核心提示：作出自動(dòng)化領(lǐng)域廣泛采用的LON控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和CAN總線技術(shù)，往往人們認(rèn)識(shí)模糊，難以分辨它們?cè)诠こ虘?yīng)用中的差異，本文對(duì)此做詳細(xì)比較及應(yīng)用差異分析。
關(guān)鍵詞：LonWorks，CAN，LonTalk，控制網(wǎng)絡(luò)，分布式網(wǎng)絡(luò)
一、Lonworks網(wǎng)絡(luò)技術(shù)介紹
美國(guó)Echelon公司于1991年提出了LonWorks(Local Operating Networks,局部操作網(wǎng)絡(luò)）網(wǎng)絡(luò),簡(jiǎn)稱L0N網(wǎng),它標(biāo)志著控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的新紀(jì)元。LonWorks是一種完整的、全開放的、可互操作的、成熟的和低成本的分布式控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù),眾多的制造廠和用戶紛紛在其控制網(wǎng)絡(luò)方案中采用LonWorks技術(shù)。
到目前為止,全世界已有2500多家公司利用 LonWorks技術(shù)生產(chǎn)各種各樣的LonWorks產(chǎn)品,以滿足現(xiàn)代化樓宇、工廠、交通運(yùn)輸系統(tǒng)、城市基礎(chǔ)設(shè)施(水、電、氣等)、家庭等環(huán)境自動(dòng)化系統(tǒng)的分布式控制網(wǎng)絡(luò)要求。在1995年,LonWorks控制網(wǎng)絡(luò)被美國(guó)確定為樓宇自動(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的一部份。目前,世界大的樓宇控制公司,如霍尼韋爾、安德沃、西比、江森、蘭吉爾、薩切維爾等都正在采用LonWorks技術(shù)改造產(chǎn)品,已形成世界技術(shù)潮流。
LONWorks是唯一涵蓋全部3個(gè)層次（Sensor Bus、Device Bus和Field Bus），符合150/0517層參考模型的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)。在一個(gè)多種層次的現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)品并存競(jìng)爭(zhēng)的現(xiàn)實(shí)環(huán)境下，LonWorks兼收并蓄，成為連接過(guò)去、包容現(xiàn)在、面向未來(lái)的工業(yè)總線技術(shù)。
LonWorks網(wǎng)絡(luò)上的每個(gè)控制點(diǎn)稱為L(zhǎng)onWorks接點(diǎn)或LonWorks智能設(shè)備,它包括一片Neuron神經(jīng)芯片、傳感和控制設(shè)備、收發(fā)器(用于建立Neuron芯片與傳輸之間的物理連接)和電源。
Neuron神經(jīng)芯片是節(jié)點(diǎn)的核心部分,它包括一套完整的通信協(xié)議,即LonTalk協(xié)議,從而確保節(jié)點(diǎn)問(wèn)使用可靠的通信標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行互操作。
LonTalk通訊協(xié)議遵循ISO/OSI的全部七層模型。Neuron神經(jīng)芯片內(nèi)含三個(gè)八位CPU:第一個(gè)CPU為介質(zhì)訪問(wèn)控制處理器,實(shí)現(xiàn) Udallt協(xié)議的第1層和第2層:第二個(gè)CPU為網(wǎng)絡(luò)處理器,實(shí)現(xiàn)LonTalk協(xié)議的第3層至第6層:第三個(gè)CPU為應(yīng)用處理器,實(shí)現(xiàn) LonTallt協(xié)議的第7層。
LonTa1k協(xié)議是直接面向?qū)ο蟮木W(wǎng)絡(luò)協(xié)議,即,通過(guò)網(wǎng)絡(luò)變量實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間的聯(lián)結(jié)。當(dāng)定義為輸出的網(wǎng)絡(luò)變量改變時(shí),能自動(dòng)地將網(wǎng)絡(luò)變量的值發(fā)送出去,使所有該變量定義為輸入的節(jié)點(diǎn)收到它的改變,以便激活相應(yīng)的處理進(jìn)程(事件觸發(fā)型）。標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)變量能使不同制造商的產(chǎn)品通過(guò)建立標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)傳送模式、正確地翻譯、傳送數(shù)據(jù),便于設(shè)備的互換和互操作。另外,由于網(wǎng)絡(luò)變量的長(zhǎng)度有限,最多31B,又提供了四種類型的報(bào)文服務(wù)：應(yīng)答方式、請(qǐng)求/響應(yīng)方式、非應(yīng)答重發(fā)方式、非應(yīng)答方式。LonWorks有完整的7層協(xié)議,具備了局域網(wǎng)的基本功能,與異型網(wǎng)的兼容性比任何現(xiàn)存的現(xiàn)場(chǎng)總線都好。它還提供了與LAN的接口,從而實(shí)現(xiàn)了二者的有機(jī)結(jié)合。
LonWorks支持多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),如總線型、星型、環(huán)型和混合型等,及多種傳輸介質(zhì),如雙絞線、電力線、無(wú)線電波、紅外線、光纖、同軸電纜和電源線等。這樣,可以根據(jù)不同的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境選擇不同的收發(fā)器和介質(zhì)。采用雙絞線通信速率為78Kbps/2700m/每段64節(jié)點(diǎn)、 1.25Mbps/130m/每段64個(gè)節(jié)點(diǎn)。Motor01a已開發(fā)出IS一78本安物理通道,使LonWorks網(wǎng)絡(luò)延伸到危險(xiǎn)區(qū)域,還可以在單線纜中實(shí)現(xiàn)供電和通信。
總之,Lodorks通過(guò)具有通信與控制功能的Neu-ron神經(jīng)芯片、收發(fā)器、電源、傳感器和控制設(shè)備構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn),采用專用的編程工具Neuron C,利用所提供的開發(fā)工具LonBuilder,NodeBuilder和LVS技術(shù),可以快速、方便地開發(fā)節(jié)點(diǎn)和聯(lián)網(wǎng)。當(dāng)有大量的短消息需要頻繁通信應(yīng)用時(shí),是一個(gè)普及、低成本的總線系統(tǒng)。
LonWorks技術(shù)在樓宇自控系統(tǒng)中的技術(shù)上的優(yōu)勢(shì)：
1.直接互聯(lián)性。不同品牌、功能的DDC組成一個(gè)統(tǒng)一控制網(wǎng)絡(luò)協(xié)同工作。
2.自主通信。數(shù)個(gè)小規(guī)模DDC分布式布置，聯(lián)合運(yùn)行，在功能方面完全替代了單CPU多I/O點(diǎn)的中大型DDC。
3.網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)多樣化，易于適應(yīng)用戶的不同需求。
4.系統(tǒng)響應(yīng)速率。在合理配置網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和選擇合理的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的前提下，作為現(xiàn)場(chǎng)總線的一種，LonWorks也與其他種類的現(xiàn)場(chǎng)總線類似，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、通信順序復(fù)雜，傳輸數(shù)據(jù)量龐大，對(duì)硬件資源配置需求高，雖然系統(tǒng)開發(fā)較易人門，但隨著技術(shù)介入深度加大，專用軟件的購(gòu)置費(fèi)用許可證及技術(shù)專利等知識(shí)產(chǎn)權(quán)相關(guān)費(fèi)用也隨之上升。
二、Can總線介紹
控制器局部網(wǎng)（CAN－CONTROLLER AREA NETWORK）是BOSCH公司為汽車控制系統(tǒng)應(yīng)用而推出的一種多主機(jī)局部網(wǎng)，由于其卓越性能、低廉的開發(fā)成本，以及大量的技術(shù)人才貯備，CAN總線技術(shù)在我國(guó)也得到了普及推廣，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于交通運(yùn)輸、建筑智能化、環(huán)境控制、工業(yè)自動(dòng)化、醫(yī)療儀器等領(lǐng)域。
基于對(duì)控制系統(tǒng)高可靠性、高靈活性要求，工業(yè)控制系統(tǒng)的發(fā)展方向主要表現(xiàn)為：多元化控制與分布式結(jié)構(gòu)，即負(fù)載分散、功能分散、危險(xiǎn)分散和地域分散。分布式工業(yè)控制系統(tǒng)就是是以電腦為核心，將5C技術(shù)--COMPUTER（計(jì)算機(jī)技術(shù)）、CONTROL（自動(dòng)控制技術(shù)）、COMMUNICATION（通信技術(shù)）、CRT（顯示技術(shù)）和 CHANGE（轉(zhuǎn)換技術(shù)）緊密結(jié)合的產(chǎn)物。它在適應(yīng)范圍、可擴(kuò)展性、可維護(hù)性以及抗故障能力等方面，較之分散型儀表控制系統(tǒng)和集中型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)都具有明顯的優(yōu)越性。
分布式控制系統(tǒng)由現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、接口與計(jì)算機(jī)以及通信設(shè)備組成?，F(xiàn)場(chǎng)總線能同時(shí)滿足過(guò)程控制和制造業(yè)自動(dòng)化的需要，因而現(xiàn)場(chǎng)總線已成為工業(yè)數(shù)據(jù)總線領(lǐng)域中最為活躍的一個(gè)領(lǐng)域。盡管目前對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線的研究尚未能提出一個(gè)完善的標(biāo)準(zhǔn)，但現(xiàn)場(chǎng)總線的高性能價(jià)格比將吸引眾多工業(yè)控制系統(tǒng)采用。
由于CAN為愈來(lái)愈多不同領(lǐng)域采用和推廣，導(dǎo)致要求各種應(yīng)用領(lǐng)域通信報(bào)文的標(biāo)準(zhǔn)化。為此，1991年9月PHILIPS SEMICONDUCTORS制訂并發(fā)布了 CAN技術(shù)規(guī)范（VERSION 2.0）。該技術(shù)規(guī)范包括A和B兩部分。2.0A給出了曾在CAN技術(shù)規(guī)范版本1.2中定義的CAN報(bào)文格式，而2.0B給出了標(biāo)準(zhǔn)的和擴(kuò)展的兩種報(bào)文格式。此后，1993年11月ISO正式頒布了道路交通運(yùn)載工具--數(shù)字信息交換--高速通信控制器局部網(wǎng)（CAN）國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（ISO11898），為控制器局部網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化推廣鋪平了道路。
Can總線的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)：
1.CAN是到目前為止唯一有國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)總線。
2.CAN為多主方式工作，網(wǎng)絡(luò)上任一節(jié)點(diǎn)均可在任一時(shí)刻主動(dòng)地向網(wǎng)絡(luò)上其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，而不分主從。
3.在報(bào)文標(biāo)識(shí)符上，CAN上的節(jié)點(diǎn)分成不同的優(yōu)先級(jí)，可滿足不同的實(shí)時(shí)需要，優(yōu)先級(jí)高的數(shù)據(jù)最多可在134μs內(nèi)得到傳輸。
4.CAN采用非破壞總線仲裁技術(shù)。當(dāng)多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)向總線發(fā)送信息發(fā)生沖突時(shí)，優(yōu)先級(jí)較低的節(jié)點(diǎn)會(huì)主動(dòng)的退出發(fā)送，而最高優(yōu)先級(jí)的節(jié)點(diǎn)可不受影響的繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)，從而大大節(jié)省了總線沖突仲裁時(shí)間。尤其是在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載很重的情況下，也不會(huì)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)癱瘓的情況（以太網(wǎng)則可能）。
5.CAN節(jié)點(diǎn)只需要通過(guò)對(duì)報(bào)文的標(biāo)識(shí)符濾波即可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)及全局廣播等幾種方式傳送接收數(shù)據(jù)。
6.CAN的直接通信距離最遠(yuǎn)可達(dá)10km（速率5kbps以下）；通信速率最高可達(dá)1Mbps（此時(shí)通信距離最長(zhǎng)為40m）。
7.CAN上的節(jié)點(diǎn)數(shù)取決于總線驅(qū)動(dòng)電路，目前可達(dá)110個(gè)。在標(biāo)準(zhǔn)幀報(bào)文標(biāo)識(shí)符有11位，而在擴(kuò)展幀的報(bào)文標(biāo)識(shí)符（29位）的個(gè)數(shù)幾乎不受限制。
8.報(bào)文采用短幀結(jié)構(gòu)，傳輸時(shí)間短，受干擾概率低，保證了數(shù)據(jù)出錯(cuò)率極低。
9.CAN的每幀信息都有CRC校驗(yàn)及其他檢錯(cuò)措施，具有極好的檢錯(cuò)效果。
10.CAN通信介質(zhì)可為雙絞線、同軸電纜或光纖，選擇靈活。
11. CAN節(jié)點(diǎn)在錯(cuò)誤嚴(yán)重的情況下具有自動(dòng)關(guān)閉輸出功能，以使總線上其他節(jié)點(diǎn)的操作不受影響。
12. CAN總線具有較高的性能價(jià)格比。它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,期間容易購(gòu)置,每個(gè)接點(diǎn)的價(jià)格較低,而且開發(fā)技術(shù)容易掌握,能充分利用現(xiàn)有的單片機(jī)開發(fā)工具。
三、lonworks與Can總線性能差異：
在總線標(biāo)準(zhǔn)中LonWorks和CAN總線以其高性能、高可靠性、極其獨(dú)特的設(shè)計(jì)越來(lái)越受到人們的重視。
1、CAN是一個(gè)允許任何網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和其他網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中交流的多方協(xié)議，lonworks是一個(gè)支持多方操作，以及允許任何網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和其他網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中交流的LonTalk協(xié)議。
2、CAN總線沒有邏輯地址，也不是一個(gè)路由協(xié)議，LonTalk協(xié)議包含了邏輯地址，同時(shí)也是一個(gè)路由協(xié)議。
3、CAN總線為了非破壞性沖突利用載波感，多址接入。Lonworks利用預(yù)測(cè)持久的載波感，多址接入和沖突解決以及沖突避免。
4、CAN總線和Lonworks都使用一個(gè)具有不同數(shù)據(jù)字節(jié)的固定格式的幀，CAN是0到8個(gè)字節(jié)，而Lonworks是1到288個(gè)字節(jié)，并且更長(zhǎng)的文檔轉(zhuǎn)換要使用Lonworks FTP。
5、CAN總顯得錯(cuò)誤檢測(cè)計(jì)劃使用每一個(gè)鏈路層的知識(shí)，那些知識(shí)由所有結(jié)點(diǎn)或沒有結(jié)點(diǎn)的信息提供，而Lonworks提供具有傳輸層知識(shí)的組播信息。
6、CAN總線的標(biāo)準(zhǔn)沒有標(biāo)出物理層規(guī)定的地址，Lonworks標(biāo)準(zhǔn)為了變壓器隔離雙絞線，電源線，RF和光纖定義了物理層。
7、CAN總線響應(yīng)時(shí)間變化是根據(jù)信息大小，比特率，信息服務(wù)，資源處的主機(jī)處理器，目的節(jié)點(diǎn)，調(diào)度實(shí)施的效率和協(xié)議層3,4,5,6,7.。Lonworks的響應(yīng)時(shí)間由于位和時(shí)鐘的不同而不同使用一個(gè)5Mbphs的網(wǎng)絡(luò)和40MHz的時(shí)鐘的響應(yīng)時(shí)間會(huì)小于2.5ms。
8、CAN總線協(xié)議被用于實(shí)施SDS和DeviceNET，但這兩個(gè)系統(tǒng)卻沒有互操作性。Lonworks設(shè)備使用相同的Lon Talk協(xié)議。
相比于Lonworks，CAN的有時(shí)是小于2毫秒的響應(yīng)時(shí)間。但是Lonworks也有許多自己的優(yōu)勢(shì)，比如它有多方多媒體的支持，還有完全的內(nèi)置安全系統(tǒng)和信息服務(wù)的路由協(xié)議，比CAN總線更少的開發(fā)時(shí)間，擁有開放的，且同行使用相同基礎(chǔ)設(shè)施的多方市場(chǎng)，還有一點(diǎn)，Lonworks有更少的節(jié)點(diǎn)耗資，但使用壽命會(huì)更長(zhǎng)。
