1
第三讲 控制网络
? 控制网络概述
? 控制网络与局域网的区别
? 控制网络采用的协议
2
控制网络概述
建筑设备自动化系统 (BAS)是以局域网技术为基
础的集散式监控网络结构，将建筑物或建筑群
中的智能设备以标准通讯协议，通过多种通信
介质联网，如双绞线、同轴电缆、电力线等，
以实现设备的综合自动化控制和管理，这种网
络被称为操作网或控制网，属于计算机网络在
控制上的应用。
3
控制网络与局域网的区别
? 局域网主要用于实现小范围内计算机系统之间
的互相通信；控制网用于实现各种传感器、智
能仪器仪表、智能控制装置、现场控制器、控
制分站等设备之间的相互通信。
? 局域网传输速率高，适合大量的数据传输；控
制网络传输的信息主要为控制、监测和状态信
息，数据量小，传输速度较低。
? 局域网用于传输大量的数据，信息包较大；控
制网信息包较小，实时性较强。
? 局域网实时性保证差；控制网实时性较好。
4
控制网络协议
? BACnet(A Data Communication For Building
Automation and Control Networks)协议
? LonTalk协议
? CANBUS协议
? ProfiBus协议
5
BACnet协议
由美国暖通制冷空调工程师协会为供热、
通风、空调和制冷设备系统和其他楼宇系统中
使用计算机设备而定义的数据通信服务和数据
通信协议，同时还定义了抽象的面向对象的计
算机设备之间通信信息的表示方法。
BACnet 协议不仅适用于中央操作站与局域
网的通信和文件传递，而且也包含了控制网络
中的各种设备之间的通信协议标准，既包容管
理网，又兼容控制网。
6
BACnet协议四层折叠式协议结构模型
B A C n e t 应 用 层
B A C n e t 网 络 层
ISO8802-2(IEEE802.2)
Type1
MS/TP PTP
ISO8802-3
(IEEE802.3)
ARCNET EIA-485 EIA-232
LonTalk
应用层
网络层
数据链路层
物理层
B A C n e t 分 层 结 构 等 效 的 O S I 层
7
BACnet中的“对象”
BACnet 应用层协议用抽象的数据结构定义了一批“
对象” ------Object,用对象的属性表示 BACnet设备的硬
件，软件和操作的不同种类。
BACnet应用层协议定义了 18种标准的对象类型。
如 Analog Input,Binary Input,Command,File,Group,Loop,
Multi-state Input,Multi-state Ouput,Notification Class,Program,
Schedule。
BACnet 应用层还定义了 35种应用服务，并将他们划
分成 6个服务类别。报警和事务服务，对象访问服务，
远程设备管理服务，虚拟终端服务，文件访问服务，
安全服务。参看《智能建筑概论》（王娜等） P31
8
LonTalk协议与 LonWorks
LonTalk协议 是 90年代初，由 ECHELON公司
发布的基础现场控制器、传感器、执行器通信
的通信协议。
采用 LonTalk协议构成局域网为 LonWorks，
它是一种开放的分布式控制网络。
LonWorks采用了嵌入芯片技术，将 LonTalk
协议固化到网络芯片中。
9
LonTalk协议
LonTalk协议遵循 ISO制定的 OSI模型，提供了 OSI
参考模型所定义的全部七层服务, 他支持以不
同通信介质分段的网络，如双绞线、电力线、
无线电、红外线、同轴电缆和光纤等。
10
LonTalk分层协议结构
应用层
表示层
会话层
传输层
网络层
数据链路层
物理层
应用和表示层
应用：网络变量交换，特定应用远程进程调度( R P C ) 等；
网络管理：网络管理远程进程调度( R P C ),诊断等
会话层：请求响应服务
传输层：确认和不确认的单一广播，多路发送
认 证 服 务 器
转 换 控 制 子 层 排 序 和 重 复 检 测
网络层：无连接服务，域内广播，不支持分段，自由拓扑
结构，自学习路由器
链接层：成帧，数据编码，C R C 差错检测
M A C 子 层, C S M A 介 质 访 问 控 制, 冲 突 避 免 优 先 级 选 择 和 冲
突检测
物理层：多种介质连接，特定通信介质协议
等 效 的 I S O 层
LonTalk协 议
11
LonWorks中的概念
N NN N NN NN重复器
N NN N NN
网桥
N NN N NN
路由器子网1 子网2
网关域1 域2
a) b)
c)
d)
e)
f)
12
LonTalk的地址分配和寻址方式
LonTalk地址唯一地确定了数据包的原节点和目
的节点（可以是一个或多个节点）。
LonTalk定义了分层编址方式：域 (Domain)地址、
子网地址 (Subnet),节点地址 (NodeAddress)。
分散节点寻址,使用域和组 (Group)地址的寻址
方式。
13
LonTalk的逻辑寻址
路由器
N NN N NN
N NN N N
NN N N
路由器
N N N NNN NN N N
路由器
网桥
组1
组2
组3
组4
信道1 信道2
信道3 信道4
信道5
14
LonTalk的通信服务
1）报文服务
2）介质访问控制
3）优先级
4）网络变量
5） Neuron芯片
15
报文服务
四种基本类型,
? 确认
? 请求 /响应
? 不确认重复
? 不确认
前面两种是可靠传输，后两种是不可靠传输。
16
介质访问控制
LonTalk协议采用可预测 P-坚持 CSMA（ Predictive
P—Persistent CSMA)算法控制介质访问和避免访
问冲突。
通过对网络负载的事先预测，动态调整随机访
问通信介质时间段的数量，积极管理冲突率。
在网络负载较轻时，提供较少的时间段数，而
在网络负载较重时，提供较多的时间段，从而
在负载较轻时，使介质访问延时最小，在网络
负载较重时，使访问介质冲突的可能最小化。
17
优先级
? LonTalk协议提供优先服务机制以改善对
重要数据包的响应时间。
? 极大降低了网络冲突的概率。
18
LonTalk协议的网络变量
? 即表示层中的数据
? 网络变量可以是单个数据项，或者数据
结构。
19
Neuron芯片
包含 3个 8位 CPU,
第一个 CPU为介质访问控制处理器，处理协议的
第一层和第二层，包括驱动通信子系统硬件和
执行冲突避免算法。
第二个 CPU为网络处理器，实现协议的第三层到
第六层。
第三个 CPU为应用处理器。
20
Neuron C
Neuron芯片的编程语言，以 ANSI C为基础，专
门为神经元芯片设计，同时加入通信、事件调
度、分布数据对象和 I/O功能。
21
LonTalk协议一些参数
拓扑结构：可以是总线型、环形、星型或自由拓
扑型。
数据传输速率可达 1.25Mbps(130m),直接通信距离
可达 2700m。
一个域可以有 255个子网，一个子网可以有 127个
节点。因此一个域最多可有 255× 127＝ 323385
个节点。
一个节点可以同时属于 15个组，一个域中可以包
含 256个组。
22
CANbus协议
CAN是控制域网络 (Controller Area Net)的简称，
最早由 BOSCH公司推出用于汽车内部测量和执
行部件的数据通信，采用了 OSI参考模型的物
理层、数据链路层和应用层。
信号传输介质采用双绞线，通信速率最高可达
1Mbps(传输距离为 40m),直接传输距离可达
10Km(传输速率为 5Kbps),总线可挂接设备数最
多为 110个。
特点是采用短帧传送，占用总线时间短、受干
扰概率低、通信的实时性强。
23
CANbus协议模型
24
CANbus总线结构
第三讲 控制网络
? 控制网络概述
? 控制网络与局域网的区别
? 控制网络采用的协议
2
控制网络概述
建筑设备自动化系统 (BAS)是以局域网技术为基
础的集散式监控网络结构，将建筑物或建筑群
中的智能设备以标准通讯协议，通过多种通信
介质联网，如双绞线、同轴电缆、电力线等，
以实现设备的综合自动化控制和管理，这种网
络被称为操作网或控制网，属于计算机网络在
控制上的应用。
3
控制网络与局域网的区别
? 局域网主要用于实现小范围内计算机系统之间
的互相通信；控制网用于实现各种传感器、智
能仪器仪表、智能控制装置、现场控制器、控
制分站等设备之间的相互通信。
? 局域网传输速率高，适合大量的数据传输；控
制网络传输的信息主要为控制、监测和状态信
息，数据量小，传输速度较低。
? 局域网用于传输大量的数据，信息包较大；控
制网信息包较小，实时性较强。
? 局域网实时性保证差；控制网实时性较好。
4
控制网络协议
? BACnet(A Data Communication For Building
Automation and Control Networks)协议
? LonTalk协议
? CANBUS协议
? ProfiBus协议
5
BACnet协议
由美国暖通制冷空调工程师协会为供热、
通风、空调和制冷设备系统和其他楼宇系统中
使用计算机设备而定义的数据通信服务和数据
通信协议，同时还定义了抽象的面向对象的计
算机设备之间通信信息的表示方法。
BACnet 协议不仅适用于中央操作站与局域
网的通信和文件传递，而且也包含了控制网络
中的各种设备之间的通信协议标准，既包容管
理网，又兼容控制网。
6
BACnet协议四层折叠式协议结构模型
B A C n e t 应 用 层
B A C n e t 网 络 层
ISO8802-2(IEEE802.2)
Type1
MS/TP PTP
ISO8802-3
(IEEE802.3)
ARCNET EIA-485 EIA-232
LonTalk
应用层
网络层
数据链路层
物理层
B A C n e t 分 层 结 构 等 效 的 O S I 层
7
BACnet中的“对象”
BACnet 应用层协议用抽象的数据结构定义了一批“
对象” ------Object,用对象的属性表示 BACnet设备的硬
件，软件和操作的不同种类。
BACnet应用层协议定义了 18种标准的对象类型。
如 Analog Input,Binary Input,Command,File,Group,Loop,
Multi-state Input,Multi-state Ouput,Notification Class,Program,
Schedule。
BACnet 应用层还定义了 35种应用服务，并将他们划
分成 6个服务类别。报警和事务服务，对象访问服务，
远程设备管理服务，虚拟终端服务，文件访问服务，
安全服务。参看《智能建筑概论》（王娜等） P31
8
LonTalk协议与 LonWorks
LonTalk协议 是 90年代初，由 ECHELON公司
发布的基础现场控制器、传感器、执行器通信
的通信协议。
采用 LonTalk协议构成局域网为 LonWorks，
它是一种开放的分布式控制网络。
LonWorks采用了嵌入芯片技术，将 LonTalk
协议固化到网络芯片中。
9
LonTalk协议
LonTalk协议遵循 ISO制定的 OSI模型，提供了 OSI
参考模型所定义的全部七层服务, 他支持以不
同通信介质分段的网络，如双绞线、电力线、
无线电、红外线、同轴电缆和光纤等。
10
LonTalk分层协议结构
应用层
表示层
会话层
传输层
网络层
数据链路层
物理层
应用和表示层
应用：网络变量交换，特定应用远程进程调度( R P C ) 等；
网络管理：网络管理远程进程调度( R P C ),诊断等
会话层：请求响应服务
传输层：确认和不确认的单一广播，多路发送
认 证 服 务 器
转 换 控 制 子 层 排 序 和 重 复 检 测
网络层：无连接服务，域内广播，不支持分段，自由拓扑
结构，自学习路由器
链接层：成帧，数据编码，C R C 差错检测
M A C 子 层, C S M A 介 质 访 问 控 制, 冲 突 避 免 优 先 级 选 择 和 冲
突检测
物理层：多种介质连接，特定通信介质协议
等 效 的 I S O 层
LonTalk协 议
11
LonWorks中的概念
N NN N NN NN重复器
N NN N NN
网桥
N NN N NN
路由器子网1 子网2
网关域1 域2
a) b)
c)
d)
e)
f)
12
LonTalk的地址分配和寻址方式
LonTalk地址唯一地确定了数据包的原节点和目
的节点（可以是一个或多个节点）。
LonTalk定义了分层编址方式：域 (Domain)地址、
子网地址 (Subnet),节点地址 (NodeAddress)。
分散节点寻址,使用域和组 (Group)地址的寻址
方式。
13
LonTalk的逻辑寻址
路由器
N NN N NN
N NN N N
NN N N
路由器
N N N NNN NN N N
路由器
网桥
组1
组2
组3
组4
信道1 信道2
信道3 信道4
信道5
14
LonTalk的通信服务
1）报文服务
2）介质访问控制
3）优先级
4）网络变量
5） Neuron芯片
15
报文服务
四种基本类型,
? 确认
? 请求 /响应
? 不确认重复
? 不确认
前面两种是可靠传输，后两种是不可靠传输。
16
介质访问控制
LonTalk协议采用可预测 P-坚持 CSMA（ Predictive
P—Persistent CSMA)算法控制介质访问和避免访
问冲突。
通过对网络负载的事先预测，动态调整随机访
问通信介质时间段的数量，积极管理冲突率。
在网络负载较轻时，提供较少的时间段数，而
在网络负载较重时，提供较多的时间段，从而
在负载较轻时，使介质访问延时最小，在网络
负载较重时，使访问介质冲突的可能最小化。
17
优先级
? LonTalk协议提供优先服务机制以改善对
重要数据包的响应时间。
? 极大降低了网络冲突的概率。
18
LonTalk协议的网络变量
? 即表示层中的数据
? 网络变量可以是单个数据项，或者数据
结构。
19
Neuron芯片
包含 3个 8位 CPU,
第一个 CPU为介质访问控制处理器，处理协议的
第一层和第二层，包括驱动通信子系统硬件和
执行冲突避免算法。
第二个 CPU为网络处理器，实现协议的第三层到
第六层。
第三个 CPU为应用处理器。
20
Neuron C
Neuron芯片的编程语言，以 ANSI C为基础，专
门为神经元芯片设计，同时加入通信、事件调
度、分布数据对象和 I/O功能。
21
LonTalk协议一些参数
拓扑结构：可以是总线型、环形、星型或自由拓
扑型。
数据传输速率可达 1.25Mbps(130m),直接通信距离
可达 2700m。
一个域可以有 255个子网，一个子网可以有 127个
节点。因此一个域最多可有 255× 127＝ 323385
个节点。
一个节点可以同时属于 15个组，一个域中可以包
含 256个组。
22
CANbus协议
CAN是控制域网络 (Controller Area Net)的简称，
最早由 BOSCH公司推出用于汽车内部测量和执
行部件的数据通信，采用了 OSI参考模型的物
理层、数据链路层和应用层。
信号传输介质采用双绞线，通信速率最高可达
1Mbps(传输距离为 40m),直接传输距离可达
10Km(传输速率为 5Kbps),总线可挂接设备数最
多为 110个。
特点是采用短帧传送，占用总线时间短、受干
扰概率低、通信的实时性强。
23
CANbus协议模型
24
CANbus总线结构
