08 LON和LonWorks技术

（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。
（3）基于LNS（LonWorks Network Operating System）的软件工具 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。
③节点地址（Node）：节点地址是节点被赋 节点地址（Node） 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。
2.LonTalk各层协议及功能 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 成的网络 传输介质：双绞线(twisted-pair)、电力线 (powerline)、无线射频(radio-frequency)、 红外线（infrared）、同轴电缆(coaxial cable)和光纤(fiber)，甚至是用户自定义的 通信介质。
2）链路层（逻辑链路控制） 链路层（逻辑链路控制） 链路层确保链路层数据单元（Link Protocol Data Unit，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 ） 协议的网络地址结构 2）寻址格式 ）
⑤芯片地址(Neuron ID)：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Neuron ID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。
LonTalk协议提供四种类型的报文服务： LonTalk协议提供四种类型的报文服务： 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(unacknowledged repeated) 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。
1）LonTalk协议的网络地址结构 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
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。
第八章
LON 和 LonWorks 现场总线技术
第8章 LON和LonWorks现场总线技术
LON（Local Operating Networks）是 Echelon公司开发的现场总线，并开发了 配套的LonWorks技术。 开放的总线平台技术，该技术给各种控制 网络应用提供端到端的解决方案。 LON和LonWorks技术可以应用于工业控制、 交通控制、楼宇自动化等领域。
1）MAC子层 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 (Predictive P－ presistent CSMA)。 优先级带预测的P—坚持CSMA
LonWorks的MAC子层的优点：
（1）LonTalk协议的网络认证 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。 LonTalk协议的网络接口协议 （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。
LonTalk协议的表示层和应用层提供五 LonTalk协议的表示层和应用层提供五 类服务： 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 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
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地址(Group) (Group)：组是一个域内节点的逻辑 ④ 地址(Group) 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。
②子网地址(Subnet)：一个子网是在同一域 子网地址(Subnet)： (Subnet) 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。
（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。
2.LON总线系统的开发 总线系统的开发 基于开发工具LonBuilder或NodeBuilder，使 用Neuron C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Visual Control，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Flash ROM中。对复杂系统，需编制自定义模块。
①域地址(domain) 域地址(domain)：域是一个信道或多个信 (domain) 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。
8.2 LonTalk协议
1.LonTalk七层协议 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。
（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 Neuron C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。
第8章 LON和LonWorks现场总线技术
8.1 总体概述 8.2 LonTalk协议
8.1 总体概述
1.LonWorks技术特点 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（LonWorks Network Operating System）的软件工具 （4）开放性
（1）支持OSI七层模型的LonTalk通信协议 支持OSI七层模型的LonTalk通信协议 OSI七层模型的LonTalk 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。
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 （Logical Link Control）和介质访问 控制MAC。 LLC与介质无关，MAC则依赖于介质。
（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。
（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 输控制子层管理着报文执行的顺序、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(remote servers)，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。