Lonworks技术和LON总线
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• APDU (AppLication Protoc01Data Unit)应 用层协议数据单元。
四、LonTalk七层协议
• LonTalk是ISO组织制定的OSI开放系统互 连参考模型的七层协议的一个子集。它包容了 LON总线的所有网络通信的功能，包含一个功 能强大的网络操作系统，通过所提供的网络开 发工具生成固件，可使通信数据在各种介质中 非常可靠地传输。由于LonTalk协议对OSI的七 层协议的支持，使LON总线能够直接面向对象 通信，具体实现就是采用网络变量这一形式。 网络变量使节点之间的通信实现只是通过网络 变量的互相连接便可完成(表8.10为LonTalk和 OSI的七层协议的比较)。
Lonworks技术和LON总线
LON(Local Operating Networks)总线 是美国Echelon公司1991年推出的局部操 作网络，为集散式监控系统提供了很强的 实现手段。
为支持LON总线，Echelon公司开发了 Lonwbrks技术，它为LON总线设计、成品 化提供了一套完整的开发平台。
• LPDU (Link Protocol Data Unit)链路层协议数 据单元，数据称为帧(Frame)。
• NPDU (Network Protocol Data Unit)网络层协 议数据单元，数据称为报文 (Packet)。
• TPDU (Transport Protocol Data Unit)传输层 协议数据单元，数据称为消息应答(Message ／ACK)。
• 其余的空间可作为用户编写的应用代码，以 及应用程序所需要的额外读写数据区、应用 缓冲区和网络缓冲区
3、输入／输出
• 神经元芯片和其他设备的互连是通过它的11 个I／O口----IO0~IO10。可根据不同的需求 进行灵活配置，以便同外围设备进行接口。
• 神经元芯片带有两个片内定时／计数器。 • 定义I／O口
芯片内部装有三个微处理器： MAC处理器 1~2层 网络处理器 3~6层 应用处理器 编程和调用
2、存储器
• 512bytes EEPROM
• 2048bytes RAM • 最多64kB存储器地址空间
外部存储器接口能够访问到的是59392bytes 6114字节是作为系统内部映射 • 16384字节的外部存储器用于存储LON的操 作系统
传输一个通道或两个通道的所有数据 • 桥接器(bridge)
连接两个通道(x和y)；传输在一个域中的从x到y、 或从y到x的所有数据 • 子网(subnet) 一系列节点的集合(节点数目＜128) • 路由器(router) 传输从一个子网到另一个子网的数据 • 网关(8ateway) 传输从一个域到另一个域的数据
• SPDU (Session Protocol Data Unit)会话层 协议数据单元，也称为请求／响应 (Request/Response)；
• NMPDU (Network Management protocol Data unit)网络管理协议数据单元。
• DPDU (Diagnostic Protoc01Data Unit)网络 检测协议数据单元。
注意： 当Service Pin没有连接LED和上拉电阻时， Service Pin有一个片内可选(可通过软件设 置)的上拉以保证输入是无效的状态。 P340 图8.11
8、watchdog定时器
• 三个Watchdog定时器(每个CPU一个) 如果应用软件和系统没有定时地刷新这些 Watchdog定时器，整个神经元芯片将自动 复位。 复位周期 睡眠状态被禁止 。
Lonworks使用的开放式通信协议 LonTalk为设备之间交换控制状态信息建立 了一个通用的标准。
• LonTalk协议最大的特点是对OSI的七层协议 的支持，是直接面向对象的网络协议，这是以 往的现场总线所不支持的。具体实现就采用网 络变量这一形式。
• 神经元芯片(neuron chip)是Lonworks技术的 核心，它不仅是LON总线的通信处理器，同时 也可作为采集和控制的通用处理器。 LonWorks技术中所有关于网络的操作实际上 都是通过它来完成的。按照Lonworks标准网 络变量来定义数据结构，也可以解决和不同厂 家产品的互操作性问题。
• 拥有三个处理单元的神经元芯片(Neuron芯片) • 支持多种通信介质 • LonTalk通信协议 • 完整的开发平台 • 提供现成的网络管理工具 • 很容易实现网络的互操作
二、LON总线分散式通信控制处理器 ——神经元芯片
• 神经元芯片是LonWorks技术的核心。 • 神经元芯片主要包含3l50和3120两大系列。 1、处理单元
• LonWorks的MAC子层具有以下的优点： 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，支 持大型网络。
ShortStack微服务器
2、路由器
• 路由器在Lonworks技术中是一个主要的部 分，它使LON总线突破传统的现场总线的 限制——不受通信介质、通信距离、通信 速率的限制。
3、网络管理
• 在LON总线中，需要一个网络管理工具。A、 当单个节点建成以后，节点之间需要互相 通信，这就需要一个网络工具为网络上的 节点分配逻辑地址，同时也需要将每个节 点的网络变量和显示报文连接起来；
收发器
4、无线收发器 A、很宽的频率范围 B、大功率的发射机
5、光纤收发器
6、路由器
• 路由器是中继器、桥接器、配置型路由器 和学习型路由器的统称。
• 路由器的用途： (1)扩展通道的容量 (2)连接不同的通信介质或波特率 (3)提高LON总线可靠性 (4)全面提高网络性能 Lonworks路由器包含两个可供选择的模块 (1)路由器组件——RTR—10模块 (2)路由算法。
B、一旦网络系统建成正常运行后，还需对 其进行维护；
C、对一个网络系统还需要有上位机能够随 时了解该网络的所有节点网络变量和显示 报文的变化情况。
网络管理的主要功能
1．网络安装 自动安装、工程安装、现场安装
2．网络维护 主要包括维护和修理（检测和替换 ）
3．网络监控 查看网络所有设备的信息
4、LON总线性能特点
LonTalk协议物理层通信协议
• LonTalk协议在物理层协议支持多种通信协 议，即支持不同的数据解码和编码。（例）
• LonTalk支持在通信介质上的硬件碰撞检测。
LonTalk协议的网络地址结构
及对大网络的支持
• 网络地址可以有三层结构：域(Domain)、子网 (SuLnet)和节点(Node)。 第一层结构是域。域的结构可以保证在不同的域中通 信是彼此独立的。
函数io_in()和io_out()
4、通信端口
• 神经元芯片可以支持多种通信介质。 • 为适合不同的通信介质，可以将五个通信
管脚配置三种不同的接口模式，以适合不 同的编码方案和不同的波特率。 A、单端模式 B、差分模式 C、专用模式
5、时钟系统
神经元正常工作频率可以从10MHZ—625kHZ
6、睡眠／唤醒机制
• LonTalk协议的MAC子层是链路层的一部 分，它使用OSI各层协议的标准接口和链路 层的其他部分进行通信，如图 。
链路层数据 指示
链路层数据 请求
链路层
物理层数据 指示
MAC子层
物理层通道活跃
物理层数据 请求
• LonTalk协议使用改进的CSMA介质访问控制 协议称为带预测的P—坚持CSMA (Predictive P—presistent CSMA)，可有效地避免了网络的 频繁碰撞 。
参见书P360图8.27
• BL值的确认： BL值是对当前网络繁忙程度的估计。每一 个节点都有一个BL值，当侦测到一个 MPDU时或发送一个MPDU时BL加1；同时 再每隔一个固定报文周期BL减l。把BL值加 入到MPDU/LPDU的头中。当BL值减到1时， 就不再减，总是保持BL＞=1。
• 优先级时间片(priority slot) 优先级时间片是从0一127
三、通信
LON总线的一个非常重要的特点是它对多通信 介质的支持。由于突破了通信介质的限制，
LON总线可以根据不同的现场环境选择不同的 收发器和介质。
1、双绞线收发器（三类） 直接驱动：
直接驱动是使用神经元芯片的通信端口作为 收发器，同时加入电阻和瞬态抑制器作为电 流限制和ESD保护，直接驱动方式适合网络 上的所有节点在同一个大设备中，使用同一 个电流源。
EIA 485： 使用EIA—485共模电压比直接驱动要好，但 不如变压器耦合，EIA—485共模电压是-7V ~+12V，也可以在共模电压中加入隔离。 变压器耦合： 变压器耦合接口能够满足系统的高性能、高 共模隔离以及同时具有噪声隔离的作用。 FTT—10A收发器
2、电源线收发器
• 电源线，指的是通信线和电源线共用一对 双绞线。使用电源线的意义在于，所有节 点通过一个48VDC中央电源供电 。
四、Lonworks通信协议—LonTalk
• 发送的报文都是很短的数据(通常几个到几 十个字节)；
• 通信带宽不高(几kbps到2Mbps)； • 网络上的节点往往是低成本、低维护的单
片机； • 多节点，多通信介质； • 可靠性高； • 实时性高。
术语解释
• 基本通道 • S&F重复器 (store & forward repeater)
1、Lonworks节点
• 一个典型的现场控制节点主要包含以下几 部分功能块：应用CPU、I／O处理单元、 通信处理器、收发器和电源。
A、以神经元芯片为核心的控制节点
一个神经元芯片几乎包含一个现场节点 的大部分功能块——应用CPU、I／O处理 单元、通信处理器。
B、采用MIP结构的控制节点
神经元芯片仅作为通信协处理器，用高 级主机的资源来完成复杂的测控功能。
方法：
每一个节点发送前随机的插入0~W个很小的随 机时间片，因此网络中任一节点在发送普通报 文前平均插入w／2个随机时间片，而W则根据 网络积压参数(Backlog)变化进行动态调整，其 公式是W＝BL*Wbase，其中Wbase＝16，BL 为网络积压的估计值，它是对当前发送周期有 多少个节点需要发送报文的估计。
LonTalk协议的分层符合OSI的标准术语。
• 下图为各层数据单元的标准接口
服务请示 服务指示 N层协议实体
PDU
服务请示 服务指示 N层协议实体
LonTalk的协议数据单元(PDU——Protocol
Data Unit)包含8部分：
• MPDU (MAC Protocol Data Unit)MAC层协议 数据单元，数据称为帧(Frame)。
第二层结构是子网。每一个域最多有255个子网。 第三层结构是节点。每个子网最多有127个节点。 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。一般 只在网络安装和配置时使用，可以作为产品的序列号。 图8.24为报文地址结构。
LonTalk MAC子层
• 电源线收发器采用直流供电。 • 好处
3、电力线收发器
• 电力线收发器，是将通信数据调制成载波信号 或扩频信号，然后通过耦合器耦合到220V或 其他交直流电力线或没有电力的双绞线上。
• 使用电力线遇到的问题： • 对策：
每一个收发器包括一个数字信号处理器(DSP) 、 短报文头纠错技术 、动态调整收发器灵敏度 算法 、三态电源放大／过滤合成器。 常用两类：载波电力线收发器和扩频电力线
A、通过软件设置
B、唤醒条件：
I／O管脚的输入(可屏蔽)I04一I07 、 Service Pin信号、通信端口(可屏蔽)、差分 模式CP0或CPl、单端模式CP0、专用模式 CP3等有输入转换。
7、Service Pin
• 在节点的配置、安装和维护的时候都需要 使用该管脚。该管脚既能输入也能输出。
• LonWorks产品的设计规范LonMark
一、LonWorks技术概述及系统结构
• LonWorks技术主要包括以下几个组成部分： • LonWorks节点和路由器 • LonWorks internet连接设备 • LonTalk协议 • LonWorks收发器 • LonWorks网络和节点开发工具 • LNS网络工具 • LonWorks网络管理工具
四、LonTalk七层协议
• LonTalk是ISO组织制定的OSI开放系统互 连参考模型的七层协议的一个子集。它包容了 LON总线的所有网络通信的功能，包含一个功 能强大的网络操作系统，通过所提供的网络开 发工具生成固件，可使通信数据在各种介质中 非常可靠地传输。由于LonTalk协议对OSI的七 层协议的支持，使LON总线能够直接面向对象 通信，具体实现就是采用网络变量这一形式。 网络变量使节点之间的通信实现只是通过网络 变量的互相连接便可完成(表8.10为LonTalk和 OSI的七层协议的比较)。
Lonworks技术和LON总线
LON(Local Operating Networks)总线 是美国Echelon公司1991年推出的局部操 作网络，为集散式监控系统提供了很强的 实现手段。
为支持LON总线，Echelon公司开发了 Lonwbrks技术，它为LON总线设计、成品 化提供了一套完整的开发平台。
• LPDU (Link Protocol Data Unit)链路层协议数 据单元，数据称为帧(Frame)。
• NPDU (Network Protocol Data Unit)网络层协 议数据单元，数据称为报文 (Packet)。
• TPDU (Transport Protocol Data Unit)传输层 协议数据单元，数据称为消息应答(Message ／ACK)。
• 其余的空间可作为用户编写的应用代码，以 及应用程序所需要的额外读写数据区、应用 缓冲区和网络缓冲区
3、输入／输出
• 神经元芯片和其他设备的互连是通过它的11 个I／O口----IO0~IO10。可根据不同的需求 进行灵活配置，以便同外围设备进行接口。
• 神经元芯片带有两个片内定时／计数器。 • 定义I／O口
芯片内部装有三个微处理器： MAC处理器 1~2层 网络处理器 3~6层 应用处理器 编程和调用
2、存储器
• 512bytes EEPROM
• 2048bytes RAM • 最多64kB存储器地址空间
外部存储器接口能够访问到的是59392bytes 6114字节是作为系统内部映射 • 16384字节的外部存储器用于存储LON的操 作系统
传输一个通道或两个通道的所有数据 • 桥接器(bridge)
连接两个通道(x和y)；传输在一个域中的从x到y、 或从y到x的所有数据 • 子网(subnet) 一系列节点的集合(节点数目＜128) • 路由器(router) 传输从一个子网到另一个子网的数据 • 网关(8ateway) 传输从一个域到另一个域的数据
• SPDU (Session Protocol Data Unit)会话层 协议数据单元，也称为请求／响应 (Request/Response)；
• NMPDU (Network Management protocol Data unit)网络管理协议数据单元。
• DPDU (Diagnostic Protoc01Data Unit)网络 检测协议数据单元。
注意： 当Service Pin没有连接LED和上拉电阻时， Service Pin有一个片内可选(可通过软件设 置)的上拉以保证输入是无效的状态。 P340 图8.11
8、watchdog定时器
• 三个Watchdog定时器(每个CPU一个) 如果应用软件和系统没有定时地刷新这些 Watchdog定时器，整个神经元芯片将自动 复位。 复位周期 睡眠状态被禁止 。
Lonworks使用的开放式通信协议 LonTalk为设备之间交换控制状态信息建立 了一个通用的标准。
• LonTalk协议最大的特点是对OSI的七层协议 的支持，是直接面向对象的网络协议，这是以 往的现场总线所不支持的。具体实现就采用网 络变量这一形式。
• 神经元芯片(neuron chip)是Lonworks技术的 核心，它不仅是LON总线的通信处理器，同时 也可作为采集和控制的通用处理器。 LonWorks技术中所有关于网络的操作实际上 都是通过它来完成的。按照Lonworks标准网 络变量来定义数据结构，也可以解决和不同厂 家产品的互操作性问题。
• 拥有三个处理单元的神经元芯片(Neuron芯片) • 支持多种通信介质 • LonTalk通信协议 • 完整的开发平台 • 提供现成的网络管理工具 • 很容易实现网络的互操作
二、LON总线分散式通信控制处理器 ——神经元芯片
• 神经元芯片是LonWorks技术的核心。 • 神经元芯片主要包含3l50和3120两大系列。 1、处理单元
• LonWorks的MAC子层具有以下的优点： 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，支 持大型网络。
ShortStack微服务器
2、路由器
• 路由器在Lonworks技术中是一个主要的部 分，它使LON总线突破传统的现场总线的 限制——不受通信介质、通信距离、通信 速率的限制。
3、网络管理
• 在LON总线中，需要一个网络管理工具。A、 当单个节点建成以后，节点之间需要互相 通信，这就需要一个网络工具为网络上的 节点分配逻辑地址，同时也需要将每个节 点的网络变量和显示报文连接起来；
收发器
4、无线收发器 A、很宽的频率范围 B、大功率的发射机
5、光纤收发器
6、路由器
• 路由器是中继器、桥接器、配置型路由器 和学习型路由器的统称。
• 路由器的用途： (1)扩展通道的容量 (2)连接不同的通信介质或波特率 (3)提高LON总线可靠性 (4)全面提高网络性能 Lonworks路由器包含两个可供选择的模块 (1)路由器组件——RTR—10模块 (2)路由算法。
B、一旦网络系统建成正常运行后，还需对 其进行维护；
C、对一个网络系统还需要有上位机能够随 时了解该网络的所有节点网络变量和显示 报文的变化情况。
网络管理的主要功能
1．网络安装 自动安装、工程安装、现场安装
2．网络维护 主要包括维护和修理（检测和替换 ）
3．网络监控 查看网络所有设备的信息
4、LON总线性能特点
LonTalk协议物理层通信协议
• LonTalk协议在物理层协议支持多种通信协 议，即支持不同的数据解码和编码。（例）
• LonTalk支持在通信介质上的硬件碰撞检测。
LonTalk协议的网络地址结构
及对大网络的支持
• 网络地址可以有三层结构：域(Domain)、子网 (SuLnet)和节点(Node)。 第一层结构是域。域的结构可以保证在不同的域中通 信是彼此独立的。
函数io_in()和io_out()
4、通信端口
• 神经元芯片可以支持多种通信介质。 • 为适合不同的通信介质，可以将五个通信
管脚配置三种不同的接口模式，以适合不 同的编码方案和不同的波特率。 A、单端模式 B、差分模式 C、专用模式
5、时钟系统
神经元正常工作频率可以从10MHZ—625kHZ
6、睡眠／唤醒机制
• LonTalk协议的MAC子层是链路层的一部 分，它使用OSI各层协议的标准接口和链路 层的其他部分进行通信，如图 。
链路层数据 指示
链路层数据 请求
链路层
物理层数据 指示
MAC子层
物理层通道活跃
物理层数据 请求
• LonTalk协议使用改进的CSMA介质访问控制 协议称为带预测的P—坚持CSMA (Predictive P—presistent CSMA)，可有效地避免了网络的 频繁碰撞 。
参见书P360图8.27
• BL值的确认： BL值是对当前网络繁忙程度的估计。每一 个节点都有一个BL值，当侦测到一个 MPDU时或发送一个MPDU时BL加1；同时 再每隔一个固定报文周期BL减l。把BL值加 入到MPDU/LPDU的头中。当BL值减到1时， 就不再减，总是保持BL＞=1。
• 优先级时间片(priority slot) 优先级时间片是从0一127
三、通信
LON总线的一个非常重要的特点是它对多通信 介质的支持。由于突破了通信介质的限制，
LON总线可以根据不同的现场环境选择不同的 收发器和介质。
1、双绞线收发器（三类） 直接驱动：
直接驱动是使用神经元芯片的通信端口作为 收发器，同时加入电阻和瞬态抑制器作为电 流限制和ESD保护，直接驱动方式适合网络 上的所有节点在同一个大设备中，使用同一 个电流源。
EIA 485： 使用EIA—485共模电压比直接驱动要好，但 不如变压器耦合，EIA—485共模电压是-7V ~+12V，也可以在共模电压中加入隔离。 变压器耦合： 变压器耦合接口能够满足系统的高性能、高 共模隔离以及同时具有噪声隔离的作用。 FTT—10A收发器
2、电源线收发器
• 电源线，指的是通信线和电源线共用一对 双绞线。使用电源线的意义在于，所有节 点通过一个48VDC中央电源供电 。
四、Lonworks通信协议—LonTalk
• 发送的报文都是很短的数据(通常几个到几 十个字节)；
• 通信带宽不高(几kbps到2Mbps)； • 网络上的节点往往是低成本、低维护的单
片机； • 多节点，多通信介质； • 可靠性高； • 实时性高。
术语解释
• 基本通道 • S&F重复器 (store & forward repeater)
1、Lonworks节点
• 一个典型的现场控制节点主要包含以下几 部分功能块：应用CPU、I／O处理单元、 通信处理器、收发器和电源。
A、以神经元芯片为核心的控制节点
一个神经元芯片几乎包含一个现场节点 的大部分功能块——应用CPU、I／O处理 单元、通信处理器。
B、采用MIP结构的控制节点
神经元芯片仅作为通信协处理器，用高 级主机的资源来完成复杂的测控功能。
方法：
每一个节点发送前随机的插入0~W个很小的随 机时间片，因此网络中任一节点在发送普通报 文前平均插入w／2个随机时间片，而W则根据 网络积压参数(Backlog)变化进行动态调整，其 公式是W＝BL*Wbase，其中Wbase＝16，BL 为网络积压的估计值，它是对当前发送周期有 多少个节点需要发送报文的估计。
LonTalk协议的分层符合OSI的标准术语。
• 下图为各层数据单元的标准接口
服务请示 服务指示 N层协议实体
PDU
服务请示 服务指示 N层协议实体
LonTalk的协议数据单元(PDU——Protocol
Data Unit)包含8部分：
• MPDU (MAC Protocol Data Unit)MAC层协议 数据单元，数据称为帧(Frame)。
第二层结构是子网。每一个域最多有255个子网。 第三层结构是节点。每个子网最多有127个节点。 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。一般 只在网络安装和配置时使用，可以作为产品的序列号。 图8.24为报文地址结构。
LonTalk MAC子层
• 电源线收发器采用直流供电。 • 好处
3、电力线收发器
• 电力线收发器，是将通信数据调制成载波信号 或扩频信号，然后通过耦合器耦合到220V或 其他交直流电力线或没有电力的双绞线上。
• 使用电力线遇到的问题： • 对策：
每一个收发器包括一个数字信号处理器(DSP) 、 短报文头纠错技术 、动态调整收发器灵敏度 算法 、三态电源放大／过滤合成器。 常用两类：载波电力线收发器和扩频电力线
A、通过软件设置
B、唤醒条件：
I／O管脚的输入(可屏蔽)I04一I07 、 Service Pin信号、通信端口(可屏蔽)、差分 模式CP0或CPl、单端模式CP0、专用模式 CP3等有输入转换。
7、Service Pin
• 在节点的配置、安装和维护的时候都需要 使用该管脚。该管脚既能输入也能输出。
• LonWorks产品的设计规范LonMark
一、LonWorks技术概述及系统结构
• LonWorks技术主要包括以下几个组成部分： • LonWorks节点和路由器 • LonWorks internet连接设备 • LonTalk协议 • LonWorks收发器 • LonWorks网络和节点开发工具 • LNS网络工具 • LonWorks网络管理工具