notification Class包含一个设备列表，其中包括如果一个事件登记对象确定有一个警告或报警报文需要发送则将要送给的那些设备程序Program允许设备中的一个程序开始，停止，装载，卸载，以及报告程序当前状态等时间表Schedule定义

12、一个按周期的操作时间表112009-11-01122009-11-01BACnet网络层网络层BACnet网络层规范网络层规范n网络层提供将报文直接传递到一个远程的BACnet设备、广播到一个远程BACnet网络、或者广播到所有的BACnet网络中的所有BACnet设备的能力。n一个BACnet设备由一个网络号码和一个MAC地址唯一确定。n网络层的功能就是实现连接两个异类的BACnet局域网使用不同的数据链路层技术的局域网称为异类网络，例如，以太网、ARCNET网络和Lonworks网络等就是异类网络。n实现异类网络连接的设备称为“BACnet路由器”n从协议的观点看，网络层的功能是向应用层提

13、供统一的网络服务平台，屏蔽异类网络的差异。132009-11-01BACnet网络网络的特点的特点nBACnet网络是拓扑结构非常稳定的自控网络一旦楼宇自控设备安装完成后，其安装位置在整个生命周期范围内通常是固定的路由算法得到简化n固定的拓扑结构n树形拓扑结构：BACnet标准又规定任意两节点间只能有一条路径，不得形成环路。nBACnet网络层不提供报文分段传输和可靠性传输的功能应用层具有报文分段传输和可靠性传输的功能，因而BACnet网络层的功能再次得到简化。楼宇绝大多数自控设备间交换的信息字节数较少，报文分段情况较少。142009-11-01BACnet互联网络拓扑结构互联网络拓扑结构n物

14、理网段(Physical Segment)：直接连接一些BACnet设备的一段物理介质。n网段(Segment)：多个物理网段通过“中继器”在物理层连接，所形成的网络段。n网络(Network)：多个BACnet网段通过“网桥”互连而成，每个BACnet网络都形成一个单一的MAC地址域。这些在物理层和数据链路层上连接各个网段的设备，可以利用MAC地址实现报文的过滤。n互联网络(Internetwork)：将使用不同LAN技术的多个网络，用BACnet“路由器”互联起来，便形成了一个BACnet“互联网络”。在一个BACnet互联网络中，任意两个节点之间恰好存在着一条报文通路。152009-11

15、-01RTR1/2RTR1/2RTBRR物理网段物理网段物理网段物理网段物理网段RRB网段1网段2物理网段物理网段物理网段物理网段物理网段物理网段网络1网段3网段4网络2网络3P T P点到点连接网段5BACnet互联网络其中：B=网桥，RT=路由器，R=中继器，1/2RT=半路由器图1-3 BACnet互联网络结构图BACnet网络层的服务原语网络层的服务原语n当网络层从应用层收到一个N-UNITDATA.request 请求原语后，就用网络层规范所表述的方式发送一个网络层服务数据单元NSDU。n当一个网络实体收到从一个对等网络实体发来的NSDU后，它作如下处理：通过一个直接连接的网络将NS

16、DU发送到目的地；将NSDU发送到下一个BACnet路由器后再路由到目的地；如果NSDU的地址与它自己的应用层中的某个实体的地址匹配，则向这个实体发送一个N-UNITDATA.indication原语，通知有一个NSDU到达。162009-11-01请求请求N-UNITDATA.reques(destination_address，data，network_priority，data_expecting_reply)指示指示N-UNITDATA.indication(source_address，destination_address，data，network_priority，data_ex

17、pecting_reply)172009-11-01BACnet数据链路数据链路/物理层物理层BACnet数据链路数据链路/物理层规范物理层规范nBACnet标准将五种类型的数据链路/物理层技术作为自己所支持的数据链路/物理层技术进行规范，形成其协议Ethernet(ISO8802-3)局域网；ARCNET局域网；主从/令牌传递(MS/TP)局域网；点到点(PTP)连接；LonTalk局域网；182009-11-01l用同一种技术建立起来的通信链路连接的一组计算机设备就称为一个类型 的计算机网络l用载波侦听多路访问/冲突检测技术建立的网络称为以太网；l用LonTalk协议技术建立的网络称为Lo

18、nWork网络;l不同技术所建立的网络在数据传输速率、传输的数据帧格式、设备使用介质的方式等等方面都不相同BACnet标准自己定义标准自己定义主从主从/令牌传递令牌传递(MS/TP)协议协议nBACnet的主从/令牌传递局域网技术的基础是使用EIA-485标准。n由于EIA-485标准只是一个物理层标准，不能解决设备访问传输介质的问题，BACnet定义了主从主从/令牌传递令牌传递 (MS/TP)协议，提供数据链路层功能。nMS/TP网络使用一个令牌来控制设备对网络总线的访问当主节点掌握令牌时，它可以发送数据帧。凡是收到主节点请求报文的主（从）节点都可以发送响应报文。一个主节点在发送完报文之后，

19、就将令牌传递给下一个主节点。如果主节点有许多报文要发送，当它一次掌握令牌期间最多只能发送Nmax_info_frames个数据帧，就必须将令牌传递给下一个主节点，其它数据帧只能在它再一次掌握令牌时，才能发送。192009-11-01点到点点到点(PTP)通信通信协议协议n为了使两个BACnet设备能够使用各种点到点通信机制进行通信，BACnet定义了点到点数据链路层通信协议，面向连接的协议，这个协议的功能是：使两个BACnet网络层实体建立点到点数据链路连接，可靠地交换BACnet PDU，使用已建立的物理连接执行BACnet点到点连接的有序终止。n一旦这种连接成功建立之后，两个设备就可以透明

20、地交换BACnet PDU。n不论呼叫设备还是被叫设备都可以启动释放连接过程，而只有每个设备都发送了终止请求之后，连接才会终止。n对应的物理连接方式有：EIA-232连接调制解调器，线路驱动器，或者其它数据通信设备。202009-11-01Native BACnetnNative BACnet devices provide BACnet communications directly,device to device212009-11-01BACnet LAN-Ethernet,ARCNET,MS/TP,LonTalk,or BACnet/IPSensors and ActuatorsBAC

21、net Field Panels BACnet Workstation Vendor AVendor AVendor BVendor CBACnet LAN-EthernetBACnet Field PanelBACnet WorkstationVendor ASensors and ActuatorsVendor CVendor CBACnet LAN-ARCNETSensors and ActuatorsEthernet to ARCNET RouterVendor BVendor BBACnet Field PanelsBACnet Field PanelsEthernet to MS/

22、TP RouterBACnet LAN-MS/TPSensors and ActuatorsRouters-Net 1Net 3Net 2re-package and re-transmit BACnet messages unchangedmust“translate”messages before retransmission232009-11-01BACnet LAN-Ethernet,ARCNET,MS/TP,or LonTalkBACnet Field PanelsBACnet WorkstationVendor ASensors and ActuatorsVendor AVendor BVendor BVendor BVendor BVendor BProprietary LANSensors and ActuatorsBACnet to Vendor B GatewayNon-BACnet Field PanelsGateways-242009-11-01Continue doing it!