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BACnet（A Data Communication Protocol for Building Automation and Control Network）是一種為樓宇自動(dòng)控制網(wǎng)絡(luò)所制定的數(shù)據(jù)通信協(xié)議，它由美國冷暖空調(diào)工程師協(xié)會組織的標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目委員會135P（Standard Project Committee: SPC 135P）于1995年6月制定。BACnet標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)生的背景是用戶對樓宇自動(dòng)控制設(shè)備互操作性（Interoperability）的廣泛要求，即將不同廠家的設(shè)備組成一個(gè)一致的自控系統(tǒng)。BACnet實(shí)現(xiàn)樓宇自控設(shè)備的互操作性的思想是這樣的，一般樓宇自控設(shè)備從功能上講分為兩部分，一部分專門處理設(shè)備的控制功能，另一部分專門處理設(shè)備的數(shù)據(jù)通信功能，不同廠商生產(chǎn)的設(shè)備使用各自專門的數(shù)據(jù)通信的方式，所以不同廠商的設(shè)備之間沒有很好的互操作性。BACnet就是要建立一種統(tǒng)一的數(shù)據(jù)通信的標(biāo)準(zhǔn)，用于設(shè)備的通信部分，從而使得按這種標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的設(shè)備，都可以進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)互操作性。BACnet標(biāo)準(zhǔn)只是規(guī)定了樓宇自控設(shè)備之間要進(jìn)行“對話”所必須遵守的規(guī)則，并不涉及如何實(shí)現(xiàn)這些規(guī)則，各廠商可以用不斷進(jìn)步的技術(shù)來開發(fā)，從而使得整個(gè)領(lǐng)域的技術(shù)不斷進(jìn)步。
SPC征集了各方面的意見，同時(shí)參考了國際上各種現(xiàn)已成文的或是事實(shí)上的數(shù)據(jù)通信標(biāo)準(zhǔn)，討論得出了一個(gè)具有以下特性的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議模型：
（1）所有的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，除了主從/令牌傳遞式從屬機(jī)（MS/TP slaves: master-slave/token-passing slaves）以外，都是對等的（Peer）。當(dāng)然某些同等設(shè)備可能比其他具有更多的特權(quán)（Privilege）和職責(zé)（Responsibility）。
（2）每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備都稱之為是一個(gè)“對象”（Object）的實(shí)體(entity)，這是一個(gè)具有網(wǎng)絡(luò)訪問特征的集合模型。每個(gè)對象又用一些“屬性”（Property）來描述，這些屬性表示了設(shè)備的硬件、軟件以及操作的各個(gè)方面。在不需要了解設(shè)備內(nèi)部設(shè)計(jì)或配置細(xì)節(jié)的情況下，對象提供了識別和訪問設(shè)備信息的方法。盡管該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了廣泛的應(yīng)用對象的類型以及它們的屬性，但是一旦需要，利用開發(fā)工具仍可以自由地增加新的對象類型。
（3）通信功能是通過讀寫某些對象的屬性，以及利用其他協(xié)議提供的“服務(wù)”（Service）來完成的。盡管該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了一套詳盡的服務(wù)，但是一旦需要，該標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)制也同樣允許利用開發(fā)工具增加新的服務(wù)。
（4）設(shè)備的完善性（Sophistication），即實(shí)現(xiàn)特定服務(wù)請求或理解特定對象類型種類的能力，是由設(shè)備的“一致性類別”（Conformance Class）所反映的。每一種類別定義了一個(gè)包括服務(wù)、對象、屬性的最小集合，聲明為某一類別的設(shè)備必須支持其相應(yīng)的集合。
（5）由于該標(biāo)準(zhǔn)遵循了ISO的“分層”通信體系結(jié)構(gòu)的概念，因此使用不同的網(wǎng)絡(luò)訪問方法和物理介質(zhì)可以交換相同的報(bào)文。這樣可以根據(jù)傳輸速度和吞吐量的要求，采用相宜的開銷來配置BACnet網(wǎng)絡(luò)。
（6）該標(biāo)準(zhǔn)是為暖氣、通風(fēng)、 空調(diào)、制冷控制設(shè)備所設(shè)計(jì)的，同時(shí)它也為其他樓宇控制系統(tǒng)的集成提供了基本原則，例如照明、保安、消防系統(tǒng)等。雖然這些擴(kuò)展超出了該標(biāo)準(zhǔn)的范圍，但實(shí)現(xiàn)起來卻簡單明了。并且，標(biāo)準(zhǔn)中定義的許多對象和服務(wù)也可以不加修改地被應(yīng)用。當(dāng)然，一旦這些其他類型的樓宇控制功能需要，也可以簡單方便地定義新的對象和服務(wù)。
（7）該標(biāo)準(zhǔn)的目的是為暖氣、通風(fēng)、 空調(diào)、制冷控制設(shè)備和其它樓宇自控設(shè)備的監(jiān)控定義數(shù)據(jù)通信的服務(wù)和協(xié)議。除此之外，標(biāo)準(zhǔn)還定義了抽象的、面向?qū)ο蟮谋硎痉?，用來描述這些設(shè)備間的信息通信，以便于在樓宇中使用數(shù)字控制技術(shù)。
所有的通信協(xié)議都是一個(gè)解決各種信息交換問題的方案的集合，并且隨著時(shí)間的推移和技術(shù)的進(jìn)步而不斷改變，BACnet網(wǎng)絡(luò)同樣也不例外。
國際標(biāo)準(zhǔn)化組織在制定計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)時(shí)定義了一個(gè)模型，稱為開放式系統(tǒng)互聯(lián)參考模型（OSI模型），模型的目的是解決計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間普遍的通信問題，并將這個(gè)復(fù)雜的問題分解成7個(gè)小的、易解決的子問題，每個(gè)子問題只與某些通信功能相關(guān)聯(lián)，如圖1-1所示。這樣每個(gè)子問題便形成了協(xié)議體系結(jié)構(gòu)中的一“層”。任何兩個(gè)遵循該模型及有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備或系統(tǒng)，都可以實(shí)現(xiàn)互連和互操作。
SPC制定BACnet標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，確定BACnet作為一種開放性計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)協(xié)議，它仍然采用OSI模型的“分層”通信體系結(jié)構(gòu)的概念。在確定分層的層數(shù)時(shí)，考慮了下列兩個(gè)因素：第一，OSI模型的實(shí)現(xiàn)需要很高的費(fèi)用，實(shí)際上在絕大部分樓宇自控系統(tǒng)應(yīng)用中也并不需要這么多的層次。但是從OSI的功能性方面考慮，經(jīng)過簡化后，OSI模型仍然是設(shè)計(jì)樓宇自控協(xié)議的一個(gè)很好參考，如果只包含OSI模型中被選擇的層次，其它各層則去掉，這樣減少了報(bào)文長度，降低了通信處理開銷，同時(shí)也會節(jié)約樓宇自控工業(yè)的生產(chǎn)成本。第二，如果能夠充分利用現(xiàn)有的、易用的、廣泛使用的局域網(wǎng)技術(shù)，如Ethernet、ARCNET和LonTalk，不但可以降低成本，同時(shí)也有利于性能的提高。由此，SPC確定BACnet標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議體系結(jié)構(gòu)為一個(gè)包含四個(gè)層次的分層體系結(jié)構(gòu)，這四個(gè)層次相對于OSI模型中的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層，如圖1-2所示。BACnet標(biāo)準(zhǔn)定義了自己的應(yīng)用層和網(wǎng)絡(luò)層，對于其數(shù)據(jù)鏈路層和物理層，提供了以下五種選擇方案：
第一種選擇是ISO 8802-2類型1定義的邏輯鏈路控制（LLC）協(xié)議，加上ISO 8802-3介質(zhì)訪問控制（MAC）協(xié)議和物理層協(xié)議。ISO 8802-2類型1提供了無連接不確認(rèn)的服務(wù)，ISO 8802-3則是著名的以太網(wǎng)協(xié)議的國際標(biāo)準(zhǔn)。
第二種選擇是ISO 8802-2類型1定義的邏輯鏈路控制（LLC）協(xié)議，加上ARCNET（ATA/ANSI 878.1）。
第三種選擇是主從/令牌傳遞（MS/TP）協(xié)議加上EIA-485協(xié)議。MS/TP協(xié)議是專門針對樓宇自控設(shè)備設(shè)計(jì)的，它通過控制EIA-485的物理層，向網(wǎng)絡(luò)層提供接口。
第四種選擇是點(diǎn)對點(diǎn)（PTP）協(xié)議加上EIA-232協(xié)議，為撥號串行異步通信提供了通信機(jī)制。
第五種選擇是LonTalk協(xié)議。
這些選擇都支持主/從MAC、確定性令牌傳遞MAC、高速爭用MAC以及撥號訪問。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上，支持星型和總線型拓?fù)?；物理介質(zhì)上，支持雙絞線、同軸電纜、光纜。
以下詳細(xì)討論BACnet選擇一個(gè)四層體系結(jié)構(gòu)的原因。首先仔細(xì)考慮BACnet網(wǎng)絡(luò)的獨(dú)特特征。BACnet的特征主要有以下兩點(diǎn)：
(1) BACnet網(wǎng)絡(luò)是一種局域網(wǎng)。即使在某些應(yīng)用中，樓宇中設(shè)備間遠(yuǎn)距離的通信必不可少時(shí)，這一點(diǎn)仍然是不變的。這種遠(yuǎn)距離的通信功能，是由電信網(wǎng)來實(shí)現(xiàn)。通信過程中要解決的路由、中繼、可靠傳輸?shù)葐栴}，都由電信網(wǎng)來處理。在此電信網(wǎng)可看成是BACnet網(wǎng)絡(luò)外部的部分。
(2) BACnet設(shè)備是靜態(tài)的，即在空間上，它們不會經(jīng)常被移來移去。在要完成的功能上，從某種意義上說也是不變的，即不會今天生產(chǎn)的設(shè)備的功能是這樣，明天就完全不同了。
在充分了解BACnet網(wǎng)絡(luò)的特征后，就可討論OSI模型的各層在BACnet網(wǎng)絡(luò)中的適用性了。
OSI模型的物理層提供了設(shè)備間的物理連接，以及傳輸載波信號的方式。顯然在BACnet協(xié)議中，物理層是必不可少的。
OSI模型的數(shù)據(jù)鏈路層，負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)組織成幀（Frame）或分組（Packet）、管理通訊介質(zhì)的訪問、尋址（Address），以及完成一些錯(cuò)誤校正（Error Recovery）和流量控制。這些都是BACnet協(xié)議所需要的，因此數(shù)據(jù)鏈路層也是必不可少的。
OSI網(wǎng)絡(luò)層的功能，包括將全局地址解析為局部地址，在一個(gè)或多個(gè)網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行報(bào)文的路由，協(xié)調(diào)不同類型網(wǎng)絡(luò)的差異（如不同網(wǎng)絡(luò)所允許的最大報(bào)文長度），序列控制，流量控制，差錯(cuò)控制，以及多路復(fù)用。由于BACnet網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)涮攸c(diǎn)，在各個(gè)設(shè)備之間只存在一條邏輯通路（參見圖3），這樣便不需要最優(yōu)路由的算法。其次，BACnet網(wǎng)絡(luò)是由中繼器或網(wǎng)橋互聯(lián)起來的一個(gè)或多個(gè)網(wǎng)段所組成的網(wǎng)絡(luò)，它具有單一的局部地址空間。在這樣一種單一網(wǎng)絡(luò)中，許多OSI網(wǎng)絡(luò)層的功能也變得多余，或者與數(shù)據(jù)鏈路層相重復(fù)。當(dāng)然在某些BACnet網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)層也可能是必不可少的。例如，在一個(gè)BACnet的網(wǎng)際網(wǎng)（internet）中，當(dāng)兩個(gè)或多個(gè)網(wǎng)絡(luò)使用了不同的MAC層時(shí)，便需要區(qū)別局部地址和全局地址，這樣才能將報(bào)文路由到正確的網(wǎng)絡(luò)上去。在BACnet協(xié)議中，通過定義了一個(gè)包含必要的尋徑和控制信息的網(wǎng)絡(luò)層頭部，來完成這種簡化了的網(wǎng)絡(luò)層功能。
傳輸層主要是負(fù)責(zé)提供可靠的端到端的報(bào)文傳輸、報(bào)文分段、序列控制、流量控制，以及差錯(cuò)校正。傳輸層的許多功能與數(shù)據(jù)鏈路層相似，只是在作用范圍上有所不同。傳輸層提供的是端到端的服務(wù)，而數(shù)據(jù)鏈路層則提供的是單一網(wǎng)絡(luò)上點(diǎn)到點(diǎn)的服務(wù)。由于BACnet支持多種網(wǎng)絡(luò)的配置，因此協(xié)議必須提供傳輸層端到端的服務(wù)。在BACnet網(wǎng)絡(luò)中要提供三個(gè)方面的傳輸層的功能，第一是可靠的端到端傳輸和差錯(cuò)校正功能，第二是報(bào)文分段和端到端的流量控制，第三是實(shí)現(xiàn)報(bào)文的正確重組，序列控制。由于BACnet是建立在無連接的通信模型基礎(chǔ)上的，因此所需的服務(wù)大大減少，并且可以被高層來實(shí)現(xiàn)，所以，傳輸層的這些功能可以通過BACnet應(yīng)用層來實(shí)現(xiàn)，這樣，在BACnet協(xié)議體系中不單獨(dú)設(shè)置傳輸層，相應(yīng)的功能放在應(yīng)用層中完成，從而節(jié)省了通信開銷。
會話層的功能是在通信雙方之間建立和管理長時(shí)間對話。包括建立同步標(biāo)志點(diǎn)，用來在出錯(cuò)時(shí)回復(fù)到前一個(gè)標(biāo)志點(diǎn)，以避免對話重新開始。但在一個(gè)BACnet網(wǎng)絡(luò)中，絕大部分的通信都是很簡短的，比如讀寫一個(gè)或一些值，通知某個(gè)設(shè)備某個(gè)警報(bào)或事件，或者更改某個(gè)設(shè)定值。當(dāng)然長時(shí)間的信息交換偶然也會發(fā)生的，比如上載或下載某個(gè)設(shè)備。由于絕大部分事務(wù)處理都是簡短的，會話層的服務(wù)極少用到，再考慮到帶來的開銷，因此BACnet標(biāo)準(zhǔn)中不包括這層。
表示層為通信雙方提供了屏蔽下層傳送語法的服務(wù)。這種傳送語法是用來將應(yīng)用層中抽象的用戶數(shù)據(jù)表示，變成適合下層傳輸?shù)淖止?jié)序列。但當(dāng)只存在一種傳送語法時(shí)，表示層的功能便減少到對應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼。由于在BACnet在應(yīng)用層中定義了一個(gè)固定的編碼方案，因此一個(gè)獨(dú)立的表示層也變得不再需要。
協(xié)議的應(yīng)用層為應(yīng)用程序提供了完成各自功能所需的通信服務(wù)。在此基礎(chǔ)上，應(yīng)用程序可以監(jiān)控HVAC&R和其它樓宇自控系統(tǒng)。顯然應(yīng)用層是本協(xié)議所必需的。
從以上討論中，可以得到以下幾點(diǎn)：
1． 實(shí)現(xiàn)一個(gè)完全的OSI七層體系結(jié)構(gòu)需要大量的資源和開銷，因此它對于目前的樓宇自控系統(tǒng)是不適用的。
2． 根據(jù)OSI模型，采用現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將會帶來以下好處：節(jié)約成本，便于與其它計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)集成。
3． 根據(jù)樓宇自控系統(tǒng)的環(huán)境及要求，可以通過去除OSI某些層的功能來簡化OSI模型。
4． 由物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層組成的一個(gè)簡化體系結(jié)構(gòu)，是當(dāng)今樓宇自控系統(tǒng)的最佳解決方案。
為了應(yīng)用的靈活性，BACnet并沒有嚴(yán)格規(guī)定網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。BACnet設(shè)備可以通過專線或撥號異步串行線，與四種局域網(wǎng)之一進(jìn)行物理相連。而這些網(wǎng)絡(luò)可以通過BACnet路由器或一對半路由器進(jìn)一步互聯(lián)。
在BACnet網(wǎng)絡(luò)中，定義了如下這樣一些拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：
1. 物理網(wǎng)段（Physical Segment）：直接連接一些BACnet設(shè)備的一段物理介質(zhì)。
2. 網(wǎng)段（Segment）：多個(gè)物理網(wǎng)段通過“中繼器”在物理層連接，所形成的網(wǎng)絡(luò)段。
3. 網(wǎng)絡(luò)(Network)：多個(gè)BACnet網(wǎng)段通過“網(wǎng)橋”互連而成，每個(gè)BACnet網(wǎng)絡(luò)都形成一個(gè)單一的MAC地址域。這些在物理層和數(shù)據(jù)鏈路層上連接各個(gè)網(wǎng)段的設(shè)備，可以利用MAC地址實(shí)現(xiàn)報(bào)文的過濾。
4. 網(wǎng)際網(wǎng)（Internetwork）：將使用不同LAN技術(shù)的多個(gè)網(wǎng)絡(luò)，用BACnet“路由器”互聯(lián)起來，便形成了一個(gè)BACnet“網(wǎng)際網(wǎng)”。在一個(gè)BACnet網(wǎng)際網(wǎng)中，任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間恰好存在著一條報(bào)文通路。
