ТЕХНОЛОГИЯ LONWORKS

В основе технологии LonWorks лежит концепция реализации систем управления при помощи "распределенного интеллекта" - управляющей сети (Local Operating Networks - LON), которая имеет минимальное количество уровней иерархии, и в которой нет выраженного центрального устройства (Master).

 

В основе технологии LonWorks лежит концепция реализации систем управления при помощи "распределенного интеллекта" - управляющей сети (Local Operating Networks - LON), которая имеет минимальное количество уровней иерархии, и в которой нет выраженного центрального устройства (Master).

Особенности технологии LonWorks:

  • В основе технологии лежит стандартизованный протокол LonTalk (EIA-709.1 - Control Network Protocol Specification). Протокол предложен фирмой Echelon (США).
  • Создана независимая ассоциация производителей оборудования по технологии LonWorks - LonMark, которая вырабатывает стандартные виды представления информации, стандартные профили управления устройствами и системами, а также проверяет совместимость устройств и систем с выдачей соответствующего сертификата.
  • Технология LonWorks предоставляет разработчику систем управления все семь уровней модели ISO/OSI, в отличие от других систем, где предлагаются только низшие уровни. На прикладном уровне в LonWoks доступны прикладной сетевой интерфейс и менеджмент, а на уровне представления данных - сетевые переменные, при помощи которых производится обмен.
  • Оборудование, функционирующее по технологии LonWorks, поддерживает различные сетевые топологии. К ним относятся шина, звезда, кольцо, а также широко распространенная смешанная топология. На рынке имеются несколько типов маршрутизаторов, которые обеспечивают подключение к различным промышленным или общественным сетям. На физическом уровне поддерживаются различные среды:
    • витая медная пара,
    • оптический кабель,
    • радиочастоты,
    • силовая сеть.
  • В LonWorks используется модифицированный произвольный доступ с контролем несущей (CSMA/CD). Для уменьшения нагрузки на сеть используется событийный механизм обмена сообщениями, т.е. данные передаются только тогда когда произошли какие либо изменения. Также для сокращения внутрисетевого трафика можно использовать сегментацию сети при помощи маршрутизаторов, которые выпускаются различными фирмами.
  • Для построения устройств по технологии LonWorks фирмой Toshiba и Cypress Sem выпускаются специализированные микропроцессоры Neuron Chip. Каждый микропроцессор содержит три специализированных процессора:
    • процессор приложений,
    • процессор доступа к среде (уровни 1 и 2 модели ISO/OSI),
    • сетевой процессор (уровни с 3 по 6 модели ISO/OSI),
    Существуют программные интерфейсы, позволяющие реализовать протокол LonTalk на других платформах (Intel, Motorola и др.).
  • Для описания параллельных процессов управления в сети LonWorks разработан язык параллельного программирования Neuron-C, основанный на асинхронных обменах сообщениями с косвенной адресацией. Имеется встроенная поддержка распределенной операционной системы
  • Развитые сетевые службы (LonWorks Networks Services - LNS) на основе технологии клиент-сервер. LNS архитектура определяет два основных компонента: NSS - сервер сетевых служб (Networks Servises Server); NSI - интерфейс сетевых служб (Networks Servises Interface).

LNS поддерживают инсталляцию и конфигурацию узлов, загрузку прикладной задачи в узел сети, мониторинг шины. Это все облегчает процессы планирования, создания и эксплуатации системы.

В качестве платформы LNS служат, как специальные устройства, так и широко распространенные операционные системы (Windows).

Технология LonWorks ориентирована на построение территориально распределенных систем с огромным количеством узлов. В наибольшей степени все ее преимущества раскрываются при построении автоматизированных систем управления инженерными системами (освещение, отопление, вентилляция, кондиционирование, системы доступа, охраны) жилых и промышленных зданий (концепция интеллектуального здания). Концепция интеллектуального здания подразумевает тесную взаимосвязь между такими инженерными системами.

Возможностями управления наделяются самые элементарные компоненты инженерных систем, вплоть до датчиков (датчики температуры, давления, датчики присутствия, датчики дыма и т.д.) и регулирующих элементов. Составной частью концепции "интеллектуального здания" являются подсистемы ограничения доступа в помещения и системы охраны. При этом используются Lon узлы, имеющие интерфейс для считывания идентификационной информации. Neuron Chip поддерживает несколько протоколов работы с подобными устройствами. Включение таких узлов в сеть позволяет отслеживать маршруты передвижения, гибко менять стратегию систем доступа и одновременно использовать эту информацию для других систем.

Технология LonWorks 

 
Технология распределенных систем управления LON (Local Operating Networks) разрабатывалась американской компанией Echelon в расчете на универсальное общепромышленное применение. Технология LonWorks™ является интеллектуальной собственностью компании Echelon, основанной Майком Маркарула (Intel, Apple). LonWorks™ разработана как открытая технология, которой могут бесплатно воспользоваться все, кому это необходимо.  
Несмотря на то, что в мире существует много распределенных систем (Fieldbus), LON прочно нашел свое место на рынке, заняв нишу автоматизации зданий. Причинами тому стала удачная концепция построения системы не столько как протокола обмена данными, сколько как аппаратного и программного комплекса.   
LonWorks – это не просто распределенная система управления, а скорее система с распределенным интеллектом, где устройства могут самостоятельно обрабатывать события и имеют встроенное программное обеспечение. Оптимальное применение технологии LonWorks – это сеть полевого уровня автоматизации зданий, особенностями которого являются большая протяженная линий связи и сравнительно небольшой объем трафика внутри сегмента.          

 По своей концепции LON-сети имеют ряд особенностей : 

• Технология поддерживает применение различных сред передачи сигнала как проводных (медная витая пара, оптоволокно), так и радиочастотных, инфракрасных или передачу по питающей сети. 
• Устройства в сети LonWorks равнозначны. Нет разделения на основные (Master) и подчиненные (Slave) устройства. 
• В технологии реализована событийно-ориентированная логика: в отличие от централизованных систем управления, где основной трафик сети генерируется опросом подчиненных устройств, в сетях LON основу трафика составляют пакеты, несущие информацию об изменениях параметров среды (события). 
• Сети управления, построенные на витой паре (примерно 85% всех каналов LonWorks) поддерживают различные топологии, включая свободную. 
• Каждое устройство имеет встроенное программное обеспечение, программы выполняются по событию.
 

Ассоциация LonMark 

LonMark является некоммерческой ассоциацией, основная задача которой – продвижение и техническая поддержка технологии LonWorks во всем мире, обеспечение поддержки членов ассоциации. На сегодняшний день LonMark объединяет более 500 членов. Среди них производители оборудования, интеграторы, разработчики приложений и конечные пользователи.  
Компания Honeywell является спонсором ассоциации LonMark (наивысшая категория членства). Представитель Honeywell является заместителем Председателя Правления ассоциации.  
Ассоциация проводит испытания и сертификацию продуктов LonWorks. Подробная техническая информация и прикладное ПО сертифицированных LonWorks-устройств доступны на сайте ассоциации. Сертифицированные устройства маркируются значком LonMark International.   

 Neuron Chip – сердце любого LON устройства

Аппаратную основу технологии LonWorks определяет Neuron Chip. Эту специальную микросхему содержит каждое устройство сети LON. Первый Neuron Сhip был выпущен на рынок в 1991 году. На сегодняшний день по всему миру установлены и успешно работают 60 миллионов LON-устройств, более чем в 300 000 систем. Существуют две разновидности Neuron Сhip: 3120 имеет встроенную память (ПЗУ), а 3150 использует внешнее устройство памяти. По соглашению с корпорацией Echelon Neuron Сhip производится двумя производителями: Toshiba и Cypress. 

Каждый Neuron Сhip имеет уникальный 48-разрядный идентификационный код, записываемый в энергонезависимую память Neuron при его производстве (так называемый Neuron ID). Микроконтроллер Neuron содержит три 8-разрядных микропроцессора, объединенных внутренней шиной. Два из них управляют сетевой передачей данных на основе протокола LonTalk, а третий предназначен для обслуживания прикладной части программного обеспечения узла и взаимодействия с внешними устройствами. 

Помимо Neuron, в составе узла может быть использован эквивалентный микроконтроллер (т.н. хост-процессор), выполняющий задачи взаимодействия с внешними устройствами (при недостаточной вычислительной или функциональной мощности Neuron). Также для расширения функциональных возможностей некоторых моделей Neuron допускается использование внешней памяти для хранения программ. Кроме процессора в каждом устройстве присутствует: 

• Генератор тактовых импульсов 
• Приемопередатчик 
• Цепи ввода/вывода 
• Цепь питания 
• Служебный вход и светодиодная индикация

Протокол LonTalk (ANSI/EIA 709.1)

Если Neuron Сhip – это главная аппаратная составляющая технологии, то программной основой LonWorks является открытый стандартизованный протокол LonTalk. Протокол LonTalk, в международной классификации ANSI/EIA 709.1 (ANSI – Американский Национальный Институт Стандартизации), предназначен для использования в управляющих приложениях, а не в приложениях, ориентированных на обработку данных. Этот протокол использует все 7 уровней стандартной модели ISO для коммуникационного обмена данными в сетях. Данный протокол реализован на чипе Neuron, но также может быть реализован на любом ином эквивалентном процессоре.  
Протокол является открытым и опубликованным стандартом, который доступен всем и каждому. Для приобретения документации достаточно обратиться в ассоциацию LonMark International.            

Протокол LonTalk ANSI/EIA 709.1 не привязан к какой-либо конкретной физической среде передачи данных и обеспечивает передачу данных по самым различным каналам связи с использованием разнообразных методов кодирования. Например, для витой пары используется метод дифференциального манчестерского кодирования, а для работы на сегментах линий напряжения и на радиочастотах применяется FSK-модуляция. В следующем номере бюллетеня будет опубликовано продолжение статьи о технологии LonWorks. Будут рассмотрены типы программного обеспечения для разработки и программирования LON-сетей и специфика LON-устройств. Заказчикам будет интересно познакомиться с реальными примерами реализованных систем на объектах торговой и офисной недвижимости.

Вверх