【文档说明】工业化计算机网络11典型的现场总线LonWorks技术课件.ppt，共(44)页，971.500 KB，由小橙橙上传

转载请保留链接：https://www.ichengzhen.cn/view-76923.html

以下为本文档部分文字说明：

LonWorks现场总线技术第8章LON和LonWorks现场总线技术8.1总体概述8.2LonTalk协议LonWorks总线是一种基于嵌入式神经元芯片的现场总线技术，具有强大的实力。广泛应用在楼宇自动化、家庭自动化、保安系统、办公设备、运输设备、工

业过程控制等领域，具有极大的潜力。低成本和高性能是该总线的最大优势。LonWorks总线是美国埃施朗Echelon公司开发研制的，并在Motorola和TOSHIBA等公司共同协作倡导下，于1990年正式公布形成的。局部操作网络LonWorks图L

onWorks总线的通信模型8.1总体概述1.LonWorks技术特点（1）支持OSI七层模型的LonTalk通信协议（2）神经元芯片（3）基于LNS的软件工具（LonWorksNetworkOperatingSy

stem）（4）开放性（1）支持OSI七层模型的LonTalk通信协议LonTalk通信协议支持OSI／RM的所有七层模型，是直接面向对象的网络协议。LonTalk协议通过神经元芯片实现，不仅提供介质存取、事务确认和点对点通信服务；还提供一些如认证、优先级传输、广播／组

播消息等高级服务。LonWorksDevices（2）神经元芯片神经元芯片是LonWorks技术的核心，它不仅是LON总线的通信处理器，而且是具有I/O和控制的通用处理器。神经元芯片已提供了LonTalk协

议的第1-6层，开发者只需用NeuronC语言开发。神经元芯片包括3个8位CPU、RAM、ROM、通信接口和I/O接口；ROM中存储操作系统、LonTalk协议和I/O函数库；RAM用于存储从网络上下载的配置数据和应用程序。芯片上集成有三个8位CPU：介质访问处理器；

网络处理器；应用处理器。网络处理器和介质访问处理器通过存储区中的网络缓存区进行通信，并且网络处理器通过应用缓存区与应用处理器通信。（3）基于LNS的软件工具（LonWorksNetworkOperatingSystem）LonWorks技术有多种基于

LNS的工具，用于LON网络的维护和组态。LonMaker是图形化工具，用于图形绘制、系统调试和网络的维修保养；节点开发工具NodeBuilder；节点和网络安装工具LonBilder；网络管理工具LonManage以及客户／服务器网络构架—LNS技术。（4）开放性

LonWorks技术提供了开放系统设计平台，使不同公司生产的同类LonWorks产品可以互操互换。LonWorks产品的互操作标准由LonMark协会制定。LonWorks通信速率为78kbit/s和1.25Mbit/s，对应的传输距离分别为2700m和130m，节点

数为32000个，传输介质为双绞线、同轴电缆、光缆和电源线等。支持多种拓扑结构，如总线形、星形、环形、自由形式和混合形式，组网方式方便、灵活。LonWorks的信号传输采用可变长帧结构，每帧的有效字节为30～28

8个。2.LON总线系统的开发基于开发工具LonBuilder或NodeBuilder，使用NeuronC语言编程，即针对具体控制系统的要求编写应用代码，然后经过编译与通信协议代码连接生成总的目标代码，一起烧录到节点的存储器中；基

于图形方式的软件开发工具VisualControl，通过组态构成控制系统，自动编译生成总的目标代码，直接下载到节点的FlashROM中。对复杂系统，需编制自定义模块。8.2LonTalk协议1.LonTalk七层协议LonTalk协议是LON总线的专用协

议，是LonWorks技术的核心。它符合1SO/OSI参考模型的七层体系结构，即含有物理层、链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。LonTalk协议提供一系列通信服务，可使一台设备的应用程序可以在不了解

网络拓扑、名称、地址或其它设备功能的情况下发送和接收网络上其它设备的报文。还提供端到端的报文确认，报文认证、打包业务和优先传送服务，支持网络管理服务，允许远程网络管理工具与网络设备进行交互。采用神经元芯片的网络节点

含有LonTalk协议固件，使网络节点可以可靠地通信。网络节点是相互独立的，任一节点发生故障时，不影响整个网络工作，提高了系统的可靠性和可维护性。各节点具有本地存储和处理能力，系统的安全性很高，能在系统规模大时避免网络通信的冲突和网络速度的局限性

。（1）物理层：定义通信信道上位流的传输，它确保源设备发送的位流准确地被目的设备接收。（2）数据链路层：定义介质访问方法和单一信道的数据编码。（3）网络层：定义设备名称和地址，源设备的报文如何选择路由到达一台或多台目的设备

，以及当源设备和目的设备不在同一信道上时，如何确定报文路由。（4）传输层：确保可靠的报文传输。（5）会话层：对较低层数据交换加以控制。（6）表示层：定义报文数据的编码。（7）应用层：定义一种低层交换数据的公共语义解释，使不同应用程序中的网络变量改变时，均能自动将更新的网络变量值下

传(发送)或上传(接收)。应用层还定义了一个文件传输协议，用来传输应用程序间的传输流。2.LonTalk各层协议及功能（1）物理层LonTalk协议支持一种或多种不同传输介质构成网络传输介质：双绞线(twisted-pa

ir)、电力线(powerline)、无线射频(radio-frequency)、红外线（infrared）、同轴电缆(coaxialcable)光纤(fiber)，用户自定义的通信介质。不同介质的传输距离、传输速率、网络拓扑结构以及所使用的收发器均不相同，为支持各种传输

介质，物理层协议支持多种通信协议。收发器是神经元芯片与信道的接口，LonTalk协议支持在通信介质上的硬件碰撞检测，可自动地将正在发生碰撞的报文取消，重新再发。（2）链路层为使数据帧传输独立于所采用的

物理介质和介质访问的控制方法，将数据链路层分为两个子层：逻辑链路控制LLC（LogicalLinkControl）介质访问控制MAC。LLC与介质无关，MAC则依赖于介质。1）MAC子层MAC协议是确定设备安全地传送数据包，减少冲突的控制算法。MAC协议是CSMA（载波信号多路侦听）

协议的改进：带预测的P—坚持CSMA(PredictiveP－PresistentCSMA)。优先级带预测的P—坚持CSMALonWorks的MAC子层的优点：支持多介质的通信，支持低速率的网络，可以在重负载的情况下保持网络性能，保证在过载情况下不会因

为冲突而降低吞吐量。当使用支持硬件冲突检测的传输介质(如双绞线)时，一旦收发器检测到冲突，LonTalk协议就可以有选择地取消报文的发送，这使节点可以马上重新发送并使冲突不再重发，有效地避免了碰撞。2）链路层（逻辑链路控制）

链路层确保链路层数据单元（LinkProtocolDataUnit，LPDU）的数据在子网内顺序无响应传输。提供错误检测，但不提供错误恢复，当一帧数据CRC效验错，该帧被丢掉。（3）网络层在网络层，LonTalk协议提供给用户一个简单的通信接

口，定义了如何接收、发送、响应等，在网络管理上有网络地址分配、出错处理、网络认证、流量控制、路由器机制。1）LonTalk协议的网络地址结构2）寻址格式1）LonTalk协议的网络地址结构LonTalk地址唯一地确定一个LonTalk数据包的源节点或目标

节点，路由器则利用这些地址在信道之间选择数据包的传输路径。为了简化路由选择，LonTalk协议定义了分级的网络地址形式：域(Domain)子网(Subnet)节点(Node)地址组地址①域地址(domain)：域是一个信

道或多个信道上的节点的逻辑集合。一个域就是一个实际意义上的网络，通信只能在同一域中配置的节点之间进行。多个域可以占用同一个信道，所以，域地址可以用来隔离不同网络上的节点。域的结构可以保证在不同的域中通信是彼此独立的。域标识符是唯一的。②子网地址(Subnet

)：一个子网是在同一域中节点的逻辑集合，是一个或多个通道的逻辑分组。一个子网最多可有127个节点，一个域最多可有255个子网。一种子网层的智能路由器产品可以实现子网间的数据交换。子网中的所有节点必须在同一信道上，如果一个节点属

于两个域，该节点必须属于每个域中的一个子网。③节点地址（Node）：节点地址是节点被赋予的所属子网内的唯一的节点标识码。节点的标识码为7位，所以每个子网最多可以有127个节点。一个域中最多可以有32385个节点（255×127）。任一节点可以分属一个或两个域，容许一个节点作为两个域之间

的网关(gateway)，也容许一个节点将采集来的数据分别发向两个不同的域。④地址(Group)：组是一个域内节点的逻辑集合。与子网不同，组不需要考虑节点的物理位置。组可以包括路由器，一个组可在一个域中跨越几个子网，或几个通道。每一个组对于需应答服务的节点最多可包含

64个，而对无应答服务的节点个数不限，一个节点最多可以属于15个组，一个域最多可以有256个组。组地址的长度为1个字节。分组结构可以使一个报文同时为多个节点所接收。⑤芯片地址(NeuronID)：每一个神经元芯片有一个独一无二的48位ID地址，这个ID地址是在神经元芯片出厂时由厂方规定

的，这个ID码是唯一的。一般只在网络安装和配置时使用，可以作为产品的序列号。节点也可以用NeuronID寻址。2）寻址格式一个通道是指在物理上能独立发送报文(不需要转发)的一段介质。LonTalk规定一个

通道至多有32385个节点。通道并不影响网络的地址结构，域、子网和分组都可以跨越多个通道，一个网络可以由一个或多个通道组成。通道之间是通过桥接器(bridge)来连接的。这样做不仅可以实现多介质在同一网络上的连接，而且可以使一个通道的网络信道不致过于拥挤。（4）LonTalk协议的传输层和会话层

LonTalk协议的核心部分是传输层和会话层。一个传输控制子层管理报文执行的顺序、报文的二次检测。传输层是无连接的，它提供1对1节点、1对多节点的可靠传输。信息认证(authentication)也是在这一层实现的。会话层主

要提供了请求/响应的机制，它通过节点的连接，来进行远程数据服务(remoteservers)，因此使用该机制可以遥控实现远端节点的过程建立。LonTalk协议的网络功能虽然是在应用层来完成的，但实际上也是由提供会

话层的请求／应答机制来完成的。LonTalk协议提供四种类型的报文服务：应答方式(acknowledge)请求／响应方式(request/response)非应答重发方式(unacknowledgedrepeated)非应答方式(unacknowledged)这些报

文服务除请求／响应是在会话层实现外，其他三种都在传输层实现。（5）LonTalk协议的表示层和应用层LonTalk协议采用面向数据的应用协议。在这种方式下，节点间以标准工程单位或其它预定义的单位交换

诸如温度、压力、状态和文字串等应用数据，而命令语句封装在接收节点的应用程序中且不是将命令在网上传送。以这种方式，同一工程量可送到多个节点，然而每个节点对该数据有不同的应用程序。LonTalk协议的表示层和应用层提供五类服务：1)网

络变量的服务2)显示报文的服务3)网络管理的服务4)网络跟踪的服务5)外来帧传输的服务3.LonTalk协议使用中注意的问题（1）LonTalk协议的网络认证（2）LonTalk协议的网络接口协议（3）LonTalk协议中的定时器（4）网络效率（1）LonTalk协议的网络认证LonTalk

协议支持报文认证，即允许报文的接收者确定报文的发送方是否有权发送。它用于防止未授权节点介入应用。（2）LonTalk协议的网络接口协议LonTalk协议包含一个可选择的网络接口协议，该协议支持在任一主处理器上运行的LonWorks应用程序。

主处理器可以是微处理器、微控制器或PC机。主处理器管理LonTalk协议的第6和7层，并且使用LonTalk网络接口管理协议的1～5层。LonTalk网络接口定义网络接口和主处理器之间的数据交换格式。

（3）LonTalk协议中的定时器在使用LonTalk协议服务之前，需正确设置以下几个定时器：事务定时器(TramsactionTimer)重发定时器(RepeatTimer)组接收定时器(GroupReceive

Timer)非组接收定时器（Non-GroupReceiveTimer）缓冲器释放定时器(FreeBufferWaitTimer)（4）网络效率网络的响应时间、安全性和可靠性是相互关联的。例如，应答服务方式是最可靠的，但它与非应答方式和非应答重发方式相比需要较大的网络带宽；对具有优先

权的报文实时发送，对其它报文的发送是不利的；使用报文认证服务可使安全性增加，但要传送的报文数量将是无报文认证服务的两倍。第8章复习题1.LonWorks技术的特点是什么？2.LonTalk协议包含几层协议？每层的功能是什么？3.LonTalk协议的网络地址形式有几种？4.LonTalk协议使

用中注意的问题有哪些？5.LonTalk协议的表示层和应用层提供哪几类服务？知识回顾KnowledgeReview祝您成功！